JP2012104280A - Sintered body for battery, all-solid lithium battery, and method for manufacturing sintered body for battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば全固体リチウム二次電池等に用いられる電池用焼結体に関する。 The present invention relates to a sintered body for a battery used in, for example, an all-solid lithium secondary battery.
近年におけるパソコン、ビデオカメラおよび携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。また、自動車産業界等においても、電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の高出力かつ高容量の電池の開発が進められている。現在、種々の電池の中でも、エネルギー密度が高いという観点から、リチウムイオン二次電池が注目を浴びている。 With the rapid spread of information-related equipment and communication equipment such as personal computers, video cameras, and mobile phones in recent years, development of batteries that are used as power sources has been regarded as important. Also in the automobile industry and the like, development of high-power and high-capacity batteries for electric vehicles or hybrid vehicles is being promoted. Currently, among various batteries, lithium ion secondary batteries are attracting attention from the viewpoint of high energy density.
現在市販されているリチウムイオン二次電池は、可燃性の有機溶媒を含む電解液が使用されているため、短絡時の温度上昇を抑える安全装置の取り付けや短絡防止のための構造・材料面での改善が必要となる。これに対し、電解液を固体電解質層に変えて、電池を全固体化した全固体リチウム二次電池は、電池内に可燃性の有機溶媒を用いないので、安全装置の簡素化が図れ、製造コストや生産性に優れると考えられている。 Currently marketed lithium-ion secondary batteries use an electrolyte containing a flammable organic solvent, so it is safe to install safety devices that prevent temperature rise during short circuits and to prevent short circuits. Improvement is required. In contrast, an all-solid lithium secondary battery in which the electrolyte solution is changed to a solid electrolyte layer to make the battery all solid does not use a flammable organic solvent in the battery, so the safety device can be simplified and manufactured. It is considered to be excellent in cost and productivity.
全固体リチウム二次電池は、通常、正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、正極活物質層および負極活物質層の間に形成された固体電解質層とを有する。全固体リチウム二次電池に用いられる電池用焼結体として、例えば特許文献1においては、活物質層と、前記活物質層に焼結接合された固体電解質層を含む全固体リチウム二次電池用積層体であって、前記積層体は、X線回折法により分析したときに、前記活物質層の構成成分および前記固体電解質層の構成成分以外の成分が検出されない全固体リチウム二次電池用積層体が開示されている。
An all-solid lithium secondary battery is usually a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and a solid formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer An electrolyte layer. As a battery sintered body used for an all solid lithium secondary battery, for example, in
また、特許文献2においては、複数の価数変化が可能で、それぞれの価数変化に対応した異なるレドックス電位を有する活物質材料を含む単一層からなる単層活物質層を有する全固体二次電池が開示されている。さらに、固体電解質として、Li1+yAlyGe2−y(PO4)3(0≦y≦1)を用いることが開示されている。
In
電池用焼結体を作製する場合、その焼結に伴って、固体電解質材料と活物質材料との界面に異相が生じるため、イオンの移動が妨げられる。このため、電池用焼結体の充放電特性が大きく低下するという問題点がある。 When a sintered body for a battery is produced, a heterogeneous phase is generated at the interface between the solid electrolyte material and the active material material along with the sintering, so that the movement of ions is hindered. For this reason, there exists a problem that the charging / discharging characteristic of the sintered compact for batteries falls greatly.
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、異相が生じた場合であっても、良好な充放電特性が得られる電池用焼結体を提供することを主目的とする。 This invention is made | formed in view of the said problem, and even if it is a case where a different phase arises, it aims at providing the sintered compact for batteries from which a favorable charging / discharging characteristic is acquired.
上記課題を解決するために、本発明においては、一般式Li1+xAlxGe2−x(PO4)3(0≦x≦2)で表される固体電解質材料と、Li、Ti、Oを含有する活物質材料とを含有し、X線回折法により分析したときに、上記固体電解質材料および上記活物質材料の界面に、上記固体電解質材料および上記活物質材料以外の成分が検出されることを特徴とする電池用焼結体を提供する。 In order to solve the above problems, in the present invention, a solid electrolyte material represented by the general formula Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 2), Li, Ti, and O When the active material is contained and analyzed by X-ray diffraction, components other than the solid electrolyte material and the active material are detected at the interface between the solid electrolyte material and the active material. A sintered body for a battery is provided.
本発明によれば、一般式Li1+xAlxGe2−x(PO4)3(0≦x≦2)で表される固体電解質材料と、Li、Ti、Oを含有する活物質材料とを組み合せて用いることにより、両者の界面に異相が生じた場合であっても、良好な充放電特性が得られる電池用焼結体とすることができる。 According to the present invention, a solid electrolyte material represented by the general formula Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 2), and an active material containing Li, Ti, and O By using in combination, a sintered body for a battery can be obtained in which good charge / discharge characteristics can be obtained even when a different phase occurs at the interface between the two.
上記発明においては、上記活物質材料が、Li4Ti5O12であることが好ましい。 In the above invention, the active material is preferably a Li 4 Ti 5 O 12.
上記発明においては、上記電池用焼結体が、上記固体電解質材料および上記活物質材料を含有する活物質層と、Li金属層とを有する評価用電池を作製した場合に、上記活物質材料の理論放電容量に対して30%以上の放電容量を有する評価用電池が得られる温度で焼成されてなるものであることが好ましい。良好な充放電特性が得られる程度に異相が形成されるからである。 In the above invention, when the battery sintered body produced an evaluation battery having an active material layer containing the solid electrolyte material and the active material, and a Li metal layer, It is preferable that the battery is fired at a temperature at which an evaluation battery having a discharge capacity of 30% or more with respect to the theoretical discharge capacity can be obtained. This is because a different phase is formed to such an extent that good charge / discharge characteristics can be obtained.
上記発明においては、上記電池用焼結体が、550℃〜650℃の範囲内の温度で焼成されてなるものであることが好ましい。良好な充放電特性が得られる程度に異相が形成されるからである。 In the said invention, it is preferable that the said sintered compact for batteries is a thing formed by baking at the temperature within the range of 550 degreeC-650 degreeC. This is because a different phase is formed to such an extent that good charge / discharge characteristics can be obtained.
上記発明においては、上記電池用焼結体が、上記固体電解質材料および上記活物質材料を含有する活物質層であることが好ましい。 In the said invention, it is preferable that the said sintered compact for batteries is an active material layer containing the said solid electrolyte material and the said active material material.
上記発明においては、上記電池用焼結体が、上記固体電解質材料を含有する固体電解質層と、上記固体電解質層上に形成され、上記活物質材料を含有する活物質層とを有することが好ましい。 In the said invention, it is preferable that the said battery sintered compact has a solid electrolyte layer containing the said solid electrolyte material, and an active material layer formed on the said solid electrolyte layer and containing the said active material material. .
また、本発明においては、上述した電池用焼結体を有することを特徴とする全固体リチウム電池を提供する。 Moreover, in this invention, it has the sintered compact for batteries mentioned above, The all-solid-state lithium battery characterized by the above-mentioned is provided.
