JP7283122B2 - Garnet-type solid electrolyte, method for producing garnet-type solid electrolyte, secondary battery, electronic device - Google Patents

Garnet-type solid electrolyte, method for producing garnet-type solid electrolyte, secondary battery, electronic device Download PDF

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Description

本発明は、ガーネット型の固体電解質、ガーネット型の固体電解質の製造方法、該固体電解質を用いた二次電池、該二次電池を備えた電子機器に関する。 The present invention relates to a garnet-type solid electrolyte, a method for producing a garnet-type solid electrolyte, a secondary battery using the solid electrolyte, and an electronic device equipped with the secondary battery.

固体電解質を用いた二次電池として、例えば、特許文献1には、リチウムを吸蔵・放出する正極活物質を有する正極と、リチウムを吸蔵・放出する負極活物質を有する負極と、正極と負極との間に介在しリチウムを伝導する電解液と、正極、負極及び電解液のうち少なくとも一つにリチウムイオンを伝導するガーネット型酸化物が存在するリチウム二次電池が開示されている。ガーネット型酸化物は、組成式Li5+xLa3(Zrx2-x)O12(式中、AはSc、Ti、V、Nb、Hf、Ta、Al、Si、Ga及びGeからなる群より選ばれた1種類以上の元素、xは1.4≦x≦2)で表わされる固体電解質であることが示されている。また、正極にガーネット型酸化物が含まれている実施例が示され、このような正極を備えることにより、リチウム二次電池における充放電のサイクル特性や高温安定性を向上させることができるとしている。 As a secondary battery using a solid electrolyte, for example, Patent Document 1 discloses a positive electrode having a positive electrode active material that absorbs and releases lithium, a negative electrode that has a negative electrode active material that absorbs and releases lithium, and a positive electrode and a negative electrode. A lithium secondary battery is disclosed in which there is a lithium-conducting electrolyte interposed therebetween, and a lithium-ion-conducting garnet-type oxide in at least one of the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte. The garnet-type oxide has a composition formula of Li 5+x La 3 (Zr x A 2-x )O 12 (wherein A is Sc, Ti, V, Nb, Hf, Ta, Al, Si, Ga and Ge At least one element selected from the group consisting of x and 1.4≤x≤2) is shown to be a solid electrolyte. In addition, an example in which the positive electrode contains a garnet-type oxide is shown, and by providing such a positive electrode, it is possible to improve the charge-discharge cycle characteristics and high-temperature stability of the lithium secondary battery. .

上記特許文献1には、元素AをNbとしたガーネット型酸化物の製造方法が例示されており、それによれば、Li2CO3、La(OH)3、ZrO2、及びNb2Oを出発原料に用いて合成を行っている。具体的には、出発原料をガーネット型酸化物の上記組成式における化学量論比に基づいて秤量して、混合・粉砕を行う。得られた出発原料の混合粉末をるつぼ中で950℃、10時間大気雰囲気で仮焼成を行う。さらにLi2CO3を過剰に添加した混合粉末を再び950℃、10時間大気雰囲気で仮焼成を行う。そして、成型した後に、1200℃、36時間大気中で本焼成して、ガーネット型酸化物を作製している。 The aforementioned Patent Document 1 exemplifies a method for producing a garnet-type oxide in which the element A is Nb. Synthesis is performed using it as a raw material. Specifically, the starting materials are weighed based on the stoichiometric ratio in the above composition formula of the garnet-type oxide, and mixed and pulverized. The obtained mixed powder of starting materials is calcined in a crucible at 950° C. for 10 hours in an air atmosphere. Further, the mixed powder to which Li 2 CO 3 is excessively added is calcined again at 950° C. for 10 hours in an air atmosphere. Then, after molding, the garnet-type oxide is produced by firing in the atmosphere at 1200° C. for 36 hours.

特開2011-113655号公報JP 2011-113655 A

上記特許文献1に示された固体電解質であるガーネット型酸化物の製造方法では、仮焼成後に、1000℃を超える1200℃の高温で、長時間に亘って本焼成を施すことから、リチウムが揮発して酸化物の組成が変化し、所望のリチウムイオン伝導率を実現することが難しいという課題があった。 In the method for producing a garnet-type oxide, which is a solid electrolyte, disclosed in Patent Document 1, after calcination, main calcination is performed at a high temperature of 1200 ° C. exceeding 1000 ° C. for a long time, so that lithium volatilizes. As a result, the composition of the oxide changes, making it difficult to achieve the desired lithium ion conductivity.

本願のガーネット型の固体電解質は、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxy)O12で表わされ、Mは、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる1種以上の金属元素であって、0.1≦x<0.5、0.1≦y≦0.7を満たすことを特徴とする。
なお、本願のガーネット型の固体電解質は、ガーネット型結晶構造またはガーネット類似型結晶構造の固体電解質を指す。
The garnet-type solid electrolyte of the present application is represented by the composition formula Li7 -yLa3 ( Zr2 - xySnxMy ) O12 , where M is one or more selected from Ta, Sb, and Nb. and is characterized by satisfying 0.1≦x<0.5 and 0.1≦y≦0.7.
The garnet-type solid electrolyte of the present application refers to a solid electrolyte having a garnet-type crystal structure or a garnet-like crystal structure.

上記に記載のガーネット型の固体電解質において、Mは、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる1種の金属元素であって、MがTaの場合、0.1≦y≦0.2を満たし、MがSbの場合、0.3≦y≦0.5を満たし、MがNbの場合、0.15≦y≦0.3を満たすことが好ましい。 In the garnet-type solid electrolyte described above, M is one metal element selected from Ta, Sb, and Nb, and when M is Ta, 0.1 ≤ y ≤ 0.2 is satisfied. , when M is Sb, 0.3≦y≦0.5, and when M is Nb, 0.15≦y≦0.3.

上記に記載のガーネット型の固体電解質において、Mは、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる2種以上の金属元素であることが好ましい。 In the garnet-type solid electrolyte described above, M is preferably two or more metal elements selected from Ta, Sb, and Nb.

本願のガーネット型の固体電解質の製造方法は、下記組成式(1)で表わされるガーネット型の固体電解質の製造方法であって、Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxy)O12・・・(1)Mは、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる1種以上の金属元素であって、0.1≦x<0.5、0.1≦y≦0.7を満たし、上記組成式(1)の化学量論組成に対して1.05倍以上1.2倍以下のリチウムを含むリチウム化合物が溶解したリチウム原材料溶液と、上記組成式(1)の化学量論組成に対して等倍のランタンを含むランタン化合物が溶解したランタン原材料溶液と、上記組成式(1)の化学量論組成に対して等倍のジルコニウムを含むジルコニウム化合物が溶解したジルコニウム原材料溶液と、上記組成式(1)の化学量論組成に対して等倍のスズを含むスズ化合物が溶解したスズ原材料溶液と、上記組成式(1)の化学量論組成に対して等倍の金属元素Mを含む金属化合物が溶解した金属原材料溶液と、を混ぜ合わせて混合溶液を得る工程と、混合溶液に第1の加熱処理を施して乾燥させて混合物を得る工程と、混合物に第2の加熱処理を施して酸化物を得る工程と、酸化物に第3の加熱処理を施して焼結させる工程と、を含むことを特徴とする。 A method for producing a garnet-type solid electrolyte of the present application is a method for producing a garnet-type solid electrolyte represented by the following composition formula (1), wherein Li7 -yLa3 ( Zr2-xySnxMy ) O 12 (1) M is one or more metal elements selected from Ta, Sb, and Nb, and satisfies 0.1≦x<0.5 and 0.1≦y≦0.7; and a lithium raw material solution in which a lithium compound containing 1.05 times or more and 1.2 times or less of lithium with respect to the stoichiometric composition of the composition formula (1) is dissolved, and the stoichiometric composition of the composition formula (1) A lanthanum raw material solution in which a lanthanum compound containing lanthanum in an amount equal to the composition is dissolved, and a zirconium raw material solution in which a zirconium compound containing zirconium in an amount equal to the stoichiometric composition of the composition formula (1) is dissolved; A tin raw material solution in which a tin compound containing tin is dissolved in an amount equivalent to the stoichiometric composition of the composition formula (1), and a metal element M equivalent to the stoichiometric composition of the composition formula (1). A metal raw material solution in which a metal compound containing the and a step of subjecting the oxide to a third heat treatment to sinter the oxide.

上記に記載のガーネット型の固体電解質の製造方法において、第1の加熱処理の加熱温度が、50℃以上250℃以下であり、第2の加熱処理の加熱温度が、400℃以上550℃以下であり、第3の加熱処理の加熱温度が、800℃以上950℃以下であることが好ましい。 In the method for producing a garnet-type solid electrolyte described above, the heating temperature of the first heat treatment is 50° C. or higher and 250° C. or lower, and the heating temperature of the second heat treatment is 400° C. or higher and 550° C. or lower. The heating temperature of the third heat treatment is preferably 800° C. or higher and 950° C. or lower.

本願の二次電池は、上記に記載のガーネット型の固体電解質と、リチウムを含む正極活物質とを含む正極合材と、正極合材の一方の面に設けられた電極と、正極合材の他方の面に設けられた集電体と、を備えたことを特徴とする。 The secondary battery of the present application includes a positive electrode mixture containing the garnet-type solid electrolyte described above and a positive electrode active material containing lithium, an electrode provided on one surface of the positive electrode mixture, and a positive electrode mixture. and a current collector provided on the other surface.

上記に記載の二次電池において、正極活物質は、リチウム複合金属酸化物であることが好ましい。 In the secondary battery described above, the positive electrode active material is preferably a lithium composite metal oxide.

上記に記載の二次電池において、電極は、金属リチウムであることが好ましい。 In the secondary battery described above, the electrode is preferably metallic lithium.

本願の電子機器は、上記に記載の二次電池を備えたことを特徴とする。 An electronic device according to the present application includes the secondary battery described above.

第1実施形態の二次電池としてのリチウムイオン電池の構成を示す概略斜視図。1 is a schematic perspective view showing the configuration of a lithium ion battery as a secondary battery of the first embodiment; FIG. 第1実施形態の二次電池としてのリチウムイオン電池の構造を示す概略断面図。1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a lithium ion battery as a secondary battery of the first embodiment; FIG. 第1実施形態のガーネット型の固体電解質の製造方法を示すフローチャート。4 is a flowchart showing a method for producing a garnet-type solid electrolyte according to the first embodiment; 第1実施形態のリチウムイオン電池の製造方法を示すフローチャート。4 is a flow chart showing a method for manufacturing the lithium ion battery of the first embodiment; 第1実施形態のリチウムイオン電池の製造方法における工程を示す概略図。Schematic which shows the process in the manufacturing method of the lithium ion battery of 1st Embodiment. 第1実施形態のリチウムイオン電池の製造方法における工程を示す概略図。Schematic which shows the process in the manufacturing method of the lithium ion battery of 1st Embodiment. 第2実施形態の電子機器としてのウェアラブル機器の構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the wearable apparatus as an electronic device of 2nd Embodiment.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、説明する部分が認識可能な程度の大きさとなるように、適宜拡大または縮小して表示している。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each of the following figures, the portions to be explained are displayed by being enlarged or reduced appropriately so that they are recognizable.

1.第1実施形態
1-1.二次電池
まず、本実施形態のガーネット型の固体電解質を用いた二次電池について、リチウムイオン電池を例に挙げ、図1及び図2を参照して説明する。図1は第1実施形態の二次電池としてのリチウムイオン電池の構成を示す概略斜視図、図2は第1実施形態の二次電池としてのリチウムイオン電池の構造を示す概略断面図である。
1. First Embodiment 1-1. Secondary Battery First, a secondary battery using the garnet-type solid electrolyte of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2, taking a lithium ion battery as an example. FIG. 1 is a schematic perspective view showing the configuration of a lithium ion battery as the secondary battery of the first embodiment, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the lithium ion battery as the secondary battery of the first embodiment.

図1に示すように、本実施形態の二次電池としてのリチウムイオン電池100は、正極として機能する正極合材10と、正極合材10に対して順に積層された電解質層20と、負極30と、を有している。また、正極合材10に接する集電体41と、負極30に接する集電体42とを有している。正極合材10、電解質層20、負極30は、いずれも固相で構成されていることから、本実施形態のリチウムイオン電池100は、充放電可能な全固体二次電池である。 As shown in FIG. 1, a lithium ion battery 100 as a secondary battery of the present embodiment includes a positive electrode mixture 10 functioning as a positive electrode, an electrolyte layer 20 laminated in order on the positive electrode mixture 10, and a negative electrode 30. and have It also has a current collector 41 in contact with the positive electrode mixture 10 and a current collector 42 in contact with the negative electrode 30 . Since the positive electrode mixture 10, the electrolyte layer 20, and the negative electrode 30 are all composed of a solid phase, the lithium ion battery 100 of this embodiment is a chargeable/dischargeable all-solid secondary battery.

本実施形態のリチウムイオン電池100は、例えば円盤状であって、外形の大きさは、直径Φが例えば10~20mm、厚みが例えばおおよそ0.3mmである。小型、薄型であると共に、充放電可能であって全固体であることから、スマートフォンなどの携帯情報端末の電源として好適に用いることができる。リチウムイオン電池100は、成形が可能ならば大きさや厚みはこの値に限定されない。本実施形態のように外形の大きさが10~20mmφの場合の正極合材10から負極30までの厚みは、薄い場合は成形性の観点から0.1mm程度、厚い場合はリチウムイオン伝導性の観点から見積もられ、1mm程度までで、あまり厚いと活物質の利用効率を下げてしまう。なお、リチウムイオン電池100の形状は円盤状であることに限定されず、多角形の盤状であってもよい。以降、各構成について詳しく説明する。 The lithium-ion battery 100 of the present embodiment is, for example, disk-shaped, and has a diameter Φ of, for example, 10 to 20 mm and a thickness of, for example, approximately 0.3 mm. Since it is small and thin, can be charged and discharged, and is all-solid, it can be suitably used as a power source for mobile information terminals such as smartphones. The size and thickness of the lithium ion battery 100 are not limited to these values as long as they can be molded. The thickness from the positive electrode mixture 10 to the negative electrode 30 when the external size is 10 to 20 mmφ as in the present embodiment is about 0.1 mm from the viewpoint of moldability when it is thin, and when it is thick, it is good for lithium ion conductivity. It is estimated from the point of view, and the thickness is up to about 1 mm. In addition, the shape of the lithium ion battery 100 is not limited to a disc shape, and may be a polygonal disc shape. Hereinafter, each configuration will be described in detail.

1-1-1.正極合材
図2に示すように、正極合材10は、粒子状の正極活物質11と本実施形態のガーネット型の固体電解質12とを含んで構成されている。粒子状の正極活物質11同士が互いに接触することで生ずる隙間をガーネット型の固体電解質12が埋めた状態となっている。以降、ガーネット型の固体電解質12を単に固体電解質12と呼ぶ。
1-1-1. Positive Electrode Mixed Material As shown in FIG. 2, the positive electrode mixed material 10 includes a particulate positive electrode active material 11 and a garnet-type solid electrolyte 12 of the present embodiment. The garnet-type solid electrolyte 12 fills the gaps generated by the contact of the particulate positive electrode active materials 11 with each other. The garnet-type solid electrolyte 12 is hereinafter simply referred to as the solid electrolyte 12 .

本実施形態の正極活物質11は、電気化学的なリチウムイオンの吸蔵・放出を繰り返すことが可能なものあればいかなるものを用いてもよい。具体的には、少なくともリチウム(Li)を含み、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)の中から選ばれる少なくとも1種の遷移金属を構成元素として含むリチウム複合金属酸化物を用いることが化学的に安定していることから好ましい。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、LiMn24、Li2Mn23、NMC(Li(NixMnyCo1-x-y)O2[0<x+y<1])、NCA(Li(NixCoyAl1-x-y)O2[0<x+y<1])、LiCr0.5Mn0.52、LiFePO4、Li2FeP27、LiMnPO4、LiFeBO3、Li32(PO43、Li2CuO2、Li2FeSiO4、Li2MnSiO4などが挙げられる。また、これらのリチウム複合金属酸化物の結晶内の一部の原子が、典型金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ランタノイド、カルコゲナイド、ハロゲンなどで置換された固溶体もリチウム複合金属酸化物に含むものとし、これら固溶体も正極活物質11として用いることができる。本実施形態では、高いリチウムイオン伝導率が得られることから、正極活物質11としてLiCoO2の粒子を用いている。 Any material may be used as the positive electrode active material 11 of the present embodiment as long as it is capable of repeatedly intercalating and deintercalating lithium ions electrochemically. Specifically, it contains at least lithium (Li) and is selected from vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), and copper (Cu). It is preferable to use a lithium mixed metal oxide containing at least one selected transition metal as a constituent element because it is chemically stable. Examples of such lithium composite metal oxides include LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, Li2Mn2O3, NMC (Li(NixMnyCo1 - xy ) O2 [ 0 < x + y <1]) , NCA (Li( NixCoyAl1 -xy ) O2 [ 0 <x+y< 1 ] ), LiCr0.5Mn0.5O2, LiFePO4 , Li2FeP2O7 , LiMnPO4 , LiFeBO 3 , Li3V2 ( PO4 ) 3 , Li2CuO2 , Li2FeSiO4 , Li2MnSiO4 and the like . Lithium mixed metal oxides also include solid solutions in which some atoms in the crystal of these lithium mixed metal oxides are substituted with typical metals, alkali metals, alkaline earth metals, lanthanides, chalcogenides, halogens, etc. , these solid solutions can also be used as the positive electrode active material 11 . In the present embodiment, particles of LiCoO 2 are used as the positive electrode active material 11 because high lithium ion conductivity can be obtained.

正極活物質11の粒子同士を接触させて電子伝導性を発揮させる観点から、正極活物質11の粒子径は、例えば平均粒径D50で500nm以上10μm未満とすることが好ましい。なお、図2において、正極活物質11の粒子形状を球状としたが、実際の粒子形状は必ずしも球状ではなく、それぞれ不定形である。 From the viewpoint of bringing the particles of the positive electrode active material 11 into contact with each other to exhibit electron conductivity, the particle size of the positive electrode active material 11 is preferably, for example, 500 nm or more and less than 10 μm in average particle size D50. In FIG. 2, the particle shape of the positive electrode active material 11 is assumed to be spherical, but the actual particle shape is not necessarily spherical and has an irregular shape.

正極合材10の詳しい形成方法については、後述するが、グリーンシート法のほか、プレス焼結法などを挙げることができる。グリーンシート法やプレス焼結法を用いる場合、焼結後の正極活物質11の粒子間に固体電解質12を存在させれば、粒子状の正極活物質11と固体電解質12との接触面積が増え、正極合材10の界面インピーダンスを低減することができる。本実施形態のリチウムイオン電池100は、小型且つ薄型であることから、正極合材10の界面インピーダンスを考慮すると、正極合材10における正極活物質11の嵩密度は40%~60%であることが好ましく、固体電解質12の嵩密度もまた40%~60%であることが好ましい。本実施形態の固体電解質12について詳しくは後述するが、固体電解質12は、リチウムを伝導するガーネット型のリチウム複合金属酸化物が用いられており、正極活物質11よりも平均粒径が小さい粒子状となっている。したがって、固体電解質12を構成する固体電解質粒子の間においても界面インピーダンス、すなわち粒界抵抗が存在するが、平均粒径が小さくなっているので、粒界抵抗が低くなって電荷が容易に移動し易い状態となっている。 A detailed method for forming the positive electrode mixture 10 will be described later, but in addition to the green sheet method, a press sintering method and the like can be mentioned. When using the green sheet method or the press sintering method, if the solid electrolyte 12 is present between the particles of the positive electrode active material 11 after sintering, the contact area between the particulate positive electrode active material 11 and the solid electrolyte 12 increases. , the interfacial impedance of the positive electrode mixture 10 can be reduced. Since the lithium ion battery 100 of the present embodiment is small and thin, considering the interfacial impedance of the positive electrode mixture 10, the bulk density of the positive electrode active material 11 in the positive electrode mixture 10 is 40% to 60%. is preferred, and the bulk density of the solid electrolyte 12 is also preferably 40% to 60%. The solid electrolyte 12 of the present embodiment will be described in detail later, but the solid electrolyte 12 uses a garnet-type lithium composite metal oxide that conducts lithium, and has a particulate shape with an average particle size smaller than that of the positive electrode active material 11. It has become. Therefore, interfacial impedance, that is, grain boundary resistance exists between the solid electrolyte particles constituting the solid electrolyte 12. However, since the average particle size is small, the grain boundary resistance is low, and electric charges are easily transferred. It is in an easy state.

