JP2014053166A - Sintered body for battery, all solid state lithium battery, and method for producing sintered body for battery - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、良好な熱的安定性を示す電池用焼結体を提供することを主目的とする。
【解決手段】本発明は、Li3In2(PO4)3の結晶相を有する活物質材料を含有することを特徴とする電池用焼結体を提供することにより、上記課題を解決する。
【選択図】図6A main object of the present invention is to provide a sintered body for a battery exhibiting good thermal stability.
The present invention solves the above-mentioned problems by providing a sintered body for a battery characterized by containing an active material having a crystal phase of Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 .
[Selection] Figure 6
Description
本発明は、良好な熱的安定性を示す電池用焼結体に関する。 The present invention relates to a sintered body for a battery that exhibits good thermal stability.
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、その電源として優れた電池の開発が重要視されている。また、情報関連機器や通信関連機器以外の分野では、例えば自動車産業界において、電気自動車やハイブリッド自動車に用いられるリチウム電池の開発が進められている。 With the rapid spread of information-related equipment and communication equipment such as personal computers, video cameras, and mobile phones in recent years, the development of batteries that are excellent as power sources has been regarded as important. In fields other than information-related equipment and communication-related equipment, for example, in the automobile industry, development of lithium batteries used for electric cars and hybrid cars is being promoted.
現在市販されているリチウム電池は、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。 Since lithium batteries currently on the market use an electrolyte containing a flammable organic solvent, it is possible to install safety devices that suppress the temperature rise during short circuits and to improve the structure and materials to prevent short circuits. Necessary. On the other hand, an all-solid lithium battery in which the electrolyte is changed to a solid electrolyte layer to make the battery all solid does not use a flammable organic solvent in the battery. It is considered to be excellent in productivity.
このような全固体リチウム電池は、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。例えば、特許文献1では、正極活物質層と、負極活物質層と、固体電解質層とを有する全固体リチウム二次電池であって、負極活物質層および固体電解質層の界面に形成される第1の混合領域と、正極活物質層および固体電解質層の界面に形成される第2の混合領域との少なくとも一方を備える全固体リチウム二次電池が記載されている。なお、第1の混合領域は、負極活物質層の構成材料と固体電解質層の構成材料とを含有するものであり、第2の混合領域は、正極活物質層の構成材料と固体電解質層の構成材料とを含有するものである。
Such all solid lithium batteries are usually formed between 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 positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer. And a solid electrolyte layer. For example,
また特許文献2では、正極と負極との間に固体電解質シートが備えられたリチウム二次電池であって、固体電解質シートが硬質電解質シートと、硬質電解質シートの両面に積層されたゲル電解質とからなることが記載されている。特許文献2では、硬質電解質シートを構成する硬質材料の一例として、Li3In2(PO4)3のようなリン酸リチウム系化合物が挙げられている。
Moreover, in
電池に用いられる部材には、良好な熱的安定性が求められている。上記実情に鑑み、本発明は、良好な熱的安定性を示す電池用焼結体を提供することを主目的とする。 Good thermal stability is required for members used in batteries. In view of the above circumstances, the main object of the present invention is to provide a sintered body for a battery that exhibits good thermal stability.
上記課題を解決するために、本発明においては、Li3In2(PO4)3の結晶相を有する活物質材料を含有す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-described problems, the present invention provides a sintered body for a battery characterized by containing an active material having a crystal phase of Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 .
本発明によれば、Li3In2(PO4)3の熱的安定性が高いことから、良好な熱的安定性を示す電池用焼結体とすることができる。 According to the present invention, since Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 has high thermal stability, a sintered body for a battery that exhibits good thermal stability can be obtained.
上記発明においては、電池用焼結体が、ナシコン型のリン酸化合物である固体電解質材料をさらに含有することが好ましい。Liイオン伝導性を向上させることができるからである。 In the said invention, it is preferable that the sintered compact for batteries further contains the solid electrolyte material which is a NASICON type phosphoric acid compound. This is because Li ion conductivity can be improved.
上記発明においては、上記固体電解質材料が、下記一般式(1)で表される化合物であることが好ましい。
Li1+xM1xM22−x(PO4)3 (1)
(上記式(1)中、M1は、Al、Y、GaおよびInからなる群から選択される少なくとも1種、M2は、Ti、GeおよびZrからなる群から選択される少なくとも1種、ならびにxは0≦x≦2である。)
In the said invention, it is preferable that the said solid electrolyte material is a compound represented by following General formula (1).
Li 1 + x M1 x M2 2-x (PO 4 ) 3 (1)
(In the above formula (1), M1 is at least one selected from the group consisting of Al, Y, Ga and In, M2 is at least one selected from the group consisting of Ti, Ge and Zr, and x Is 0 ≦ x ≦ 2.)
