JPWO2020026971A1 - Garnet-type composite metal oxide and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

結晶性に優れた複合金属酸化物をメカノケミカル法で製造する方法を提供することを目的とする。本発明は、Li、La、Zr及びOを含むガーネット型複合金属酸化物の製造方法であって、Li源粉末、La源粉末、及びZr源粉末を含む原料粉末と、フラックスとを含む混合物を、メカノケミカル法によって処理し、前記原料粉末を反応させることを特徴とするガーネット型複合金属酸化物の製造方法である。前記原料粉末が、更にAl源粉末及びGa源粉末の少なくとも1種を含むことが好ましい。An object of the present invention is to provide a method for producing a composite metal oxide having excellent crystallinity by a mechanochemical method. The present invention is a method for producing a garnet-type composite metal oxide containing Li, La, Zr and O, wherein a mixture containing a raw material powder containing a Li source powder, a La source powder and a Zr source powder and a flux is used. , A method for producing a garnet-type composite metal oxide, which comprises treating with the mechanochemical method and reacting the raw material powder. It is preferable that the raw material powder further contains at least one of an Al source powder and a Ga source powder.

Description

本発明は、ガーネット型複合金属酸化物及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a garnet-type composite metal oxide and a method for producing the same.

複数の金属を含む複合金属酸化物には、蛍光特性、強誘電特性、超伝導特性、イオン伝導性などの特性を有するものがあり、その特性に応じて様々な分野で利用されている。複合金属酸化物の製造方法としては、各金属元素について、金属酸化物、金属炭酸塩などの原料をそれぞれ用意し、各金属元素の原料を混合して焼成する方法がよく知られている。一方、特許文献1では、複合金属酸化物としてYAG蛍光体(Y3Al512:Ce)が挙げられており、金属酸化物粉末を原料としてフラックスと共にメカノケミカル法で処理することによって、YAG蛍光体(Y3Al512:Ce)を製造できることが開示されている。Some composite metal oxides containing a plurality of metals have properties such as fluorescence properties, ferroelectric properties, superconducting properties, and ionic conductivity, and are used in various fields depending on the properties. As a method for producing a composite metal oxide, a method is well known in which raw materials such as metal oxide and metal carbonate are prepared for each metal element, and the raw materials of each metal element are mixed and fired. On the other hand, in Patent Document 1, a YAG phosphor (Y 3 Al 5 O 12 : Ce) is mentioned as a composite metal oxide, and YAG is treated by a mechanochemical method together with a flux using a metal oxide powder as a raw material. It is disclosed that a phosphor (Y 3 Al 5 O 12 : Ce) can be produced.

WO2017/002467号WO2017 / 00267

前記特許文献1によれば、原料粉末とフラックスとを含む混合物をメカノケミカル法で処理することで、後に焼成することなく原料粉末同士を反応させることができることが記載されている。しかし、本発明者らが検討したところ、特許文献1に開示されるYAG蛍光体では、確かにメカノケミカル法によって、YAG結晶が製造できているが、メカノケミカル処理のみによって得られるYAG結晶の結晶性には未だ改善の余地があった。 According to Patent Document 1, it is described that by treating a mixture containing a raw material powder and a flux by a mechanochemical method, the raw material powders can be reacted with each other without firing later. However, as a result of examination by the present inventors, in the YAG phosphor disclosed in Patent Document 1, YAG crystals can be produced by the mechanochemical method, but crystals of YAG crystals obtained only by mechanochemical treatment. There was still room for improvement in sex.

そこで、本発明は、結晶性に優れた複合金属酸化物をメカノケミカル法で製造する方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a composite metal oxide having excellent crystallinity by a mechanochemical method.

本発明者らが様々な組成の複合金属酸化物を検討し、YAG結晶と同じガーネット構造を有するLi、La、Zr及びOを含む複合金属酸化物に着目したところ、原料粉末とフラックスとをメカノケミカル法で処理して前記複合金属酸化物を製造すると、メカノケミカル法で製造したYAG結晶よりも良好な結晶性を有するガーネット型複合金属酸化物を製造できることを見出し、本発明を完成した。本発明は以下の通りである。 The present inventors examined composite metal oxides having various compositions, and focused on composite metal oxides containing Li, La, Zr, and O having the same garnet structure as YAG crystals. We have found that when the composite metal oxide is produced by treatment by a chemical method, a garnet-type composite metal oxide having better crystallinity than the YAG crystal produced by the mechanochemical method can be produced, and the present invention has been completed. The present invention is as follows.

[1]Li、La、Zr及びOを含むガーネット型複合金属酸化物の製造方法であって、
Li源粉末、La源粉末、及びZr源粉末を含む原料粉末と、フラックスとを含む混合物を、メカノケミカル法によって処理し、前記原料粉末を反応させることを特徴とするガーネット型複合金属酸化物の製造方法。
[2]前記原料粉末が、更にAl源粉末及びGa源粉末の少なくとも1種を含む[1]に記載の製造方法。
[3]前記ガーネット型複合金属酸化物の結晶子径が30nm以上である[1]又は[2]に記載の製造方法。
[4]前記ガーネット型複合金属酸化物の結晶系が立方晶である[2]又は[3]に記載の製造方法。
[5]有底円筒型容器と、
この容器内周よりも小さい曲率の先端翼を有するローターとを備え、
前記先端翼と容器内周との間に所定のクリアランスを設け、
前記ローターを回転させることで、前記クリアランスで前記原料粉末とフラックスとを含む混合物を圧縮しながらせん断する[1]〜[4]のいずれかに記載の製造方法。
[6]前記ローターの動力は、原料粉末の合計量に対して0.05kW/g以上であり、前記ローターを10分以上回転させる[5]に記載の製造方法。
[7]外部の熱源による加熱を行わない[1]〜[6]のいずれかに記載の製造方法。
[8]Li、La、Zr及びOを含むガーネット型複合金属酸化物であって、
結晶子径が30nm以上であり、
粒集合構造であると共に、個数基準で90%以上の一次粒子の長径が3μm以下であるガーネット型複合金属酸化物。
[9]Li、La、Zr及びOを含むガーネット型複合金属酸化物であって、
BET比表面積径が1.5μm以下であるガーネット型複合金属酸化物。
[10]更に、Al及びGaの少なくとも1種を含み、結晶系が立方晶である[8]又は[9]に記載のガーネット型複合金属酸化物。
[11][10]に記載のガーネット型複合金属酸化物を含む二次電池用固体電解質材料。
[1] A method for producing a garnet-type composite metal oxide containing Li, La, Zr and O.
A garnet-type composite metal oxide characterized by treating a mixture containing a flux and a raw material powder containing a Li source powder, a La source powder, and a Zr source powder by a mechanochemical method and reacting the raw material powder. Production method.
[2] The production method according to [1], wherein the raw material powder further contains at least one of an Al source powder and a Ga source powder.
[3] The production method according to [1] or [2], wherein the garnet-type composite metal oxide has a crystallite diameter of 30 nm or more.
[4] The production method according to [2] or [3], wherein the crystal system of the garnet-type composite metal oxide is cubic.
[5] Bottomed cylindrical container and
It is equipped with a rotor with a tip wing with a curvature smaller than the inner circumference of this container.
A predetermined clearance is provided between the tip wing and the inner circumference of the container.
The production method according to any one of [1] to [4], wherein the rotor is rotated to shear the mixture containing the raw material powder and the flux at the clearance while compressing the mixture.
[6] The production method according to [5], wherein the power of the rotor is 0.05 kW / g or more with respect to the total amount of the raw material powder, and the rotor is rotated for 10 minutes or more.
[7] The production method according to any one of [1] to [6], which does not heat with an external heat source.
[8] A garnet-type composite metal oxide containing Li, La, Zr and O.
The crystallite diameter is 30 nm or more,
A garnet-type composite metal oxide having a grain-aggregated structure and having a major axis of 90% or more of primary particles having a major axis of 3 μm or less on a number basis.
[9] A garnet-type composite metal oxide containing Li, La, Zr and O.
A garnet-type composite metal oxide having a BET specific surface area diameter of 1.5 μm or less.
[10] The garnet-type composite metal oxide according to [8] or [9], which further contains at least one of Al and Ga and has a cubic crystal system.
[11] A solid electrolyte material for a secondary battery containing the garnet-type composite metal oxide according to [10].

メカノケミカル法によってLi、La、Zr及びOを含むガーネット型複合金属酸化物を製造する本発明によれば、結晶性の良好な複合金属酸化物を提供することが可能である。 According to the present invention for producing a garnet-type composite metal oxide containing Li, La, Zr and O by a mechanochemical method, it is possible to provide a composite metal oxide having good crystallinity.