本発明によれば、上述した電池用焼結体を用いることにより、充放電特性が良好な全固体リチウム電池とすることができる。 According to this invention, it can be set as the all-solid-state lithium battery with favorable charging / discharging characteristics by using the sintered compact for batteries mentioned above.
また、本発明においては、一般式Li1+xAlxGe2−x(PO4)3(0≦x≦2)で表される固体電解質材料と、Li、Ti、Oを含有する活物質材料とを含有する中間体を準備する中間体準備工程と、X線回折法により分析したときに、上記固体電解質材料および上記活物質材料の界面に、上記固体電解質材料および上記活物質材料以外の成分が検出される温度で、上記中間体を焼成する焼成工程と、を有することを特徴とする電池用焼結体の製造方法を提供する。 In the present invention, a solid electrolyte material represented by the general formula Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 2), and an active material containing Li, Ti, and O And an intermediate preparation step for preparing an intermediate containing the solid electrolyte material and components other than the active material at the interface between the solid electrolyte material and the active material when analyzed by an X-ray diffraction method. And a firing step of firing the intermediate at a detected temperature. A method for producing a sintered body for a battery is provided.
本発明によれば、一般式Li1+xAlxGe2−x(PO4)3(0≦x≦2)で表される固体電解質材料と、Li、Ti、Oを含有する活物質材料とを組み合せて用いることにより、両者の界面に異相が生じた場合であっても、良好な充放電特性を発現できる電池用焼結体を得ることができる。 According to the present invention, a solid electrolyte material represented by the general formula Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 2), and an active material containing Li, Ti, and O By using in combination, it is possible to obtain a sintered body for a battery that can exhibit good charge / discharge characteristics even when a different phase is generated at the interface between the two.
上記発明においては、上記活物質材料が、Li4Ti5O12であることが好ましい。 In the above invention, the active material is preferably a Li 4 Ti 5 O 12.
上記発明においては、上記焼成工程における焼成温度が、上記固体電解質材料および上記活物質材料を含有する活物質層と、Li金属層とを有する評価用電池を作製した場合に、上記活物質材料の理論放電容量に対して30%以上の放電容量を有する評価用電池が得られる温度であることが好ましい。良好な充放電特性が得られる程度に異相が形成されるからである。 In the above invention, when an evaluation battery having an active material layer containing the solid electrolyte material and the active material material and a Li metal layer is produced at the firing temperature in the firing step, The temperature is preferably such that an evaluation battery having a discharge capacity of 30% or more with respect to the theoretical discharge capacity can be obtained. This is because a different phase is formed to such an extent that good charge / discharge characteristics can be obtained.
上記発明においては、上記焼成工程における焼成温度が、550℃〜650℃の範囲内であることが好ましい。良好な充放電特性が得られる程度に異相が形成されるからである。 In the said invention, it is preferable that the calcination temperature in the said baking process exists in the range of 550 degreeC-650 degreeC. This is because a different phase is formed to such an extent that good charge / discharge characteristics can be obtained.
本発明においては、異相が生じた場合であっても、良好な充放電特性が得られる電池用焼結体を提供できるという効果を奏する。 In this invention, even if it is a case where a heterogeneous phase arises, there exists an effect that the sintered compact for batteries which can obtain favorable charging / discharging characteristics can be provided.
以下、本発明の電池用焼結体、全固体リチウム電池、および電池用焼結体の製造方法について、詳細に説明する。 Hereinafter, the battery sintered body, the all solid lithium battery, and the method for producing the battery sintered body of the present invention will be described in detail.
A.電池用焼結体
本発明の電池用焼結体は、一般式Li1+xAlxGe2−x(PO4)3(0≦x≦2)で表される固体電解質材料と、Li、Ti、Oを含有する活物質材料とを含有し、X線回折法により分析したときに、上記固体電解質材料および上記活物質材料の界面に、上記固体電解質材料および上記活物質材料以外の成分が検出されることを特徴とするものである。
A. Battery Sintered Body The battery sintered body of the present invention includes a solid electrolyte material represented by the general formula Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 2), Li, Ti, When an active material containing O is contained and analyzed by X-ray diffraction, components other than the solid electrolyte material and the active material are detected at the interface between the solid electrolyte material and the active material. It is characterized by that.
図1は、本発明の電池用焼結体の一例を示す概略断面図である。図1における電池用焼結体10は、固体電解質材料1であるLi1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3を含有する固体電解質層11と、活物質材料2であるLi4Ti5O12を含有する活物質層12とを有する積層体である。固体電解質材料1(固体電解質層11)と、活物質材料2(活物質層12)との界面には、固体電解質材料1および活物質材料2以外の成分が検出される。すなわち、両者の界面には異相3が形成されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a sintered body for a battery according to the present invention. A sintered
図2は、本発明の電池用焼結体の他の例を示す概略断面図である。図2における電池用焼結体10は、固体電解質材料1であるLi1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3と、活物質材料2であるLi4Ti5O12とを含有する活物質層12である。固体電解質材料1および活物質材料2の界面には、固体電解質材料1および活物質材料2以外の成分が検出される。すなわち、両者の界面には異相3が形成されている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another example of the battery sintered body of the present invention. The battery sintered
本発明によれば、一般式Li1+xAlxGe2−x(PO4)3(0≦x≦2)で表される固体電解質材料と、Li、Ti、Oを含有する活物質材料とを組み合せて用いることにより、両者の界面に異相が生じた場合であっても、良好な充放電特性が得られる電池用焼結体とすることができる。従来、異相が生じてしまうと、Liイオンの伝導が阻害され、充放電特性が大きく低下することが知られていた。しかしながら、後述する実施例に記載するように、上記の組み合わせでは、意外にも充放電特性がそれほど低下しないことが確認された。 According to the present invention, a solid electrolyte material represented by the general formula Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 2), and an active material containing Li, Ti, and O By using in combination, a sintered body for a battery can be obtained in which good charge / discharge characteristics can be obtained even when a different phase occurs at the interface between the two. Conventionally, it has been known that when a heterogeneous phase is generated, the conduction of Li ions is hindered and the charge / discharge characteristics are greatly deteriorated. However, as described in the examples described later, it has been confirmed that the charge / discharge characteristics are not significantly reduced by the above combination.