上記発明においては、上記固体電解質材料が、下記一般式(2)で表される化合物であることが好ましい。
Li1+xAlxGe2−x(PO4)3 (2)
(上記式(2)中、0≦x≦2である。)
In the said invention, it is preferable that the said solid electrolyte material is a compound represented by following General formula (2).
Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (2)
(In the above formula (2), 0 ≦ x ≦ 2)
上記発明においては、上記活物質材料が、Inの結晶相を有することが好ましい。Inの結晶相が存在することで、全体的な電位を低くできるからである。 In the above invention, the active material preferably has an In crystal phase. This is because the presence of the In crystal phase can lower the overall potential.
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で、良好な熱的安定性を示す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 which shows favorable thermal stability by using the sintered compact for batteries mentioned above.
また、本発明においては、In含有活物質と、非晶質リン酸化合物およびナシコン型のリン酸化合物のいずれか一方である固体電解質材料とを含む中間体を準備する中間体準備工程と、上記中間体を焼成し、Li3In2(PO4)3の結晶相を有する活物質材料を含有する電池用焼結体を形成する焼成工程と、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。 Further, in the present invention, an intermediate preparation step of preparing an intermediate containing an In-containing active material and a solid electrolyte material that is one of an amorphous phosphate compound and a NASICON phosphate compound, A sintered body for a battery, characterized by having a firing process for firing the intermediate and forming a sintered body for a battery containing an active material having a crystal phase of Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 A manufacturing method is provided.
本発明によれば、Li3In2(PO4)3の熱的安定性が高いことから、良好な熱的安定性を示す電池用焼結体を得ることができる。 According to the present invention, since Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 has high thermal stability, it is possible to obtain a battery sintered body exhibiting good thermal stability.
本発明の電池用焼結体は、熱的安定性が良好であるという効果を奏する。 The sintered body for a battery of the present invention has an effect that the thermal stability is good.
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
まず、本発明の電池用焼結体について説明する。本発明の電池用焼結体は、Li3In2(PO4)3の結晶相を有する活物質材料を含有することを特徴とするものである。
A. Battery Sintered Body First, the battery sintered body of the present invention will be described. The sintered body for a battery according to the present invention is characterized by containing an active material having a crystal phase of Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 .
図1、図2は、本発明の電池用焼結体を例示する概略断面図である。図1における電池用焼結体10は、Li3In2(PO4)3の結晶相を有する活物質材料1と、固体電解質材料2とを含有する活物質層11である。活物質材料1および固体電解質材料2は、通常、分散した状態で活物質層11に存在する。一方、図2における電池用焼結体10は、Li3In2(PO4)3の結晶相を有する活物質材料1を含有する活物質層11と、固体電解質材料2を含有する固体電解質層12とから構成される積層体である。なお、活物質層11は、さらに固体電解質材料2を含有していても良い。
1 and 2 are schematic cross-sectional views illustrating the sintered body for a battery of the present invention. The battery sintered
また、本発明における活物質材料は、Li3In2(PO4)3の結晶相を有する。この結晶相は、例えば、In含有活物質とリン酸化合物である固体電解質材料とが反応することにより形成される。この反応について、図3を用いて説明する。図3(a)に示すように、InおよびLAGP(Li1+xAlxGe2−x(PO4)3)に所定の条件で熱処理を行うと、両者が反応し、Li3In2(PO4)3の結晶相を有する活物質材料1が得られる。なお、実際には、LAGPに含まれるAlやGeに由来する副反応物が生じていると推測されるが、結晶相の存在が確認できない場合があり、図3では考慮しない。
In addition, the active material in the present invention has a crystal phase of Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 . This crystal phase is formed by, for example, a reaction between an In-containing active material and a solid electrolyte material that is a phosphoric acid compound. This reaction will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3A, when In and LAGP (Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 ) are heat-treated under predetermined conditions, they react to form Li 3 In 2 (PO 4 ) An
また、図3(a)では、Li3In2(PO4)3の結晶相を有する活物質材料1を含有する焼結体が形成され、InおよびLAGPの結晶相が確認されない場合を例示しているが、InおよびLAGPの割合や熱処理の条件によって、種々の場合が挙げられる。例えば図3(b)に示すように、Inの一部が残留すると、Li3In2(PO4)3およびInの結晶相を有する活物質材料1を含有する焼結体が形成され、LAGPの結晶相は確認されない場合がある。逆に、図3(c)に示すように、LAGPの一部が残留すると、Li3In2(PO4)3の結晶相を有する活物質材料1と、LAGPの結晶相を有する固体電解質材料2との焼結体が形成され、Inの結晶相が確認されない場合がある。また、図3(d)に示すように、InおよびLAGPの一部がそれぞれ残留すると、Li3In2(PO4)3およびInの結晶相を有する活物質材料1と、LAGPの結晶相を有する固体電解質材料2との焼結体が形成される。