図1(a)は、メカノケミカル法に用いることのできる摩砕ミルの回転軸に垂直な断面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A’断面図である。FIG. 1A is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis of a grinding mill that can be used in the mechanochemical method, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA'of FIG. 1A. 図2は、実施例1及び2におけるXRD回折チャートである。FIG. 2 is an XRD diffraction chart of Examples 1 and 2. 図3は、実施例1で得られたLLZのSEM観察像を示す図面代用写真である。FIG. 3 is a drawing-substituting photograph showing an SEM observation image of the LLZ obtained in Example 1. 図4は、実施例4、5におけるXRD回折チャートである。FIG. 4 is an XRD diffraction chart according to Examples 4 and 5. 図5は、実施例4、5で得られたLLZの断面STEM観察像を示す図面代用写真である。FIG. 5 is a drawing-substituting photograph showing a cross-sectional STEM observation image of the LLZ obtained in Examples 4 and 5.

本発明は、Li、La、Zr及びOを含むガーネット型複合金属酸化物をメカノケミカル法で製造する方法に関する。ガーネット構造とは、一般的にA32312の組成式で表され、Li、La、Zr及びOを含む本発明のガーネット型複合金属酸化物では、前記組成式におけるAの位置をLa3+が占め、Bの位置をZr4+が占め、Cの位置と格子間位置をLi+が占め、Li7La3Zr212の組成式で表すことができる。また好ましい態様ではLi7La3Zr212におけるLi+サイトの一部が、Al3+及び/又はGa3+で置換されていてもよい。以下、本明細書では、Li、La、Zr及びOを含むガーネット型複合金属酸化物を、Li+サイトの一部がAl3+及び/又はGa3+で置換されている態様も含めて、「LLZ」と呼ぶ。また、本発明のLLZにおいて、La3+サイトの一部がCeやEuなどのドーパントで置換されることも許容される。The present invention relates to a method for producing a garnet-type composite metal oxide containing Li, La, Zr and O by a mechanochemical method. The garnet structure is generally represented by the composition formula of A 3 B 2 C 3 O 12 , and in the garnet type composite metal oxide of the present invention containing Li, La, Zr and O, the position of A in the composition formula La 3+ occupies, Zr 4+ occupies the position B, Li + occupies the position C and the interstitial position, and can be represented by the composition formula of Li 7 La 3 Zr 2 O 12. In a preferred embodiment, a part of the Li + site in Li 7 La 3 Zr 2 O 12 may be replaced with Al 3+ and / or Ga 3+. Hereinafter, in the present specification, the garnet-type composite metal oxide containing Li, La, Zr and O includes an embodiment in which a part of the Li + site is replaced with Al 3+ and / or Ga 3+. Called "LLZ". Further, in the LLZ of the present invention, it is also permissible that a part of the La 3+ site is replaced with a dopant such as Ce or Eu.

本発明では、原料としてLi源粉末、La源粉末、及びZr源粉末を用い、これら原料粉末とフラックスとを含む混合物をメカノケミカル法によって処理し、原料粉末同士を反応させることでLLZを製造する。メカノケミカル法は、より具体的には、原料粉末を含む混合物を乾式条件で圧縮しながらせん断することによって行うことができ、原料粉末に歪みエネルギーが蓄積され、そのエネルギーが自己解放されて、熱エネルギーとなったり、表面改質や結晶構造の転移、または固相反応に費やされる。本発明では、フラックスの存在下で原料粉末をメカノケミカル処理しており、発生したエネルギーにより原料の表面に液相を生じさせ、原料粉末同士の反応を促進する。従って、本発明によれば、高温の熱処理を行うことなくメカノケミカル処理のみによって非常に短時間で目的の無機化合物を得ることができる。またLLZを製造する本発明によれば、メカノケミカル処理後(且つ、焼成をしていない)で比べた際に、前記特許文献1で開示されるYAG結晶に比べて、結晶性の高い化合物を得ることができる。 In the present invention, Li source powder, La source powder, and Zr source powder are used as raw materials, and a mixture containing these raw material powders and flux is treated by a mechanochemical method, and the raw material powders are reacted with each other to produce LLZ. .. More specifically, the mechanochemical method can be carried out by shearing a mixture containing raw material powder while compressing it under dry conditions. Strain energy is accumulated in the raw material powder, and the energy is self-released to generate heat. It becomes energy, is spent on surface modification, crystal structure transition, or solid phase reaction. In the present invention, the raw material powder is mechanochemically treated in the presence of flux, and the generated energy creates a liquid phase on the surface of the raw material to promote the reaction between the raw material powders. Therefore, according to the present invention, the desired inorganic compound can be obtained in a very short time only by mechanochemical treatment without performing high-temperature heat treatment. Further, according to the present invention for producing LLZ, when compared after mechanochemical treatment (and not calcined), a compound having higher crystallinity than the YAG crystal disclosed in Patent Document 1 can be obtained. Obtainable.

原料粉末としては、Li源粉末、La源粉末、及びZr源粉末を用い、好ましくは更にAl源粉末及びGa源粉末の少なくとも1種を用いる。Al源粉末及びGa源粉末の少なくとも1種を用いることによって、立方晶のLLZを安定化させることができ、LLZの結晶系を立方晶にできる。 As the raw material powder, Li source powder, La source powder, and Zr source powder are used, and preferably at least one of Al source powder and Ga source powder is used. By using at least one of the Al source powder and the Ga source powder, the cubic LLZ can be stabilized, and the LLZ crystal system can be made into a cubic crystal system.

Li源粉末、La源粉末、Zr源粉末、Al源粉末及びGa源粉末としては、例えば各金属(Li、La、Zr、Al、又はGa)の酸化物、炭酸塩、水酸化物、塩化物、アルコキシドなどを用いることができる。Li源粉末はLi酸化物又はLi炭酸塩であることが好ましく、La源粉末はLa酸化物又はLa水酸化物であることが好ましく、Zr源粉末はZr酸化物又はZr水酸化物であることが好ましく、Al源粉末はAl酸化物又はAl水酸化物であることが好ましく、Ga源粉末はGa酸化物又はGa水酸化物であることが好ましい。Li源粉末、La源粉末、及びZr源粉末のいずれもが、各金属の酸化物(Li酸化物、La酸化物、及びZr酸化物)粉末であることが好ましく、Al源粉末及びGa源粉末の少なくとも1種を用いる場合には、Al源粉末及びGa源粉末についても、酸化物(Al酸化物、Ga酸化物)粉末であることが好ましい。 Examples of the Li source powder, La source powder, Zr source powder, Al source powder and Ga source powder include oxides, carbonates, hydroxides and chlorides of each metal (Li, La, Zr, Al or Ga). , Alkoxide and the like can be used. The Li source powder is preferably a Li oxide or Li carbonate, the La source powder is preferably a La oxide or La hydroxide, and the Zr source powder is a Zr oxide or Zr hydroxide. Is preferable, the Al source powder is preferably an Al oxide or an Al hydroxide, and the Ga source powder is preferably a Ga oxide or a Ga hydroxide. It is preferable that all of the Li source powder, the La source powder, and the Zr source powder are oxide powders (Li oxide, La oxide, and Zr oxide) of each metal, and the Al source powder and the Ga source powder. When at least one of the above is used, it is preferable that the Al source powder and the Ga source powder are also oxide (Al oxide, Ga oxide) powder.

Li源粉末、La源粉末、Zr源粉末、Al源粉末、Ga源粉末の使用割合は、目標とする組成の化学量論比とすればよい。特に、Al源粉末及び/又はGa源粉末を用いる場合には、原料粉末中の、Li量に対するAl量及びGa量の合計を、モル比で0.05以上とすることが好ましく、このようにすることで得られるLLZの結晶系を立方晶にすることができる。前記モル比は、0.06以上がより好ましく、更に好ましくは0.08以上であり、上限は限定されないが、例えば0.2以下である。 The ratio of Li source powder, La source powder, Zr source powder, Al source powder, and Ga source powder to be used may be the stoichiometric ratio of the target composition. In particular, when Al source powder and / or Ga source powder is used, it is preferable that the total amount of Al and Ga in the raw material powder is 0.05 or more in terms of molar ratio. The LLZ crystal system obtained by this can be made into a cubic crystal. The molar ratio is more preferably 0.06 or more, still more preferably 0.08 or more, and the upper limit is not limited, but is, for example, 0.2 or less.