また、本発明の電池用焼結体は、上記固体電解質材料および上記活物質材料が焼成されてなる焼結体である。一般的に、焼結とは、固体粉末の集合体を加熱すると、固まって緻密になる現象をいう。さらに、焼結体とは、熱処理により固体粉末の粒子が互いに付着して固まった物体をいう。焼結が十分に進行したか否かは、例えば、焼結体の表面にセロテープ(登録商標)を貼り付けて、はがした時に焼結体の成分が転写されるか否かにより判断することができる。はがしたセロテープ(登録商標)に焼結体の成分が転写されると、焼結が十分に進行していないと判断することができる。また、焼結が十分に進行したか否かは、焼成後の部材が、圧粉処理では到達できない密度(充填率、空隙率)を有しているか否かでも判断することができる。 The sintered body for a battery according to the present invention is a sintered body obtained by firing the solid electrolyte material and the active material. In general, sintering refers to a phenomenon that solidifies and becomes dense when an aggregate of solid powders is heated. Further, the sintered body refers to an object in which solid powder particles adhere to each other and are hardened by heat treatment. Whether or not the sintering has progressed sufficiently is determined, for example, by sticking a cello tape (registered trademark) to the surface of the sintered body and whether or not the components of the sintered body are transferred when it is peeled off. Can do. When the components of the sintered body are transferred to the peeled cellotape (registered trademark), it can be determined that the sintering has not progressed sufficiently. Whether or not the sintering has sufficiently progressed can also be determined by whether or not the fired member has a density (filling rate, porosity) that cannot be achieved by the compacting treatment.
さらに、本発明の電池用焼結体は、X線回折法により分析したときに、上記固体電解質材料および上記活物質材料の界面に、上記固体電解質材料および上記活物質材料以外の成分が検出されることを一つの特徴とする。すなわち、両者の界面に、異相が検出されることを一つの特徴とする。ここで、異相とは、固体電解質材料の分解物、活物質材料の分解物、固体電解質材料および活物質材料の反応生成物等に由来するものをいう。異相が生じているか否かは、例えば、リガク製RINT UltimaIIIを用いたX線回折測定法により判断することができる。
以下、本発明の電池用焼結体について、構成ごとに説明する。
Furthermore, when the sintered body for a battery of the present invention is analyzed by an X-ray diffraction method, components other than the solid electrolyte material and the active material are detected at the interface between the solid electrolyte material and the active material. Is one of the characteristics. That is, one feature is that a different phase is detected at the interface between the two. Here, the heterogeneous phase refers to a product derived from a decomposition product of a solid electrolyte material, a decomposition product of an active material, a reaction product of the solid electrolyte material and the active material, and the like. Whether or not a heterogeneous phase has occurred can be determined, for example, by an X-ray diffraction measurement method using RINT Ultimate III manufactured by Rigaku.
Hereinafter, the battery sintered body of the present invention will be described for each configuration.
1.固体電解質材料
本発明における固体電解質材料は、一般式Li1+xAlxGe2−x(PO4)3(0≦x≦2)で表されるものである。上記一般式において、xの範囲は、0以上であれば良く、中でも0より大きいことが好ましく、0.1以上がより好ましく、0.3以上がさらに好ましい。一方、xの範囲は、2以下であれば良く、中でも1.9以下が好ましく、1以下がより好ましく、0.7以下がさらに好ましい。特に、上記固体電解質材料は、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3であることが好ましい。
1. Solid electrolyte material in the solid electrolyte material present invention is represented by the general formula Li 1 + x Al x Ge 2 -x (PO 4) 3 (0 ≦ x ≦ 2). In the above general formula, the range of x may be 0 or more, preferably greater than 0, more preferably 0.1 or more, and even more preferably 0.3 or more. On the other hand, the range of x may be 2 or less, preferably 1.9 or less, more preferably 1 or less, and even more preferably 0.7 or less. In particular, the solid electrolyte material is preferably Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 .
また、上記固体電解質材料は、通常、ナシコン型構造を形成可能な組成を有するものであり、非晶質(ガラス)であっても良く、結晶性を有するものであっても良く、結晶質であっても良い。ここで、「非晶質」とは、X線回折法により所定の結晶ピークが検出されない状態をいい、「結晶性を有する」とは、X線回折法により所定の結晶ピークが検出される状態をいい、「結晶質」とは、結晶化温度以上の温度で熱処理された状態をいう。電池用焼結体における固体電解質材料の状態は、例えば、リガク製RINT UltimaIIIを用いたX線回折測定法により判断することができる。 The solid electrolyte material usually has a composition capable of forming a NASICON structure, and may be amorphous (glass), crystalline, or crystalline. There may be. Here, “amorphous” means a state in which a predetermined crystal peak is not detected by X-ray diffraction, and “having crystallinity” means a state in which a predetermined crystal peak is detected by X-ray diffraction. “Crystalline” means a state of being heat-treated at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature. The state of the solid electrolyte material in the battery sintered body can be determined by, for example, an X-ray diffraction measurement method using RINT Ultimate III manufactured by Rigaku.
焼結前の固体電解質材料の形状は、例えば粉状であり、その平均粒径は、0.001μm〜100μmの範囲内であることが好ましく、0.01μm〜10μmの範囲内であることがより好ましい。上記平均粒径が大きすぎると、緻密な電池用焼結体を得ることが困難になる可能性があり、上記平均粒径が小さすぎると、固体電解質材料の作製が困難になる可能性があるからである。なお、上記平均粒径は、粒度分布計により測定したD50で定義することができる。また、後述する各材料の平均粒径についても、同様に定義することができる。 The shape of the solid electrolyte material before sintering is, for example, powdery, and the average particle diameter is preferably in the range of 0.001 μm to 100 μm, more preferably in the range of 0.01 μm to 10 μm. preferable. If the average particle size is too large, it may be difficult to obtain a dense sintered body for a battery. If the average particle size is too small, it may be difficult to produce a solid electrolyte material. Because. Incidentally, the average particle diameter can be defined by the D 50 as measured by a particle size distribution meter. Moreover, it can define similarly about the average particle diameter of each material mentioned later.
2.活物質材料
本発明における活物質材料は、Li、Ti、Oを含有するものである。このような活物質材料としては、例えばLi4Ti5O12、Li2TiO3、Li4TiO4、Li2Ti3O7等を挙げることができ、中でもLi4Ti5O12が好ましい。
2. Active material The active material in the present invention contains Li, Ti, and O. Examples of such an active material include Li 4 Ti 5 O 12 , Li 2 TiO 3 , Li 4 TiO 4 , and Li 2 Ti 3 O 7 , among which Li 4 Ti 5 O 12 is preferable.
また、上記活物質材料は、非晶質であっても良いが、通常は、結晶性を有するものであるか、結晶質である。なお、非晶質等の定義については、上述した内容と同様である。 The active material may be amorphous, but is usually crystalline or crystalline. The definition of amorphous or the like is the same as described above.
焼結前の活物質材料の形状は、例えば粉状であり、その平均粒径は、0.001μm〜100μmの範囲内であることが好ましく、0.01μm〜10μmの範囲内であることがより好ましい。上記平均粒径が大きすぎると、緻密な電池用焼結体を得ることが困難になる可能性があり、上記平均粒径が小さすぎると、活物質材料の作製が困難になる可能性があるからである。 The shape of the active material before sintering is, for example, powdery, and the average particle diameter is preferably in the range of 0.001 μm to 100 μm, more preferably in the range of 0.01 μm to 10 μm. preferable. If the average particle size is too large, it may be difficult to obtain a dense sintered body for a battery. If the average particle size is too small, it may be difficult to produce an active material. Because.