FIG. 3A illustrates a case where a sintered body containing the
本発明によれば、Li3In2(PO4)3の熱的安定性が高いことから、良好な熱的安定性を示す電池用焼結体とすることができる。また、Li3In2(PO4)3は、後述する実施例に示すように1.3V(vs.Li/Li+)付近で充放電反応を起こすため、例えば負極活物質として有用である。また、Li3In2(PO4)3は、例えば、InとLAGPとを熱処理することで得られる。熱処理によってInからLi3In2(PO4)3に変化するということは、Li3In2(PO4)3が、LAGPに対しInよりも高い熱的安定性を有することを示している。
以下、本発明の電池用焼結体の各構成について、詳細に説明する。
According to the present invention, since Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 has high thermal stability, a sintered body for a battery that exhibits good thermal stability can be obtained. In addition, Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 causes a charge / discharge reaction in the vicinity of 1.3 V (vs. Li / Li + ) as shown in Examples described later, and thus is useful as a negative electrode active material, for example. Furthermore, Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 , for example, obtained by heat treatment of In and LAGP. The change from In to Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 by heat treatment indicates that Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 has higher thermal stability than LA to In GP.
Hereinafter, each structure of the sintered body for a battery of the present invention will be described in detail.
(1)活物質材料
本発明における活物質材料は、Li3In2(PO4)3の結晶相を有するものである。Li3In2(PO4)3の結晶相の存在は、X線回折法等により確認することができる。
(1) Active material The active material in the present invention has a crystal phase of Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 . The presence of the crystal phase of Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 can be confirmed by an X-ray diffraction method or the like.
本発明における活物質材料は、Li3In2(PO4)3の結晶相を有するものであれば特に限定されるものではない。活物質材料は、Li3In2(PO4)3の結晶相を主相として有していても良い。なお、「主相とする」とは、活物質として機能する結晶相の中で、最も割合が多いことをいう。さらに、活物質材料は、実質的にLi3In2(PO4)3のみを有していても良い。一方、活物質材料は、Li3In2(PO4)3に加えて、活物質として機能する他の結晶相を有していても良い。他の結晶相としては、例えば、後述するIn含有活物質の結晶相を挙げることができ、中でもInの結晶相が好ましい。Inの電位はLi3In2(PO4)3の電位より低く、全体的な電位を低くできるからである。その結果、例えば負極活物質として有用な活物質材料とすることができる。 The active material in the present invention is not particularly limited as long as it has a crystal phase of Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 . The active material may have a crystal phase of Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 as a main phase. Note that “being a main phase” means that the ratio is the largest in the crystal phase functioning as an active material. Furthermore, the active material may have substantially only Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 . On the other hand, the active material may have another crystal phase that functions as an active material in addition to Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 . Examples of the other crystal phase include a crystal phase of an In-containing active material, which will be described later, and an In crystal phase is particularly preferable. This is because the potential of In is lower than the potential of Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 and the overall potential can be lowered. As a result, for example, an active material useful as a negative electrode active material can be obtained.
(2)固体電解質材料
本発明の電池用焼結体は、ナシコン型のリン酸化合物である固体電解質材料をさらに含有することが好ましい。Liイオン伝導性を向上させることができるからである。ここで、「ナシコン型」とは、ナシコン型の結晶構造を有するものを意味する。さらに、「ナシコン型の結晶構造を有する」とは、完全な非晶質ではないことをいい、完全な結晶質のみならず、非晶質および結晶質の中間状態をも含むものである。すなわち、ナシコン型のリン酸化合物は、X線回折法によりピークが確認できる結晶性を有していれば良い。
(2) Solid Electrolyte Material The battery sintered body of the present invention preferably further contains a solid electrolyte material that is a NASICON type phosphoric acid compound. This is because Li ion conductivity can be improved. Here, “Nashikon type” means one having a NASICON type crystal structure. Furthermore, “having a NASICON crystal structure” means not completely amorphous, and includes not only completely crystalline but also amorphous and crystalline intermediate states. That is, the NASICON type phosphoric acid compound only needs to have crystallinity whose peak can be confirmed by an X-ray diffraction method.