リチウムイオン電池100において、優れた充放電特性を得るためには、正極合材10において高いリチウムイオン伝導率を実現することが求められる。それゆえに、正極活物質11の材料選定だけでなく、どのような構成の固体電解質12を用いて正極合材10を形成するかが重要な課題となる。本実施形態では、固体電解質12として低温での焼結が可能であると共に、高いリチウムイオン伝導率を有するガーネット型のリチウム複合金属酸化物が用いられている。 In order to obtain excellent charge/discharge characteristics in the lithium ion battery 100, the positive electrode mixture 10 is required to have high lithium ion conductivity. Therefore, not only the selection of the material for the positive electrode active material 11 but also the composition of the solid electrolyte 12 to form the positive electrode mixture 10 is an important issue. In this embodiment, a garnet-type lithium composite metal oxide that can be sintered at a low temperature and has high lithium ion conductivity is used as the solid electrolyte 12 .

1-1-2.ガーネット型の固体電解質
本実施形態の固体電解質12は、下記の組成式(1)で示されるリチウムを伝導するガーネット型結晶構造またはガーネット類似型結晶構造を有するリチウム複合金属酸化物である。
Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxy)O12・・・(1)
Mは、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる1種以上の金属元素であって、0.1≦x<0.5、0.1≦y≦0.7を満たす。
1-1-2. Garnet-Type Solid Electrolyte The solid electrolyte 12 of the present embodiment is a lithium composite metal oxide having a garnet-type crystal structure or a garnet-like crystal structure that conducts lithium represented by the following compositional formula (1).
Li7 -yLa3 ( Zr2 -xySnxMy ) O12 ( 1 )
M is one or more metal elements selected from Ta, Sb, and Nb, and satisfies 0.1≦x<0.5 and 0.1≦y≦0.7.

American Chemical Societyにより出版され、2015年4月30日に発行された「Chemical of Materials」に、Lincoln J.Miara、Willam Davidson Richards、Yan E.Wang、Gerbrand Ceder の4氏によって投稿された論文「First-Principles studies on cation dopants and electrolyte/cathode interphases for lithium garnets」によれば、ガーネット型の結晶構造におけるZrのサイトを置換可能な元素(Dopant)として、Mg、Sc、Ti、Hf、V、Nb、Ta、Ce、Th、Cr、Mo、W、Pa、Mn、Tc、Ru、Np、Co、Rh、Ir、Pu、Ni、Pd、Pt、Eu、Cu、Au、Cd、Hg、In、Tl、C、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、S、Se、Te、Cl、Iが挙げられている。本実施形態では、固体電解質12における酸化物の焼結の低温化を図る観点からこれらの元素のうちSnが選ばれている。また、固体電解質12において高いリチウムイオン伝導率を実現する観点から、これらの元素のうち誘電率が大きく、また空孔生成エネルギー(Edefect(eV))が小さくZrのサイトを比較的に容易に置換可能なTa、Sb、Nbが選ばれている。 In "Chemicals of Materials," published by the American Chemical Society and issued April 30, 2015, Lincoln J. et al. Miara, William Davidson Richards, Yan E.; According to the article "First-Principles studies on catation dopants and electron/cathode interfaces for lithium garnets" submitted by Wang and Gerbrand Ceder, an element (Dopan t) as Mg, Sc, Ti, Hf, V, Nb, Ta, Ce, Th, Cr, Mo, W, Pa, Mn, Tc, Ru, Np, Co, Rh, Ir, Pu, Ni, Pd, Pt, Eu, Cu, Au, Cd, Hg, In, Tl, C, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, S, Se, Te, Cl, I are mentioned. In this embodiment, Sn is selected from these elements from the viewpoint of lowering the temperature of sintering of the oxide in the solid electrolyte 12 . In addition, from the viewpoint of realizing high lithium ion conductivity in the solid electrolyte 12, these elements have a large dielectric constant and a small vacancy generation energy (E defect (eV)), so that the Zr site can be relatively easily formed. Substitutable Ta, Sb, and Nb are selected.

このようなリチウム複合金属酸化物によれば、結晶構造におけるジルコニウム(Zr)のサイトの一部を、スズ(Sn)と、タンタル(Ta)、アンチモン(Sb)、ニオブ(Nb)の中から選ばれる1種以上の金属元素Mとで置換することで、後述する固体電解質12の製造方法において、950℃以下の焼成温度で酸化物の焼結を可能として、高いリチウムイオン伝導率を実現することができる。 According to such a lithium composite metal oxide, some of the zirconium (Zr) sites in the crystal structure are selected from tin (Sn), tantalum (Ta), antimony (Sb), and niobium (Nb). By substituting with one or more kinds of metal elements M, it is possible to sinter the oxide at a firing temperature of 950 ° C. or less in the method for manufacturing the solid electrolyte 12 described later, and to realize high lithium ion conductivity. can be done.

固体電解質12において酸化物の焼結における低温化と、高いリチウムイオン伝導率とを実現させる観点では、上記の組成式(1)におけるSnの化学量論組成比の値xは、0.1≦x<0.5の範囲であることが好ましい。xが0.1未満であると酸化物の焼結における低温化が難くなる。xが0.5以上であるとリチウムイオン伝導性が低下する。また、上記の組成式(1)における金属元素Mの化学量論組成比の値yが、0.1未満あるいは0.7を超えるとリチウムイオン伝導性が低下する。詳しくは、後述する固体電解質12の実施例及び比較例の項で説明する。 From the viewpoint of realizing a low temperature in oxide sintering and a high lithium ion conductivity in the solid electrolyte 12, the value x of the stoichiometric composition ratio of Sn in the above composition formula (1) is 0.1≦ A range of x<0.5 is preferred. When x is less than 0.1, it becomes difficult to lower the temperature in sintering the oxide. When x is 0.5 or more, the lithium ion conductivity decreases. Also, if the value y of the stoichiometric composition ratio of the metal element M in the above composition formula (1) is less than 0.1 or exceeds 0.7, the lithium ion conductivity is lowered. Details will be described in the sections of examples and comparative examples of the solid electrolyte 12 described later.

1-1-3.負極
本実施形態の正極合材10の一方の面10b側に設けられた電極としての負極30は、負極活物質を含んで構成される。負極活物質としては、正極活物質11として選択された材料よりも低い電位において電気化学的なリチウムイオンの吸蔵・放出を繰り返すことが可能なものであればいかなるものを用いてもよい。具体的には、Nb25、V25、TiO2、In23、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、Li4Ti512、Li2Ti37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、炭素材料、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。合金としてはリチウムを吸蔵・放出可能であれば特に制限されないが、13族及び14族の炭素を除く金属や半金属元素を含むものであることが好ましく、より好ましくはアルミニウム、ケイ素及びスズの単体金属及びこれら原子を含む合金又は化合物である。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。合金としては、Li-Al、Li-Ni、Li-Si、Li-Sn、Li-Sn-Niなどのリチウム合金、Si-Znなどのシリコン合金、Sn-Mn、Sn-Co、Sn-Ni、Sn-Cu、Sn-Laなどのスズ合金、Cu2Sb、La3Ni2Sn7などを例示することができる。
本実施形態の小型で薄型なリチウムイオン電池100における放電容量を考慮すると、負極30は、金属リチウム(金属Li)あるいはリチウム合金を形成する単体金属及び合金であることが好ましい。
1-1-3. Negative Electrode The negative electrode 30 as an electrode provided on the one surface 10b side of the positive electrode mixture 10 of the present embodiment contains a negative electrode active material. As the negative electrode active material, any material may be used as long as it is capable of repeatedly intercalating and deintercalating lithium ions electrochemically at a potential lower than that of the material selected as the positive electrode active material 11 . Specifically, Nb 2 O 5 , V 2 O 5 , TiO 2 , In 2 O 3 , ZnO, SnO 2 , NiO, ITO (Indium Tin Oxide), AZO (Al-doped Zinc Oxide), FTO (F- doped Tin Oxide), anatase phase of TiO 2 , lithium composite metal oxides such as Li 4 Ti 5 O 12 , Li 2 Ti 3 O 7 , Li, Si, Sn, Si--Mn, Si--Co, Si--Ni, Examples include metals such as In and Au, alloys containing these metals, carbon materials, and substances in which lithium ions are inserted between layers of carbon materials. The alloy is not particularly limited as long as it is capable of intercalating and deintercalating lithium, but it preferably contains a metal or metalloid element other than carbon of groups 13 and 14, more preferably aluminum, silicon and tin. It is an alloy or compound containing these atoms. These may be used alone, or two or more of them may be used in any combination and ratio. The alloys include lithium alloys such as Li--Al, Li--Ni, Li--Si, Li--Sn and Li--Sn--Ni, silicon alloys such as Si--Zn, Sn--Mn, Sn--Co, Sn--Ni, Tin alloys such as Sn--Cu and Sn--La, Cu 2 Sb, La 3 Ni 2 Sn 7 and the like can be exemplified.
Considering the discharge capacity of the small and thin lithium ion battery 100 of the present embodiment, the negative electrode 30 is preferably made of metal lithium (metal Li) or a single metal or alloy forming a lithium alloy.

上記負極活物質を用いた負極30の形成方法は、有機金属化合物の加水分解反応などを伴う所謂ゾルゲル法や有機金属熱分解法などの溶液プロセスのほか、適当な金属化合物とガス雰囲気におけるCVD法、ALD法、固体負極活物質のスラリーを使用したグリーンシート法やスクリーン印刷法、エアロゾルデポジション法、適切なターゲットとガス雰囲気を用いたスパッタリング法、PLD法、真空蒸着法、めっき法、溶射法など、いずれを用いてもよい。本実施形態では、電解質層20にスパッタリング法により金属Liを成膜して負極30としている。 The method for forming the negative electrode 30 using the negative electrode active material includes a solution process such as a so-called sol-gel method and an organometallic thermal decomposition method that involve a hydrolysis reaction of an organometallic compound, and a CVD method in a suitable metal compound and gas atmosphere. , ALD method, green sheet method and screen printing method using slurry of solid negative electrode active material, aerosol deposition method, sputtering method using appropriate target and gas atmosphere, PLD method, vacuum deposition method, plating method, thermal spraying method etc., may be used. In this embodiment, the negative electrode 30 is formed by forming a film of metal Li on the electrolyte layer 20 by a sputtering method.

1-1-4.電解質層
図2に示すように、正極合材10と負極30との間には、電解質層20が設けられている。上述したように負極30として金属Liを用いると、リチウムイオン電池100の放電時には負極30からリチウムイオンが放出される。また、リチウムイオン電池100の充電時には、リチウムイオンが金属として負極30に析出してデンドライトと呼ばれる樹状結晶体が形成される。デンドライトが成長して正極合材10の正極活物質11と接すると、正極として機能する正極合材10と負極30とが短絡する。この短絡を防ぐために、正極合材10と負極30との間には、電解質層20が設けられている。電解質層20は、正極活物質11が含まれていない電解質からなる層である。このような電解質層20は、酸化物、硫化物、ハロゲン化物、窒化物、水素化物、ホウ素化物などの金属化合物からなる結晶質または非晶質を用いることができる。
1-1-4. Electrolyte Layer As shown in FIG. 2 , an electrolyte layer 20 is provided between the positive electrode mixture 10 and the negative electrode 30 . When metal Li is used as the negative electrode 30 as described above, lithium ions are released from the negative electrode 30 when the lithium ion battery 100 is discharged. When the lithium ion battery 100 is charged, lithium ions are deposited as metal on the negative electrode 30 to form dendrites called dendrites. When dendrites grow and come into contact with the positive electrode active material 11 of the positive electrode mixture 10 , the positive electrode mixture 10 functioning as a positive electrode and the negative electrode 30 are short-circuited. In order to prevent this short circuit, an electrolyte layer 20 is provided between the positive electrode mixture 10 and the negative electrode 30 . The electrolyte layer 20 is a layer made of an electrolyte that does not contain the positive electrode active material 11 . The electrolyte layer 20 can be crystalline or amorphous made of metal compounds such as oxides, sulfides, halides, nitrides, hydrides and borides.

酸化物結晶質の一例としては、Li0.35La0.55TiO3、Li0.2La0.27NbO3、及びこれら結晶の元素の一部をN、F、Al、Sr、Sc、Nb、Ta、Sb、ランタノイド元素などで置換したペロブスカイト型結晶またはペロブスカイト類似型結晶、Li7La3Zr212、Li5La3Nb212、Li5BaLa2TaO12、及びこれら結晶の元素の一部をN、F、Al、Sr、Sc、Nb、Ta、Sb、ランタノイド元素などで置換したガーネット型結晶またはガーネット類似型結晶、Li1.3Ti1.7Al0.3(PO43、Li1.4Al0.4Ti1.6(PO43、Li1.4Al0.4Ti1.4Ge0.2(PO43、及びこれら結晶の一部をN、F、Al、Sr、Sc、Nb、Ta、Sb、ランタノイド元素などで置換したNASICON型結晶、Li14ZnGe416、などのLISICON型結晶、Li3.40.6Si0.44、Li3.60.4Ge0.64、Li2+x1-xx3、などのその他の結晶質を挙げることができる。 Examples of oxide crystals include Li 0.35 La 0.55 TiO 3 , Li 0.2 La 0.27 NbO 3 , and some of the elements of these crystals are N, F, Al, Sr, Sc, Nb, Ta, Sb, and lanthanoid elements. Perovskite-type crystals or perovskite-like crystals substituted with, for example, Li7La3Zr2O12, Li5La3Nb2O12 , Li5BaLa2TaO12 , and some of the elements of these crystals are N , F , Al, Sr, Sc, Nb, Ta, Sb, garnet-type crystals or garnet-like crystals substituted with lanthanoid elements, Li 1.3 Ti 1.7 Al 0.3 (PO 4 ) 3 , Li 1.4 Al 0.4 Ti 1.6 (PO 4 ) 3 , Li 1.4 Al 0.4 Ti 1.4 Ge 0.2 (PO 4 ) 3 , and NASICON-type crystals obtained by substituting part of these crystals with N, F, Al, Sr, Sc, Nb, Ta, Sb, lanthanide elements, etc., Li LISICON-type crystals such as 14 ZnGe 4 O 16 , other crystals such as Li 3.4 V 0.6 Si 0.4 O 4 , Li 3.6 V 0.4 Ge 0.6 O 4 , Li 2+x C 1-x B x O 3 , etc. can be mentioned.

硫化物結晶質の一例としては、Li10GeP212、Li9.6312、Li9.54Si1.741.4411.7Cl0.3、Li3PS4などを挙げることができる。 Examples of sulfide crystals include Li10GeP2S12 , Li9.6P3S12 , Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3 , and Li3PS4 .

また、その他の非晶質の一例としては、Li2O-TiO2、La23-Li2O-TiO2、LiNbO3、LiSO4、Li4SiO4、Li3PO4-Li4SiO4、Li4GeO4-Li3VO4、Li4SiO4-Li3VO4、Li4GeO4-Zn2GeO2、Li4SiO4-LiMoO4、Li4SiO4-Li4ZrO4、SiO2-P25-Li2O、SiO2-P25-LiCl、Li2O-LiCl-B23、LiAlCl4、LiAlF4、LiF-Al23、LiBr-Al23、Li2.88PO3.730.14、Li3N-LiCl、Li6NBr3、Li2S-SiS2、Li2S-SiS2-P25などを挙げることができる。 Examples of other amorphous materials include Li 2 O--TiO 2 , La 2 O 3 --Li 2 O--TiO 2 , LiNbO 3 , LiSO 4 , Li 4 SiO 4 , Li 3 PO 4 --Li 4 SiO 4 , Li4GeO4 - Li3VO4 , Li4SiO4 -Li3VO4 , Li4GeO4 - Zn2GeO2 , Li4SiO4 - LiMoO4 , Li4SiO4 - Li4ZrO4 , SiO2 - P2O5 - Li2O , SiO2 - P2O5 - LiCl , Li2O - LiCl- B2O3 , LiAlCl4 , LiAlF4 , LiF- Al2O3 , LiBr- Al2 O 3 , Li 2.88 PO 3.73 N 0.14 , Li 3 N--LiCl, Li 6 NBr 3 , Li 2 S--SiS 2 , Li 2 S--SiS 2 --P 2 S 5 and the like.

なお、上述した固体電解質12を構成するガーネット型のリチウム複合金属酸化物を用いて電解質層20を構成してもよい。電解質層20が結晶質である場合、リチウムイオン伝導の方向の結晶面異方性が小さい立方晶などの結晶構造であることが好ましい。また、非晶質である場合は、リチウムイオン伝導の異方性が小さいため、このような結晶質または非結晶は電解質層20を構成する電解質としていずれも好ましい。 Note that the electrolyte layer 20 may be configured using the garnet-type lithium composite metal oxide that configures the solid electrolyte 12 described above. When the electrolyte layer 20 is crystalline, it preferably has a crystal structure such as a cubic crystal with small crystal plane anisotropy in the direction of lithium ion conduction. Moreover, when amorphous, the anisotropy of lithium ion conduction is small.

電解質層20の厚さは、0.1μm以上、100μm以下であることが好ましく、より好ましくは、0.2μm以上、10μm以下である。電解質層20の厚さを上記範囲とすることによって、電解質層20の内部抵抗を低減し、かつ正極合材10と負極30との間での短絡の発生を抑制することができる。 The thickness of the electrolyte layer 20 is preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less, more preferably 0.2 μm or more and 10 μm or less. By setting the thickness of the electrolyte layer 20 within the above range, the internal resistance of the electrolyte layer 20 can be reduced, and the occurrence of a short circuit between the positive electrode mixture 10 and the negative electrode 30 can be suppressed.

なお、電解質層20の負極30と接する面に、必要に応じて各種成形法、加工法を組み合わせて、トレンチ、グレーチング、ピラーなどの凹凸構造を設けてもよい。 The surface of the electrolyte layer 20 in contact with the negative electrode 30 may be provided with an uneven structure such as trenches, gratings, and pillars by combining various molding methods and processing methods as necessary.

1-1-5.集電体
図2に示すように、リチウムイオン電池100は、正極合材10の他方の面10aに接する集電体41と、負極30に接する集電体42とを有している。集電体41,42は、正極合材10または負極30に対し電子の授受を担うよう設けられる導電体であり、十分に電気抵抗が小さく、また充放電によって電気伝導特性やその機械構造が変化しない素材が選択される。例えば、銅(Cu)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、及びパラジウム(Pd)の金属群から選ばれる1種の金属(金属単体)や、該金属群から選ばれる2種以上の金属からなる合金などが用いられる。
1-1-5. Current Collector As shown in FIG. 2 , the lithium ion battery 100 has a current collector 41 in contact with the other surface 10 a of the positive electrode mixture 10 and a current collector 42 in contact with the negative electrode 30 . The current collectors 41 and 42 are conductors provided to transfer electrons to and from the positive electrode mixture 10 or the negative electrode 30, have sufficiently low electrical resistance, and change their electrical conductivity characteristics and mechanical structure due to charging and discharging. Materials that do not are selected. For example, copper (Cu), magnesium (Mg), titanium (Ti), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), zinc (Zn), aluminum (Al), germanium (Ge), indium (In ), gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), and palladium (Pd), one metal (elemental metal) selected from the metal group, or two or more metals selected from the metal group alloys, etc., are used.