3.電池用焼結体
本発明の電池用焼結体の構造の一例としては、上記図1に示したように、固体電解質層11および活物質層12を有する積層体を挙げることができる。この固体電解質層11および活物質層12は、通常、互いに焼結により一体化されている。積層体の固体電解質層における上記固体電解質材料の含有量は、所定の効果が得られる程度の量であれば特に限定されるものではないが、異相の発生を抑制するという観点からは、より多いことが好ましく、具体的には、1体積%以上であることが好ましく、10体積%以上であることがより好ましい。なお、固体電解質層は、上記固体電解質材料のみからなる層であっても良い。上記固体電解質層の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば、0.1μm〜1mmの範囲内であることが好ましく、1μm〜100μmの範囲内であることがより好ましい。上記固体電解質層の充填率は、用いられる固体電解質材料の種類によって異なるものであるが、例えば、70体積%以上であることが好ましく、80体積%〜100体積%の範囲内であることがより好ましい。
3. Battery Sintered Body As an example of the structure of the battery sintered body of the present invention, a laminated body having a
一方、積層体の活物質層における上記活物質材料の含有量は、特に限定されるものではないが、例えば40体積%〜100体積%の範囲内であることが好ましく、70体積%〜100体積%の範囲内であることがより好ましい。なお、活物質層は、上記活物質材料のみからなる層であっても良い。上記活物質層の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば、0.1μm〜1mmの範囲内であることが好ましく、1μm〜100μmの範囲内であることがより好ましい。上記活物質層の充填率は、用いられる活物質材料の種類によって異なるものであるが、例えば、50体積%以上であることが好ましい。また、上記活物質層は、上述した固体電解質材料をさらに含有していても良い。また、電池用焼結体が積層体である場合、その積層体は、固体電解質層の一方の表面に、活物質層を有するものであってもよく、固体電解質層の両面に、それぞれ活物質層(正極活物質層および負極活物質層)を有するものであっても良い。後者の場合、電池用焼結体を、そのまま電池の発電要素とすることができる。 On the other hand, the content of the active material in the active material layer of the laminate is not particularly limited, but is preferably in the range of 40% by volume to 100% by volume, for example, 70% by volume to 100% by volume. % Is more preferable. Note that the active material layer may be a layer made of only the active material. Although the thickness of the said active material layer is not specifically limited, For example, it is preferable to exist in the range of 0.1 micrometer-1 mm, and it is more preferable to exist in the range of 1 micrometer-100 micrometers. The filling rate of the active material layer varies depending on the type of active material used, but is preferably 50% by volume or more, for example. The active material layer may further contain the above-described solid electrolyte material. Further, when the battery sintered body is a laminate, the laminate may have an active material layer on one surface of the solid electrolyte layer, and the active material on each side of the solid electrolyte layer. It may have a layer (positive electrode active material layer and negative electrode active material layer). In the latter case, the battery sintered body can be used as a power generation element of the battery as it is.
本発明の電池用焼結体の構造の他の例としては、上記図2に示したように、活物質層12であるものを挙げることができる。この場合、通常は、活物質層が、上述した固体電解質材料および活物質材料の両方を含有する。活物質層における上記活物質材料および上記固体電解質材料の割合は、活物質材料を100体積部とした場合、固体電解質材料が1体積部〜1000体積部の範囲内であることが好ましく、1体積部〜100体積部の範囲内であることがより好ましい。固体電解質材料の割合が少なすぎると、活物質層のイオン伝導性が低くなる可能性があり、固体電解質材料の割合が多すぎると、活物質層の容量が低くなる可能性があるからである。なお、活物質層における活物質材料の含有量、活物質層の厚さおよび充填率等については、上述した内容と同様である。 As another example of the structure of the battery sintered body of the present invention, as shown in FIG. In this case, the active material layer usually contains both the solid electrolyte material and the active material described above. The ratio of the active material and the solid electrolyte material in the active material layer is preferably such that the solid electrolyte material is in the range of 1 to 1000 parts by volume when the active material is 100 parts by volume. More preferably, it is in the range of 100 parts by volume to 100 parts by volume. This is because if the proportion of the solid electrolyte material is too small, the ionic conductivity of the active material layer may be lowered, and if the proportion of the solid electrolyte material is too large, the capacity of the active material layer may be lowered. . Note that the content of the active material in the active material layer, the thickness of the active material layer, the filling rate, and the like are the same as described above.
本発明の電池用焼結体は、上記固体電解質材料および上記活物質材料を含有する活物質層と、Li金属層とを有する評価用電池を作製した場合に、上記活物質材料の理論放電容量に対して30%以上の放電容量を有する評価用電池が得られる温度で焼成されてなるものであることが好ましい。良好な充放電特性が得られる程度に異相が形成されるからである。 The sintered body for a battery according to the present invention has a theoretical discharge capacity of the active material when an evaluation battery having an active material layer containing the solid electrolyte material and the active material and a Li metal layer is produced. The battery is preferably fired at a temperature at which an evaluation battery having a discharge capacity of 30% or more can be obtained. This is because a different phase is formed to such an extent that good charge / discharge characteristics can be obtained.
ここで、評価用電池は、以下のように作製する。まず、上記固体電解質材料および上記活物質材料を含有するペレット状の中間体を作製する。上記固体電解質材料および上記活物質材料の割合は、目的に合わせて適宜調整することができるが、典型的には両材料が同体積となるように混合しペレットを作製する。次に、得られたペレットを、所定の温度で2時間焼成し、評価用焼結体を得る。この評価用焼結体を乳鉢で粉砕し、評価用焼結体:カーボンブラック:PTFE=70:25:5の重量比で混合したものを電極として用い、対極としてLi金属層を用い、電解質として、EC:DEC=1:2の体積比で混合した溶媒にLiPF6を1mol/Lで溶解させたものを用いて評価用電池を作製する。この評価用電池に対して、電流0.2mA、電圧範囲1.0V〜3.0Vの条件で充放電を行う。ここで、1回目の放電容量は不可逆反応の影響が大きいことから、2回目の放電容量を、評価用電池の放電容量とする。一方、活物質材料の理論放電容量は、1モルあたりのLi反応数をその物質の分子量で割ることにより算出する。その上で、焼成温度を種々変更し、評価用電池の放電容量が、活物質材料の理論放電容量に対して30%以上となる温度範囲を決定する。本発明の電池用焼結体は、このように決定された温度範囲で焼成されてなるものであることが好ましい。 Here, the evaluation battery is produced as follows. First, a pellet-shaped intermediate containing the solid electrolyte material and the active material is prepared. The proportions of the solid electrolyte material and the active material can be appropriately adjusted according to the purpose, but typically, the two materials are mixed so as to have the same volume to produce a pellet. Next, the obtained pellet is fired at a predetermined temperature for 2 hours to obtain a sintered body for evaluation. The sintered body for evaluation was pulverized in a mortar and mixed as a sintered body for evaluation: carbon black: PTFE = 70: 25: 5 as an electrode, a Li metal layer as a counter electrode, and an electrolyte. A battery for evaluation is prepared using a solution in which LiPF 6 is dissolved at 1 mol / L in a solvent mixed at a volume ratio of EC: DEC = 1: 2. This evaluation battery is charged and discharged under the conditions of a current of 0.2 mA and a voltage range of 1.0 V to 3.0 V. Here, since the first discharge capacity is greatly affected by the irreversible reaction, the second discharge capacity is defined as the discharge capacity of the evaluation battery. On the other hand, the theoretical discharge capacity of the active material is calculated by dividing the number of Li reactions per mole by the molecular weight of the material. Then, various firing temperatures are changed, and a temperature range in which the discharge capacity of the evaluation battery is 30% or more with respect to the theoretical discharge capacity of the active material is determined. The sintered body for a battery of the present invention is preferably fired in the temperature range thus determined.