上記固体電解質材料は、ナシコン型のリン酸化合物であれば特に限定されるものではないが、例えば、一般式(1)Li1+xM1xM22−x(PO4)3(式(1)中、M1は、Al、Y、GaおよびInからなる群から選択される少なくとも1種、M2は、Ti、GeおよびZrからなる群から選択される少なくとも1種、ならびにxは0≦x≦2である。)で表されるナシコン型のリン酸化合物であることが好ましい。 The solid electrolyte material is not particularly limited as long as it is a NASICON type phosphoric acid compound. For example, in the general formula (1) Li 1 + x M1 x M2 2-x (PO 4 ) 3 (in the formula (1) , M1 is at least one selected from the group consisting of Al, Y, Ga and In, M2 is at least one selected from the group consisting of Ti, Ge and Zr, and x is 0 ≦ x ≦ 2. It is preferably a NASICON type phosphoric acid compound represented by:
上記M1の金属は、上記の中でもAl、YおよびGaからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましく、Alがより好ましい。また、上記M2の金属は、上記の中でも、GeおよびTiからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましく、Geがより好ましい。すなわち、一般式(2)Li1+xAlxGe2−x(PO4)3(式(2)中、0≦x≦2である。)で表されるナシコン型のリン酸化合物(LAGP)が好ましい。ナシコン型のリン酸化合物の中でも上記式(2)で表される化合物はイオン伝導性が高いからである。 Among the above, the metal of M1 is preferably at least one selected from the group consisting of Al, Y and Ga, and more preferably Al. The metal of M2 is preferably at least one selected from the group consisting of Ge and Ti, more preferably Ge. That is, a NASICON type phosphoric acid compound (LAGP) represented by the general formula (2) Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (in the formula (2), 0 ≦ x ≦ 2) preferable. This is because the compound represented by the above formula (2) among the NASICON type phosphoric acid compounds has high ion conductivity.
また、上記xの範囲は、上記の中でも0.1≦x≦1.9であることが好ましく、0.3≦x≦0.7であることがより好ましい。特に、固体電解質材料は、上記式においてLi1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3であることが好ましい。 Further, among the above, the range of x is preferably 0.1 ≦ x ≦ 1.9, and more preferably 0.3 ≦ x ≦ 0.7. In particular, the solid electrolyte material is preferably Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 in the above formula.
また、例えば図1に示すように、活物質層11が活物質材料1および固体電解質材料2を含有する場合、活物質材料および固体電解質材料の合計に対する活物質材料の割合は、例えば30体積%以上であることが好ましく、50体積%〜99体積%の範囲内であることがより好ましく、70体積%〜90体積%の範囲内であることがさらに好ましい。
For example, as shown in FIG. 1, when the
(3)電池用焼結体
本発明において、「電池用焼結体」とは、電池に用いられ、焼成により焼結した物体を意味する。ここで「焼結」とは、固体粉末の集合体を加熱すると、固まって緻密な物体になる現象のことをいう。電池用焼結体は、電池の部材として用いられる焼結体であれば特に限定されるものではない。ここで「焼結体」とは、固体粉末の集合体を加熱することにより固まった緻密な物体をいう。通常、焼結体は、圧粉処理では到達できない程度の密度(充填率、空隙率)を有するものである。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。
(3) Battery Sintered Body In the present invention, the “battery sintered body” means an object used in a battery and sintered by firing. Here, “sintering” refers to a phenomenon in which a solid powder aggregate is heated to become a dense object. The battery sintered body is not particularly limited as long as it is a sintered body used as a battery member. Here, “sintered body” refers to a dense body solidified by heating an aggregate of solid powders. Usually, the sintered body has a density (filling rate, porosity) that cannot be reached by compaction 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.
本発明の電池用焼結体の構造の一例としては、図1に示すように、活物質層11である電池用焼結体10を挙げることができる。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5μm〜0.1mmの範囲内であり、10μm〜0.05mmの範囲内であることが好ましい。活物質層の空隙率は、例えば15%以下であり、5%〜10%の範囲内であることが好ましい。
As an example of the structure of the battery sintered body of the present invention, as shown in FIG. 1, a
本発明の電池用焼結体の構造の他の例としては、図2に示すように、活物質層11および固体電解質層12を備える積層体を挙げることができる。積層体における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1μm〜0.1mmの範囲内であり、2μm〜0.05mmの範囲内であることが好ましい。固体電解質層の空隙率は、例えば20%以下であり、10%以下であることが好ましい。なお、積層体における活物質層の厚さ、空隙率は上述した内容と同様である。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良く、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。
As another example of the structure of the sintered body for a battery of the present invention, a laminate including an
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.
本発明の電池用焼結体の製造方法は、上述した電池用焼結体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が、例えば、後述する「C.電池用焼結体の製造方法」の項に記載方法を挙げることができる。 The method for producing a sintered body for a battery according to the present invention is not particularly limited as long as it is a method capable of obtaining the above-described sintered body for a battery. For example, “C. The method described in the section “Manufacturing method” can be mentioned.