本実施形態では、正極合材10側の集電体41としてアルミニウム(Al)を用い、負極30側の集電体42として銅(Cu)を用いている。集電体41,42の厚みは、それぞれ、例えば20μm~40μmである。なお、リチウムイオン電池100は、一対の集電体41,42のうち一方の集電体を備えていればよい。例えば、複数のリチウムイオン電池100をそれぞれ電気的に直列に接続されるように積層して用いる場合、リチウムイオン電池100は一対の集電体41,42のうち集電体41だけを備える構成とすることも可能である。 In this embodiment, aluminum (Al) is used as the current collector 41 on the positive electrode mixture 10 side, and copper (Cu) is used as the current collector 42 on the negative electrode 30 side. The thickness of each of the current collectors 41 and 42 is, for example, 20 μm to 40 μm. Note that the lithium ion battery 100 may include one of the pair of current collectors 41 and 42 . For example, when a plurality of lithium-ion batteries 100 are stacked so as to be electrically connected in series, the lithium-ion battery 100 may include only the current collector 41 of the pair of current collectors 41 and 42. It is also possible to

1-2.ガーネット型の固体電解質の製造方法
次に、本実施形態のガーネット型の固体電解質12の製造方法について、図3を参照して説明する。図3は本実施形態のガーネット型の固体電解質の製造方法を示すフローチャートである。
1-2. Method for Producing Garnet-Type Solid Electrolyte Next, a method for producing the garnet-type solid electrolyte 12 of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flow chart showing a method for producing a garnet-type solid electrolyte according to this embodiment.

図3に示すように、本実施形態のガーネット型の固体電解質12の製造方法は、下記の組成式(1)に示される元素を含む原材料溶液を調製する工程(ステップS1)と、元素ごとの原材料溶液を混合し、第1の加熱処理を施して溶媒を除去して混合物を形成する工程(ステップS2)と、混合物に第2の加熱処理を施して仮焼成体を形成する工程(ステップS3)と、仮焼成体に第3の加熱処理を施して本焼成する工程(ステップS4)と、を備えている。
Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxy)12・・・(1)
Mは、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる1種以上の金属元素であって、0.1≦x<0.5、0.1≦y≦0.7を満たす。
As shown in FIG. 3, the method for producing the garnet-type solid electrolyte 12 of the present embodiment comprises a step of preparing a raw material solution containing elements represented by the following compositional formula (1) (step S1); A step of mixing the raw material solution and applying a first heat treatment to remove the solvent to form a mixture (step S2), and a step of applying a second heat treatment to the mixture to form a calcined body (step S3 ), and a step of subjecting the calcined body to a third heat treatment and finally calcining it (step S4).
Li7 -yLa3 ( Zr2 -xySnxMy ) O12 ( 1)
M is one or more metal elements selected from Ta, Sb, and Nb, and satisfies 0.1≦x<0.5 and 0.1≦y≦0.7.

ステップS1では、上記の組成式(1)に含まれる元素である、Li、La、Zr、Sn、金属元素Mを含む原材料溶液を元素ごとに調製する。具体的には、原材料溶液1kgあたりに1mol(モル)の元素が含まれるように調整する。原材料溶液における元素の源は、水及び有機溶媒の単溶媒または混合溶媒に溶解し得る、リチウム化合物、ランタン化合物、ジルコニウム化合物、スズ化合物、金属元素Mを含む金属化合物である。これらの元素化合物は、当該元素の金属塩または金属アルコキシドであることが好ましい。 In step S1, a raw material solution containing Li, La, Zr, Sn, and metal element M, which are elements contained in the above composition formula (1), is prepared for each element. Specifically, the raw material solution is adjusted so that 1 mol (mol) of the element is contained per 1 kg of the raw material solution. Sources of elements in the raw material solution are lithium compounds, lanthanum compounds, zirconium compounds, tin compounds, metal compounds, including metal element M, which can be dissolved in a single solvent or mixed solvent of water and organic solvents. These element compounds are preferably metal salts or metal alkoxides of the elements.

リチウム化合物(リチウム源)としては、例えば、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、炭酸リチウムなどのリチウム金属塩、リチウムメトキシド、リチウムエトキシド、リチウムプロポキシド、リチウムイソプロポキシド、リチウムブトキシド、リチウムイソブトキシド、リチウムセカンダリーブトキシド、リチウムターシャリーブトキシド、ジピバロイルメタナトリチウムなどのリチウムアルコキシドが挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 Lithium compounds (lithium sources) include, for example, lithium metal salts such as lithium chloride, lithium nitrate, lithium acetate, lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium methoxide, lithium ethoxide, lithium propoxide, lithium isopropoxide, lithium Lithium alkoxides such as butoxide, lithium isobutoxide, lithium secondary butoxide, lithium tertiary butoxide, and dipivaloylmethanatritium can be mentioned, and one or more of these can be used in combination.

ランタン化合物(ランタン源)としては、例えば、塩化ランタン、硝酸ランタン、酢酸ランタンなどのランタン金属塩、ランタントリメトキシド、ランタントリエトキシド、ランタントリプロポキシド、ランタントリイソプロポキシド、ランタントリブトキシド、ランタントリイソブトキシド、ランタントリセカンダリーブトキシド、ランタントリターシャリーブトキシド、ジピバロイルメタナトランタンなどのランタンアルコキシドが挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 Lanthanum compounds (lanthanum sources) include, for example, lanthanum metal salts such as lanthanum chloride, lanthanum nitrate and lanthanum acetate, lanthanum trimethoxide, lanthanum triethoxide, lanthanum tripropoxide, lanthanum triisopropoxide, lanthanum tributoxide, Lanthanum alkoxides such as lanthanum triisobutoxide, lanthanum trisecondary butoxide, lanthanum tritertiary butoxide, and dipivaloylmethanatrantanane can be mentioned, and one or more of these can be used in combination.

ジルコニウム化合物(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、酢酸ジルコニウムなどのジルコニウム金属塩、ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコニウムテトラエトキシド、ジルコニウムテトラプロポキシド、ジルコニウムテトライソプロポキシド、ジルコニウムテトラブトキシド、ジルコニウムテトライソブトキシド、ジルコニウムテトラセカンダリーブトキシド、ジルコニウムテトラターシャリーブトキシド、ジピバロイルメタナトジルコニウムなどのジルコニウムアルコキシドが挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 Zirconium compounds (zirconium sources) include, for example, zirconium metal salts such as zirconium chloride, zirconium oxychloride, zirconium oxynitrate, zirconium oxyacetate and zirconium acetate, zirconium tetramethoxide, zirconium tetraethoxide, zirconium tetrapropoxide, zirconium zirconium alkoxides such as tetraisopropoxide, zirconium tetrabutoxide, zirconium tetraisobutoxide, zirconium tetra-secondary butoxide, zirconium tetra-tertiary butoxide, and dipivaloylmethanatozirconium; They can be used in combination.

スズ化合物(スズ源)としては、例えば、塩化第二スズ、臭化第二スズ、フッ化第一スズ、沃化第二スズ、硫化スズ、酢酸第一スズ、蓚酸第一スズ、などのスズ金属塩、スズテトラエトキシド、スズテトライソプロポキシド、スズテトラノルマルブトキシドなどのスズアルコキシドなどが挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 Tin compounds (tin sources) include, for example, stannic chloride, stannic bromide, stannous fluoride, stannic iodide, tin sulfide, stannous acetate, and stannous oxalate. Metal salts, tin alkoxides such as tin tetraethoxide, tin tetraisopropoxide, tin tetra-normal butoxide and the like can be mentioned, and one or more of these can be used in combination.

金属元素Mは、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる。したがって、金属元素Mがタンタル(Ta)である場合、タンタル化合物(タンタル源)としては、例えば、塩化タンタル、臭化タンタルなどのタンタル金属塩、タンタルペンタメトキシド、タンタルペンタエトキシド、タンタルペンタイソプロポキシド、タンタルペンタノルマルプロポキシド、タンタルペンタイソブトキシド、タンタルペンタノルマルブトキシド、タンタルペンタセカンダリーブトキシド、タンタルペンタターシャリーブトキシドなどのタンタルアルコキシドが挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 Metal element M is selected from Ta, Sb, and Nb. Therefore, when the metal element M is tantalum (Ta), examples of tantalum compounds (tantalum sources) include tantalum metal salts such as tantalum chloride and tantalum bromide, tantalum pentamethoxide, tantalum pentaethoxide, tantalum pentaiso tantalum alkoxides such as propoxide, tantalum penta-normal propoxide, tantalum pentaisobutoxide, tantalum penta-normal butoxide, tantalum penta-secondary butoxide, tantalum penta-tertiary butoxide, and the like, one or more of these in combination can be used.

金属元素Mがアンチモン(Sb)である場合、アンチモン化合物(アンチモン源)としては、例えば、臭化アンチモン、塩化アンチモン、フッ化アンチモンなどのアンチモン金属塩、アンチモントリメトキシド、アンチモントリエトキシド、アンチモントリイソプロポキシド、アンチモントリノルマルプロポキシド、アンチモントリイソブトキシド、アンチモントリノルマルブトキシドなどのアンチモンアルコキシドが挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 When the metal element M is antimony (Sb), antimony compounds (antimony sources) include, for example, antimony metal salts such as antimony bromide, antimony chloride, antimony fluoride, antimony trimethoxide, antimony triethoxide, antimony Antimony alkoxides such as triisopropoxide, antimony tri-normal propoxide, antimony tri-isobutoxide, and antimony tri-normal butoxide can be mentioned, and one or more of these can be used in combination.

金属元素Mがニオブ(Nb)である場合、ニオブ化合物(ニオブ源)としては、例えば、塩化ニオブ、オキシ塩化ニオブ、蓚酸ニオブのようなニオブ金属塩、ニオブペンタエトキシド、ニオブペンタプロポキシド、ニオブペンタイソプロポキシド、ニオブペンタセカンダリーブトキシドのようなニオブアルコキシドや、ニオブペンタアセチルアセトナート等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 When the metal element M is niobium (Nb), examples of niobium compounds (niobium sources) include niobium metal salts such as niobium chloride, niobium oxychloride, and niobium oxalate, niobium pentaethoxide, niobium pentapropoxide, niobium Examples include niobium alkoxides such as pentaisopropoxide and niobium pentasecondary butoxide, and niobium pentaacetylacetonate, and one or more of these can be used in combination.

単溶媒あるいは混合溶媒を構成する有機溶媒としては、特に限定されないが、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n-ブチルアルコール、アリルアルコール、エチレングルコールモノブチルエーテル(2-n-ブトキシエタノール)などのアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキシレングリコール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ヘプタンジオール、ジプロピレングリコールなどのグリコール類、ジメチルケトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、アセト酢酸メチルなどのエステル類、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルなどのエーテル類、ギ酸、酢酸、2-エチル酪酸、プロピオン酸などの有機酸類、トルエン、o-キシレン、p-キシレンなどの芳香族類、ホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドンなどのアミド類などが挙げられる。 The organic solvent constituting the single solvent or mixed solvent is not particularly limited, but examples include methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, allyl alcohol, ethylene glycol monobutyl ether (2- n-butoxyethanol) and other alcohols, ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, hexylene glycol, pentanediol, hexanediol, heptanediol, dipropylene glycol and other glycols, dimethyl ketone, methyl ethyl ketone, methyl propyl ketone, methyl Ketones such as isobutyl ketone, esters such as methyl formate, ethyl formate, methyl acetate, methyl acetoacetate, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol Ethers such as monomethyl ether, organic acids such as formic acid, acetic acid, 2-ethylbutyric acid and propionic acid, aromatics such as toluene, o-xylene and p-xylene, formamide, N,N-dimethylformamide, N,N - Amides such as diethylformamide, dimethylacetamide and N-methylpyrrolidone.

ステップS2では、前述した組成式(1)における元素の組成比に従って、ステップS1で調製した少なくとも5種の原材料溶液を混ぜ合わせて混合溶液を作る。そして、混合溶液に50℃以上250℃以下の第1の加熱処理を施して溶媒を蒸発させ混合物を形成する。なお、混合溶液におけるリチウム化合物の原材料溶液の量は、この後に行われる本焼成の第3の加熱処理により揮発して失われるリチウムの量を考慮して、組成式(1)で示される化学量論組成に対して、1.05倍以上1.2倍以下に増量されることが好ましい。リチウム化合物以外の、ランタン化合物、ジルコニウム化合物、スズ化合物、金属元素Mを含む金属化合物の各原材料溶液の量は、組成式(1)で示される化学量論組成に対して等倍で調製される。 In step S2, the at least five raw material solutions prepared in step S1 are mixed according to the composition ratio of the elements in the composition formula (1) described above to prepare a mixed solution. Then, the mixed solution is subjected to a first heat treatment at 50° C. to 250° C. to evaporate the solvent and form a mixture. In addition, the amount of the raw material solution of the lithium compound in the mixed solution is the chemical amount represented by the composition formula (1), considering the amount of lithium volatilized and lost in the third heat treatment of the main firing performed after this. It is preferable to increase the amount by 1.05 times or more and 1.2 times or less with respect to the theoretical composition. The amount of each raw material solution of a lanthanum compound, a zirconium compound, a tin compound, and a metal compound containing the metal element M other than the lithium compound is equal to the stoichiometric composition represented by the composition formula (1). .

ステップS3では、ステップS2で得られた混合物に400℃以上550℃以下の第2の加熱処理(仮焼成)を施して、混合物から溶媒を完全に除去して酸化させ、酸化物である仮焼成体を形成する。仮焼成における加熱時間は、30分~2時間である。 In step S3, the mixture obtained in step S2 is subjected to a second heat treatment (temporary baking) at 400° C. or higher and 550° C. or lower to completely remove the solvent from the mixture and oxidize it, and the oxide is calcined. form the body. The heating time for calcination is 30 minutes to 2 hours.

ステップS4では、ステップS3で得られた仮焼成体に、800℃以上950℃以下の第3の加熱処理を施して本焼成する。本焼成における加熱時間は、4時間~10時間である。本焼成することにより、酸化物である仮焼成体を焼結して、下記の組成式(1)で示されるガーネット型の結晶質である固体電解質12を得る。
Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxy)12・・・(1)
yは、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる1種以上の金属元素であって、0.1≦x<0.5、0.1≦y≦0.7を満たす。
In step S4, the calcined body obtained in step S3 is subjected to a third heat treatment at 800° C. or higher and 950° C. or lower for main sintering. The heating time in the main firing is 4 hours to 10 hours. By the main firing, the calcined oxide body is sintered to obtain the garnet-type crystalline solid electrolyte 12 represented by the following compositional formula (1).
Li7 -yLa3 ( Zr2 -xySnxMy ) O12 ( 1)
M y is one or more metal elements selected from Ta, Sb, and Nb, and satisfies 0.1≦x<0.5 and 0.1≦y≦0.7.

1-3.リチウムイオン電池の製造方法
次に、本実施形態のリチウムイオン電池100の製造方法の一例について、図4~図6を参照して説明する。図4は第1実施形態のリチウムイオン電池の製造方法を示すフローチャート、図5及び図6は第1実施形態のリチウムイオン電池の製造方法における工程を示す概略図である。
1-3. Method for Manufacturing Lithium Ion Battery Next, an example of a method for manufacturing the lithium ion battery 100 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 6. FIG. FIG. 4 is a flowchart showing the method for manufacturing the lithium ion battery of the first embodiment, and FIGS. 5 and 6 are schematic diagrams showing steps in the method for manufacturing the lithium ion battery of the first embodiment.

図4に示すように、本実施形態のリチウムイオン電池100の製造方法の一例は、正極活物質11と本実施形態の固体電解質12とを含む混合物のシートを形成する工程(ステップS11)と、混合物のシートを用いて成形物を形成する工程(ステップS12)と、成形物を焼成する工程(ステップS13)と、を備えている。ここまでのステップS11~ステップS13が正極合材10の製造方法を示す工程である。そして、得られた正極合材10に対して、電解質層20を形成する工程(ステップS14)と、負極30を形成する工程(ステップS15)と、集電体41,42を形成する工程(ステップS16)とを備えている。 As shown in FIG. 4, an example of a method for manufacturing the lithium ion battery 100 of the present embodiment includes a step of forming a sheet of a mixture containing the positive electrode active material 11 and the solid electrolyte 12 of the present embodiment (step S11); The method includes a step of forming a molded article using a mixture sheet (step S12) and a step of firing the molded article (step S13). Steps S11 to S13 up to this point are the steps showing the manufacturing method of the positive electrode mixture 10 . Then, the step of forming the electrolyte layer 20 (step S14), the step of forming the negative electrode 30 (step S15), and the step of forming the current collectors 41 and 42 (step S16).

ステップS11の混合物のシート形成工程では、まず、粒子状の正極活物質11と、粉砕された固体電解質12と、溶媒と、結着剤とを混合して混合物としてのスラリー10mを調製する。スラリー10mにおける、各材料の質量割合は、例えば、正極活物質11が40%、結着剤が10%、固体電解質12が40%、残りは溶媒である。次に、スラリー10mを用いてシート10sを形成する。具体的には、図5に示すように、例えば全自動フィルムアプリケーター400を用いて、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムなどの基材406上に、スラリー10mを一定の厚みで塗布してシート10sとする。全自動フィルムアプリケーター400は、塗布ローラー401とドクターローラー402とを有している。ドクターローラー402に対して上方から接するようにスキージ403が設けられている。塗布ローラー401の下方において対向する位置に搬送ローラー404が設けられており、塗布ローラー401と搬送ローラー404との間に基材406が載置されたステージ405を挿入することによりステージ405が一定の方向に搬送される。ステージ405の搬送方向に隙間を置いて配置された塗布ローラー401とドクターローラー402との間においてスキージ403が設けられた側にスラリー10mが投入される。上記隙間からスラリー10mを下方に押し出すように、塗布ローラー401とドクターローラー402とを回転させて、塗布ローラー401の表面に一定の厚みのスラリー10mを塗工する。そして、同時に搬送ローラー404を回転させ、スラリー10mが塗工された塗布ローラー401に基材406が接するようにステージ405を搬送する。これにより、塗布ローラー401に塗工されたスラリー10mは基材406にシート状に転写され、シート10sとなる。このときのシート10sの厚みは例えば175μm~225μmである。なお、ステップS11のシート10sを形成する工程では、焼成後に得られる正極合材10における正極活物質11の体積密度が50%以上となるように、塗布ローラー401とドクターローラー402とによってスラリー10mを加圧して押し出して一定の厚みのシート10sとする。 In the mixture sheet forming process of step S11, first, the particulate positive electrode active material 11, the pulverized solid electrolyte 12, the solvent, and the binder are mixed to prepare a slurry 10m as a mixture. The mass ratio of each material in the slurry 10m is, for example, 40% positive electrode active material 11, 10% binder, 40% solid electrolyte 12, and the remainder solvent. Next, a sheet 10s is formed using the slurry 10m. Specifically, as shown in FIG. 5, for example, using a fully automatic film applicator 400, a sheet 10s is formed by applying 10m of slurry to a constant thickness on a substrate 406 such as a polyethylene terephthalate (PET) film. . A fully automatic film applicator 400 has an application roller 401 and a doctor roller 402 . A squeegee 403 is provided to contact the doctor roller 402 from above. A conveying roller 404 is provided at a position below the coating roller 401 to face it. direction. 10 m of slurry is put on the side where the squeegee 403 is provided between the coating roller 401 and the doctor roller 402 which are arranged with a gap in the conveying direction of the stage 405 . The coating roller 401 and the doctor roller 402 are rotated so as to push the slurry 10m downward through the gap, and the surface of the coating roller 401 is coated with the slurry 10m with a constant thickness. At the same time, the transport roller 404 is rotated, and the stage 405 is transported so that the substrate 406 contacts the application roller 401 coated with the slurry 10m. As a result, the slurry 10m applied to the application roller 401 is transferred to the base material 406 in the form of a sheet to form a sheet 10s. The thickness of the sheet 10s at this time is, for example, 175 μm to 225 μm. In the process of forming the sheet 10s in step S11, the slurry 10m is applied by the application roller 401 and the doctor roller 402 so that the volume density of the positive electrode active material 11 in the positive electrode mixture 10 obtained after firing is 50% or more. A sheet 10s having a constant thickness is obtained by pressurizing and extruding.