また、本発明の電池用焼結体は、510℃〜650℃の範囲内の温度で焼成されてなるものであることが好ましく、550℃〜650℃の範囲内の温度で焼成されてなるものであることがより好ましい。良好な充放電特性が得られる程度に異相が形成されるからである。 In addition, the battery sintered body of the present invention is preferably fired at a temperature in the range of 510 ° C to 650 ° C, and preferably fired at a temperature in the range of 550 ° C to 650 ° C. It is more preferable that This is because a different phase is formed to such an extent that good charge / discharge characteristics can be obtained.
また、電池用焼結体は、ペレット状であっても良く、シート状であっても良い。電池用焼結体の形状は、既存の各種焼結体と同様の形状を用いることができる。例えば、円柱状、平板状、および円筒状等を挙げることができる。 Further, the battery sintered body may be in the form of a pellet or a sheet. As the shape of the battery sintered body, the same shape as that of various existing sintered bodies can be used. Examples thereof include a columnar shape, a flat plate shape, and a cylindrical shape.
B.全固体リチウム電池
次に、本発明の全固体リチウム電池について説明する。本発明の全固体リチウム電池は、上述した電池用焼結体を有することを特徴とするものである。
B. Next, the all solid lithium battery of the present invention will be described. The all-solid-state lithium battery of the present invention is characterized by having the above-described sintered body for a battery.
図3は、本発明の全固体リチウム電池の一例を示す概略断面図である。図3における全固体リチウム電池100は、正極活物質層101と、負極活物質層102と、正極活物質層101および負極活物質層102の間に形成された固体電解質層103と、正極活物質層101の集電を行う正極集電体104と、負極活物質層102の集電を行う負極集電体105と、これらの部材を収納する電池ケース106とを有する。本発明の全固体リチウム電池は、上述した電池用焼結体を有することを大きな特徴とする。例えば、図1に示したように、電池用焼結体10が固体電解質層11および活物質層12の積層体である場合、この活物質層12は、図3における正極活物質層101であっても良く、負極活物質層102であっても良い。同様に、図2に示したように、電池用焼結体が活物質層12である場合、この活物質層12は、図3における正極活物質層101であっても良く、負極活物質層102であっても良い。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the all solid lithium battery of the present invention. 3 includes a positive electrode
本発明によれば、上述した電池用焼結体を用いることにより、充放電特性が良好な全固体リチウム電池とすることができる。
以下、本発明の全固体リチウム電池について、構成ごとに説明する。
According to this invention, it can be set as the all-solid-state lithium battery with favorable charging / discharging characteristics by using the sintered compact for batteries mentioned above.
Hereinafter, the all-solid lithium battery of the present invention will be described for each configuration.
1.正極活物質層
本発明における正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有する層であり、必要に応じて、導電化材、固体電解質材料および結着材の少なくとも一つを含有していても良い。上述した電池用焼結体の活物質材料(Li、Ti、Oを含有する活物質材料)を負極活物質として用いる場合には、正極活物質として、例えばLiCoO2、LiMnO2、Li2NiMn3O8、LiVO2、LiCrO2、LiFePO4、LiCoPO4、LiNiO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等を用いることができる。
1. Positive electrode active material layer The positive electrode active material layer in the present invention is a layer containing at least a positive electrode active material, and may contain at least one of a conductive material, a solid electrolyte material, and a binder as necessary. good. When the above-described active material for a battery sintered body (an active material containing Li, Ti, O) is used as a negative electrode active material, examples of the positive electrode active material include LiCoO 2 , LiMnO 2 , Li 2 NiMn 3. O 8 , LiVO 2 , LiCrO 2 , LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiNiO 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2, or the like can be used.
本発明における正極活物質層は、さらに導電化材を含有していても良い。導電化材の添加により、正極活物質層の導電性を向上させることができる。導電化材としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンファイバー等を挙げることができる。また、正極活物質層は、さらに固体電解質材料を含有していても良い。固体電解質材料の添加により、正極活物質層のLiイオン伝導性を向上させることができる。固体電解質材料としては、例えば酸化物固体電解質材料および硫化物固体電解質材料等を挙げることができる。また、正極活物質層は、さらに結着材を含有していても良い。結着材としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素含有結着材等を挙げることができる。正極活物質層の厚さは、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。 The positive electrode active material layer in the present invention may further contain a conductive material. By adding a conductive material, the conductivity of the positive electrode active material layer can be improved. Examples of the conductive material include acetylene black, ketjen black, and carbon fiber. The positive electrode active material layer may further contain a solid electrolyte material. By adding the solid electrolyte material, the Li ion conductivity of the positive electrode active material layer can be improved. Examples of the solid electrolyte material include an oxide solid electrolyte material and a sulfide solid electrolyte material. The positive electrode active material layer may further contain a binder. Examples of the binder include fluorine-containing binders such as polytetrafluoroethylene (PTFE). The thickness of the positive electrode active material layer is preferably in the range of 0.1 μm to 1000 μm, for example.
2.負極活物質層
本発明における負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含有する層であり、必要に応じて、導電化材、固体電解質材料および結着材の少なくとも一つを含有していても良い。上述した電池用焼結体の活物質材料(Li、Ti、Oを含有する活物質材料)を正極活物質として用いる場合には、負極活物質として、例えば金属活物質およびカーボン活物質を用いることができる。金属活物質としては、例えばIn、Al、SiおよびSn等を挙げることができる。一方、カーボン活物質としては、例えばメソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、高配向性グラファイト(HOPG)、ハードカーボン、ソフトカーボン等を挙げることができる。
2. Negative electrode active material layer The negative electrode active material layer in the present invention is a layer containing at least a negative electrode active material, and may contain at least one of a conductive material, a solid electrolyte material, and a binder as necessary. good. When the above-described active material of a sintered body for a battery (active material containing Li, Ti, O) is used as a positive electrode active material, for example, a metal active material and a carbon active material are used as the negative electrode active material. Can do. Examples of the metal active material include In, Al, Si, and Sn. On the other hand, examples of the carbon active material include mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG), hard carbon, and soft carbon.