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4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4に示される全固体リチウム電池20は、正極活物質層21と、負極活物質層22と、正極活物質層21および負極活物質層22の間に形成される固体電解質層23とを有する。本発明においては、上述した電池用焼結体を用いることを大きな特徴とする。例えば図1に示すように、電池用焼結体10が活物質層11である場合、この活物質層11は、図4における正極活物質層21であっても良く、負極活物質層22であっても良い。また、例えば図2に示すように、電池用焼結体10が活物質層11および固体電解質層12の積層体である場合、この積層体は、図4における正極活物質層21および固体電解質層23の積層体であっても良く、負極活物質層22および固体電解質層23の積層体であっても良い。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the all solid lithium battery of the present invention. The all-
本発明によれば、上述した電池用焼結体を用いることで、良好な熱的安定性を示す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 which shows favorable thermal stability 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る。上記正極活物質は、上述した電池用焼結体で用いられる活物質材料であっても良く、一般的なリチウム電池に用いられるその他の正極活物質であっても良い。
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. The positive electrode active material may be an active material used in the above-described battery sintered body, or may be another positive electrode active material used in a general lithium battery.
上述した電池用焼結体の活物質材料を負極活物質として用いる場合、正極活物質は、目的とする全固体リチウム電池の種類等に応じて適宜選択されるものであるが、例えばスピネル型活物質、オリビン型活物質等を挙げることができる。具体的には、LiCoO2、LiNiO2、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2、LiVO2、LiCrO2、LiMn2O4、Li(Ni0.25Mn0.75)2O4、LiCoMnO4、Li2NiMn3O8、LiCoPO4、LiMnPO4、LiFePO4等を挙げることができる。 In the case where the above-described active material of a sintered body for a battery is used as a negative electrode active material, the positive electrode active material is appropriately selected according to the type of the all-solid lithium battery to be used. Examples include substances and olivine type active materials. Specifically, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiVO 2 , LiCrO 2 , LiMn 2 O 4 , Li (Ni 0.25 Mn 0.75 ) 2 O 4 , LiCoMnO 4 , Li 2 NiMn 3 O 8 , LiCoPO 4 , LiMnPO 4 , LiFePO 4 and the like.
また本発明における正極活物質層は、上記正極活物質以外に必要に応じて、導電化材、結着材および固体電解質材料の少なくとも一つをさらに含有していても良い。正極活物質層は導電化材を含有することで、正極活物質層の導電性を向上させることができる。このような導電化材としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、VGCF等のカーボンファイバー、グラファイト等を挙げることができる。また結着剤としては、化学的、電気的に安定なものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素含有結着材、スチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム系結着材、ポリイミド系結着材、カルボキシメチルセルロース(CMC)等のセルロース結着材等を挙げることができる。また、固体電解質材料としては、所望のイオン伝導性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば酸化物固体電解質材料、硫化物固体電解質材料を挙げることができる。なお、固体電解質材料については、後述する「3.固体電解質層」の項で詳細に説明する。 The positive electrode active material layer in the present invention may further contain at least one of a conductive material, a binder, and a solid electrolyte material, if necessary, in addition to the positive electrode active material. When the positive electrode active material layer contains a conductive material, the conductivity of the positive electrode active material layer can be improved. Examples of such a conductive material include carbon fibers such as acetylene black, ketjen black, and VGCF, graphite, and the like. The binder is not particularly limited as long as it is chemically and electrically stable. For example, a fluorine-containing binder such as polyvinylidene fluoride (PVdF) or polytetrafluoroethylene (PTFE). Materials, rubber binders such as styrene butadiene rubber (SBR), polyimide binders, cellulose binders such as carboxymethylcellulose (CMC), and the like. The solid electrolyte material is not particularly limited as long as it has desired ionic conductivity, and examples thereof include oxide solid electrolyte materials and sulfide solid electrolyte materials. The solid electrolyte material will be described in detail in the section “3. Solid electrolyte layer” described later.
正極活物質層における正極活物質の含有量は、容量の観点からはより多いことが好ましく、例えば60重量%〜99重量%の範囲内、中でも70重量%〜95重量%の範囲内であることが好ましい。また、正極活物質層の厚さは、目的とする全固体リチウム電池の構成によって大きく異なるものであるが、例えば、0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably higher from the viewpoint of capacity, for example, in the range of 60 wt% to 99 wt%, particularly in the range of 70 wt% to 95 wt%. Is preferred. Moreover, although the thickness of a positive electrode active material layer changes greatly with the structure of the target all-solid-state lithium battery, it is preferable to exist in the range of 0.1 micrometer-1000 micrometers, 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る。上記負極活物質は、上述した電池用焼結体で用いられる活物質材料であっても良く、一般的なリチウム電池に用いられるその他の負極活物質であっても良い。
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. The negative electrode active material may be an active material used in the above-described battery sintered body, or may be another negative electrode active material used in a general lithium battery.