次に、シート10sが形成された基材406を加熱することにより、シート10sから溶媒を除去して、シート10sを硬化させる。そして、ステップS12へ進む。 Next, by heating the substrate 406 on which the sheet 10s is formed, the solvent is removed from the sheet 10s and the sheet 10s is cured. Then, the process proceeds to step S12.

ステップS12の成形物の形成工程では、正極合材10の形状に対応させた抜き型を用いて、シート10sを型抜きすることにより、図6に示すように、円盤状の成形物10fを取り出す。1枚のシート10sからは複数の成形物10fを取り出すことができる。そして、ステップS13へ進む。 In the step S12 of forming the molded product, a die corresponding to the shape of the positive electrode mixture 10 is used to punch out the sheet 10s, thereby taking out a disk-shaped molded product 10f as shown in FIG. . A plurality of moldings 10f can be taken out from one sheet 10s. Then, the process proceeds to step S13.

ステップS13の成形物の焼成工程では、成形物10fを例えば酸化マグネシウムからなる坩堝に納め、電気マッフル炉に入れて、正極活物質11の融点未満の温度で焼成を行い、成形物10fを焼結する。焼成によって、結着剤が除去されると共に、正極活物質11同士が接触した状態で焼結された正極合材10が得られる。正極合材10において互いに接した粒子状の正極活物質11の間に固体電解質12が存在した状態となっている(図2参照)。焼結後に得られる正極合材10の厚みは、おおよそ150μm~200μmである。そして、ステップS14へ進む。 In step S13, the molding sintering step, the molding 10f is placed in a crucible made of, for example, magnesium oxide, placed in an electric muffle furnace, and fired at a temperature below the melting point of the positive electrode active material 11 to sinter the molding 10f. do. By firing, the binder is removed, and the positive electrode mixture 10 is obtained in which the positive electrode active materials 11 are sintered while being in contact with each other. In the cathode mixture 10, the solid electrolyte 12 exists between the particulate cathode active materials 11 that are in contact with each other (see FIG. 2). The thickness of the positive electrode mixture 10 obtained after sintering is approximately 150 μm to 200 μm. Then, the process proceeds to step S14.

ステップS14の電解質層の形成工程では、正極合材10に電解質層20を形成する。本実施形態では、スパッタリング法により、非晶質の電解質である、例えばLIPON(Li2.9PO3.30.46)を成膜して電解質層20とした。電解質層20の厚みは例えば2μmである。そして、ステップS15へ進む。 In the electrolyte layer forming step of step S<b>14 , the electrolyte layer 20 is formed on the positive electrode mixture 10 . In this embodiment, an amorphous electrolyte such as LIPON (Li 2.9 PO 3.3 N 0.46 ) is deposited by sputtering to form the electrolyte layer 20 . The thickness of the electrolyte layer 20 is, for example, 2 μm. Then, the process proceeds to step S15.

ステップS15の負極の形成工程では、電解質層20に積層して負極30を形成する。負極30の形成方法は、前述したように、溶液プロセスなど種々の方法を用いることができるが、本実施形態では、スパッタリング法により、電解質層20に対して金属Liを成膜して負極30とした。負極30の厚みは、例えば20μmである。そして、ステップS16へ進む。 In the step S15 of forming the negative electrode, the negative electrode 30 is formed by laminating the electrolyte layer 20 . As described above, the negative electrode 30 can be formed by various methods such as a solution process. bottom. The thickness of the negative electrode 30 is, for example, 20 μm. Then, the process proceeds to step S16.

ステップS16の集電体の形成工程では、図2に示すように、正極合材10の他方の面10aに接するように集電体41を形成する。また、負極30に接するように集電体42を形成する。本実施形態では、例えば厚みが20μmのアルミニウム箔を用い、形成面にアルミニウム箔を圧接させて配置することにより集電体41とした。また、例えば厚みが20μmの銅箔を用い、形成面に銅箔を圧接させて配置することにより集電体42とした。これにより、一対の集電体41,42の間に、正極合材10、電解質層20、負極30が順に積層された積層体が挟持されたリチウムイオン電池100が得られる。なお、ステップS13の後に、正極合材10に接するように集電体41を形成してもよい。 In the current collector forming step of step S16, as shown in FIG. Also, a current collector 42 is formed so as to be in contact with the negative electrode 30 . In this embodiment, for example, an aluminum foil having a thickness of 20 μm is used, and the current collector 41 is formed by placing the aluminum foil in pressure contact with the forming surface. Further, the current collector 42 is formed by using a copper foil having a thickness of 20 μm, for example, and placing the copper foil in pressure contact with the forming surface. As a result, a lithium ion battery 100 is obtained in which a laminate in which the positive electrode mixture 10, the electrolyte layer 20, and the negative electrode 30 are laminated in this order is sandwiched between the pair of current collectors 41 and 42. FIG. Note that the current collector 41 may be formed so as to be in contact with the positive electrode mixture 10 after step S13.

本実施形態のリチウムイオン電池100の製造方法では、グリーンシート法により正極合材10を形成する方法を例示したが、正極合材10の形成方法は、これに限定されるものではない。例えば、本実施形態のガーネット型の固体電解質12をメノウ乳鉢に入れてよく粉砕した粉末と、粒子状の正極活物質11とを排気ポート付きペレットダイスに投入し、一軸プレス成型して得られた成形物を坩堝に納めて電気マッフル炉に入れ、正極活物質11の融点よりも低い温度で焼成して正極合材10を得るとしてもよい。 In the method of manufacturing the lithium ion battery 100 of the present embodiment, the method of forming the positive electrode mixture 10 by the green sheet method was exemplified, but the method of forming the positive electrode mixture 10 is not limited to this. For example, the powder obtained by putting the garnet-type solid electrolyte 12 of the present embodiment in an agate mortar and pulverizing it well, and the particulate positive electrode active material 11 are put into a pellet die with an exhaust port, and uniaxially press-molded. The molded product may be placed in a crucible, placed in an electric muffle furnace, and fired at a temperature lower than the melting point of the positive electrode active material 11 to obtain the positive electrode mixture 10 .

1-4.固体電解質の実施例
次に、本実施形態の固体電解質について、具体的な実施例1~17を挙げて、その具体的な製造方法について説明する。
1-4. Examples of Solid Electrolyte Next, specific examples 1 to 17 of the solid electrolyte of the present embodiment will be given to explain specific manufacturing methods thereof.

まず、実施例1~17の固体電解質の製造に用いられる、原材料の元素を含む原材料溶液を例示する。 First, the raw material solutions containing raw material elements used for the production of the solid electrolytes of Examples 1 to 17 are exemplified.

[1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液]
マグネチックスターラーバーを入れた30gのパイレックス(Pyrex;CORNING社商標)製試薬瓶へ、純度99.95%の硝酸リチウム(関東化学製、3N5)1.3789gと、2-ブトキシエタノール(エチレングルコールモノブチルエーテル)(関東化学製、鹿特級)18.6211gとを秤量した。次いで、ホットプレート機能付きマグネチックスターラーに載せ、190℃にて1時間撹拌しながら、硝酸リチウムを2-ブトキシエタノールに完全に溶解し、約20℃の室温まで徐冷して、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を得た。なお、硝酸リチウムの純度は、イオンクロマトグラフィー質量分析計を用いて測定することが可能である。
[2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of 1 mol/kg]
1.3789 g of 99.95% pure lithium nitrate (manufactured by Kanto Kagaku, 3N5) and 2-butoxyethanol (ethylene glycol 18.6211 g of monobutyl ether (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., deer special grade) were weighed. Then, placed on a magnetic stirrer with a hot plate function, while stirring at 190 ° C. for 1 hour, lithium nitrate was completely dissolved in 2-butoxyethanol and slowly cooled to room temperature of about 20 ° C. to give a concentration of 1 mol / kg. of lithium nitrate in 2-butoxyethanol was obtained. The purity of lithium nitrate can be measured using an ion chromatography mass spectrometer.

[1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液]
マグネチックスターラーバーを入れた30gのパイレックス製試薬瓶へ、硝酸ランタン・六水和物(関東化学製、4N)8.6608gと、2-ブトキシエタノール11.3392gとを秤量した。次いで、ホットプレート機能付きマグネチックスターラーに載せ、140℃にて30分間撹拌しながら、硝酸ランタン・六水和物を2-ブトキシエタノールに完全に溶解し、約20℃の室温まで徐冷して、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を得た。
[2-butoxyethanol solution of lanthanum nitrate hexahydrate with a concentration of 1 mol/kg]
8.6608 g of lanthanum nitrate hexahydrate (manufactured by Kanto Kagaku, 4N) and 11.3392 g of 2-butoxyethanol were weighed into a 30 g Pyrex reagent bottle containing a magnetic stir bar. Next, put it on a magnetic stirrer with a hot plate function, and while stirring at 140° C. for 30 minutes, completely dissolve lanthanum nitrate hexahydrate in 2-butoxyethanol and slowly cool it to room temperature of about 20° C. , to obtain a 2-butoxyethanol solution of lanthanum nitrate hexahydrate with a concentration of 1 mol/kg.

[1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液]
マグネチックスターラーバーを入れた20gのパイレックス製試薬瓶へ、ジルコニウムテトラノルマルブトキシド(和光純薬工業製)3.8368gと、ブタノール(ノルマルブタノール)6.1632gとを秤量した。次いで、マグネチックスターラーに載せ、約20℃の室温にて30分間撹拌しながら、ジルコニウムテトラノルマルブトキシドをブタノールに完全に溶解して、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を得た。
[Butanol solution of zirconium tetra-normal butoxide with a concentration of 1 mol/kg]
3.8368 g of zirconium tetra-normal butoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and 6.1632 g of butanol (normal butanol) were weighed into a 20-g Pyrex reagent bottle containing a magnetic stir bar. Next, the zirconium tetra-normal butoxide was completely dissolved in butanol while being placed on a magnetic stirrer and stirred at room temperature of about 20° C. for 30 minutes to obtain a butanol solution of zirconium tetra-normal butoxide with a concentration of 1 mol/kg.

[1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液]
まず、スズテトライソプロポキシド(高純度化学研究所製、3N)に含まれている不純物を中性シリカ(例えば、ワコーシルC-300(富士フィルム和光純薬工業製))に吸着させて除去する吸着処理を施す。マグネチックスターラーバーを入れた20gのパイレックス製試薬瓶へ、吸着処理が施されたスズテトライソプロポキシド3.5510gと、2-ブトキシエタノール6.4490gとを秤量した。次いで、ホットプレート機能付きマグネチックスターラーに載せ、140℃にて30分間撹拌しながら、スズテトライソプロポキシドを2-ブトキシエタノールに完全に溶解して、約20℃の室温まで徐冷して、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を得た。
[2-butoxyethanol solution of tin tetraisopropoxide at a concentration of 1 mol/kg]
First, impurities contained in tin tetraisopropoxide (manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd., 3N) are removed by adsorption to neutral silica (for example, Wakosil C-300 (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries)). Apply adsorption treatment. 3.5510 g of adsorbed tin tetraisopropoxide and 6.4490 g of 2-butoxyethanol were weighed into a 20 g Pyrex reagent bottle containing a magnetic stir bar. Next, the tin tetraisopropoxide was completely dissolved in 2-butoxyethanol while being placed on a magnetic stirrer with a hot plate function and stirred at 140°C for 30 minutes, and slowly cooled to room temperature of about 20°C. A 2-butoxyethanol solution of tin tetraisopropoxide with a concentration of 1 mol/kg was obtained.

[1mol/kg濃度のタンタルペンタノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液]
マグネチックスターラーバーを入れた20gのパイレックス製試薬瓶へ、タンタルペンタノルマルブトキシド(高純度化学研究所製、5N)5.4640gと、2-ブトキシエタノール4.5360gとを秤量した。次いで、マグネチックスターラーに載せ、室温にて30分間撹拌しながら、タンタルペンタノルマルブトキシドを2-ブトキシエタノールに完全に溶解して、1mol/kg濃度のタンタルペンタノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を得た。
[2-butoxyethanol solution of tantalum penta-normal butoxide with a concentration of 1 mol/kg]
5.4640 g of tantalum pentanormal butoxide (manufactured by Kojundo Chemical Laboratory, 5N) and 4.5360 g of 2-butoxyethanol were weighed into a 20 g Pyrex reagent bottle containing a magnetic stir bar. Then, the tantalum penta-normal butoxide was completely dissolved in 2-butoxyethanol while being placed on a magnetic stirrer and stirred at room temperature for 30 minutes to obtain a 2-butoxyethanol solution of tantalum penta-normal butoxide with a concentration of 1 mol/kg. rice field.

[1mol/kg濃度のアンチモントリノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液]
マグネチックスターラーバーを入れた20gのパイレックス製試薬瓶へ、アンチモントリノルマルブトキシド(高純度化学研究所製、5N)3.4110gと、2-ブトキシエタノール6.5890gとを秤量した。次いで、マグネチックスターラーに載せ、室温にて30分間撹拌しながら、アンチモントリノルマルブトキシドを2-ブトキシエタノールに完全に溶解して、1mol/kg濃度のアンチモントリノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を得た。
[2-butoxyethanol solution of antimony tri-normal butoxide with a concentration of 1 mol/kg]
3.4110 g of antimony trinormal butoxide (manufactured by Kojundo Chemical Laboratory, 5N) and 6.5890 g of 2-butoxyethanol were weighed into a 20 g Pyrex reagent bottle containing a magnetic stir bar. Next, the antimony tri-n-butoxide was completely dissolved in 2-butoxyethanol while being placed on a magnetic stirrer and stirred at room temperature for 30 minutes to obtain a 2-butoxyethanol solution of antimony tri-n-butoxide with a concentration of 1 mol/kg. rice field.

[1mol/kg濃度のニオブペンタエトキシドの2-ブトキシエタノール溶液]
マグネチックスターラーバーを入れた20gのパイレックス製試薬瓶へ、ニオブペンタエトキシド(高純度化学研究所製、4N)3.1821gと、2-ブトキシエタノール6.8179gとを秤量した。次いで、マグネチックスターラーに載せ、室温にて30分間撹拌しながら、ニオブペンタエトキシドを2-ブトキシエタノールに完全に溶解して、1mol/kg濃度のニオブペンタエトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を得た。
[1 mol/kg concentration of niobium pentaethoxide in 2-butoxyethanol solution]
3.1821 g of niobium pentaethoxide (manufactured by Kojundo Chemical Laboratory, 4N) and 6.8179 g of 2-butoxyethanol were weighed into a 20 g Pyrex reagent bottle containing a magnetic stir bar. Next, the niobium pentaethoxide was completely dissolved in 2-butoxyethanol while being placed on a magnetic stirrer and stirred at room temperature for 30 minutes to obtain a 2-butoxyethanol solution of niobium pentaethoxide with a concentration of 1 mol/kg. rice field.

1-4-1.実施例1の評価用の固体電解質ペレットの作製
実施例1では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxTay)O12におけるxの値が0.3、yの値が0.1となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、内径50mm×高さ20mmのチタン製シャーレに、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を8.280g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.600g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、1mol/kg濃度のタンタルペンタノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.100g、を秤量し、室温で混ぜ合わせて、混合溶液を得た。なお、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量(g)は、950℃の本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して設定されている。具体的には、本焼成前の段階で、y=0.1としたときの上記組成式で示されるLi6.9に対応する質量に対して1.2倍の8.280gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮したリチウム源の増量の割合は、1.2倍に限定されるものではなく、焼成温度による。例えば、本焼成時の第3の加熱処理における温度を800℃とすれば、リチウム源の増量の割合は、1.1倍でよい。また、本焼成時のLiの揮発量は、焼成時間が1時間を超えると飽和する。また、リチウム源以外の元素の原材料溶液の量は、上記組成式の化学量論組成に対して等倍に設定されている。
1-4-1. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation of Example 1 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.1. Specifically, first, in a titanium petri dish with an inner diameter of 50 mm and a height of 20 mm, 8.280 g of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of 1 mol / kg, lanthanum nitrate hexahydrate with a concentration of 1 mol / kg. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution, 1.600 g of butanol solution of zirconium tetra-normal butoxide with concentration of 1 mol/kg, 0.300 g of 2-butoxyethanol solution of tin tetraisopropoxide with concentration of 1 mol/kg, 1 mol/kg 0.100 g of a 2-butoxyethanol solution of tantalum penta-normal butoxide having a concentration of kg was weighed and mixed at room temperature to obtain a mixed solution. The mass (g) of the 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of 1 mol/kg is set in consideration of the mass of Li that volatilizes during main firing at 950°C. Specifically, at the stage before the main firing, 8.280 g, which is 1.2 times the mass corresponding to Li 6.9 shown in the above composition formula when y = 0.1, is added at a concentration of 1 mol / kg. It is the mass of the 2-butoxy ethanol solution of lithium nitrate. Note that the rate of increase in the amount of the lithium source considering the mass of Li volatilized during main firing is not limited to 1.2 times, but depends on the firing temperature. For example, if the temperature in the third heat treatment during main firing is 800° C., the ratio of increase in lithium source may be 1.1 times. In addition, the volatilization amount of Li during main firing becomes saturated when the firing time exceeds 1 hour. Also, the amounts of the raw material solutions of the elements other than the lithium source are set to be equal to the stoichiometric composition of the above composition formula.

次に、チタン製シャーレをホットプレートに載せ、ホットプレートの設定温度を160℃として1時間加熱し、続いて、180℃として30分間加熱し溶媒を除去した。続いて、ホットプレートの設定温度を360℃として30分加熱し、含まれる有機成分の大部分を燃焼により分解させた。その後、ホットプレートの設定温度を540℃として1時間加熱し、残存する有機成分を燃焼、分解させた。その後、ホットプレート上で室温まで徐冷して、仮焼成体を得た。次に、仮焼成体をメノウ乳鉢に移して充分に粉砕した。粉砕された仮焼成体を0.150g秤量して、内径が10mmの排気ポート付きダイス(成形型)に入れて624MPa(メガパスカル)の圧力にて5分間加圧し、円盤状の成形物である仮焼成体ペレットを作製した。次に、仮焼成体ペレットを酸化マグネシウム製の坩堝に入れ、酸化マグネシウム製の蓋をして、ヤマト科学製の電気マッフル炉FP311にて950℃で8時間の本焼成を施した。電気マッフル炉を室温まで徐冷して仮焼成体ペレットを取り出し、直径約9.5mm、厚さ約600μmの実施例1の評価用の固体電解質ペレットを製造した。実施例1の混合溶液の調製及び評価用の固体電解質ペレットの製造方法は、前述したステップS1からステップS4に従うものである。実施例1の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.9La3(Zr1.6Sn0.3Ta0.1)O12である。 Next, the petri dish made of titanium was placed on a hot plate, and the set temperature of the hot plate was set to 160° C. and heated for 1 hour, followed by heating at 180° C. for 30 minutes to remove the solvent. Subsequently, the temperature of the hot plate was set to 360° C. and the mixture was heated for 30 minutes to decompose most of the contained organic components by combustion. After that, the temperature of the hot plate was set to 540° C. and heated for 1 hour to burn and decompose the remaining organic components. Then, it was slowly cooled to room temperature on a hot plate to obtain a calcined body. Next, the calcined body was transferred to an agate mortar and sufficiently pulverized. Weigh 0.150 g of the pulverized calcined body, put it in a die (molding mold) with an exhaust port having an inner diameter of 10 mm, and pressurize it for 5 minutes at a pressure of 624 MPa (megapascal) to obtain a disk-shaped molded product. A calcined body pellet was produced. Next, the calcined pellets were placed in a crucible made of magnesium oxide, covered with a lid made of magnesium oxide, and subjected to main calcination at 950° C. for 8 hours in an electric muffle furnace FP311 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd. The electric muffle furnace was slowly cooled to room temperature, and the calcined pellet was taken out to produce a solid electrolyte pellet for evaluation of Example 1 having a diameter of about 9.5 mm and a thickness of about 600 μm. The method of preparing the mixed solution of Example 1 and manufacturing the solid electrolyte pellet for evaluation follows steps S1 to S4 described above. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Example 1 is Li6.9La3 ( Zr1.6Sn0.3Ta0.1 ) O12 .