各原料粉末は、粉体特性が適切に調整されていることも好ましく、例えばBET法による比表面積Sw(m2/g)は0.5〜25m2/gであることが好ましい。また、比表面積Swから下記式により比表面積径dBET(nm)を算出することができる。
BET=6/(ρ・Sw
(上記式、ρは理論密度を表す)
Each raw material powder, it is also preferred that the powder characteristics is properly adjusted, for example, specific surface area by the BET method S w (m 2 / g) is preferably 0.5~25m 2 / g. Further, it is possible to calculate a specific surface area diameter d BET (nm) from the specific surface area S w by the following equation.
d BET = 6 / (ρ ・Sw )
(In the above formula, ρ represents the theoretical density)

好ましい比表面積径dBET(nm)は、Li源粉末で500〜2000nm、La源粉末で400〜700nm、Zr源粉末で20〜100nm、Al源粉末で80〜200nm、Ga源粉末で20〜100nmである。Preferred specific surface area diameter d BET (nm) is 500 to 2000 nm for Li source powder, 400 to 700 nm for La source powder, 20 to 100 nm for Zr source powder, 80 to 200 nm for Al source powder, and 20 to 100 nm for Ga source powder. Is.

フラックスとしては、例えば金属水酸化物、金属酸化物又は金属ハロゲン化物が挙げられる。これらはいずれも、原料粉末間に液相を発生させて、接触面積を増大させる等の作用を有しており、こうしたフラックスを用いることでメカノケミカル法による原料粉末同士の反応が可能となる。前記金属水酸化物としては、例えばAl(OH)3、Ga(OH)3、KOH、Sr(OH)2、NaOH、Ba(OH)2、Mg(OH)2、LiOH及びLa(OH)3などが挙げられ、これらの少なくとも1種を用いることができる。好ましい金属水酸化物は、Al(OH)3である。前記金属酸化物としては、例えばPbO、B23などが挙げられる。また金属ハロゲン化物としては、金属フッ化物、金属塩化物が好ましく、この金属としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Y、Al、Pb、Bi又はZn等が挙げられる。前記金属フッ化物はBaF2、YF3、AlF3及びSrF3よりなる群から選択される少なくとも1種が好ましく、特にBaF2が好ましい。前記金属塩化物は、アルカリ金属の塩化物が好ましく、LiClがより好ましい。金属ハロゲン化物としては、金属フッ化物が好ましい。フラックスの融点は例えば200〜1400℃であり、好ましくは400〜1300℃であり、BET比表面積から求められる比表面積径dBETは、例えば50nm以上であり、より好ましくは80nm以上であり、更に好ましくは100nm以上であり、また比表面積径dBETの上限は2000nm以下が好ましく、1600nm以下がより好ましく、200nm以下が更に好ましく、150nm以下が特に好ましい。フラックスの量は、用いる原料粉末の種類やメカノケミカル処理の条件とのバランスを考慮して適宜設定可能であるが、例えば原料粉末の合計量に対して4〜15質量%である。Examples of the flux include metal hydroxides, metal oxides and metal halides. All of these have actions such as generating a liquid phase between the raw material powders and increasing the contact area, and by using such a flux, the raw material powders can react with each other by the mechanochemical method. Examples of the metal hydroxide include Al (OH) 3 , Ga (OH) 3 , KOH, Sr (OH) 2 , NaOH, Ba (OH) 2 , Mg (OH) 2 , LiOH and La (OH) 3. Etc., and at least one of these can be used. A preferred metal hydroxide is Al (OH) 3 . Examples of the metal oxide include PbO and B 2 O 3 . Further, as the metal halide, metal fluoride and metal chloride are preferable, and examples of this metal include alkali metals, alkaline earth metals, Y, Al, Pb, Bi and Zn. The metal fluoride is preferably at least one selected from the group consisting of BaF 2 , YF 3 , AlF 3 and SrF 3, and BaF 2 is particularly preferable. As the metal chloride, an alkali metal chloride is preferable, and LiCl is more preferable. As the metal halide, metal fluoride is preferable. The melting point of the flux is, for example, 200 to 1400 ° C., preferably 400 to 1300 ° C., and the specific surface area diameter d BET determined from the BET specific surface area is, for example, 50 nm or more, more preferably 80 nm or more, and further preferably. Is 100 nm or more, and the upper limit of the specific surface area diameter d BET is preferably 2000 nm or less, more preferably 1600 nm or less, further preferably 200 nm or less, and particularly preferably 150 nm or less. The amount of flux can be appropriately set in consideration of the type of raw material powder to be used and the balance with the conditions of mechanochemical treatment, and is, for example, 4 to 15% by mass with respect to the total amount of raw material powder.

上述した通り、メカノケミカル法は、より具体的には、原料粉末を含む混合物を乾式条件で圧縮しながらせん断することによって行うことができる。この方法の一例を、図面を用いて説明する。図1は、原料粉末の混合物に圧縮力とせん断力を与えることのできる摩砕ミルの模式図であり、図1(a)は回転軸に垂直な断面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A’断面図である。図1の摩砕ミルは有底円筒型容器1と、ローター2とを備える。ローター2は有底円筒型容器1の内周よりも小さい曲率の先端翼3を有し、前記先端翼3と有底円筒型容器1の内周との間にはクリアランス4が設けられている。そして、前記ローター2を回転させることで、前記クリアランス4で原料粉末及びフラックスの混合物5が圧縮力とせん断力を受ける。 As described above, the mechanochemical method can be carried out more specifically by shearing the mixture containing the raw material powder while compressing it under dry conditions. An example of this method will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of a grinding mill capable of applying a compressive force and a shearing force to a mixture of raw material powders, FIG. 1 (a) is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis, and FIG. 1 (b) is a cross-sectional view. FIG. 1A is a cross-sectional view taken along the line AA'of FIG. 1 (a). The grinding mill of FIG. 1 includes a bottomed cylindrical container 1 and a rotor 2. The rotor 2 has a tip wing 3 having a curvature smaller than the inner circumference of the bottomed cylindrical container 1, and a clearance 4 is provided between the tip wing 3 and the inner circumference of the bottomed cylindrical container 1. .. Then, by rotating the rotor 2, the mixture 5 of the raw material powder and the flux receives the compressive force and the shearing force in the clearance 4.

メカノケミカル処理の条件は、反応条件が弱すぎると原料粉末同士の反応が起こらず、また強すぎると一旦生成した結晶がアモルファス化するので好ましくない。メカノケミカル処理の条件が不適切な場合には、その理由(未反応、アモルファス化など)に応じて、また原料の種類や量、またフラックスの種類や量に応じて適宜条件を変更すればよく、例えば以下の通りである。 The mechanochemical treatment conditions are not preferable because if the reaction conditions are too weak, the reaction between the raw material powders does not occur, and if the reaction conditions are too strong, the crystals once formed become amorphous. If the conditions for mechanochemical treatment are inappropriate, the conditions may be changed as appropriate according to the reason (unreacted, amorphized, etc.), the type and amount of raw material, and the type and amount of flux. For example, it is as follows.

前記クリアランスの範囲は、原料粉末の量や、ローターの先端翼の曲率と容器内周の曲率の差、ローターの処理動力などによっても異なるが、例えば1mm未満であることが好ましい。このようにすることで、原料粉末の混合物に圧縮力とせん断力を十分に与えることができ、原料粉末同士の反応が促進される。クリアランスは好ましくは0.9mm以下であり、より好ましくは0.8mm以下である。クリアランスの下限は、例えば100μm以上であり、好ましくは0.5mm以上である。 The range of the clearance varies depending on the amount of raw material powder, the difference between the curvature of the tip blade of the rotor and the curvature of the inner circumference of the container, the processing power of the rotor, and the like, but is preferably less than 1 mm, for example. By doing so, a sufficient compressive force and a shearing force can be applied to the mixture of the raw material powders, and the reaction between the raw material powders is promoted. The clearance is preferably 0.9 mm or less, more preferably 0.8 mm or less. The lower limit of the clearance is, for example, 100 μm or more, preferably 0.5 mm or more.