なお、負極活物質層に用いられる、導電化材、固体電解質材料および結着材については、上述した正極活物質層における場合と同様である。また、負極活物質層の厚さは、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。 The conductive material, the solid electrolyte material, and the binder used for the negative electrode active material layer are the same as those in the positive electrode active material layer described above. Moreover, it is preferable that the thickness of a negative electrode active material layer exists in the range of 0.1 micrometer-1000 micrometers, for example.
3.固体電解質層
本発明における固体電解質層は、固体電解質材料を含有するものであり、必要に応じて結着材を含有していても良い。上述した電池用焼結体が活物質層である場合(上述した図2の場合)には、固体電解質層には、Liイオン伝導性を有する任意の固体電解質材料を用いることができる。固体電解質材料としては、例えば酸化物固体電解質材料および硫化物固体電解質材料等を挙げることができる。
3. Solid electrolyte layer The solid electrolyte layer in the present invention contains a solid electrolyte material, and may contain a binder as necessary. When the above-described sintered body for a battery is an active material layer (in the case of FIG. 2 described above), any solid electrolyte material having Li ion conductivity can be used for the solid electrolyte layer. Examples of the solid electrolyte material include an oxide solid electrolyte material and a sulfide solid electrolyte material.
なお、固体電解質層に用いられる結着材については、上述した正極活物質層における場合と同様である。また、固体電解質層の厚さは、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。 In addition, about the binder used for a solid electrolyte layer, it is the same as that of the case in the positive electrode active material layer mentioned above. Moreover, it is preferable that the thickness of a solid electrolyte layer exists in the range of 0.1 micrometer-1000 micrometers, for example.
4.その他の構成
本発明の全固体リチウム電池は、上述した正極活物質層、負極活物質層および固体電解質層を少なくとも有するものである。さらに通常は、正極活物質層の集電を行う正極集電体、および負極活物質層の集電を行う負極集電体を有する。正極集電体の材料としては、例えばSUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタンおよびカーボン等を挙げることができ、中でもSUSが好ましい。一方、負極集電体の材料としては、例えばSUS、銅、ニッケルおよびカーボン等を挙げることができ、中でもSUSが好ましい。また、正極集電体および負極集電体の厚さや形状等については、全固体リチウム電池の用途等に応じて適宜選択することが好ましい。また、本発明に用いられる電池ケースには、一般的な全固体リチウム電池の電池ケースを用いることができる。電池ケースとしては、例えばSUS製電池ケース等を挙げることができる。
4). Other Configurations The all solid lithium battery of the present invention has at least the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer described above. Furthermore, it usually has a positive electrode current collector for collecting current of the positive electrode active material layer and a negative electrode current collector for collecting current of the negative electrode active material layer. Examples of the material for the positive electrode current collector include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium, and carbon. Among them, SUS is preferable. On the other hand, examples of the material for the negative electrode current collector include SUS, copper, nickel, and carbon. Of these, SUS is preferable. In addition, the thickness and shape of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are preferably selected as appropriate according to the application of the all solid lithium battery. Moreover, the battery case of a general all solid lithium battery can be used for the battery case used for this invention. Examples of the battery case include a SUS battery case.
5.全固体リチウム電池
本発明においては、電池用焼結体の活物質材料を、負極活物質として用いることが好ましい。高温耐久性の高い全固体リチウム電池とすることができるからである。さらに、本発明の全固体リチウム電池は、正極活物質層、負極活物質層および固体電解質層の少なくとも1層が焼結体であれば良く、上記のうち2層が焼結体であっても良く、上記の全てが焼結体であっても良い。
5. All-solid lithium battery In the present invention, the active material of the sintered body for a battery is preferably used as the negative electrode active material. It is because it can be set as the all-solid-state lithium battery with high temperature durability. Furthermore, in the all solid lithium battery of the present invention, at least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer may be a sintered body, and two of the above may be a sintered body. All of the above may be a sintered body.
また、本発明の全固体リチウム電池は、一次電池であっても良く、二次電池であっても良いが、中でも二次電池であることが好ましい。繰り返し充放電でき、例えば車載用電池として有用だからである。本発明の全固体リチウム電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型および角型等を挙げることができる。また、本発明の全固体リチウム電池の製造方法は、上述した全固体リチウム電池を得ることができる方法であれば特に限定されるものではない。 Further, the all solid lithium battery of the present invention may be a primary battery or a secondary battery, but among them, a secondary battery is preferable. This is because it can be repeatedly charged and discharged and is useful, for example, as an in-vehicle battery. Examples of the shape of the all solid lithium battery of the present invention include a coin type, a laminate type, a cylindrical type, and a square type. Moreover, the manufacturing method of the all-solid-state lithium battery of this invention will not be specifically limited if it is a method which can obtain the all-solid-state lithium battery mentioned above.
C.電池用焼結体の製造方法
次に、本発明の電池用焼結体の製造方法について説明する。本発明の電池用焼結体の製造方法は、一般式Li1+xAlxGe2−x(PO4)3(0≦x≦2)で表される固体電解質材料と、Li、Ti、Oを含有する活物質材料とを含有する中間体を準備する中間体準備工程と、X線回折法により分析したときに、上記固体電解質材料および上記活物質材料の界面に、上記固体電解質材料および上記活物質材料以外の成分が検出される温度で、上記中間体を焼成する焼成工程と、を有することを特徴とするものである。
C. Next, a method for producing a battery sintered body according to the present invention will be described. The method for producing a sintered body for a battery according to the present invention comprises a solid electrolyte material represented by the general formula Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 2), Li, Ti, and O. An intermediate preparation step for preparing an intermediate containing an active material contained therein, and the solid electrolyte material and the active material at the interface between the solid electrolyte material and the active material when analyzed by an X-ray diffraction method; A firing step of firing the intermediate at a temperature at which components other than the material are detected.
図4は、本発明の電池用焼結体の製造方法の一例を示す概略断面図である。図4においては、まず、固体電解質材料であるLi1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3を含有する固体電解質層11Xと、活物質材料であるLi4Ti5O12を含有する活物質層12Xとを有する積層体(中間体10X)を準備する(図4(a))。その後、所定の温度で、中間体10Xを焼成することにより、積層体である電池用焼結体10を得る(図4(b))。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of a method for producing a sintered body for a battery according to the present invention. In FIG. 4, first, a
図5は、本発明の電池用焼結体の製造方法の他の例を示す概略断面図である。図5においては、まず、固体電解質材料であるLi1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3と、活物質材料であるLi4Ti5O12とを含有する活物質層12X(中間体10X)を準備する(図5(a))。その後、所定の温度で、中間体10Xを焼成することにより、活物質層12である電池用焼結体10を得る(図5(b))。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing another example of the method for producing a sintered body for a battery according to the present invention. In FIG. 5, first, an
本発明によれば、一般式Li1+xAlxGe2−x(PO4)3(0≦x≦2)で表される固体電解質材料と、Li、Ti、Oを含有する活物質材料とを組み合せて用いることにより、両者の界面に異相が生じた場合であっても、良好な充放電特性を発現できる電池用焼結体を得ることができる。
以下、本発明の電池用焼結体の製造方法について、工程ごとに説明する。
According to the present invention, a solid electrolyte material represented by the general formula Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 2), and an active material containing Li, Ti, and O By using in combination, it is possible to obtain a sintered body for a battery that can exhibit good charge / discharge characteristics even when a different phase is generated at the interface between the two.