なお、実施例1における仮焼成体ペレットを試料として、熱重量・示差熱分析(TG-DTA)を行ったところ、正方晶の生成温度が714.4℃であり、正方晶から立方晶への転移温度が790.0℃であることが判明した。これは、例えば、立方晶である組成式Li7La3(Zr2-x-ySbxTay)O12で示されるガーネット型の固体電解質に比べて、正方晶から立方晶への転移温度がおよそ70℃低下した。つまり、Zrのサイトの一部をSnによって置換することで正方晶から立方晶への転移温度が下がったことを示すものである。ゆえに、Zrのサイトの一部をSnで置換する組成とすることで、本焼成における第3の加熱処理の温度を1000℃よりも低い例えば950℃としても酸化物である仮焼成体を十分に焼結して、高いリチウムイオン導電率を示す立方晶のガーネット型の固体電解質とすることができる。 Thermogravimetric/differential thermal analysis (TG-DTA) was performed using the calcined pellets in Example 1 as a sample, and the formation temperature of tetragonal crystals was 714.4 ° C., and the tetragonal crystals changed to cubic crystals. The transition temperature was found to be 790.0°C. This is because the transition temperature from the tetragonal system to the cubic system is about 70°C lower. In other words, it indicates that the transition temperature from the tetragonal system to the cubic system is lowered by substituting a part of the Zr sites with Sn. Therefore, by adopting a composition in which a part of the Zr site is substituted with Sn, even if the temperature of the third heat treatment in the main firing is lower than 1000 ° C., for example, 950 ° C., the calcined body which is an oxide is sufficiently obtained. It can be sintered into a cubic garnet-type solid electrolyte that exhibits high lithium ion conductivity.

1-4-2.実施例2の評価用の固体電解質ペレットの作製
実施例2では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxTay)O12におけるxの値が0.3、yの値が0.15となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を8.220g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.550g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、1mol/kg濃度のタンタルペンタノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.150g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.15としたときの上記組成式で示されるLi6.85に対応する質量に対して1.2倍の8.220gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて実施例2の評価用の固体電解質ペレットを製造した。実施例2の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.85La3(Zr1.55Sn0.3Ta0.15)O12である。
1-4-2. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation of Example 2 A mixed solution was prepared using the raw material solution described above so that the value becomes 0.15. Specifically, first, 8.220 g of a 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg lithium nitrate and 1 mol/kg lanthanum nitrate hexahydrate were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.550 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.300 g, 1 mol 0.150 g of a 2-butoxyethanol solution of tantalum penta-normal butoxide with a concentration of /kg was weighed and stirred with a magnetic stirrer at room temperature for 30 minutes to obtain a mixed solution. Considering the mass of Li volatilized during main firing, 8.220 g, which is 1.2 times the mass corresponding to Li 6.85 shown in the above composition formula when y = 0.15, is 1 mol / It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Example 2 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Example 2 is Li6.85La3 ( Zr1.55Sn0.3Ta0.15 ) O12 .

1-4-3.実施例3の評価用の固体電解質ペレットの作製
実施例3では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxTay)O12におけるxの値が0.3、yの値が0.2となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を8.160g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.500g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、1mol/kg濃度のタンタルペンタノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.200g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.2としたときの上記組成式で示されるLi6.8に対応する質量に対して1.2倍の8.160gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて実施例3の評価用の固体電解質ペレットを製造した。実施例3の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.8La3(Zr1.5Sn0.3Ta0.2)O12である。
1-4-3. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation of Example 3 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.2. Specifically, first, 8.160 g of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of 1 mol/kg and lanthanum nitrate hexahydrate with a concentration of 1 mol/kg were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.500 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.300 g, 1 mol 0.200 g of a 2-butoxyethanol solution of tantalum penta-normal butoxide with a concentration of /kg was weighed and stirred with a magnetic stirrer at room temperature for 30 minutes to obtain a mixed solution. Considering the mass of Li that volatilizes during main firing, 1 mol/ It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Example 3 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Example 3 is Li6.8La3 ( Zr1.5Sn0.3Ta0.2 ) O12 .

1-4-4.実施例4の評価用の固体電解質ペレットの作製
実施例4では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxTay)O12におけるxの値が0.1、yの値が0.2となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を8.160g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.700g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.100g、1mol/kg濃度のタンタルペンタノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.200g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.2としたときの上記組成式で示されるLi6.8に対応する質量に対して1.2倍の8.160gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて実施例4の評価用の固体電解質ペレットを製造した。実施例4の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.8La3(Zr1.7Sn0.1Ta0.2)O12である。
1-4-4. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation of Example 4 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.2. Specifically, first, 8.160 g of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of 1 mol/kg and lanthanum nitrate hexahydrate with a concentration of 1 mol/kg were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.700 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.100 g, 1 mol 0.200 g of a 2-butoxyethanol solution of tantalum penta-normal butoxide with a concentration of /kg was weighed and stirred with a magnetic stirrer at room temperature for 30 minutes to obtain a mixed solution. Considering the mass of Li that volatilizes during main firing, 1 mol/ It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Example 4 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Example 4 is Li6.8La3 ( Zr1.7Sn0.1Ta0.2 ) O12 .

1-4-5.実施例5の評価用の固体電解質ペレットの作製
実施例5では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxTay)O12におけるxの値が0.2、yの値が0.2となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を8.160g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.600g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.200g、1mol/kg濃度のタンタルペンタノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.200g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.2としたときの上記組成式で示されるLi6.8に対応する質量に対して1.2倍の8.160gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて実施例5の評価用の固体電解質ペレットを製造した。実施例2の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.8La3(Zr1.6Sn0.2Ta0.2)O12である。
1-4-5. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation of Example 5 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.2. Specifically, first, 8.160 g of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of 1 mol/kg and lanthanum nitrate hexahydrate with a concentration of 1 mol/kg were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.600 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.200 g, 1 mol 0.200 g of a 2-butoxyethanol solution of tantalum penta-normal butoxide with a concentration of /kg was weighed and stirred at room temperature for 30 minutes using a magnetic stirrer to obtain a mixed solution. In addition, considering the mass of Li volatilized during main firing, 8.160 g, which is 1.2 times the mass corresponding to Li 6.8 shown in the above composition formula when y = 0.2, is 1 mol / It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Example 5 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Example 2 is Li6.8La3 ( Zr1.6Sn0.2Ta0.2 ) O12 .

1-4-6.実施例6の評価用の固体電解質ペレットの作製
実施例6では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxTay)O12におけるxの値が0.4、yの値が0.2となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を8.160g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.400g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.400g、1mol/kg濃度のタンタルペンタノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.200g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.2としたときの上記組成式で示されるLi6.8に対応する質量に対して1.2倍の8.160gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて実施例6の評価用の固体電解質ペレットを製造した。実施例6の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.8La3(Zr1.4Sn0.4Ta0.2)O12である。
1-4-6. Preparation of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation of Example 6 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.2. Specifically, first, 8.160 g of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of 1 mol/kg and lanthanum nitrate hexahydrate with a concentration of 1 mol/kg were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.400 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.400 g, 1 mol 0.200 g of a 2-butoxyethanol solution of tantalum penta-normal butoxide with a concentration of /kg was weighed and stirred at room temperature for 30 minutes using a magnetic stirrer to obtain a mixed solution. In addition, considering the mass of Li volatilized during main firing, 8.160 g, which is 1.2 times the mass corresponding to Li 6.8 shown in the above composition formula when y = 0.2, is 1 mol / It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Example 6 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Example 6 is Li6.8La3 ( Zr1.4Sn0.4Ta0.2 ) O12 .

1-4-7.実施例7の評価用の固体電解質ペレットの作製
実施例7では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxSby)O12におけるxの値が0.3、yの値が0.3となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を8.040g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.400g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、1mol/kg濃度のアンチモントリノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.3としたときの上記組成式で示されるLi6.7に対応する質量に対して1.2倍の8.040gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて実施例7の評価用の固体電解質ペレットを製造した。実施例7の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.7La3(Zr1.4Sn0.3Sb0.3)O12である。
1-4-7. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation of Example 7 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.3. Specifically, first, 8.040 g of a 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg lithium nitrate and 1 mol/kg lanthanum nitrate hexahydrate were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stir bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.400 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.300 g, 1 mol 0.300 g of a 2-butoxyethanol solution of antimony tri-normal butoxide with a concentration of /kg was weighed and stirred with a magnetic stirrer at room temperature for 30 minutes to obtain a mixed solution. Considering the mass of Li that volatilizes during main firing, 1 mol/ It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Example 7 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Example 7 is Li6.7La3 ( Zr1.4Sn0.3Sb0.3 ) O12 .

1-4-8.実施例8の評価用の固体電解質ペレットの作製
実施例8では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxSby)O12におけるxの値が0.3、yの値が0.35となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を7.980g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.350g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、1mol/kg濃度のアンチモントリノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.350g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.35としたときの上記組成式で示されるLi6.65に対応する質量に対して1.2倍の7.980gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて実施例8の評価用の固体電解質ペレットを製造した。実施例8の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.65La3(Zr1.35Sn0.3Sb0.35)O12である。
1-4-8. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation of Example 8 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.35. Specifically, first, 7.980 g of a 1 mol/kg concentration lithium nitrate 2-butoxyethanol solution and 1 mol/kg concentration lanthanum nitrate hexahydrate were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.350 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.300 g, 1 mol 0.350 g of a 2-butoxyethanol solution of antimony tri-normal butoxide with a concentration/kg concentration was weighed and stirred with a magnetic stirrer at room temperature for 30 minutes to obtain a mixed solution. Considering the mass of Li that volatilizes during main firing, 1 mol/ It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Example 8 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Example 8 is Li6.65La3 ( Zr1.35Sn0.3Sb0.35 ) O12 .

1-4-9.実施例9の評価用の固体電解質ペレットの作製
実施例9では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxSby)O12におけるxの値が0.3、yの値が0.4となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を7.920g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.300g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、1mol/kg濃度のアンチモントリノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.400g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.4としたときの上記組成式で示されるLi6.6に対応する質量に対して1.2倍の7.920gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて実施例9の評価用の固体電解質ペレットを製造した。実施例9の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.6La3(Zr1.3Sn0.3Sb0.4)O12である。
1-4-9. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation of Example 9 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.4. Specifically, first, 7.920 g of a 1 mol/kg concentration lithium nitrate 2-butoxyethanol solution and 1 mol/kg concentration lanthanum nitrate hexahydrate were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.300 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.300 g, 1 mol 0.400 g of a 2-butoxyethanol solution of antimony tri-normal butoxide with a concentration of /kg was weighed and stirred with a magnetic stirrer at room temperature for 30 minutes to obtain a mixed solution. Considering the mass of Li that volatilizes during main firing, 1 mol/ It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Example 9 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Example 9 is Li6.6La3 ( Zr1.3Sn0.3Sb0.4 ) O12 .

1-4-10.実施例10の評価用の固体電解質ペレットの作製
実施例10では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxNby)O12におけるxの値が0.3、yの値が0.25となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を8.100g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.450g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、1mol/kg濃度のニオブペンタエトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.250g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.25としたときの上記組成式で示されるLi6.75に対応する質量に対して1.2倍の8.100gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて実施例10の評価用の固体電解質ペレットを製造した。実施例10の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.75La3(Zr1.45Sn0.3Nb0.25)O12である。
1-4-10. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation of Example 10 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.25. Specifically, first, 8.100 g of a 1 mol/kg concentration lithium nitrate 2-butoxyethanol solution and 1 mol/kg concentration lanthanum nitrate hexahydrate were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.450 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.300 g, 1 mol 0.250 g of a 2-butoxyethanol solution of niobium pentaethoxide with a concentration of /kg was weighed and stirred with a magnetic stirrer at room temperature for 30 minutes to obtain a mixed solution. Considering the mass of Li volatilized during main firing, 8.100 g, which is 1.2 times the mass corresponding to Li 6.75 shown in the above composition formula when y = 0.25, is 1 mol / It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Example 10 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Example 10 is Li6.75La3 ( Zr1.45Sn0.3Nb0.25 ) O12 .

1-4-11.実施例11の評価用の固体電解質ペレットの作製
実施例11では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxNby)O12におけるxの値が0.3、yの値が0.3となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を8.040g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.400g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、1mol/kg濃度のニオブペンタエトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.3としたときの上記組成式で示されるLi6.7に対応する質量に対して1.2倍の8.040gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて実施例11の評価用の固体電解質ペレットを製造した。実施例11の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.7La3(Zr1.4Sn0.3Nb0.3)O12である。
1-4-11. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation of Example 11 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.3. Specifically, first, 8.040 g of a 1 mol/kg concentration lithium nitrate 2-butoxyethanol solution and 1 mol/kg concentration lanthanum nitrate hexahydrate were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.400 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.300 g, 1 mol 0.300 g of a 2-butoxyethanol solution of niobium pentaethoxide with a concentration of /kg was weighed and stirred with a magnetic stirrer at room temperature for 30 minutes to obtain a mixed solution. Considering the mass of Li that volatilizes during main firing, 1 mol/ It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Example 11 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Example 11 is Li6.7La3 ( Zr1.4Sn0.3Nb0.3 ) O12 .

1-4-12.実施例12の評価用の固体電解質ペレットの作製
実施例12では、組成式Li7-yLa3(Zr2-xーySnxNby)O12におけるxの値が0.1、yの値が0.25となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を8.100g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.650g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.100g、1mol/kg濃度のニオブペンタエトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.250g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.25としたときの上記組成式で示されるLi6.75に対応する質量に対して1.2倍の8.100gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて実施例12の評価用の固体電解質ペレットを製造した。実施例12の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.75La3(Zr1.65Sn0.1Nb0.25)O12である。
1-4-12. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation of Example 12 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so that the value was 0.25. Specifically, first, 8.100 g of a 1 mol/kg concentration lithium nitrate 2-butoxyethanol solution and 1 mol/kg concentration lanthanum nitrate hexahydrate were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.650 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.100 g, 1 mol 0.250 g of a 2-butoxyethanol solution of niobium pentaethoxide with a concentration of /kg was weighed and stirred with a magnetic stirrer at room temperature for 30 minutes to obtain a mixed solution. Considering the mass of Li volatilized during main firing, 8.100 g, which is 1.2 times the mass corresponding to Li 6.75 shown in the above composition formula when y = 0.25, is 1 mol / It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Example 12 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Example 12 is Li6.75La3 ( Zr1.65Sn0.1Nb0.25 ) O12 .

1-4-13.実施例13の評価用の固体電解質ペレットの作製
実施例13では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxNby)O12におけるxの値が0.1、yの値が0.3となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を8.040g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.600g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.100g、1mol/kg濃度のニオブペンタエトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.3としたときの上記組成式で示されるLi6.7に対応する質量に対して1.2倍の8.040gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて実施例13の評価用の固体電解質ペレットを製造した。実施例13の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.7La3(Zr1.6Sn0.1Nb0.3)O12である。
1-4-13. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation of Example 13 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.3. Specifically, first, 8.040 g of a 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg lithium nitrate and 1 mol/kg lanthanum nitrate hexahydrate were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stir bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.600 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.100 g, 1 mol 0.300 g of a 2-butoxyethanol solution of niobium pentaethoxide with a concentration of /kg was weighed and stirred at room temperature for 30 minutes using a magnetic stirrer to obtain a mixed solution. Considering the mass of Li that volatilizes during main firing, 1 mol/ It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Example 13 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Example 13 is Li6.7La3 ( Zr1.6Sn0.1Nb0.3 ) O12 .

1-4-14.実施例14の評価用の固体電解質ペレットの作製
実施例14では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxTayaSbyb)O12におけるxの値が0.3、yaの値が0.15、ybの値が0.4、ya+yb=yの値が0.55となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を7.740g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.150g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、1mol/kg濃度のタンタルペンタノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.150g、1mol/kg濃度のアンチモントリノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.400g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.55としたときの上記組成式で示されるLi6.45に対応する質量に対して1.2倍の7.740gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて実施例14の評価用の固体電解質ペレットを製造した。実施例14の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.45La3(Zr1.15Sn0.3Ta0.15Sb0.4)O12である。
1-4-14. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation of Example 14 A mixed solution was prepared using the raw material solutions so that the value was 0.15, the value of yb was 0.4, and the value of ya+yb=y was 0.55. Specifically, first, 7.740 g of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of 1 mol/kg and lanthanum nitrate hexahydrate with a concentration of 1 mol/kg were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.150 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.300 g, 1 mol 0.150 g of a 2-butoxyethanol solution of tantalum penta-normal butoxide with a /kg concentration and 0.400 g of a 2-butoxyethanol solution of antimony tri-normal butoxide with a concentration of 1 mol / kg were weighed, and using a magnetic stirrer, After stirring at room temperature for 30 minutes, a mixed solution was obtained. Considering the mass of Li that volatilizes during main firing, 1 mol/ It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Example 14 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Example 14 is Li6.45La3 ( Zr1.15Sn0.3Ta0.15Sb0.4 ) O12 .

1-4-15.実施例15の評価用の固体電解質ペレットの作製
実施例15では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxTayaNbyb)O12におけるxの値が0.3、yaの値が0.15、ybの値が0.15、ya+yb=yの値が0.3となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を8.040g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.400g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、1mol/kg濃度のタンタルペンタノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.150g、1mol/kg濃度のニオブペンタエトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.150g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.3としたときの上記組成式で示されるLi6.7に対応する質量に対して1.2倍の8.040gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて実施例15の評価用の固体電解質ペレットを製造した。実施例15の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.7La3(Zr1.4Sn0.3Ta0.15Nb0.15)O12である。
1-4-15. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation of Example 15 A mixed solution was prepared using the raw material solutions so that the value was 0.15, the value of yb was 0.15, and the value of ya+yb=y was 0.3. Specifically, first, 8.040 g of a 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg lithium nitrate and 1 mol/kg lanthanum nitrate hexahydrate were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stir bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.400 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.300 g, 1 mol 0.150 g of a 2-butoxyethanol solution of tantalum penta-normal butoxide with a /kg concentration and 0.150 g of a 2-butoxyethanol solution of niobium pentaethoxide with a concentration of 1 mol / kg were weighed, and using a magnetic stirrer, After stirring at room temperature for 30 minutes, a mixed solution was obtained. Considering the mass of Li that volatilizes during main firing, 1 mol/ It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Example 15 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Example 15 is Li6.7La3 ( Zr1.4Sn0.3Ta0.15Nb0.15 ) O12 .

1-4-16.実施例16の評価用の固体電解質ペレットの作製
実施例16では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxSbyaNbyb)O12におけるxの値が0.3、yaの値が0.3、ybの値が0.15、ya+yb=yの値が0.45となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を7.860g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.250g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、1mol/kg濃度のアンチモントリノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、1mol/kg濃度のニオブペンタエトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.150g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.45としたときの上記組成式で示されるLi6.55に対応する質量に対して1.2倍の7.860gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて実施例16の評価用の固体電解質ペレットを製造した。実施例16の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.55La3(Zr1.25Sn0.3Sb0.3Nb0.15)O12である。
1-4-16. Preparation of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation of Example 16 A mixed solution was prepared using the raw material solutions so that the value was 0.3, the value of yb was 0.15, and the value of ya+yb=y was 0.45. Specifically, first, 7.860 g of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of 1 mol/kg and lanthanum nitrate hexahydrate with a concentration of 1 mol/kg were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.250 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.300 g, 1 mol 0.300 g of a 2-butoxyethanol solution of antimony tri-normal butoxide with a /kg concentration and 0.150 g of a 2-butoxyethanol solution of niobium pentaethoxide with a concentration of 1 mol/kg were weighed, and using a magnetic stirrer, After stirring at room temperature for 30 minutes, a mixed solution was obtained. Considering the mass of Li volatilized during main firing, 7.860 g, which is 1.2 times the mass corresponding to Li 6.55 shown in the above composition formula when y = 0.45, is 1 mol / It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Example 16 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Example 16 is Li6.55La3 ( Zr1.25Sn0.3Sb0.3Nb0.15 ) O12 .