またローターの回転の動力は、前記原料粉末の合計質量に対して例えば0.05kW/g以上である。回転動力を高めることによって、原料粉末同士の固相反応が促進される。前記回転の動力は0.06kW/g以上が好ましく、より好ましくは0.08kW/g以上であり、特に0.1kW/g以上が好ましい。前記回転の動力の上限は特に限定されないが、例えば0.5kW/gである。ローターの回転数は装置の大きさ、ローターの形状等によっても異なるが、上記範囲の回転動力では、例えば2000〜6000rpm、好ましくは3000〜5000rpmである。 The power of rotation of the rotor is, for example, 0.05 kW / g or more with respect to the total mass of the raw material powder. By increasing the rotational power, the solid-phase reaction between the raw material powders is promoted. The rotational power is preferably 0.06 kW / g or more, more preferably 0.08 kW / g or more, and particularly preferably 0.1 kW / g or more. The upper limit of the power of rotation is not particularly limited, but is, for example, 0.5 kW / g. The number of rotations of the rotor varies depending on the size of the device, the shape of the rotor, and the like, but the rotational power in the above range is, for example, 2000 to 6000 rpm, preferably 3000 to 5000 rpm.

ローターの回転時間は、ローターの回転動力に応じて適宜設定可能であるが、例えば5分以上であり、好ましくは10分以上であり、より好ましくは20分以上である。ローターを5分以上(好ましくは10分以上)回転させることによって、前記原料粉末に十分に圧縮力とせん断力を与えることができるため原料粉末の固相反応が進み、LLZを得ることができる。ローターの回転時間の上限は特に限定されないが、長すぎると目的化合物の結晶性が却って低下してしまい、余計なエネルギーを消費することとなるため30分以下とするのが好ましい。 The rotation time of the rotor can be appropriately set according to the rotational power of the rotor, but is, for example, 5 minutes or more, preferably 10 minutes or more, and more preferably 20 minutes or more. By rotating the rotor for 5 minutes or more (preferably 10 minutes or more), sufficient compressive force and shearing force can be applied to the raw material powder, so that the solid phase reaction of the raw material powder proceeds and LLZ can be obtained. The upper limit of the rotation time of the rotor is not particularly limited, but if it is too long, the crystallinity of the target compound will rather decrease and extra energy will be consumed, so it is preferably 30 minutes or less.

メカノケミカル処理では、せん断によって原料粉末に歪みエネルギーが蓄積され、そのエネルギーが自己解放されて、熱エネルギーとなるため発熱する。したがって、外部の熱源による加熱を行わずに本発明の製造方法を実施することも可能である。メカノケミカル処理は発熱した状態で行っても良いし、水冷等により冷却して行ってもよい。メカノケミカル処理では、円筒型容器の到達温度を例えば50℃以上とすればよく、好ましくは130℃以上であり、また500℃以下とすればよい。 In the mechanochemical treatment, strain energy is accumulated in the raw material powder by shearing, and the energy is self-released to become heat energy, so that heat is generated. Therefore, it is also possible to carry out the production method of the present invention without heating with an external heat source. The mechanochemical treatment may be carried out in a state of heat generation, or may be carried out by cooling by water cooling or the like. In the mechanochemical treatment, the ultimate temperature of the cylindrical container may be, for example, 50 ° C. or higher, preferably 130 ° C. or higher, and 500 ° C. or lower.

メカノケミカル処理の雰囲気は、特に限定されるものではないが、大気などの酸素含有雰囲気、不活性ガス雰囲気、還元性ガス雰囲気のいずれであっても良い。不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴンなど(特に窒素ガスが好ましい)が挙げられ、還元性ガスとしては前記不活性ガス(特に窒素ガス)と3〜5%の水素ガスとの混合ガスなどが挙げられる。 The atmosphere of the mechanochemical treatment is not particularly limited, but may be any of an oxygen-containing atmosphere such as the atmosphere, an inert gas atmosphere, and a reducing gas atmosphere. Examples of the inert gas include nitrogen, helium, argon and the like (particularly nitrogen gas is preferable), and examples of the reducing gas include a mixed gas of the inert gas (particularly nitrogen gas) and 3 to 5% hydrogen gas. Can be mentioned.

前記した有底円筒型容器の材質は特に限定されないが、例えばSUS304などのステンレス鋼、炭素鋼などが挙げられる。または、生成するLLZに不純物が混入しないようなコーティングを施しても良い。該容器の内径は例えば50〜500mmである。また、先端翼は1以上あれば良く、好ましくは2以上であり、通常8以下である。 The material of the bottomed cylindrical container is not particularly limited, and examples thereof include stainless steel such as SUS304 and carbon steel. Alternatively, a coating may be applied so that impurities are not mixed in the generated LLZ. The inner diameter of the container is, for example, 50 to 500 mm. Further, the number of tip blades may be 1 or more, preferably 2 or more, and usually 8 or less.

フラックスを用いてメカノケミカル処理することによって得られたLLZは良好な結晶性を示すが、結晶性をより高めることなどを目的として、メカノケミカル処理後に焼成をしても構わない。但し、メカノケミカル処理後に焼成を行わなくても良好な結晶性を示すため、前述の特許文献1に比べて焼成温度を低くしたり、焼成時間を短くすることも可能である。例えば、焼成温度は1300℃以下(下限は例えば500℃以上)であり、焼成時間は20時間以下(下限は例えば30分以上)である。また焼成を行わない、又は焼成条件を緩和できることは、Liの揮発による組成のずれを抑制できるという利点も有する。 The LLZ obtained by mechanochemical treatment with flux shows good crystallinity, but may be calcined after mechanochemical treatment for the purpose of further increasing crystallinity. However, since good crystallinity is exhibited without firing after the mechanochemical treatment, it is possible to lower the firing temperature or shorten the firing time as compared with Patent Document 1 described above. For example, the firing temperature is 1300 ° C. or lower (the lower limit is, for example, 500 ° C. or higher), and the firing time is 20 hours or less (the lower limit is, for example, 30 minutes or more). Further, the fact that the firing is not performed or the firing conditions can be relaxed has an advantage that the deviation of the composition due to the volatilization of Li can be suppressed.

本発明ではメカノケミカル処理によって原料粉末を反応させた後に、前記フラックスを酸により除去してもよい。酸としては、塩酸、硫酸などの無機酸を用いることができる。本発明では、前述した通り、メカノケミカル法により合成したLLZを更に焼成してもよいが、焼成しない場合には、特にメカノケミカル処理によって金属酸化物粉末を反応させた後に、酸によって前記フラックスを除去することが好ましい。メカノケミカル処理の後に焼成をする場合には、フラックスが存在する状態で焼成し、焼成後にフラックスを除去してもよい。フラックスが存在する状態で焼成することで、焼成時の固相−液相反応が促進するため好ましい。酸による処理は例えば1〜3時間とすれば良く、酸処理の後は純水で洗った後、100〜400℃程度(好ましくは200〜300℃)で1時間以上(好ましくは2時間以上、より好ましくは3時間以上、更に好ましくは4時間以上である。通常は10時間以下)に加熱して水分を十分に除去することが好ましい。 In the present invention, the flux may be removed by an acid after the raw material powder is reacted by the mechanochemical treatment. As the acid, an inorganic acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid can be used. In the present invention, as described above, the LLZ synthesized by the mechanochemical method may be further calcined, but when it is not calcined, the flux is generated by an acid after reacting the metal oxide powder particularly by the mechanochemical treatment. It is preferable to remove it. When firing after the mechanochemical treatment, firing may be performed in the presence of flux, and the flux may be removed after firing. Firing in the presence of flux is preferable because the solid-phase-liquid phase reaction during firing is promoted. The treatment with acid may be, for example, 1 to 3 hours, and after the acid treatment, it is washed with pure water and then at about 100 to 400 ° C. (preferably 200 to 300 ° C.) for 1 hour or more (preferably 2 hours or more, It is more preferable to heat it for 3 hours or more, more preferably 4 hours or more, usually 10 hours or less) to sufficiently remove the water.

上記した本発明の製造方法のうち、メカノケミカル処理を行ったのち、焼成を行わない態様で得られるLLZは、Li、La、Zr及びOを含み、必要に応じて更にAl及びGaの少なくとも1種を含むガーネット型複合金属酸化物であって、結晶性が良好であるとともに、SEM(Scanning Electron Microscope)又はSTEM(Scanning Transmission Electron Microscope)などの電子顕微鏡で観察した際に粒(微粒)の集合構造が観察される。 Among the above-mentioned production methods of the present invention, the LLZ obtained in a mode obtained by performing a mechanochemical treatment and then not firing contains Li, La, Zr and O, and if necessary, at least one of Al and Ga. It is a garnet-type composite metal oxide containing seeds, has good crystallinity, and is an aggregate of grains (fine grains) when observed with an electron microscope such as SEM (Scanning Electron Microscope) or STEM (Scanning Transmission Electron Microscope). The structure is observed.