Hereinafter, the manufacturing method of the sintered body for a battery according to the present invention will be described step by step.
1.中間体準備工程
本発明における中間体準備工程は、一般式Li1+xAlxGe2−x(PO4)3(0≦x≦2)で表される固体電解質材料と、Li、Ti、Oを含有する活物質材料とを含有する中間体を準備する工程である。
1. Intermediate Preparation Step The intermediate preparation step in the present invention comprises a solid electrolyte material represented by the general formula Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 2), Li, Ti, and O. This is a step of preparing an intermediate containing an active material to be contained.
中間体に含まれる固体電解質材料の組成や形状等については、上記「A.電池用焼結体」に記載した内容と同様である。特に、中間体に含まれる固体電解質材料は、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3であることが好ましい。 The composition, shape, and the like of the solid electrolyte material contained in the intermediate are the same as those described in “A. Battery sintered body”. In particular, the solid electrolyte material contained in the intermediate is preferably Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 .
中間体に含まれる活物質材料の組成や形状等については、上記「A.電池用焼結体」に記載した内容と同様である。特に、中間体に含まれる活物質材料は、Li4Ti5O12であることが好ましい。 The composition, shape, and the like of the active material contained in the intermediate are the same as those described in “A. Battery sintered body”. In particular, the active material contained in the intermediate is preferably Li 4 Ti 5 O 12 .
中間体の構造は、目的とする電池用焼結体の構造に応じて異なるものである。例えば、図4(b)のように、積層体である電池用焼結体を得る場合には、積層体の中間体を準備する。中間体を構成する固体電解質層および活物質層は、それぞれペレット状であることが好ましい。また、固体電解質層を形成するための粉末材料と、活物質層を形成するための粉末材料とを同時にペレット化したものであっても良い。一方、図5(b)のように、活物質層である電池用焼結体を得る場合には、活物質層の中間体を準備する。中間体を構成する活物質層は、ペレット状であることが好ましい。 The structure of the intermediate body differs depending on the structure of the intended battery sintered body. For example, as shown in FIG. 4B, when obtaining a battery sintered body that is a laminate, an intermediate of the laminate is prepared. Each of the solid electrolyte layer and the active material layer constituting the intermediate is preferably in the form of a pellet. Moreover, what pelletized simultaneously the powder material for forming a solid electrolyte layer and the powder material for forming an active material layer may be used. On the other hand, as shown in FIG. 5B, when obtaining a battery sintered body that is an active material layer, an intermediate of the active material layer is prepared. The active material layer constituting the intermediate is preferably in the form of pellets.
2.焼成工程
本発明における焼成工程は、X線回折法により分析したときに、上記固体電解質材料および上記活物質材料の界面に、上記固体電解質材料および上記活物質材料以外の成分が検出される温度で、上記中間体を焼成する工程である。
2. Firing step The firing step in the present invention is a temperature at which components other than the solid electrolyte material and the active material are detected at the interface between the solid electrolyte material and the active material when analyzed by X-ray diffraction. This is a step of firing the intermediate.
中間体の焼成をする焼成温度は、上記固体電解質材料および上記活物質材料以外の成分が検出される温度であれば特に限定されるものではないが、より低いことが好ましい。プロセスコストを低減することができるからである。また、上記焼成温度は、上記固体電解質材料および上記活物質材料を含有する活物質層と、Li金属層とを有する評価用電池を作製した場合に、上記活物質材料の理論放電容量に対して30%以上の放電容量を有する評価用電池が得られる温度であることであることが好ましい。良好な充放電特性が得られる程度に異相が形成されるからである。 The firing temperature for firing the intermediate is not particularly limited as long as it is a temperature at which components other than the solid electrolyte material and the active material can be detected, but is preferably lower. This is because the process cost can be reduced. In addition, when the battery for evaluation having the solid electrolyte material and the active material layer containing the active material, and the Li metal layer is manufactured, the firing temperature is the theoretical discharge capacity of the active material. It is preferable that the temperature is such that an evaluation battery having a discharge capacity of 30% or more can be obtained. This is because a different phase is formed to such an extent that good charge / discharge characteristics can be obtained.
焼成温度は、固体電解質材料および活物質材料の種類によって異なるものであるが、例えば510℃以上であることが好ましく、550℃以上であることがより好ましい。焼成温度が低すぎると焼結体を得ることができない可能性があるからである。一方、上記焼成温度は、例えば650℃以下であることが好ましい。焼成温度が高すぎると、充放電特性が大きく低下する可能性があるからである。 The firing temperature varies depending on the type of the solid electrolyte material and the active material, but is preferably 510 ° C. or higher, and more preferably 550 ° C. or higher. This is because if the firing temperature is too low, a sintered body may not be obtained. On the other hand, it is preferable that the said baking temperature is 650 degrees C or less, for example. This is because if the firing temperature is too high, the charge / discharge characteristics may be greatly reduced.
また、中間体を焼成する焼成時間は、所望の電池用焼結体を得ることができれば特に限定されるものではない。中間体を焼成する方法としては、例えば焼成炉を用いる方法を挙げることができる。焼成の際の雰囲気は、大気雰囲気、不活性雰囲気等を挙げることができ、不活性雰囲気が好ましい。不要な酸化反応を防止できるからである。不活性雰囲気としては、例えば、アルゴン雰囲気および窒素雰囲気等を挙げることができる。 The firing time for firing the intermediate is not particularly limited as long as a desired battery sintered body can be obtained. Examples of the method for firing the intermediate include a method using a firing furnace. Examples of the atmosphere during firing include an air atmosphere and an inert atmosphere, and an inert atmosphere is preferable. This is because an unnecessary oxidation reaction can be prevented. Examples of the inert atmosphere include an argon atmosphere and a nitrogen atmosphere.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[実施例1]
まず、Li4Ti5O12(石原産業社製、LTO)と、ガラス状のLi1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3(ホソカワミクロン社製、LAGP)とを、LTO:LAGP=50:50の体積比で混合した。次に、得られた混合物1gをプレスし、φ13mmのペレット(中間体)を作製した。次に、得られたペレットを、大気雰囲気、650℃、2時間の条件で焼成し、電池用焼結体を得た。
[Example 1]
First, Li 4 Ti 5 O 12 (Ishihara Sangyo Co., Ltd., LTO) and glassy Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 (Hosokawa Micron Corp., LAGP) are used as LTO: The mixture was mixed at a volume ratio of LAGP = 50: 50. Next, 1 g of the obtained mixture was pressed to prepare a 13 mm diameter pellet (intermediate). Next, the obtained pellet was baked under conditions of an air atmosphere and 650 ° C. for 2 hours to obtain a sintered body for a battery.