1-4-17.実施例17の評価用の固体電解質ペレットの作製
実施例17では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxTayaSbybNbyc)O12におけるxの値が0.3、yaの値が0.2、ybの値が0.3、ycの値が0.2、ya+yb+yc=yの値が0.7となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を7.560g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.000g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、1mol/kg濃度のタンタルペンタノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.200g、1mol/kg濃度のアンチモントリノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、1mol/kg濃度のニオブペンタエトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.200g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.7としたときの上記組成式で示されるLi6.3に対応する質量に対して1.2倍の7.560gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて実施例17の評価用の固体電解質ペレットを製造した。実施例17の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.3La3(Zr1.0Sn0.3Ta0.2Sb0.3Nb0.2)O12である。
1-4-17. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation of Example 17 A mixed solution is prepared using the raw material solution so that the value of ya is 0.2, the value of yb is 0.3, the value of yc is 0.2, and the value of ya+yb+yc=y is 0.7. bottom. Specifically, first, 7.560 g of a 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg lithium nitrate and 1 mol/kg lanthanum nitrate hexahydrate were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.000 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.300 g, 1 mol 0.200 g of a 2-butoxyethanol solution of tantalum penta-normal butoxide with a concentration of /kg, 0.300 g of a 2-butoxyethanol solution of antimony tri-normal butoxide with a concentration of 1 mol/kg, and 2 of niobium pentaethoxide with a concentration of 1 mol/kg. 0.200 g of the -butoxyethanol solution was weighed and stirred at room temperature for 30 minutes using a magnetic stirrer to obtain a mixed solution. In addition, considering the mass of Li volatilized during main firing, 7.560 g, which is 1.2 times the mass corresponding to Li 6.3 shown in the above composition formula when y = 0.7, is 1 mol / It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Example 17 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Example 17 is Li6.3La3 ( Zr1.0Sn0.3Ta0.2Sb0.3Nb0.2 ) O12 .

1-5.固体電解質の比較例
比較例1~12の固体電解質の製造方法は、実施例1~17の固体電解質の製造方法における、Li、La、Zr、金属元素Mの各原材料溶液を用いるものであって、実施例1~17に対して固体電解質の組成式を異ならせたものである。
1-5. Comparative Examples of Solid Electrolyte The solid electrolyte manufacturing methods of Comparative Examples 1 to 12 use the raw material solutions of Li, La, Zr, and the metal element M in the solid electrolyte manufacturing methods of Examples 1 to 17. , in which the composition formula of the solid electrolyte is different from that in Examples 1 to 17.

1-5-1.比較例1の評価用の固体電解質ペレットの作製
比較例1では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxy)O12におけるxの値が0.3、yの値が0、つまり金属元素Mを含まない構成となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を8.750g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.700g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0としたときの上記組成式で示されるLi7に対応する質量に対して1.25倍の8.750gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて比較例1の評価用の固体電解質ペレットを製造した。比較例1の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li7La3(Zr1.7Sn0.3)O12である。
1-5-1. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation in Comparative Example 1 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a structure containing 0, that is, not containing the metal element M. Specifically, first, 8.750 g of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of 1 mol/kg and lanthanum nitrate hexahydrate with a concentration of 1 mol/kg were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.700 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.300 g, They were weighed and stirred at room temperature for 30 minutes using a magnetic stirrer to obtain a mixed solution. In addition, considering the mass of Li volatilized during the main firing, 8.750 g, which is 1.25 times the mass corresponding to Li 7 shown in the above composition formula when y = 0, is 1 mol / kg concentration of lithium nitrate in 2-butoxyethanol solution. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Comparative Example 1 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Comparative Example 1 is Li7La3 ( Zr1.7Sn0.3 ) O12 .

1-5-2.比較例2の評価用の固体電解質ペレットの作製
比較例2では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxTay)O12におけるxの値が0.3、yの値が0.3となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を8.040g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.400g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、1mol/kg濃度のタンタルペンタノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.3としたときの上記組成式で示されるLi6.7に対応する質量に対して1.2倍の8.040gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて比較例2の評価用の固体電解質ペレットを製造した。比較例2の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.7La3(Zr1.4Sn0.3Ta0.3)O12である。
1-5-2. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation in Comparative Example 2 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.3. Specifically, first, 8.040 g of a 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg lithium nitrate and 1 mol/kg lanthanum nitrate hexahydrate were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stir bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.400 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.300 g, 1 mol 0.300 g of a 2-butoxyethanol solution of tantalum penta-normal butoxide with a concentration of /kg was weighed and stirred with a magnetic stirrer at room temperature for 30 minutes to obtain a mixed solution. Considering the mass of Li that volatilizes during main firing, 1 mol/ It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Comparative Example 2 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Comparative Example 2 is Li6.7La3 ( Zr1.4Sn0.3Ta0.3 ) O12 .

1-5-3.比較例3の評価用の固体電解質ペレットの作製
比較例3では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxTay)O12におけるxの値が0.3、yの値が0.4となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を7.920g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.300g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、1mol/kg濃度のタンタルペンタノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.400g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.4としたときの上記組成式で示されるLi6.6に対応する質量に対して1.2倍の7.920gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて比較例3の評価用の固体電解質ペレットを製造した。比較例3の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.6La3(Zr1.3Sn0.3Ta0.4)O12である。
1-5-3. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation in Comparative Example 3 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.4. Specifically, first, 7.920 g of a 1 mol/kg concentration lithium nitrate 2-butoxyethanol solution and 1 mol/kg concentration lanthanum nitrate hexahydrate were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.300 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.300 g, 1 mol 0.400 g of a 2-butoxyethanol solution of tantalum penta-normal butoxide with a concentration of /kg was weighed and stirred with a magnetic stirrer at room temperature for 30 minutes to obtain a mixed solution. Considering the mass of Li that volatilizes during main firing, 1 mol/ It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Comparative Example 3 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Comparative Example 3 is Li6.6La3 ( Zr1.3Sn0.3Ta0.4 ) O12 .

1-5-4.比較例4の評価用の固体電解質ペレットの作製
比較例4では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxTay)O12におけるxの値が0、つまりSnを含まない構成とし、yの値が0.2となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を8.500g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.800g、1mol/kg濃度のタンタルペンタノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.200g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.2としたときの上記組成式で示されるLi6.8に対応する質量に対して1.25倍の8.500gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて比較例4の評価用の固体電解質ペレットを製造した。比較例4の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.8La3(Zr1.8Ta0.2)O12である。
1-5-4. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation in Comparative Example 4 In Comparative Example 4, the value of x in the composition formula Li7 -yLa3 ( Zr2- xySnxTay ) O12 is 0, that is, the composition does not contain Sn. and a mixed solution was prepared using the raw material solutions so that the value of y was 0.2. Specifically, first, 8.500 g of a 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg lithium nitrate and 1 mol/kg lanthanum nitrate hexahydrate were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of a 2-butoxyethanol solution of , 1.800 g of a butanol solution of zirconium tetra-normal butoxide with a concentration of 1 mol/kg, and 0.200 g of a 2-butoxyethanol solution of tantalum penta-normal butoxide with a concentration of 1 mol/kg. and stirred at room temperature for 30 minutes using a magnetic stirrer to obtain a mixed solution. In addition, considering the mass of Li volatilized during main firing, 8.500 g, which is 1.25 times the mass corresponding to Li 6.8 shown in the above composition formula when y = 0.2, is 1 mol / It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Comparative Example 4 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Comparative Example 4 is Li 6.8 La 3 (Zr 1.8 Ta 0.2 )O 12 .

1-5-5.比較例5の評価用の固体電解質ペレットの作製
比較例5では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxTay)O12におけるxの値が0.5、yの値が0.2となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を8.160g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.300g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.500g、1mol/kg濃度のタンタルペンタノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.200g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.2としたときの上記組成式で示されるLi6.8に対応する質量に対して1.2倍の8.160gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて比較例5の評価用の固体電解質ペレットを製造した。比較例5の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.8La3(Zr1.3Sn0.5Ta0.2)O12である。
1-5-5. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation in Comparative Example 5 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.2. Specifically, first, 8.160 g of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of 1 mol/kg and lanthanum nitrate hexahydrate with a concentration of 1 mol/kg were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.300 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.500 g, 1 mol 0.200 g of a 2-butoxyethanol solution of tantalum penta-normal butoxide with a concentration of /kg was weighed and stirred at room temperature for 30 minutes using a magnetic stirrer to obtain a mixed solution. In addition, considering the mass of Li volatilized during main firing, 8.160 g, which is 1.2 times the mass corresponding to Li 6.8 shown in the above composition formula when y = 0.2, is 1 mol / It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Comparative Example 5 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Comparative Example 5 is Li6.8La3 ( Zr1.3Sn0.5Ta0.2 ) O12 .

1-5-6.比較例6の評価用の固体電解質ペレットの作製
比較例6では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxTay)O12におけるxの値が0.7、yの値が0.2となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を8.160g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.100g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.700g、1mol/kg濃度のタンタルペンタノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.200g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.2としたときの上記組成式で示されるLi6.8に対応する質量に対して1.2倍の8.160gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて比較例6の評価用の固体電解質ペレットを製造した。比較例6の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.8La3(Zr1.1Sn0.7Ta0.2)O12である。
1-5-6. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation in Comparative Example 6 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.2. Specifically, first, 8.160 g of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of 1 mol/kg and lanthanum nitrate hexahydrate with a concentration of 1 mol/kg were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.100 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.700 g, 1 mol 0.200 g of a 2-butoxyethanol solution of tantalum penta-normal butoxide with a concentration of /kg was weighed and stirred at room temperature for 30 minutes using a magnetic stirrer to obtain a mixed solution. In addition, considering the mass of Li volatilized during main firing, 8.160 g, which is 1.2 times the mass corresponding to Li 6.8 shown in the above composition formula when y = 0.2, is 1 mol / It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Comparative Example 6 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Comparative Example 6 is Li 6.8 La 3 (Zr 1.1 Sn 0.7 Ta 0.2 )O 12 .

1-5-7.比較例7の評価用の固体電解質ペレットの作製
比較例7では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxSby)O12におけるxの値が0.3、yの値が0.05となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を8.340g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.650g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、1mol/kg濃度のアンチモントリノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.050g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.05としたときの上記組成式で示されるLi6.95に対応する質量に対して1.2倍の8.340gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて比較例7の評価用の固体電解質ペレットを製造した。比較例7の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.95La3(Zr1.65Sn0.3Sb0.05)O12である。
1-5-7. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation in Comparative Example 7 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.05. Specifically, first, 8.340 g of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of 1 mol/kg and lanthanum nitrate hexahydrate with a concentration of 1 mol/kg were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.650 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.300 g, 1 mol 0.050 g of a 2-butoxyethanol solution of antimony tri-normal butoxide with a concentration of /kg was weighed and stirred with a magnetic stirrer at room temperature for 30 minutes to obtain a mixed solution. In addition, considering the mass of Li volatilized during main firing, 8.340 g, which is 1.2 times the mass corresponding to Li 6.95 shown in the above composition formula when y = 0.05, is 1 mol / It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Comparative Example 7 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Comparative Example 7 is Li6.95La3 ( Zr1.65Sn0.3Sb0.05 ) O12 .

1-5-8.比較例8の評価用の固体電解質ペレットの作製
比較例8では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxSby)O12におけるxの値が0.3、yの値が0.6となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を7.680g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.100g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、1mol/kg濃度のアンチモントリノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.600g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.6としたときの上記組成式で示されるLi6.4に対応する質量に対して1.2倍の7.680gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて比較例8の評価用の固体電解質ペレットを製造した。比較例8の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.4La3(Zr1.1Sn0.3Sb0.6)O12である。
1-5-8. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation in Comparative Example 8 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.6. Specifically, first, 7.680 g of a 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg lithium nitrate and 1 mol/kg lanthanum nitrate hexahydrate were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.100 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.300 g, 1 mol 0.600 g of a 2-butoxyethanol solution of antimony tri-normal butoxide with a concentration of /kg was weighed and stirred with a magnetic stirrer at room temperature for 30 minutes to obtain a mixed solution. Considering the mass of Li volatilized during main firing, 7.680 g, which is 1.2 times the mass corresponding to Li 6.4 shown in the above composition formula when y = 0.6, is 1 mol / It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Comparative Example 8 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Comparative Example 8 is Li6.4La3 ( Zr1.1Sn0.3Sb0.6 ) O12 .

1-5-9.比較例9の評価用の固体電解質ペレットの作製
比較例9では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxSby)O12におけるxの値が0.3、yの値が0.2となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を8.160g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.500g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、1mol/kg濃度のアンチモントリノルマルブトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.200g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.2としたときの上記組成式で示されるLi6.8に対応する質量に対して1.2倍の8.160gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて比較例9の評価用の固体電解質ペレットを製造した。比較例9の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.8La3(Zr1.5Sn0.3Sb0.2)O12である。
1-5-9. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation in Comparative Example 9 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.2. Specifically, first, 8.160 g of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of 1 mol/kg and lanthanum nitrate hexahydrate with a concentration of 1 mol/kg were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.500 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.300 g, 1 mol 0.200 g of a 2-butoxyethanol solution of antimony tri-normal butoxide having a concentration of /kg was weighed and stirred with a magnetic stirrer at room temperature for 30 minutes to obtain a mixed solution. In addition, considering the mass of Li volatilized during main firing, 8.160 g, which is 1.2 times the mass corresponding to Li 6.8 shown in the above composition formula when y = 0.2, is 1 mol / It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Comparative Example 9 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Comparative Example 9 is Li6.8La3 ( Zr1.5Sn0.3Sb0.2 ) O12 .

1-5-10.比較例10の評価用の固体電解質ペレットの作製
比較例10では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxNby)O12におけるxの値が0.3、yの値が0.35となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を7.980g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.350g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.300g、1mol/kg濃度のニオブペンタエトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.350g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.35としたときの上記組成式で示されるLi6.65に対応する質量に対して1.2倍の7.980gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて比較例10の評価用の固体電解質ペレットを製造した。比較例10の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.65La3(Zr1.35Sn0.3Nb0.35)O12である。
1-5-10. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation in Comparative Example 10 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.35. Specifically, first, 7.980 g of a 1 mol/kg concentration lithium nitrate 2-butoxyethanol solution and 1 mol/kg concentration lanthanum nitrate hexahydrate were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.350 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.300 g, 1 mol 0.350 g of a 2-butoxyethanol solution of niobium pentaethoxide with a concentration of /kg was weighed and stirred with a magnetic stirrer at room temperature for 30 minutes to obtain a mixed solution. Considering the mass of Li that volatilizes during main firing, 1 mol/ It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Comparative Example 10 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Comparative Example 10 is Li6.65La3 ( Zr1.35Sn0.3Nb0.35 ) O12 .

1-5-11.比較例11の評価用の固体電解質ペレットの作製
比較例11では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxNby)O12におけるxの値が0.1、yの値が0.1となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を8.280g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.800g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.100g、1mol/kg濃度のニオブペンタエトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.100g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.1としたときの上記組成式で示されるLi6.9に対応する質量に対して1.2倍の8.280gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて比較例11の評価用の固体電解質ペレットを製造した。比較例11の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.9La3(Zr1.8Sn0.1Nb0.1)O12である。
1-5-11. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation in Comparative Example 11 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.1. Specifically, first, 8.280 g of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of 1 mol/kg and lanthanum nitrate hexahydrate with a concentration of 1 mol/kg were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.800 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.100 g, 1 mol 0.100 g of a 2-butoxyethanol solution of niobium pentaethoxide with a concentration of /kg was weighed and stirred with a magnetic stirrer at room temperature for 30 minutes to obtain a mixed solution. Considering the mass of Li volatilized during main firing, 8.280 g, which is 1.2 times the mass corresponding to Li 6.9 shown in the above composition formula when y = 0.1, is 1 mol / It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Comparative Example 11 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Comparative Example 11 is Li6.9La3 ( Zr1.8Sn0.1Nb0.1 ) O12 .

1-5-12.比較例12の評価用の固体電解質ペレットの作製
比較例12では、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxNby)O12におけるxの値が0.1、yの値が0.35となるように、上記の原材料溶液を用いて、混合溶液を調製した。具体的には、まず、マグネチックスターラーバーを入れたパイレックス製試薬瓶へ、1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液を7.980g、1mol/kg濃度の硝酸ランタン・六水和物の2-ブトキシエタノール溶液を3.000g、1mol/kg濃度のジルコニウムテトラノルマルブトキシドのブタノール溶液を1.550g、1mol/kg濃度のスズテトライソプロポキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.100g、1mol/kg濃度のニオブペンタエトキシドの2-ブトキシエタノール溶液を0.350g、を秤量し、マグネチックスターラーを用いて、室温で30分間撹拌して、混合溶液を得た。なお、本焼成時に揮発するLiの質量を考慮して、y=0.35としたときの上記組成式で示されるLi6.65に対応する質量に対して1.2倍の7.980gを1mol/kg濃度の硝酸リチウムの2-ブトキシエタノール溶液の質量としている。以降は、実施例1と同様な工程を経て、混合溶液から仮焼成体を形成し、仮焼成体を用いて比較例12の評価用の固体電解質ペレットを製造した。比較例12の固体電解質ペレットを示す組成式は、Li6.65La3(Zr1.55Sn0.1Nb0.35)O12である。
1-5-12. Production of Solid Electrolyte Pellets for Evaluation in Comparative Example 12 A mixed solution was prepared using the above raw material solutions so as to have a value of 0.35. Specifically, first, 7.980 g of a 1 mol/kg concentration lithium nitrate 2-butoxyethanol solution and 1 mol/kg concentration lanthanum nitrate hexahydrate were added to a Pyrex reagent bottle containing a magnetic stirrer bar. 3.000 g of 2-butoxyethanol solution of 1 mol/kg concentration of zirconium tetra-normal butoxide in butanol solution of 1.550 g, 1 mol/kg concentration of tin tetraisopropoxide in 2-butoxyethanol solution of 0.100 g, 1 mol 0.350 g of a 2-butoxyethanol solution of niobium pentaethoxide with a concentration of /kg was weighed and stirred with a magnetic stirrer at room temperature for 30 minutes to obtain a mixed solution. Considering the mass of Li that volatilizes during main firing, 1 mol/ It is the mass of a 2-butoxyethanol solution of lithium nitrate with a concentration of kg. Thereafter, through the same steps as in Example 1, a calcined body was formed from the mixed solution, and a solid electrolyte pellet for evaluation in Comparative Example 12 was produced using the calcined body. The composition formula showing the solid electrolyte pellet of Comparative Example 12 is Li6.65La3 ( Zr1.55Sn0.1Nb0.35 ) O12 .