良好な結晶性は、X線回折ピークの半値幅から、下記式(1)に示すScherrerの式によって算出される結晶子径によって表すことができる。
Dc=Kλ/βcosθ ・・・(1)
Dc:結晶子径、λ:X線の波長、K:Scherrer定数、β:半値幅、θ:ブラッグ角
Good crystallinity can be expressed by the crystallinity diameter calculated by the Scherrer equation shown in the following equation (1) from the full width at half maximum of the X-ray diffraction peak.
Dc = Kλ / βcosθ ・ ・ ・ (1)
Dc: crystallite diameter, λ: X-ray wavelength, K: Scherrer constant, β: full width at half maximum, θ: Bragg angle

本発明のLLZの結晶子径は、30nm以上であり、好ましくは35nm以上であり、より好ましくは40nm以上であり、また通常50nm以下である。 The crystallite diameter of the LLZ of the present invention is 30 nm or more, preferably 35 nm or more, more preferably 40 nm or more, and usually 50 nm or less.

また、本発明のLLZをSEM又はSTEMなどの電子顕微鏡で、例えば1000〜5000倍程度で観察すると、高い温度での焼成を経ていないため、原料粉末の粒形状に由来して、粒(粒子)の集合構造が観察される。また、本発明のLLZは、粒集合構造の粒子の長径を観察した際、個数基準で90%以上の粒子の一次粒子の長径が3μm以下(好ましくは2μm以下、より好ましくは1.5μm以下、更に好ましくは1.3μm以下、特に好ましくは1.2μm以下)である。前記の一次粒子の長径の範囲(好ましい範囲も含まれる)を、個数基準で100%の粒子、つまり全ての粒子が満足していることがより好ましい。一方、従来の焼結法で得られるLLZでは、原料が高温で固溶するために、原料粉末の界面が消滅して、粗大の粒子を形成するか、又は粒集合構造とならず、本発明のLLZのような微粒の粒構造が観察されない点で、本発明のLLZとは異なる。なお、前記一次粒子とは、観察される粒子の最小単位であり、前記一次粒子の長径は、粒子の中心(重心)を通り、かつ粒子の外周で区切られる線分のうち、最も長い線分とすればよい。 Further, when the LLZ of the present invention is observed with an electron microscope such as SEM or STEM at a magnification of 1000 to 5000 times, for example, it has not been calcined at a high temperature. The collective structure of is observed. Further, in the LLZ of the present invention, when observing the major axis of the particles having a grain assembly structure, the major axis of the primary particles of 90% or more of the particles based on the number is 3 μm or less (preferably 2 μm or less, more preferably 1.5 μm or less). It is more preferably 1.3 μm or less, and particularly preferably 1.2 μm or less). It is more preferable that the major axis range (including the preferable range) of the primary particles is 100% based on the number of particles, that is, all the particles are satisfied. On the other hand, in the LLZ obtained by the conventional sintering method, since the raw material is solid-solved at a high temperature, the interface of the raw material powder disappears and coarse particles are formed or the grain aggregate structure is not formed. It differs from the LLZ of the present invention in that the fine grain structure like the LLZ of the present invention is not observed. The primary particle is the smallest unit of the observed particle, and the major axis of the primary particle is the longest line segment among the line segments that pass through the center (centroid) of the particle and are separated by the outer circumference of the particle. And it is sufficient.

また、本発明のLLZの表面が、溶融固化物で被われている場合には、本発明のLLZを任意の面で切断した断面を電子顕微鏡で観察し、該断面にて粒集合構造が観察されればよく、また集合構造を構成する粒子(最小単位)の長径も前記断面にて測定すればよい。 When the surface of the LLZ of the present invention is covered with a melt-solidified product, a cross section of the LLZ of the present invention cut at an arbitrary surface is observed with an electron microscope, and the grain assembly structure is observed in the cross section. The major axis of the particles (minimum unit) constituting the aggregated structure may also be measured in the cross section.

また、上記した本発明のLLZは、Li、La、Zr及びOを含むガーネット型複合金属酸化物であって、BET比表面積径が1.5μm以下であるガーネット型複合金属酸化物であるということもできる。本発明のLLZのBET比表面積径は、好ましくは1.3μm以下であり、より好ましくは1.0μm以下であり、更に好ましくは800nm以下であり、下限は例えば150nm以上である。特に、溶融固化物で覆われていない本発明のLLZが前記BET比表面積径を満たすことが好ましい。なお、本発明のLLZのBET比表面積径は、上記した原料粉末の比表面積径で説明した式と同様の式で算出できる。 Further, the above-mentioned LLZ of the present invention is a garnet-type composite metal oxide containing Li, La, Zr and O, and is a garnet-type composite metal oxide having a BET specific surface area diameter of 1.5 μm or less. You can also. The BET specific surface area diameter of the LLZ of the present invention is preferably 1.3 μm or less, more preferably 1.0 μm or less, further preferably 800 nm or less, and the lower limit is, for example, 150 nm or more. In particular, it is preferable that the LLZ of the present invention, which is not covered with the melt-solidified product, satisfies the BET specific surface area diameter. The BET specific surface area diameter of the LLZ of the present invention can be calculated by the same formula as described in the above-mentioned specific surface area diameter of the raw material powder.

また、Li、La、Zr及びOを含むガーネット型複合金属酸化物は、通常、室温で正方晶が安定であるが、更にAl及びGaの少なくとも1種を含む本発明のLLZでは、Al及びGaの立方晶安定化効果により、結晶系を立方晶にできる。また、本発明の製造方法により得られる最終生成物をXRDで測定した際、La源粉末の最大ピーク面積(La源としてLa23を用いる場合には、La23の最大ピーク面積)とLLZの最大ピーク面積の合計に対するLLZの最大ピーク面積の比は、例えば20%〜60%である。Further, the garnet-type composite metal oxide containing Li, La, Zr and O is usually stable in cubic crystals at room temperature, but in the LLZ of the present invention containing at least one of Al and Ga, Al and Ga Due to the cubic crystal stabilizing effect of, the crystal system can be made into cubic crystals. Further, when the final product obtained by the production method of the present invention was measured by XRD, the maximum peak area of La source powder (in the case of using La 2 O 3 as La source, a maximum peak area of La 2 O 3) The ratio of the maximum peak area of LLZ to the sum of the maximum peak areas of LLZ and LLZ is, for example, 20% to 60%.

本発明のLLZは、イオン伝導性を有することから二次電池用固体電解質材料として好適に用いられる他、Laサイトの一部をCeやEuなどで置換すれば蛍光材料としても用いることができる。 Since the LLZ of the present invention has ionic conductivity, it can be suitably used as a solid electrolyte material for a secondary battery, and can also be used as a fluorescent material if a part of La sites is replaced with Ce, Eu, or the like.

本願は、2018年8月3日に出願された日本国特許出願第2018−147004号及び2018年8月30日に出願された日本国特許出願第2018−161931号に基づく優先権の利益を主張するものである。2018年8月3日に出願された日本国特許出願第2018−147004号及び2018年8月30日に出願された日本国特許出願第2018−161931号の明細書の全内容が、本願に参考のため援用される。 This application claims the priority benefit under Japanese Patent Application No. 2018-147004 filed on August 3, 2018 and Japanese Patent Application No. 2018-161931 filed on August 30, 2018. To do. The entire contents of the specification of Japanese Patent Application No. 2018-147004 filed on August 3, 2018 and Japanese Patent Application No. 2018-161931 filed on August 30, 2018 are referred to in this application. Will be used for.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前記、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The present invention is not limited by the following examples, and it is of course possible to carry out the invention with appropriate modifications within the range that can be adapted to the above-mentioned purpose, and all of them are technical of the present invention. Included in the range.