上述した電池用焼結体の活物質材料を正極活物質として用いる場合、負極活物質は、目的とする全固体リチウム電池の種類等に応じて適宜選択されるものであるが、例えば金属活物質およびカーボン活物質を挙げることができる。上記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、また上記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。 In the case where the above-described active material of the sintered body for a battery is used as the positive electrode active material, the negative electrode active material is appropriately selected according to the type of the target all-solid lithium battery. And carbon active materials. Examples of the metal active material include In, Al, Si, and Sn. Examples of the carbon active material include mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG), hard carbon, Examples include soft carbon.
負極活物質層は、上記負極活物質以外に、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。なお、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用いられるものと同様である。また、負極活物質層の厚さは、目的とする全固体リチウム電池の構成によって大きく異なるものであるが、例えば、0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。 In addition to the negative electrode active material, the negative electrode active material layer may contain at least one of a conductive material, a solid electrolyte material, and a binder as necessary. Note that the conductive material, the solid electrolyte material, and the binder are the same as those used for the positive electrode active material layer described above. Moreover, although the thickness of a negative electrode active material layer changes greatly with the structure of the target all-solid-state lithium battery, it is preferable to exist 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、少なくとも固体電解質材料を含有する層であり、必要に応じて結着材を含有していても良い。上記固体電解質材料は、上述した電池用焼結体における固体電解質材料であっても良く、Liイオン伝導性を有する一般的な固体電解質材料であっても良い。
3. Solid electrolyte layer The solid electrolyte layer in the present invention is a layer containing at least a solid electrolyte material, and may contain a binder as necessary. The solid electrolyte material may be a solid electrolyte material in the above-described sintered body for a battery, or may be a general solid electrolyte material having Li ion conductivity.
上記固体電解質材料としては、Liイオン伝導性を有するものであれば特に限定されるものではないが、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を挙げることができる。具体的に、Liイオン伝導性を有する酸化物固体電解質材料としては、例えば、Li1+xAlxGe2−x(PO4)3(0≦x≦2)、Li1+xAlxTi2−x(PO4)3(0≦x≦2)、LiLaTiO(例えば、Li0.34La0.51TiO3)、LiPON(例えば、Li2.9PO3.3N0.46)、LiLaZrO(例えば、Li7La3Zr2O12)等を挙げることができる。またLiイオン伝導性を有する硫化物固体電解質材料としては、例えば、Li2S−P2S5化合物、Li2S−GeS5化合物等を挙げることができる。 The solid electrolyte material is not particularly limited as long as it has Li ion conductivity, and examples thereof include an oxide solid electrolyte material and a sulfide solid electrolyte material. Specifically, examples of the oxide solid electrolyte material having Li ion conductivity include Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 2), Li 1 + x Al x Ti 2-x ( PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 2), LiLaTiO (eg, Li 0.34 La 0.51 TiO 3 ), LiPON (eg, Li 2.9 PO 3.3 N 0.46 ), LiLaZrO (eg, Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) and the like. Examples of the sulfide solid electrolyte material having Li ion conductivity include Li 2 S—P 2 S 5 compound and Li 2 S—GeS 5 compound.
固体電解質層の厚さは、固体電解質材料の種類および全固体リチウム電池の構成によって大きく異なるものであるが、例えば、0.1μm〜1000μmの範囲内、中でも0.1μm〜300μmの範囲内であることが好ましい。 The thickness of the solid electrolyte layer varies greatly depending on the type of the solid electrolyte material and the configuration of the all-solid lithium battery. For example, the thickness is in the range of 0.1 μm to 1000 μm, and in particular in the range of 0.1 μm to 300 μm. It is preferable.
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。集電体の材料としては、電子伝導性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、SUS、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、鉄、カーボン等を挙げることができる。また集電体の形状としては、例えば、箔状、メッシュ状、多孔質形状等をあげることができる。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. The material of the current collector is not particularly limited as long as it has electronic conductivity, and examples thereof include SUS, aluminum, copper, nickel, titanium, iron, and carbon. Examples of the shape of the current collector include a foil shape, a mesh shape, and a porous shape. 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
本発明の全固体リチウム電池は、正極活物質層、負極活物質層、及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-state lithium battery The all-solid-state lithium battery of the present invention may be a sintered body in which at least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer is a sintered body. It may be, and 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。このような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。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形成できる方法であれば特に限定されるものではない。 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 such an all solid lithium battery include a coin type, a laminate type, a cylindrical type, and a square type. 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 form the all-solid-state lithium battery mentioned above.