1-6.実施例1~17及び比較例1~12の固体電解質ペレットの評価
実施例1~17及び比較例1~12の固体電解質ペレットのそれぞれに対して、固体電解質ペレットの両面に直径Φが5mmの金属Li箔を押圧して活性化電極とする。そして、交流インピーダンスアナライザーSolatron1260(Solatron Anailtical社製)を用いて電気化学インピーダンス(EIS)測定を行い、リチウムイオン伝導率を求めた。EIS測定は、交流(AC)振幅10mVにて、107Hzから10-1Hzの周波数領域にて行った。EIS測定によって得られたリチウムイオン伝導率は、固体電解質ペレットにおけるバルクのリチウムイオン伝導率と粒界のリチウムイオン伝導率とを含む総リチウムイオン伝導率を示すものである。実施例1~17の各固体電解質ペレットにおけるリチウムイオン伝導率を表1に示す。また、比較例1~12の各固体電解質ペレットにおけるリチウムイオン伝導率を表2に示す。
1-6. Evaluation of Solid Electrolyte Pellets of Examples 1 to 17 and Comparative Examples 1 to 12 For each of the solid electrolyte pellets of Examples 1 to 17 and Comparative Examples 1 to 12, a metal having a diameter of Φ of 5 mm was placed on both sides of the solid electrolyte pellet. A Li foil is pressed to form an activated electrode. Then, an electrochemical impedance (EIS) measurement was performed using an AC impedance analyzer Solatron 1260 (manufactured by Solatron Anailtical) to obtain the lithium ion conductivity. EIS measurements were performed in the frequency range from 10 7 Hz to 10 −1 Hz at an alternating current (AC) amplitude of 10 mV. The lithium ion conductivity obtained by EIS measurements represents the total lithium ion conductivity, including the bulk lithium ion conductivity and the grain boundary lithium ion conductivity in the solid electrolyte pellet. Table 1 shows the lithium ion conductivity of each of the solid electrolyte pellets of Examples 1-17. Table 2 shows the lithium ion conductivity of each of the solid electrolyte pellets of Comparative Examples 1-12.

Figure 0007283122000001
Figure 0007283122000001

上記の表1に示すように、実施例1~13の固体電解質は、組成式のZrのサイトの一部を置換するSnの化学量論組成比xの範囲が、0.1≦x≦0.4である。また、元素Mとして、Taが選ばれた場合のTaの化学量論組成比yの範囲が0.1≦y≦0.2であり、Sbが選ばれた場合のSbの化学量論組成比yの範囲が0.3≦y≦0.4であり、Nbが選ばれた場合のNbの化学量論組成比yの範囲が0.25≦y≦0.3である。このような元素Mの化学量論組成比yの範囲において、Ta、Sb、Nbの中から1種以上を選択して、Snと共にZrのサイトの一部を元素Mで置換した構成とすることで、いずれも1.0×10-4(S(ジーメンス)/cm)以上の高いリチウムイオン伝導率を示す固体電解質を実現できる。
また、実施例14~17の固体電解質は、組成式のZrのサイトの一部を置換するSnの化学量論組成比xが0.3である。また、元素Mとして、Ta、Sb、Nbの中から2種以上の金属元素が選ばれており、Taの化学量論組成比yaの範囲が0.15≦ya≦0.2、Sbの化学量論組成比ybの範囲が0.3≦yb≦0.4、Nbの化学量論組成比ycの範囲が0.15≦yc≦0.2である。実施例14~17の固体電解質は、Ta、Sb、Nbの中から2種の金属元素を選ぶことによって、1種の金属元素が選ばれた実施例1~13よりも高いリチウムイオン伝導率が実現されている。
As shown in Table 1 above, in the solid electrolytes of Examples 1 to 13, the range of the stoichiometric composition ratio x of Sn substituting a part of the Zr site in the composition formula is 0.1 ≤ x ≤ 0 .4. Further, when Ta is selected as the element M, the range of the stoichiometric composition ratio y of Ta is 0.1 ≤ y ≤ 0.2, and when Sb is selected, the stoichiometric composition ratio of Sb The range of y is 0.3≤y≤0.4, and the range of the stoichiometric composition ratio y of Nb when Nb is selected is 0.25≤y≤0.3. In such a range of the stoichiometric composition ratio y of the element M, one or more of Ta, Sb, and Nb are selected, and a part of the Zr site is substituted with the element M along with Sn. In either case, a solid electrolyte exhibiting a high lithium ion conductivity of 1.0×10 −4 (S (Siemens)/cm) or more can be realized.
Further, in the solid electrolytes of Examples 14 to 17, the stoichiometric composition ratio x of Sn substituting a part of Zr sites in the composition formula was 0.3. In addition, as the element M, two or more metal elements are selected from Ta, Sb, and Nb. The range of the stoichiometric composition ratio yb is 0.3≦yb≦0.4, and the range of the stoichiometric composition ratio yc of Nb is 0.15≦yc≦0.2. The solid electrolytes of Examples 14 to 17 had higher lithium ion conductivity than Examples 1 to 13 in which one metal element was selected by selecting two metal elements from Ta, Sb, and Nb. Realized.

Figure 0007283122000002
Figure 0007283122000002

上記の表2に示すように、Zrのサイトの一部をSnのみで置換した構成の比較例1や、Zrのサイトの一部をTaのみで置換した構成の比較例4の固体電解質のリチウムイオン伝導率は1.0×10-6(S/cm)台から1.0×10-5(S/cm)台の値となって、実施例1~17に比べて低下した。 As shown in Table 2 above, lithium solid electrolytes of Comparative Example 1 having a configuration in which a portion of the Zr site was replaced only with Sn and Comparative Example 4 having a configuration in which a portion of the Zr site was replaced only with Ta The ionic conductivity decreased from the 1.0×10 −6 (S/cm) level to the 1.0×10 −5 (S/cm) level, lower than in Examples 1-17.

Zrのサイトの一部を置換する、Snの化学量論組成比xの値を0.3とし、Taの化学量論組成比yの値を0.3とした比較例2では、リチウムイオン伝導率が6.4×10-5(S/cm)となって、比較例1よりも向上するが、実施例1~6と比べると1桁低い水準であった。さらに、比較例2に対してTaの化学量論組成比yの値を0.4に上昇させた比較例3では、EIS測定によってリチウムイオン伝導率を求めることができなかった。 In Comparative Example 2, in which the Sn stoichiometric composition ratio x was 0.3 and the Ta stoichiometric composition y value was 0.3, lithium ion conduction The rate was 6.4×10 −5 (S/cm), which was higher than Comparative Example 1, but lower than that of Examples 1 to 6 by one order of magnitude. Furthermore, in Comparative Example 3 in which the stoichiometric composition ratio y of Ta was increased to 0.4 compared to Comparative Example 2, the lithium ion conductivity could not be obtained by EIS measurement.

Zrのサイトの一部を置換する、Snの化学量論組成比xの値を0.3よりも大きい0.5とし、Taの化学量論組成比yの値を0.2の構成とした比較例5では、リチウムイオン伝導率が6.6×10-5(S/cm)となり、比較例2と同じ水準であって、やはり実施例1~6と比べると1桁低い水準であった。さらに、比較例5に対して、Snの化学量論組成比xの値を0.7に上昇させた比較例6は、リチウムイオン伝導率が1.6×10-5(S/cm)となりやや低下した。 The value of the Sn stoichiometric composition ratio x, which replaces a part of the Zr site, is set to 0.5, which is larger than 0.3, and the value of the Ta stoichiometric composition ratio y is set to 0.2. In Comparative Example 5, the lithium ion conductivity was 6.6×10 -5 (S/cm), which was the same level as in Comparative Example 2, and was one digit lower than in Examples 1 to 6. . Furthermore, compared to Comparative Example 5, Comparative Example 6, in which the Sn stoichiometric composition ratio x was increased to 0.7, had a lithium ion conductivity of 1.6×10 −5 (S/cm). decreased slightly.

Zrのサイトの一部を置換する、Snの化学量論組成比xの値を0.3とし、Sbの化学量論組成比yの値を0.05とした比較例7では、リチウムイオン伝導率が5.6×10-5(S/cm)となって、実施例7~9と比べると1桁低い水準であった。また、比較例7に対して、Sbの化学量論組成比yの値を0.2に上昇させた比較例9、さらに0.6まで上昇させた比較例8でも、リチウムイオン伝導率はほぼ同じ水準であって、実施例7~9と比べると1桁低い水準であった。 In Comparative Example 7, in which the Sn stoichiometric composition ratio x was set to 0.3 and the Sb stoichiometric composition ratio y was set to 0.05, lithium ion conduction The rate was 5.6×10 -5 (S/cm), which was one order of magnitude lower than that of Examples 7-9. In addition, compared to Comparative Example 7, in Comparative Example 9 in which the value of the stoichiometric composition ratio y of Sb was increased to 0.2, and in Comparative Example 8 in which the value of the stoichiometric composition ratio y was increased to 0.6, the lithium ion conductivity was almost It was at the same level, which was one order of magnitude lower than in Examples 7-9.

Zrのサイトの一部を置換する、Snの化学量論組成比xの値を0.3とし、Nbの化学量論組成比yの値を0.35とした比較例10では、リチウムイオン伝導率が5.5×10-5(S/cm)となって、実施例10~13と比べると1桁低い水準であった。また、比較例10に対して、Snの化学量論組成比xの値を0.1とし、Nbの化学量論組成比yの値を0.1に低下させた比較例11のリチウムイオン伝導率は6.5×10-5(S/cm)であり、また、比較例11に対してNbの化学量論組成比yの値を0.35まで上昇させた比較例12は、リチウムイオン伝導率は6.0×10-5(S/cm)であって、実施例10~13と比べると1桁低い水準であった。 In Comparative Example 10, in which the Sn stoichiometric composition ratio x was set to 0.3 and the Nb stoichiometric composition ratio y was set to 0.35, lithium ion conduction The rate was 5.5×10 −5 (S/cm), which was one order of magnitude lower than that of Examples 10-13. Further, compared to Comparative Example 10, the value of the stoichiometric composition ratio x of Sn was set to 0.1, and the value of the stoichiometric composition ratio y of Nb was reduced to 0.1. Lithium ion conduction of Comparative Example 11 Comparative Example 12, in which the value of the stoichiometric composition ratio y of Nb was increased to 0.35 with respect to Comparative Example 11, was 6.5×10 −5 (S/cm). The conductivity was 6.0×10 −5 (S/cm), which was one order of magnitude lower than that of Examples 10-13.

上記の実施例1~17及び比較例1~12の各固体電解質のリチウムイオン伝導率によれば、下記組成式(1)で示されるガーネット型の固体電解質において、Zrのサイトの一部を置換するSnの化学量論組成比xは、0.1≦x<0.5の範囲であることが好ましい。
また、元素MがTaの場合、組成式(1)におけるTaの化学量論組成比yは、0.1≦y≦0.2であることが好ましい。
また、元素MがSbの場合、組成式(1)におけるSbの化学量論組成比yは、0.3≦y≦0.5であることが好ましい。
また、元素MがNbの場合、組成式(1)におけるNbの化学量論組成比yは、0.15≦y≦0.3であることが好ましい。
また、元素MをTa、Sb、Nbの中から2種以上を選ぶ場合、組成式(1)における元素Mの化学量論組成比yは、0.3≦y≦0.7であることが好ましい。
Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxy)O12・・・(1)
According to the lithium ion conductivity of each solid electrolyte of Examples 1 to 17 and Comparative Examples 1 to 12 above, in the garnet-type solid electrolyte represented by the following composition formula (1), part of the Zr site was replaced The stoichiometric composition ratio x of Sn is preferably in the range of 0.1≦x<0.5.
Moreover, when the element M is Ta, the stoichiometric composition ratio y of Ta in the composition formula (1) is preferably 0.1≦y≦0.2.
Moreover, when the element M is Sb, the stoichiometric composition ratio y of Sb in the composition formula (1) is preferably 0.3≦y≦0.5.
Moreover, when the element M is Nb, the stoichiometric composition ratio y of Nb in the composition formula (1) is preferably 0.15≦y≦0.3.
Further, when two or more elements M are selected from among Ta, Sb, and Nb, the stoichiometric composition ratio y of the element M in the composition formula (1) is 0.3 ≤ y ≤ 0.7. preferable.
Li7 -yLa3 ( Zr2 -xySnxMy ) O12 ( 1 )

上記第1実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(1)本実施形態のガーネット型の固体電解質は、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxy)O12で表わされ、Mは、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる1種以上の金属元素であって、0.1≦x<0.5、0.1≦y≦0.7を満たす。これによれば、結晶構造におけるZrのサイトの一部がSnと、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる1種以上の金属元素Mとにより置換されていることから、酸化物の焼結に係る本焼成の低温化を図ることができると共に、高いリチウムイオン伝導率を有するガーネット型の固体電解質を提供することができる。なお、上記組成式において、Snの化学量論組成比xは、0.1≦x<0.5の範囲が好ましい。また、金属元素Mとして、Taが選ばれる場合、Taの化学量論組成比yは、0.1≦y≦0.2の範囲が好ましく、Sbが選ばれる場合、Sbの化学量論組成比yは、0.3≦y≦0.5の範囲が好ましく、Nbが選ばれる場合、Nbの化学量論組成比yは、0.15≦y≦0.3の範囲が好ましい。さらに、より高いリチウムイオン伝導率を実現する観点から、金属元素Mとして、Ta、Sb、Nbの中から2種以上が選択されることが好ましい。
According to the said 1st Embodiment, the following effects are acquired.
(1) The garnet-type solid electrolyte of the present embodiment is represented by the composition formula Li7 -yLa3 ( Zr2- xySnxMy ) O12 , where M is selected from Ta, Sb , and Nb. One or more selected metal elements satisfying 0.1≦x<0.5 and 0.1≦y≦0.7. According to this, since a part of the Zr site in the crystal structure is replaced with Sn and one or more metal elements M selected from Ta, Sb, and Nb, it is possible to sinter the oxide. A garnet-type solid electrolyte having a high lithium ion conductivity can be provided while the temperature of the main sintering can be lowered. In the above composition formula, the stoichiometric composition ratio x of Sn is preferably in the range of 0.1≦x<0.5. Further, when Ta is selected as the metal element M, the stoichiometric composition ratio y of Ta is preferably in the range of 0.1 ≤ y ≤ 0.2, and when Sb is selected, the stoichiometric composition ratio of Sb y is preferably in the range of 0.3≦y≦0.5, and when Nb is selected, the stoichiometric composition ratio y of Nb is preferably in the range of 0.15≦y≦0.3. Furthermore, from the viewpoint of realizing a higher lithium ion conductivity, it is preferable that two or more of Ta, Sb, and Nb be selected as the metal element M.

(2)本実施形態のガーネット型の固体電解質の製造方法は、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxy)O12で表わされ、式中Mは、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる1種以上の金属元素であって、0.1≦x<0.5、0.1≦y≦0.7を満たし、上記組成式の化学量論組成に対して、1.05倍以上1.2倍以下の濃度でリチウム化合物が溶解したリチウム原材料溶液と、等倍の濃度でランタン化合物が溶解したランタン原材料溶液と、等倍の濃度でジルコニウム化合物が溶解したジルコニウム原材料溶液と、等倍の濃度でスズ化合物が溶解したスズ原材料溶液と、等倍の濃度で金属元素Mを含む金属化合物が溶解した金属原材料溶液と、を混ぜ合わせて混合溶液を得る工程と、混合溶液に第1の加熱処理を施して乾燥させて混合物を得る工程と、混合物に第2の加熱処理を施して酸化物を得る工程と、酸化物に第3の加熱処理を施して焼結させる工程と、を含むことを特徴とする。
この方法によれば、酸化物の焼結に係る第3の加熱処理の温度を950℃以下に低温化できると共に、高いリチウムイオン伝導率を有するガーネット型の固体電解質を製造することができる。
(2) The method for producing a garnet-type solid electrolyte according to the present embodiment is represented by the composition formula Li7 -yLa3 ( Zr2- xySnxMy ) O12 , where M is Ta, Sb , Nb, satisfying 0.1 ≤ x < 0.5 and 0.1 ≤ y ≤ 0.7, with respect to the stoichiometric composition of the above composition formula , a lithium raw material solution in which a lithium compound is dissolved at a concentration of 1.05 to 1.2 times, a lanthanum raw material solution in which a lanthanum compound is dissolved at an equal concentration, and a zirconium compound dissolved at an equal concentration. a step of mixing a raw material solution, a tin raw material solution in which a tin compound is dissolved at an equal concentration, and a metal raw material solution in which a metal compound containing a metal element M is dissolved at an equal concentration to obtain a mixed solution; a step of subjecting the mixed solution to a first heat treatment and drying to obtain a mixture; a step of subjecting the mixture to a second heat treatment to obtain an oxide; and a step of subjecting the oxide to a third heat treatment and sintering and a step of causing.
According to this method, the temperature of the third heat treatment for sintering the oxide can be lowered to 950° C. or lower, and a garnet-type solid electrolyte having high lithium ion conductivity can be produced.

(3)本実施形態の二次電池としてのリチウムイオン電池100は、一対の集電体41,42の間に配置された、正極合材10、電解質層20、負極30を有している。負極30は、金属Liにより構成されている。正極合材10は、リチウム複合金属酸化物からなる粒子状の正極活物質11と、粒子状の正極活物質11の間を埋めてなる本実施形態のガーネット型の固体電解質12とを含んで構成されている。したがって、正極活物質11と固体電解質12とが接する界面の面積が大きく、固体電解質12は高いリチウムイオン伝導率を有していることから、正極活物質11と固体電解質12との間で円滑にリチウムイオンが伝導して電池反応が進行し、優れた充放電特性を有するリチウムイオン電池100を提供することができる。 (3) A lithium ion battery 100 as a secondary battery of the present embodiment has a positive electrode mixture 10, an electrolyte layer 20, and a negative electrode 30, which are arranged between a pair of current collectors 41 and 42. The negative electrode 30 is made of metal Li. The positive electrode mixture 10 includes a particulate positive electrode active material 11 made of a lithium composite metal oxide and a garnet-type solid electrolyte 12 of the present embodiment filled between the particulate positive electrode active materials 11. It is Therefore, the area of the interface between the positive electrode active material 11 and the solid electrolyte 12 is large, and the solid electrolyte 12 has a high lithium ion conductivity. It is possible to provide the lithium ion battery 100 having excellent charging/discharging characteristics because the lithium ions are conducted and the battery reaction proceeds.

2.第2実施形態
2-1.電子機器
次に、本実施形態の電子機器について、ウェアラブル機器を例に挙げて説明する。図7は第2実施形態の電子機器としてのウェアラブル機器の構成を示す斜視図である。
2. Second embodiment 2-1. Electronic Device Next, the electronic device of the present embodiment will be described by taking a wearable device as an example. FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of a wearable device as an electronic device according to the second embodiment.

図7に示すように、本実施形態の電子機器としてのウェアラブル機器500は、人体の例えば手首WRに腕時計のように装着され、人体に係る情報を入手可能な情報機器であって、バンド501と、センサー502と、表示部503と、処理部504と、電池505とを備えている。 As shown in FIG. 7, a wearable device 500 as an electronic device of the present embodiment is an information device that is worn on a human body, for example, a wrist WR, like a wristwatch, and is capable of obtaining information related to the human body. , a sensor 502 , a display unit 503 , a processing unit 504 and a battery 505 .

バンド501は、装着時に手首WRに密着するように、可撓性の例えばゴムなどの樹脂が用いられた帯状であって、帯の端部に結合位置を調整可能な結合部を有している。 The band 501 has a belt-like shape using a flexible resin such as rubber so as to be in close contact with the wrist WR when worn, and has a connecting portion at the end of the band whose connecting position can be adjusted. .

センサー502は、例えば光学式センサーであって、装着時に手首WRに触れるよう、バンド501の内側に配置されている。 The sensor 502 is, for example, an optical sensor, and is arranged inside the band 501 so as to touch the wrist WR when worn.

表示部503は、例えば受光型の液晶表示装置であって、表示部503に表示された情報を装着者が読み取れるように、センサー502が取り付けられた内面と反対側のバンド501の外面側に配置されている。 The display unit 503 is, for example, a light-receiving liquid crystal display device, and is arranged on the outer surface side of the band 501 opposite to the inner surface on which the sensor 502 is attached so that the wearer can read the information displayed on the display unit 503. It is

処理部504は、例えば集積回路(IC)であって、バンド501に内蔵され、センサー502や表示部503に電気的に接続されている。処理部504は、センサー502からの出力に基づいて、脈拍や血糖値などを計測するための演算処理を行う。また、計測結果などを表示するように表示部503を制御する。 The processing unit 504 is, for example, an integrated circuit (IC), built in the band 501 and electrically connected to the sensor 502 and the display unit 503 . Based on the output from the sensor 502, the processing unit 504 performs arithmetic processing for measuring the pulse, blood sugar level, and the like. In addition, it controls the display unit 503 to display the measurement results and the like.