実施例1
Li6.25Al0.25La3Zr212の原料として、Li2O((株)高純度化学製、純度:99%、比表面積Sw:2.1m2/g、比表面積径dBET:1421nm)、La23((株)高純度化学製、純度:99.9%、比表面積Sw:1.7m2/g、比表面積径dBET:543nm)、ZrO2((株)高純度化学製、純度:98%、比表面積Sw:18.4m2/g、比表面積径dBET:57nm)、Al23((株)高純度化学製、純度:99.99%、比表面積Sw:11.3m2/g、比表面積径dBET:134nm)の粉体を、それぞれ、生成する複合金属酸化物の組成がLi6.25Al0.25La3Zr212となる化学量論比で合計30g秤量し、これら原料と、これら原料の合計量100質量部に対して10質量部のBaF2(純度:99.99%、比表面積Sw:9m2/g、比表面積径dBET:137nm、融点:1280℃)を、図1に示した摩砕ミルに投入した。有底円筒型容器1はSUS304製であり、その内径は80mmであり、該容器1の内周とローター2の先端翼3とのクリアランス4は0.8mmとした。このような摩砕ミルを、回転数4500rpm、所要動力3kWで20分回転させ、メカノケミカル処理を行った。なお、容器の到達温度は約260℃であった。
Example 1
As a raw material of Li 6.25 Al 0.25 La 3 Zr 2 O 12, Li 2 O (( Ltd.) Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity: 99%, specific surface area S w: 2.1m 2 / g, a specific surface area diameter d BET: 1421nm ), La 2 O 3 ((Ltd.) Wako pure chemical Industries, Ltd., purity: 99.9%, specific surface area S w: 1.7m 2 / g, a specific surface area diameter d BET: 543nm), ZrO 2 (( Ltd.) high purity chemical Co., purity: 98%, specific surface area S w: 18.4m 2 / g, a specific surface area diameter d BET: 57nm), Al 2 O 3 (( Ltd.) Wako pure chemical Industries, Ltd., purity: 99.99%, Specific surface area S w : 11.3 m 2 / g, specific surface area diameter d BET : 134 nm), each of which produces a composite metal oxide with a chemical amount of Li 6.25 Al 0.25 La 3 Zr 2 O 12 Weigh a total of 30 g in terms of ratio, and weigh 10 parts by mass of these raw materials and 100 parts by mass of the total amount of these raw materials. BaF 2 (purity: 99.99%, specific surface area S w : 9 m 2 / g, specific surface area diameter d BET : 137 nm, melting point: 1280 ° C.) was put into the grinding mill shown in FIG. The bottomed cylindrical container 1 is made of SUS304, the inner diameter thereof is 80 mm, and the clearance 4 between the inner circumference of the container 1 and the tip blade 3 of the rotor 2 is 0.8 mm. Such a grinding mill was rotated at a rotation speed of 4500 rpm and a required power of 3 kW for 20 minutes to perform mechanochemical treatment. The temperature reached by the container was about 260 ° C.

得られた試料の結晶構造をブルカー製のXRD(X−ray Diffraction analysis)装置を用いて解析した。測定は、CuKα線で行い、λ=1.5418nm、θ=10〜50°とした。その結果、得られた試料中には、Liサイトの一部がAlで置換された正方晶のLLZが生成していた。また、XRDの最大強度を示す回折ピークの半値幅から、シェラーの式に基づいて結晶子径を求めたところ、41nmであった。また、得られた試料のXRDにおいて、La23の最大ピーク面積とLLZの最大ピーク面積の合計に対するLLZの最大ピーク面積の比は、54%であった。The crystal structure of the obtained sample was analyzed using an XRD (X-ray Diffraction analysis) apparatus manufactured by Bruker. The measurement was carried out with CuKα rays, and λ = 1.5418 nm and θ = 10 to 50 °. As a result, tetragonal LLZ in which a part of the Li site was replaced with Al was generated in the obtained sample. Further, when the crystallite diameter was determined from the half width of the diffraction peak showing the maximum intensity of XRD based on Scherrer's equation, it was 41 nm. Further, in the XRD of the obtained sample, the ratio of the maximum peak area of LLZ to the total of the maximum peak area of La 2 O 3 and the maximum peak area of LLZ was 54%.

実施例2
Li6.25Ga0.25La3Zr212の原料として、Li2O((株)高純度化学製、純度:99%、比表面積Sw:2.1m2/g、比表面積径dBET:1421nm)、La23((株)高純度化学製、純度:99.9%、比表面積Sw:1.7m2/g、比表面積径dBET:543nm)、ZrO2((株)高純度化学製、純度:98%、比表面積Sw:18.4m2/g、比表面積径dBET:57nm)、Ga23((株)高純度化学製、純度:99.99%、比表面積Sw:10.4m2/g、比表面積径dBET:90nm)の粉体を、それぞれ、生成する複合金属酸化物の組成がLi6.25Ga0.25La3Zr212となる化学量論比で合計30g秤量した。次に、これら原料と、これら原料の合計量100質量部に対して10質量部のBaF2(純度:99.99%、比表面積Sw:9m2/g、比表面積径dBET:137nm、融点:1280℃)を、図1に示した摩砕ミルに投入した。摩砕ミルの条件は実施例1と同様にして、メカノケミカル処理を行った。なお、容器の到達温度は約260℃であった。
Example 2
As a raw material of Li 6.25 Ga 0.25 La 3 Zr 2 O 12, Li 2 O (( Ltd.) Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity: 99%, specific surface area S w: 2.1m 2 / g, a specific surface area diameter d BET: 1421nm ), La 2 O 3 ((Ltd.) Wako pure chemical Industries, Ltd., purity: 99.9%, specific surface area S w: 1.7m 2 / g, a specific surface area diameter d BET: 543nm), ZrO 2 (( Ltd.) high purity chemical Co., purity: 98%, specific surface area S w: 18.4m 2 / g, a specific surface area diameter d BET: 57nm), Ga 2 O 3 (( Ltd.) Wako pure chemical Industries, Ltd., purity: 99.99%, Specific surface area S w : 10.4 m 2 / g, specific surface area diameter d BET : 90 nm), each of which produces a composite metal oxide with a chemical amount of Li 6.25 Ga 0.25 La 3 Zr 2 O 12 A total of 30 g was weighed by the specific surface area. Next, these raw materials and, BaF 2 10 parts by weight of the total amount 100 parts by mass of the raw material (purity: 99.99%, the specific surface area S w: 9m 2 / g, a specific surface area diameter d BET: 137 nm, Melting point: 1280 ° C.) was put into the grinding mill shown in FIG. The conditions of the grinding mill were the same as in Example 1, and the mechanochemical treatment was performed. The temperature reached by the container was about 260 ° C.

得られた試料の結晶構造を、実施例1と同じ要領で測定した結果、得られた試料中には、Liサイトの一部がGaに置換された正方晶のLLZが生成していた。また、XRDの最大強度を示す回折ピークの半値幅から、シェラーの式に基づいて結晶子径を求めたところ、39nmであった。また、得られた試料のXRDにおいて、La23の最大ピーク面積とLLZの最大ピーク面積の合計に対するLLZの最大ピーク面積の比は、43%であった。As a result of measuring the crystal structure of the obtained sample in the same manner as in Example 1, a tetragonal LLZ in which a part of Li sites was replaced with Ga was generated in the obtained sample. Further, when the crystallite diameter was determined from the half width of the diffraction peak showing the maximum intensity of XRD based on Scherrer's equation, it was 39 nm. Further, in the XRD of the obtained sample, the ratio of the maximum peak area of LLZ to the total of the maximum peak area of La 2 O 3 and the maximum peak area of LLZ was 43%.

MICROMERITICS ASAP2010を用いて、得られた試料の窒素ガス吸着量から比表面積を計算し、このBET比表面積と試料の密度から比表面積径を求めた。その結果、比表面積は1.8m2/gであり比表面積径は652nmであった。Using MICROMERITICS ASAP2010, the specific surface area was calculated from the amount of nitrogen gas adsorbed on the obtained sample, and the specific surface area diameter was determined from the BET specific surface area and the density of the sample. As a result, the specific surface area was 1.8 m 2 / g and the specific surface area diameter was 652 nm.

実施例3
生成する複合金属酸化物の組成がLi5.5Ga0.5La3Zr212となる化学量論比で原料粉末を秤量したこと、及び摩砕ミルの動力を2.5kWとしたこと以外は、実施例2と同様にして、メカノケミカル処理を行った。なお、容器の到達温度は約260℃であった。
Example 3
Except that the raw material powder was weighed at a stoichiometric ratio of Li 5.5 Ga 0.5 La 3 Zr 2 O 12 and the power of the grinding mill was 2.5 kW. Mechanochemical treatment was performed in the same manner as in Example 2. The temperature reached by the container was about 260 ° C.

得られた試料の結晶構造を、実施例1と同じ要領で測定した結果、得られた試料中には、Liサイトの一部がGaに置換された立方晶のLLZが生成していた。また、XRDの最大強度を示す回折ピークの半値幅から、シェラーの式に基づいて結晶子径を求めたところ、31nmであった。また、得られた試料のXRDにおいて、La23の最大ピーク面積とLLZの最大ピーク面積の合計に対するLLZの最大ピーク面積の比は、24%であった。As a result of measuring the crystal structure of the obtained sample in the same manner as in Example 1, cubic LLZ in which a part of Li sites was replaced with Ga was generated in the obtained sample. Further, when the crystallite diameter was determined from the half width of the diffraction peak showing the maximum intensity of XRD based on Scherrer's equation, it was 31 nm. Further, in the XRD of the obtained sample, the ratio of the maximum peak area of LLZ to the total of the maximum peak area of La 2 O 3 and the maximum peak area of LLZ was 24%.