[実施例2、3]
焼成温度を、それぞれ、600℃および550℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、電池用焼結体を得た。
[Examples 2 and 3]
A sintered body for a battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature was changed to 600 ° C. and 550 ° C., respectively.
[比較例1]
焼成温度を、500℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、比較用サンプルを得た。
[Comparative Example 1]
A comparative sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature was changed to 500 ° C.
[比較例2]
実施例1で調製した中間体を、比較用サンプルとした。
[Comparative Example 2]
The intermediate prepared in Example 1 was used as a comparative sample.
[評価]
(X線回折測定)
実施例1〜3および比較例1、2で得られたサンプルを、乳鉢で粉砕し、X線回折(XRD)測定を行った。XRD測定には、リガク製RINT UltimaIIIを用い、CuKα線を用いた。その結果を図6に示す。図6(e)に示されるように、焼成を行っていないサンプルでは、LTOの結晶ピークのみが観察され、ガラス状のLAGPのピークは確認されなかった。これに対して、図6(a)〜(d)に示されるように、実施例1〜3および比較例1では、2θ=26°付近に大きな結晶ピークが確認されたが、これは、LTOおよびLAGPには帰属されない結晶ピークであり、LTOおよびLAGPの界面に、異相が生じていることが確認された。なお、2θ=26°付近のピークは、TiO2の結晶ピークである可能性がある。また、比較例1は、500℃で焼成を行ったものであるが、LAGPの焼結は進行せず、焼結体ではなかった。
[Evaluation]
(X-ray diffraction measurement)
The samples obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were pulverized in a mortar, and X-ray diffraction (XRD) measurement was performed. For XRD measurement, RIG Ultimate III made by Rigaku was used, and CuKα rays were used. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 6 (e), only the LTO crystal peak was observed in the sample that was not fired, and the glassy LAGP peak was not confirmed. On the other hand, as shown in FIGS. 6A to 6D, in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, a large crystal peak was confirmed in the vicinity of 2θ = 26 °. It was a crystal peak not assigned to LAGP, and it was confirmed that a heterogeneous phase was generated at the interface between LTO and LAGP. Note that the peak near 2θ = 26 ° may be a crystal peak of TiO 2 . Moreover, although the comparative example 1 performed baking at 500 degreeC, sintering of LAGP did not advance and it was not a sintered compact.
(示差熱・熱重量同時測定)
比較例2で得られたサンプルに対して、示差熱・熱重量同時測定(TG/DTA)を行った。その結果を図7に示す。図7に示されるように、450℃付近にピークが確認され、450℃以上での焼成で、異相が生じる可能性が示唆された。
(Differential heat and thermogravimetric measurement)
The sample obtained in Comparative Example 2 was subjected to differential thermal and thermogravimetric simultaneous measurement (TG / DTA). The result is shown in FIG. As shown in FIG. 7, a peak was confirmed at around 450 ° C., suggesting the possibility that a heterogeneous phase was generated by firing at 450 ° C. or higher.
(充放電特性)
実施例3(550℃での焼成)で得られたサンプルを用いて、評価用電池を作製した。実施例3で得られたサンプルを乳鉢で粉砕し、サンプル:カーボンブラック:PTFE=70:25:5の重量比で混合したものを電極として用い、対極としてLi金属層を用い、電解質として、EC:DEC=1:2の体積比で混合した溶媒にLiPF6を1mol/Lで溶解させたものを用いて評価用電池を作製した。この評価用電池に対して、電流0.2mA、電圧範囲1.0V〜3.0Vの条件で充放電を行った。その結果を図8および表1に示す。
(Charge / discharge characteristics)
An evaluation battery was prepared using the sample obtained in Example 3 (firing at 550 ° C.). The sample obtained in Example 3 was pulverized in a mortar, and a sample: carbon black: PTFE = 70: 25: 5 mixed at a weight ratio was used as an electrode, a Li metal layer was used as a counter electrode, and EC was used as an electrolyte. A battery for evaluation was produced using a solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a solvent mixed at a volume ratio of DEC = 1: 2. This evaluation battery was charged and discharged under the conditions of a current of 0.2 mA and a voltage range of 1.0 V to 3.0 V. The results are shown in FIG.
図8および表1に示されるように、充放電可能であることが確認された。また、2回目の放電容量は、74mAh/gであった。LTOの理論放電容量は202mAh/gであることから、評価用電池は、LTOの理論放電容量に対して、36.6%の放電容量を有することが確認された。また、実施例1、2で得られたサンプルを用いて同様に評価用電池を作製したところ、同じく、LTOの理論放電容量に対して、30%以上の放電容量を有することが確認された。このように、実施例で得られた電池用焼結体は、異相を有しているものの、十分に充放電可能であり、全固体リチウム電池に有用であることが確認された。 As shown in FIG. 8 and Table 1, it was confirmed that charging / discharging was possible. The second discharge capacity was 74 mAh / g. Since the theoretical discharge capacity of LTO is 202 mAh / g, it was confirmed that the evaluation battery had a discharge capacity of 36.6% with respect to the theoretical discharge capacity of LTO. Moreover, when the battery for evaluation was similarly produced using the sample obtained in Example 1, 2, it was confirmed similarly that it has a discharge capacity of 30% or more with respect to the theoretical discharge capacity of LTO. Thus, although the battery sintered body obtained in the examples had a different phase, it was confirmed that it was sufficiently chargeable / dischargeable and useful for an all-solid lithium battery.
1 … 固体電解質材料
2 … 活物質材料
3 … 異相
10 … 電池用焼結体
10X … 中間体
11 … 固体電解質層
12 … 活物質層
100 … 全固体リチウム電池
DESCRIPTION OF
Claims (11)
X線回折法により分析したときに、前記固体電解質材料および前記活物質材料の界面に、前記固体電解質材料および前記活物質材料以外の成分が検出されることを特徴とする電池用焼結体。 A solid electrolyte material represented by the general formula Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 2), and an active material containing Li, Ti, and O,
A sintered body for a battery, wherein components other than the solid electrolyte material and the active material are detected at an interface between the solid electrolyte material and the active material when analyzed by an X-ray diffraction method.
X線回折法により分析したときに、前記固体電解質材料および前記活物質材料の界面に、前記固体電解質材料および前記活物質材料以外の成分が検出される温度で、前記中間体を焼成する焼成工程と、
を有することを特徴とする電池用焼結体の製造方法。 An intermediate containing a solid electrolyte material represented by the general formula Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 2) and an active material containing Li, Ti, and O is prepared. Intermediate preparation step,
A firing step of firing the intermediate at a temperature at which components other than the solid electrolyte material and the active material are detected at the interface between the solid electrolyte material and the active material when analyzed by an X-ray diffraction method When,
The manufacturing method of the sintered compact for batteries characterized by having.
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