電池505は、センサー502、表示部503、処理部504などへ電力を供給する電力供給源として、バンド501に内蔵されている。電池505として、上記第1実施形態のリチウムイオン電池100が用いられている。 A battery 505 is incorporated in the band 501 as a power supply source that supplies power to the sensor 502, the display unit 503, the processing unit 504, and the like. As the battery 505, the lithium ion battery 100 of the first embodiment is used.

本実施形態のウェアラブル機器500によれば、センサー502によって、手首WRから装着者の脈拍や血糖値に係る情報などを電気的に検出し、処理部504での演算処理などを経て、表示部503に脈拍や血糖値などを表示することができる。表示部503には計測結果だけでなく、例えば計測結果から予測される人体の状況を示す情報や時刻なども表示することができる。 According to the wearable device 500 of the present embodiment, the sensor 502 electrically detects the wearer's pulse and blood sugar level information from the wrist WR. You can display your pulse, blood sugar level, etc. The display unit 503 can display not only the measurement result but also information indicating the state of the human body predicted from the measurement result, the time, and the like.

また、電池505として小型でありながら優れた充放電特性を有するリチウムイオン電池100が用いられているため、軽量且つ薄型であって長期の繰り返しの使用にも耐え得るウェアラブル機器500を提供することができる。 In addition, since the lithium-ion battery 100 that is compact and has excellent charge-discharge characteristics is used as the battery 505, it is possible to provide the wearable device 500 that is lightweight and thin and can withstand repeated use over a long period of time. can.

また、本実施形態では、腕時計型のウェアラブル機器500を例示したが、ウェアラブル機器500は、例えば、足首、頭、耳、腰などに装着されるものであってもよい。 Also, in the present embodiment, the wristwatch-type wearable device 500 is exemplified, but the wearable device 500 may be worn on the ankle, head, ear, waist, or the like, for example.

本実施形態のリチウムイオン電池100が電力供給源として適用される電子機器は、ウェアラブル機器500に限定されない。例えば、ヘッドマウントディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ、携帯電話機、携帯情報端末、ノート型パソコン、デジタルカメラ、ビデオカメラ、音楽プレイヤー、ワイヤレスヘッドホン、ゲーム機などが挙げられる。また、このような一般消費者向けの機器に限らず、産業用途の機器にも適用可能である。 The electronic device to which the lithium-ion battery 100 of this embodiment is applied as a power supply source is not limited to the wearable device 500 . Examples include head-mounted displays, head-up displays, mobile phones, personal digital assistants, laptop computers, digital cameras, video cameras, music players, wireless headphones, and game machines. Moreover, it is applicable not only to such devices for general consumers but also to devices for industrial use.

また、本実施形態の固体電解質を用いた二次電池を備えた電子機器は、自動車や船舶などの移動体であってもよい。例えば、電気自動車(EV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)、ハイブリッド自動車(HEV)、燃料電池自動車(FCV)などの蓄電池として、本実施形態の固体電解質を用いた二次電池としてのリチウムイオン電池を好適に採用することができる。その場合、移動体用の蓄電池はモーターを駆動する電源であるため、大きな電気容量が必要とされ、速やかに充放電が可能であることが求められるため、正極合材10における正極活物質11の体積割合を40%までに制限して、固体電解質12の体積割合を増やすことが好ましい。 Further, the electronic device equipped with the secondary battery using the solid electrolyte of the present embodiment may be a moving object such as an automobile or a ship. For example, as a storage battery for electric vehicles (EV), plug-in hybrid vehicles (PHEV), hybrid vehicles (HEV), fuel cell vehicles (FCV), etc., a lithium ion battery as a secondary battery using the solid electrolyte of the present embodiment can be preferably employed. In that case, since the storage battery for the moving body is a power source for driving the motor, it is required to have a large electric capacity and be capable of being charged and discharged quickly. It is preferable to increase the volume fraction of the solid electrolyte 12 by limiting the volume fraction to 40%.

本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made to the above-described embodiments. Modifications are described below.

(変形例1)本実施形態のガーネット型の固体電解質を有する二次電池は、上記実施形態に示された全固体型のリチウムイオン電池100に限定されない。例えば、正極合材10と負極30との間に多孔質なセパレーターを設け、セパレーターに電解液を含浸させた二次電池の構成としてもよい。 (Modification 1) The secondary battery having the garnet-type solid electrolyte of the present embodiment is not limited to the all-solid-state lithium ion battery 100 shown in the above embodiment. For example, a secondary battery may be constructed by providing a porous separator between the positive electrode mixture 10 and the negative electrode 30 and impregnating the separator with an electrolytic solution.

以下に、実施形態から導き出される内容を記載する。 The contents derived from the embodiment are described below.

本願のガーネット型の固体電解質は、組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxy)O12で表わされ、Mは、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる1種以上の金属元素であって、0.1≦x<0.5、0.1≦y≦0.7を満たすことを特徴とする。 The garnet-type solid electrolyte of the present application is represented by the composition formula Li7 -yLa3 ( Zr2 - xySnxMy ) O12 , where M is one or more selected from Ta, Sb, and Nb. and is characterized by satisfying 0.1≦x<0.5 and 0.1≦y≦0.7.

本願の構成によれば、結晶構造におけるジルコニウム(Zr)のサイトの一部がスズ(Sn)と、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる1種以上の金属元素Mとにより置換されていることから、酸化物の焼結における低温化を図ることができると共に、高いリチウムイオン伝導率を有するガーネット型の固体電解質を提供することができる。 According to the configuration of the present application, part of the zirconium (Zr) sites in the crystal structure is replaced with tin (Sn) and one or more metal elements M selected from Ta, Sb, and Nb. Therefore, it is possible to lower the temperature in sintering the oxide, and to provide a garnet-type solid electrolyte having high lithium ion conductivity.

上記に記載のガーネット型の固体電解質において、Mは、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる1種の金属元素であって、MがTaの場合、0.1≦y≦0.2を満たし、MがSbの場合、0.3≦y≦0.5を満たし、MがNbの場合、0.15≦y≦0.3を満たすことが好ましい。
この構成によれば、ガーネット型の固体電解質において、高いリチウムイオン伝導率を実現することができる。
In the garnet-type solid electrolyte described above, M is one metal element selected from Ta, Sb, and Nb, and when M is Ta, 0.1 ≤ y ≤ 0.2 is satisfied. , when M is Sb, 0.3≦y≦0.5, and when M is Nb, 0.15≦y≦0.3.
According to this configuration, high lithium ion conductivity can be achieved in the garnet-type solid electrolyte.

上記に記載のガーネット型の固体電解質において、Mは、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる2種以上の金属元素であることが好ましい。
この構成によれば、ガーネット型の固体電解質において、Zrのサイトの一部を、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる2種以上の金属元素により置換することで、より高いリチウムイオン伝導率を実現することができる。
In the garnet-type solid electrolyte described above, M is preferably two or more metal elements selected from Ta, Sb, and Nb.
According to this configuration, in the garnet-type solid electrolyte, part of the Zr sites are replaced with two or more metal elements selected from Ta, Sb, and Nb, thereby achieving higher lithium ion conductivity. can be realized.

本願のガーネット型の固体電解質の製造方法は、下記組成式(1)で表わされるガーネット型の固体電解質の製造方法であって、Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxy)O12・・・(1)Mは、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる1種以上の金属元素であって、0.1≦x<0.5、0.1≦y≦0.7を満たし、上記組成式(1)の化学量論組成に対して1.05倍以上1.2倍以下のリチウムを含むリチウム化合物が溶解したリチウム原材料溶液と、上記組成式(1)の化学量論組成に対して等倍のランタンを含むランタン化合物が溶解したランタン原材料溶液と、上記組成式(1)の化学量論組成に対して等倍のジルコニウムを含むジルコニウム化合物が溶解したジルコニウム原材料溶液と、上記組成式(1)の化学量論組成に対して等倍のスズを含むスズ化合物が溶解したスズ原材料溶液と、上記組成式(1)の化学量論組成に対して等倍の金属元素Mを含む金属化合物が溶解した金属原材料溶液と、を混ぜ合わせて混合溶液を得る工程と、混合溶液に第1の加熱処理を施して乾燥させて混合物を得る工程と、混合物に第2の加熱処理を施して酸化物を得る工程と、酸化物に第3の加熱処理を施して焼結させる工程と、を含むことを特徴とする。 A method for producing a garnet-type solid electrolyte of the present application is a method for producing a garnet-type solid electrolyte represented by the following composition formula (1), wherein Li7 -yLa3 ( Zr2-xySnxMy ) O 12 (1) M is one or more metal elements selected from Ta, Sb, and Nb, and satisfies 0.1≦x<0.5 and 0.1≦y≦0.7; and a lithium raw material solution in which a lithium compound containing 1.05 times or more and 1.2 times or less of lithium with respect to the stoichiometric composition of the composition formula (1) is dissolved, and the stoichiometric composition of the composition formula (1) A lanthanum raw material solution in which a lanthanum compound containing lanthanum in an amount equal to the composition is dissolved, and a zirconium raw material solution in which a zirconium compound containing zirconium in an amount equal to the stoichiometric composition of the composition formula (1) is dissolved; A tin raw material solution in which a tin compound containing tin is dissolved in an amount equivalent to the stoichiometric composition of the composition formula (1), and a metal element M equivalent to the stoichiometric composition of the composition formula (1). A metal raw material solution in which a metal compound containing the and a step of subjecting the oxide to a third heat treatment to sinter the oxide.

本願の方法によれば、酸化物の焼結に係る第3の加熱処理の温度を950℃以下に低温化できると共に、高いリチウムイオン伝導率を有するガーネット型の固体電解質を製造することができる。 According to the method of the present application, the temperature of the third heat treatment for sintering the oxide can be lowered to 950° C. or lower, and a garnet-type solid electrolyte having high lithium ion conductivity can be produced.

上記に記載のガーネット型の固体電解質の製造方法において、第1の加熱処理の加熱温度が、50℃以上250℃以下であり、第2の加熱処理の加熱温度が、400℃以上550℃以下であり、第3の加熱処理の加熱温度が、800℃以上950℃以下であることが好ましい。
この方法によれば、第1の加熱処理により溶媒成分を除去して乾燥させ、第2の加熱処理により副生成物が生じ難い温度で酸化物を生成し、第3の加熱処理によりリチウムの揮発を抑制して酸化物を焼結し、高いリチウムイオン伝導率を有するガーネット型の固体電解質を製造することができる。
In the method for producing a garnet-type solid electrolyte described above, the heating temperature of the first heat treatment is 50° C. or higher and 250° C. or lower, and the heating temperature of the second heat treatment is 400° C. or higher and 550° C. or lower. The heating temperature of the third heat treatment is preferably 800° C. or higher and 950° C. or lower.
According to this method, the first heat treatment removes the solvent component and dries, the second heat treatment produces an oxide at a temperature at which by-products are unlikely to occur, and the third heat treatment evaporates lithium. can be suppressed to sinter the oxide to produce a garnet-type solid electrolyte with high lithium ion conductivity.

本願の二次電池は、上記に記載のガーネット型の固体電解質と、リチウムを含む正極活物質とを含む正極合材と、正極合材の一方の面に設けられた電極と、正極合材の他方の面に設けられた集電体と、を備えたことを特徴とする。 The secondary battery of the present application includes a positive electrode mixture containing the garnet-type solid electrolyte described above and a positive electrode active material containing lithium, an electrode provided on one surface of the positive electrode mixture, and a positive electrode mixture. and a current collector provided on the other surface.

本願の構成によれば、ガーネット型の固体電解質は優れたリチウムイオン伝導率を有していることから、正極合材において正極活物質と固体電解質との間で円滑にリチウムイオンが伝導される。つまり、正極合材における電気抵抗が改善され、優れた充放電特性を有する二次電池を提供することができる。 According to the configuration of the present application, since the garnet-type solid electrolyte has excellent lithium ion conductivity, lithium ions are smoothly conducted between the positive electrode active material and the solid electrolyte in the positive electrode mixture. In other words, it is possible to provide a secondary battery with improved electrical resistance in the positive electrode mixture and excellent charge-discharge characteristics.

上記に記載の二次電池において、正極活物質は、リチウム複合金属酸化物であることが好ましい。
この構成によれば、正極活物質として、リチウム複合金属酸化物を用いていることから、高いリチウムイオン伝導率を実現可能であると共に、熱的に安定した二次電池を提供することができる。
In the secondary battery described above, the positive electrode active material is preferably a lithium composite metal oxide.
According to this configuration, since the lithium composite metal oxide is used as the positive electrode active material, high lithium ion conductivity can be achieved, and a thermally stable secondary battery can be provided.

上記に記載の二次電池において、電極は、金属リチウムであることが好ましい。
この構成によれば、二次電池が小型化された場合においても、高い電池容量を実現することができる。
In the secondary battery described above, the electrode is preferably metallic lithium.
With this configuration, a high battery capacity can be achieved even when the secondary battery is miniaturized.

本願の電子機器は、上記に記載の二次電池を備えたことを特徴とする。
本願の構成によれば、構成要素が固体からなり電源として優れた充放電特性を有する二次電池を備えていることから、長期の使用にも耐え得る高い信頼性品質を有する電子機器を提供することができる。
An electronic device according to the present application includes the secondary battery described above.
According to the configuration of the present application, since the constituent elements are made of solid materials and equipped with a secondary battery having excellent charge/discharge characteristics as a power supply, it is possible to provide an electronic device with high reliability and quality that can withstand long-term use. be able to.

10…正極合材、11…正極活物質、12…固体電解質、20…電解質層、30…電極としての負極、41,42…集電体、100…二次電池としてのリチウムイオン電池、500…電子機器としてのウェアラブル機器。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Positive electrode compound material 11... Positive electrode active material 12... Solid electrolyte 20... Electrolyte layer 30... Negative electrode as an electrode 41, 42... Current collector 100... Lithium ion battery as a secondary battery 500... Wearable devices as electronic devices.

Claims (8)

組成式Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxy)O12で表わされ、
0.1≦x<0.5、0.1≦y≦0.7を満たす、ガーネット型の固体電解質であって、
前記Mは、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる1種の金属元素であり、
前記MがTaの場合、0.1≦y≦0.2を満たし、
前記MがSbの場合、0.3≦y≦0.5を満たし、
前記MがNbの場合、0.15≦y≦0.3を満たす、
ガーネット型の固体電解質。
Represented by the composition formula Li7 -yLa3 ( Zr2 - xySnxMy ) O12 ,
A garnet-type solid electrolyte that satisfies 0.1≦x<0.5 and 0.1≦y≦0.7,
The M is one metal element selected from Ta, Sb, and Nb,
When the M is Ta, satisfying 0.1 ≤ y ≤ 0.2,
When the M is Sb, 0.3 ≤ y ≤ 0.5 is satisfied,
when the M is Nb, satisfying 0.15 ≤ y ≤ 0.3;
Garnet type solid electrolyte.
前記Mは、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる2種以上の金属元素である、請求項1に記載のガーネット型の固体電解質。 2. The garnet-type solid electrolyte according to claim 1, wherein said M is two or more metal elements selected from Ta, Sb, and Nb. 下記組成式(1)で表わされるガーネット型の固体電解質の製造方法であって、
Li7-yLa3(Zr2-x-ySnxy)O12・・・(1)
前記Mは、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる1種以上の金属元素であって、
0.1≦x<0.5、0.1≦y≦0.7を満たし、
前記組成式(1)の化学量論組成に対して1.05倍以上1.2倍以下のリチウムを含むリチウム化合物が溶解したリチウム原材料溶液と、
前記組成式(1)の化学量論組成に対して等倍のランタンを含むランタン化合物が溶解したランタン原材料溶液と、
前記組成式(1)の化学量論組成に対して等倍のジルコニウムを含むジルコニウム化合物が溶解したジルコニウム原材料溶液と、
前記組成式(1)の化学量論組成に対して等倍のスズを含むスズ化合物が溶解したスズ原材料溶液と、
前記組成式(1)の化学量論組成に対して等倍の金属元素Mを含む金属化合物が溶解した金属原材料溶液と、を混ぜ合わせて混合溶液を得る工程と、
前記混合溶液に第1の加熱処理を施して乾燥させて混合物を得る工程と、
前記混合物に第2の加熱処理を施して酸化物を得る工程と、
前記酸化物に第3の加熱処理を施して焼結させる工程と、を含む、ガーネット型の固体電解質の製造方法であって、
前記Mは、Ta、Sb、Nbの中から選ばれる1種の金属元素であり、
前記MがTaの場合、0.1≦y≦0.2を満たし、
前記MがSbの場合、0.3≦y≦0.5を満たし、
前記MがNbの場合、0.15≦y≦0.3を満たす、
ガーネット型の固体電解質の製造方法。
A method for producing a garnet-type solid electrolyte represented by the following compositional formula (1),
Li7 -yLa3 ( Zr2 -xySnxMy ) O12 ( 1 )
The M is one or more metal elements selected from Ta, Sb, and Nb,
satisfying 0.1 ≤ x < 0.5, 0.1 ≤ y ≤ 0.7,
a lithium raw material solution in which a lithium compound containing 1.05 times or more and 1.2 times or less of lithium with respect to the stoichiometric composition of the composition formula (1) is dissolved;
A lanthanum raw material solution in which a lanthanum compound containing an equal amount of lanthanum with respect to the stoichiometric composition of the composition formula (1) is dissolved;
A zirconium raw material solution in which a zirconium compound containing zirconium equivalent to the stoichiometric composition of the composition formula (1) is dissolved;
A tin raw material solution in which a tin compound containing tin in an amount equal to the stoichiometric composition of the composition formula (1) is dissolved;
a step of obtaining a mixed solution by mixing a metal raw material solution in which a metal compound containing a metal element M in an amount equal to the stoichiometric composition of the composition formula (1) is dissolved;
a step of subjecting the mixed solution to a first heat treatment and drying to obtain a mixture;
subjecting the mixture to a second heat treatment to obtain an oxide;
A method for producing a garnet-type solid electrolyte, comprising the step of subjecting the oxide to a third heat treatment and sintering it ,
The M is one metal element selected from Ta, Sb, and Nb,
When the M is Ta, satisfying 0.1 ≤ y ≤ 0.2,
When the M is Sb, 0.3 ≤ y ≤ 0.5 is satisfied,
when the M is Nb, satisfying 0.15 ≤ y ≤ 0.3;
A method for producing a garnet-type solid electrolyte.
前記第1の加熱処理の加熱温度が、50℃以上250℃以下であり、
前記第2の加熱処理の加熱温度が、400℃以上550℃以下であり、
前記第3の加熱処理の加熱温度が、800℃以上950℃以下である、請求項に記載のガーネット型の固体電解質の製造方法。
The heating temperature of the first heat treatment is 50° C. or higher and 250° C. or lower,
The heating temperature of the second heat treatment is 400° C. or higher and 550° C. or lower,
4. The method for producing a garnet-type solid electrolyte according to claim 3 , wherein the heating temperature of said third heat treatment is 800[deg.] C. or higher and 950[deg.] C. or lower.
請求項1または請求項2に記載のガーネット型の固体電解質と、リチウムを含む正極活物質とを含む正極合材と、
前記正極合材の一方の面に設けられた電極と、
前記正極合材の他方の面に設けられた集電体と、を備えた二次電池。
A positive electrode mixture comprising the garnet-type solid electrolyte according to claim 1 or claim 2 and a positive electrode active material containing lithium;
an electrode provided on one surface of the positive electrode mixture;
and a current collector provided on the other surface of the positive electrode mixture.
前記正極活物質は、リチウム複合金属酸化物である、請求項に記載の二次電池。 6. The secondary battery according to claim 5 , wherein said positive electrode active material is a lithium composite metal oxide. 前記電極は、金属リチウムである、請求項またはに記載の二次電池。 7. The secondary battery according to claim 5 , wherein said electrode is metallic lithium. 請求項乃至のいずれか一項に記載の二次電池を備えたことを特徴とする電子機器。 An electronic device comprising the secondary battery according to claim 5 .
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