MICROMERITICS ASAP2010を用いて、得られた試料の窒素ガス吸着量から比表面積を計算し、このBET比表面積と試料の密度から比表面積径を求めた。その結果、比表面積は4.2m2/gであり比表面積径は280nmであった。Using MICROMERITICS ASAP2010, the specific surface area was calculated from the amount of nitrogen gas adsorbed on the obtained sample, and the specific surface area diameter was determined from the BET specific surface area and the density of the sample. As a result, the specific surface area was 4.2 m 2 / g and the specific surface area diameter was 280 nm.

実施例4
Li5.5Ga0.5La3Zr212の原料として、Li2O((株)高純度化学製、純度:99%、比表面積Sw:2.1m2/g、比表面積径dBET:1421nm)、La23((株)高純度化学製、純度:99.9%、比表面積Sw:1.7m2/g、比表面積径dBET:543nm)、ZrO2((株)高純度化学製、純度:98%、比表面積Sw:18.4m2/g、比表面積径dBET:57nm)、Ga23((株)高純度化学製、純度:99.99%、比表面積Sw:10.4m2/g、比表面積径dBET:90nm)の粉体を、それぞれ、生成する複合金属酸化物の組成がLi5.5Ga0.5La3Zr212となる化学量論比で合計30g秤量した。次に、これら原料と、これら原料の合計量100質量部に対して10質量部のLiCl(純度:99.99%、比表面積Sw:1.9m2/g、比表面積径dBET:1504nm、融点:613℃)を、図1に示した摩砕ミルに投入した。有底円筒型容器1はSUS304製であり、その内径は80mmであり、該容器1の内周とローター2の先端翼3とのクリアランス4は0.8mmとした。このような摩砕ミルを、回転数4274rpm、所要動力3kWで6分回転させ、メカノケミカル処理を行った。なお、容器の到達温度は約65℃であった。
Example 4
As a raw material for Li 5.5 Ga 0.5 La 3 Zr 2 O 12, Li 2 O (( Ltd.) Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity: 99%, specific surface area S w: 2.1m 2 / g, a specific surface area diameter d BET: 1421nm ), La 2 O 3 ((Ltd.) Wako pure chemical Industries, Ltd., purity: 99.9%, specific surface area S w: 1.7m 2 / g, a specific surface area diameter d BET: 543nm), ZrO 2 (( Ltd.) high purity chemical Co., purity: 98%, specific surface area S w: 18.4m 2 / g, a specific surface area diameter d BET: 57nm), Ga 2 O 3 (( Ltd.) Wako pure chemical Industries, Ltd., purity: 99.99%, A chemical amount of a powder having a specific surface area S w : 10.4 m 2 / g and a specific surface area diameter d BET : 90 nm) so that the composition of the composite metal oxide produced is Li 5.5 Ga 0.5 La 3 Zr 2 O 12. A total of 30 g was weighed by the specific surface area. Next, these raw materials and, LiCl 10 parts by weight of the total amount 100 parts by mass of the raw material (purity: 99.99%, the specific surface area S w: 1.9m 2 / g, a specific surface area diameter d BET: 1504nm , Melting point: 613 ° C.) was put into the grinding mill shown in FIG. The bottomed cylindrical container 1 is made of SUS304, the inner diameter thereof is 80 mm, and the clearance 4 between the inner circumference of the container 1 and the tip blade 3 of the rotor 2 is 0.8 mm. Such a grinding mill was rotated at a rotation speed of 4274 rpm and a required power of 3 kW for 6 minutes to perform mechanochemical treatment. The temperature reached by the container was about 65 ° C.

得られた試料の結晶構造をブルカー製のXRD(X−ray Diffraction analysis)装置を用いて解析した。測定は、CuKα線で行い、λ=1.5418nm、θ=10〜50°とした。その結果、図4に示す通り、得られた試料中には、立方晶のLLZ(Liサイトの一部がGaで置換されている)が生成していた。また、XRDチャートから、LLZの最大ピークの面積とLa23の最大ピーク面積の合計に対するLLZの最大ピークの面積の比を算出したところ、29%であった。さらに、LLZの最大強度を示す回折ピークの半値幅から、シェラ−の式に基づいて結晶子径を求めたところ、33.6nmであった。The crystal structure of the obtained sample was analyzed using an XRD (X-ray Diffraction analysis) apparatus manufactured by Bruker. The measurement was carried out with CuKα rays, and λ = 1.5418 nm and θ = 10 to 50 °. As a result, as shown in FIG. 4, cubic LLZ (a part of Li site was replaced with Ga) was generated in the obtained sample. Moreover, when the ratio of the area of the maximum peak of LLZ to the total of the area of the maximum peak of LLZ and the area of the maximum peak of La 2 O 3 was calculated from the XRD chart, it was 29%. Further, when the crystallite diameter was determined from the half width of the diffraction peak showing the maximum intensity of LLZ based on the Scheller's equation, it was 33.6 nm.

また、得られたLLZを切断した断面を日立ハイテクノロジーズ社製のSTEM(HD−2700)で観察(倍率:15000倍)したところ、図5(a)に示す通り、粒集合構造であると共に、構成粒子の一次粒子の長径が3μm以下であることが確認できた。なお、図5において、コントラストが濃い(黒またはグレー)部分は溶融固化物である。 Further, when the cross section obtained by cutting the obtained LLZ was observed (magnification: 15000 times) with STEM (HD-2700) manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, as shown in FIG. It was confirmed that the major axis of the primary particles of the constituent particles was 3 μm or less. In FIG. 5, the portion having a high contrast (black or gray) is a molten solidified product.

実施例5
摩砕ミルの回転時間を20分としたこと以外は、実施例4と同じ条件でメカノケミカル処理を行った(回転数は4446rpm)。摩砕ミルの容器の到達温度は約290℃であった。
Example 5
The mechanochemical treatment was performed under the same conditions as in Example 4 except that the rotation time of the grinding mill was 20 minutes (rotation speed was 4446 rpm). The ultimate temperature of the grinding mill container was about 290 ° C.

得られた試料の結晶構造及びLLZの生成割合を実施例4と同様の方法で評価した結果、Liサイトの一部がGaで置換された立方晶のLLZ(図4)が生成しており、また、LLZの最大ピークの面積とLa23の最大ピーク面積の合計に対するLLZの最大ピークの面積の比は、37%であった。また、LLZの最大強度を示す回折ピークの半値幅から、シェラ−の式に基づいて算出された結晶子径は32.5nmであった。As a result of evaluating the crystal structure of the obtained sample and the formation ratio of LLZ in the same manner as in Example 4, cubic LLZ (FIG. 4) in which a part of Li sites was replaced with Ga was formed. The ratio of the area of the maximum peak of LLZ to the sum of the area of the maximum peak of LLZ and the area of the maximum peak of La 2 O 3 was 37%. Further, the crystallite diameter calculated from the half width of the diffraction peak showing the maximum intensity of LLZ based on the Scheller's formula was 32.5 nm.

また、得られたLLZを切断した断面を日立ハイテクノロジーズ製のSTEM(HD−2700)で観察(倍率:25000倍)したところ、図5(b)に示す通り、粒集合構造であると共に、構成粒子の一次の粒子の長径が3μm以下であることが確認できた。 Further, when the cross section obtained by cutting the obtained LLZ was observed (magnification: 25000 times) with STEM (HD-2700) manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, as shown in FIG. It was confirmed that the major axis of the primary particles of the particles was 3 μm or less.

比較例1
BaF2を用いなかったこと以外は実施例1と同様にしてメカノケミカル処理を行った。得られた試料の結晶構造を、実施例1と同じ要領で測定した結果、原料粉体に起因する回折ピークが検出されるのみで、LLZは得られていなかった。
Comparative Example 1
The mechanochemical treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that BaF 2 was not used. As a result of measuring the crystal structure of the obtained sample in the same manner as in Example 1, only the diffraction peak caused by the raw material powder was detected, and LLZ was not obtained.