C.電池用焼成体の製造方法
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、In含有活物質と、非晶質リン酸化合物およびナシコン型のリン酸化合物のいずれか一方である固体電解質材料とを含む中間体を準備する中間体準備工程と、上記中間体を焼成し、Li3In2(PO4)3の結晶相を有する活物質材料を含有する電池用焼結体を形成する焼成工程と、を有することを特徴とするものである。
C. Next, a method for producing a sintered body for a battery according to the present invention will be described. The method for producing a sintered body for a battery according to the present invention is an intermediate for preparing an intermediate including an In-containing active material and a solid electrolyte material that is one of an amorphous phosphoric acid compound and a NASICON type phosphoric acid compound. A body preparation step, and a firing step of firing the intermediate and forming a sintered body for a battery containing an active material having a crystal phase of Li 3 In 2 (PO 4 ) 3. To do.
図5は、本発明の電池用焼結体の製造方法の一例を示す模式図である。図5においては、まず、In含有活物質としてInを用い、非晶質リン酸化合物としてガラス状のLAGPを用い、InおよびLAGPが互いに接触する中間体を準備する。次に、所定の温度で、中間体を焼成することで、InおよびLAGPを反応させ、Li3In2(PO4)3の結晶相を有する活物質材料を含有する電池用焼結体を得る。 FIG. 5 is a schematic view showing an example of a method for producing a sintered body for a battery according to the present invention. In FIG. 5, first, In is used as an In-containing active material, glassy LAGP is used as an amorphous phosphate compound, and an intermediate in which In and LAGP are in contact with each other is prepared. Next, by firing the intermediate at a predetermined temperature, In and LAGP are reacted to obtain a sintered body for a battery containing an active material having a crystal phase of Li 3 In 2 (PO 4 ) 3. .
本発明によれば、Li3In2(PO4)3の熱的安定性が高いことから、良好な熱的安定性を示す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の各工程について説明する。
According to the present invention, since Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 has high thermal stability, it is possible to obtain a battery sintered body exhibiting good thermal stability.
Hereafter, each process of the manufacturing method of the sintered compact for batteries of this invention is demonstrated.
(1)中間体準備工程
本発明における中間体準備工程は、In含有活物質と、非晶質リン酸化合物およびナシコン型のリン酸化合物のいずれか一方である固体電解質材料とを含む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 includes an intermediate containing an In-containing active material and a solid electrolyte material that is one of an amorphous phosphate compound and a NASICON type phosphate compound. It is a process to prepare.
中間体に含まれるIn含有活物質は、Inを含有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、In、In合金、In酸化物、In窒化物、In硫化物等を挙げることができ、中でも、InおよびIn合金が好ましい。In合金としては、例えばIn−Al系合金、In−Sn系合金、In−Ag系合金、In−Pb系合金、In−Sb系合金、In−Bi系合金、In−Mg系合金、In−Ca系合金等を挙げることができる。なお、例えばIn−Si系合金とは、少なくともInおよびSiを含む合金を意味し、InおよびSiのみから構成される合金であっても良く、さらに別の元素を含有する合金であっても良い。In−Si系合金以外に例示した上記合金についても同様である。In合金は、2成分系合金であっても良く、3成分系以上の多成分系合金であっても良い。 The In-containing active material contained in the intermediate is not particularly limited as long as it contains In, and examples thereof include In, In alloy, In oxide, In nitride, and In sulfide. Among them, In and In alloys are preferable. Examples of the In alloy include In—Al alloy, In—Sn alloy, In—Ag alloy, In—Pb alloy, In—Sb alloy, In—Bi alloy, In—Mg alloy, In— Examples thereof include a Ca-based alloy. Note that, for example, an In—Si-based alloy means an alloy containing at least In and Si, and may be an alloy composed only of In and Si, or may be an alloy containing another element. . The same applies to the above-described alloys other than the In—Si alloy. The In alloy may be a binary alloy or a multi-component alloy of three or more components.
中間体に含まれる固体電解質材料については、上記「A.電池用焼結体」の項に記載した内容と同様である。本発明においては、中間体に含まれる固体電解質材料として、ナシコン型のリン酸化合物のみならず、非晶質リン酸化合物を用いることができる。この非晶質リン酸化合物は、通常、熱処理により、ナシコン型のリン酸化合物となる。 About the solid electrolyte material contained in an intermediate body, it is the same as that of the content described in the term of the above-mentioned "A. battery sintered compact". In the present invention, as the solid electrolyte material contained in the intermediate, not only a NASICON type phosphate compound but also an amorphous phosphate compound can be used. This amorphous phosphate compound is usually converted into a NASICON phosphate compound by heat treatment.