比較例2
2.97Al512:Ce3+ 0.03の原料として、Y23、CeO2、Al23(原料はいずれも(株)高純度化学製)の粉体を、それぞれ、生成する蛍光体の組成がY2.97Al512:Ce3+ 0.03となる化学量論比で、合計30g秤量した。次に、これら原料と、これら原料の合計量100質量部に対して6質量部のBaF2を摩砕ミルに投入した。有底円筒型容器1はSUS304製で、その内径が80mmであり、該容器1の内周とローター2の先端翼とのクリアランス4は1.0mmとした。このような摩砕ミルを、回転数4500rpm、所要動力3kWで10分回転させ、メカノケミカル処理を行った。
Comparative Example 2
Y 2.97 Al 5 O 12 : Fluorescence that produces powders of Y 2 O 3 , CeO 2 , and Al 2 O 3 (all raw materials are manufactured by High Purity Chemical Co., Ltd.) as raw materials for Ce 3 + 0.03. A total of 30 g was weighed in a chemical quantity theory ratio in which the composition of the body was Y 2.97 Al 5 O 12 : Ce 3 + 0.03. Next, 6 parts by mass of these raw materials and 6 parts by mass of BaF 2 were charged into the grinding mill with respect to 100 parts by mass of the total amount of these raw materials. The bottomed cylindrical container 1 is made of SUS304 and has an inner diameter of 80 mm, and the clearance 4 between the inner circumference of the container 1 and the tip blade of the rotor 2 is 1.0 mm. Such a grinding mill was rotated at a rotation speed of 4500 rpm and a required power of 3 kW for 10 minutes to perform mechanochemical treatment.

得られた試料の結晶構造は、ブルカー製のXRD装置を用いて解析した。測定はCuKα線で行い、λ=1.5418nm、θ=10〜50°とした。その結果、得られた試料の結晶にはYAG相が得られていた。また、YAG相のXRD回折ピークの半値幅から結晶子サイズを求めたところ、26nmであった。 The crystal structure of the obtained sample was analyzed using an XRD apparatus manufactured by Bruker. The measurement was carried out with CuKα rays, and λ = 1.5418 nm and θ = 10 to 50 °. As a result, a YAG phase was obtained in the crystals of the obtained sample. Further, when the crystallite size was determined from the half width of the XRD diffraction peak of the YAG phase, it was 26 nm.

上記実施例及び比較例の結果を表1に示す。 The results of the above Examples and Comparative Examples are shown in Table 1.

Figure 2020026971
Figure 2020026971

また、実施例1、2のXRD回折チャートを図2に、実施例4、5のXRD回折チャートを図4に示す。 Further, the XRD diffraction charts of Examples 1 and 2 are shown in FIG. 2, and the XRD diffraction charts of Examples 4 and 5 are shown in FIG.

表1によれば、フラックスを用いてメカノケミカル処理によってLLZを製造した実施例1〜5では、結晶性に優れた、すなわち結晶子径が30nm以上であるLLZを製造することができた。また図2及び図4からも、実施例1、2、4、5においてLLZが形成していることが分かる。更に、図3に実施例1で得られたLLZのSEM観察像を、図5に実施例4、5で得られたLLZの断面STEM観察像を示す。図3、図5より、本発明のLLZは粒集合構造を有していると共に、一次粒子の長径が3μm以下であることが分かる。一方、フラックスを用いなかった比較例1では、メカノケミカル処理後も原料粉末のままでありLLZは生成しなかった。また、メカノケミカル処理で製造する対象がYAG蛍光体であった比較例2では、YAG相は得られたものの、本発明のような良好な結晶性は実現できなかった。 According to Table 1, in Examples 1 to 5 in which LLZ was produced by mechanochemical treatment using flux, LLZ having excellent crystallinity, that is, having a crystallinity diameter of 30 nm or more could be produced. It can also be seen from FIGS. 2 and 4 that the LLZ is formed in Examples 1, 2, 4, and 5. Further, FIG. 3 shows an SEM observation image of the LLZ obtained in Example 1, and FIG. 5 shows a cross-sectional SEM observation image of the LLZ obtained in Examples 4 and 5. From FIGS. 3 and 5, it can be seen that the LLZ of the present invention has a grain assembly structure and the major axis of the primary particles is 3 μm or less. On the other hand, in Comparative Example 1 in which no flux was used, the raw material powder remained even after the mechanochemical treatment, and LLZ was not generated. Further, in Comparative Example 2 in which the target produced by the mechanochemical treatment was a YAG phosphor, although a YAG phase was obtained, good crystallinity as in the present invention could not be realized.

本発明のガーネット型複合金属酸化物は、二次電池用固体電解質材料、蛍光材料などとして好適に用いることができる。 The garnet-type composite metal oxide of the present invention can be suitably used as a solid electrolyte material for a secondary battery, a fluorescent material, and the like.

1 有底円筒型容器
2 ローター
3 先端翼
4 クリアランス
5 原料粉末及びフラックスの混合物
1 Bottomed cylindrical container 2 Rotor 3 Tip wing 4 Clearance 5 Mixture of raw material powder and flux

Claims (11)

Li、La、Zr及びOを含むガーネット型複合金属酸化物の製造方法であって、
Li源粉末、La源粉末、及びZr源粉末を含む原料粉末と、フラックスとを含む混合物を、メカノケミカル法によって処理し、前記原料粉末を反応させることを特徴とするガーネット型複合金属酸化物の製造方法。
A method for producing a garnet-type composite metal oxide containing Li, La, Zr and O.
A garnet-type composite metal oxide characterized by treating a mixture containing a flux and a raw material powder containing a Li source powder, a La source powder, and a Zr source powder by a mechanochemical method and reacting the raw material powder. Production method.
前記原料粉末が、更にAl源粉末及びGa源粉末の少なくとも1種を含む請求項1に記載の製造方法。 The production method according to claim 1, wherein the raw material powder further contains at least one of an Al source powder and a Ga source powder. 前記ガーネット型複合金属酸化物の結晶子径が30nm以上である請求項1又は2に記載の製造方法。 The production method according to claim 1 or 2, wherein the crystallite diameter of the garnet-type composite metal oxide is 30 nm or more. 前記ガーネット型複合金属酸化物の結晶系が立方晶である請求項2又は3に記載の製造方法。 The production method according to claim 2 or 3, wherein the crystal system of the garnet-type composite metal oxide is cubic. 有底円筒型容器と、
この容器内周よりも小さい曲率の先端翼を有するローターとを備え、
前記先端翼と容器内周との間に所定のクリアランスを設け、
前記ローターを回転させることで、前記クリアランスで前記原料粉末とフラックスとを含む混合物を圧縮しながらせん断する請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法。
Bottomed cylindrical container and
It is equipped with a rotor with a tip wing with a curvature smaller than the inner circumference of this container.
A predetermined clearance is provided between the tip wing and the inner circumference of the container.
The production method according to any one of claims 1 to 4, wherein by rotating the rotor, the mixture containing the raw material powder and the flux is sheared while being compressed at the clearance.
前記ローターの動力は、原料粉末の合計量に対して0.05kW/g以上であり、前記ローターを10分以上回転させる請求項5に記載の製造方法。 The production method according to claim 5, wherein the power of the rotor is 0.05 kW / g or more with respect to the total amount of the raw material powder, and the rotor is rotated for 10 minutes or more. 外部の熱源による加熱を行わない請求項1〜6のいずれかに記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 6, wherein heating by an external heat source is not performed. Li、La、Zr及びOを含むガーネット型複合金属酸化物であって、
結晶子径が30nm以上であり、
粒集合構造であると共に、個数基準で90%以上の一次粒子の長径が3μm以下であるガーネット型複合金属酸化物。
A garnet-type composite metal oxide containing Li, La, Zr and O.
The crystallite diameter is 30 nm or more,
A garnet-type composite metal oxide having a grain-aggregated structure and having a major axis of 90% or more of primary particles having a major axis of 3 μm or less on a number basis.
Li、La、Zr及びOを含むガーネット型複合金属酸化物であって、
BET比表面積径が1.5μm以下であるガーネット型複合金属酸化物。
A garnet-type composite metal oxide containing Li, La, Zr and O.
A garnet-type composite metal oxide having a BET specific surface area diameter of 1.5 μm or less.
更に、Al及びGaの少なくとも1種を含み、結晶系が立方晶である請求項8又は9に記載のガーネット型複合金属酸化物。 The garnet-type composite metal oxide according to claim 8 or 9, further comprising at least one of Al and Ga and having a cubic crystal system. 請求項10に記載のガーネット型複合金属酸化物を含む二次電池用固体電解質材料。 The solid electrolyte material for a secondary battery containing the garnet-type composite metal oxide according to claim 10.
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