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1のように、活物質層11である電池用焼結体10を得る場合には、活物質層の中間体を準備する。この場合、中間体(活物質層)が、上述したIn含有活物質および固体電解質材料の両方を含有する。活物質層におけるIn含有活物質の割合は、特に限定されるものではないが、例えば50体積%〜90体積%の範囲内であることが好ましく、70体積%〜90体積%の範囲内であることがより好ましい。活物質層におけるIn含有活物質および固体電解質材料の割合は、In含有活物質を100重量部とした場合、固体電解質材料が10重量部〜110重量部の範囲内であることが好ましく、15重量部〜50重量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。
The structure of the intermediate body differs depending on the structure of the intended battery sintered body. For example, as shown in FIG. 1, when the battery sintered
一方、図2のように、活物質層11および固体電解質層12の積層体である電池用焼結体10を得る場合には、積層体の中間体を準備する。積層体の固体電解質層における固体電解質材料の割合は、特に限定されるものではないが、例えば、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。積層体の活物質層におけるIn含有活物質の割合は、上述した内容と同様である。なお、中間体が積層体である場合、活物質層は、In含有活物質のみからなる層であっても良い。
On the other hand, as shown in FIG. 2, when obtaining the battery sintered
(2)焼成工程
本発明における焼成工程は、上記中間体を焼成し、Li3In2(PO4)3の結晶相を有する活物質材料を含有する電池用焼結体を形成する工程である。
(2) Firing step The firing step in the present invention is a step of firing the intermediate and forming a battery sintered body containing an active material having a crystal phase of Li 3 In 2 (PO 4 ) 3. .
中間体の焼成温度は、中間体に含まれるIn含有活物質および固体電解質材料が反応可能な温度以上の温度であれば特に限定されるものではない。例えば中間体に含まれる固体電解質材料が非晶質リン酸化合物であり、非晶質リン酸化合物のLiイオン伝導率が比較的低い場合、上記焼成温度は、非晶質リン酸化合物の結晶化温度以上であることが好ましい。具体的には、固体電解質材料が、一般式(2)Li1+xAlxGe2−x(PO4)3(上記式(2)中、0≦x≦2である。)で表される化合物である場合、焼成温度は、非晶質リン酸化合物の結晶化温度以上であることが好ましい。固体電解質材料の結晶性を高め、Liイオン伝導性を向上させることができるからである。 The firing temperature of the intermediate is not particularly limited as long as it is equal to or higher than the temperature at which the In-containing active material and the solid electrolyte material contained in the intermediate can react. For example, when the solid electrolyte material contained in the intermediate is an amorphous phosphate compound, and the Li ion conductivity of the amorphous phosphate compound is relatively low, the firing temperature is the crystallization of the amorphous phosphate compound. It is preferable that the temperature is higher. Specifically, the solid electrolyte material is a compound represented by the general formula (2) Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (in the above formula (2), 0 ≦ x ≦ 2). In this case, the firing temperature is preferably equal to or higher than the crystallization temperature of the amorphous phosphate compound. This is because the crystallinity of the solid electrolyte material can be improved and the Li ion conductivity can be improved.
中間体の焼成温度は、例えば400℃以上であることが好ましく、570℃以上であることがより好ましく、600℃以上であることが特に好ましい。また焼成温度は、高いほど固体電解質材料の結晶性を高めることができ、Liイオン伝導性を向上させることができるが、具体的には1000℃以下であることが好ましい。上記温度より低ければ、特殊な電気炉等を必要とせず、さらに炉内の均熱ゾーンを広く確保できるために試料に熱が均一に伝わりやすいからである。 The firing temperature of the intermediate is, for example, preferably 400 ° C. or higher, more preferably 570 ° C. or higher, and particularly preferably 600 ° C. or higher. Further, the higher the firing temperature, the higher the crystallinity of the solid electrolyte material and the higher the Li ion conductivity. Specifically, it is preferably 1000 ° C. or lower. This is because if the temperature is lower than the above temperature, a special electric furnace or the like is not required, and a wide soaking zone can be secured in the furnace, so that the heat is easily transmitted uniformly to the sample.
中間体を焼成する雰囲気は、所望の電池用焼結体を得ることができる雰囲気であれば特に限定されるものではないが、例えば不活性雰囲気であることが好ましい。副反応の発生を抑制でき、制御が容易であるという利点があるからである。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 atmosphere for firing the intermediate is not particularly limited as long as it can provide a desired battery sintered body. For example, an inert atmosphere is preferable. This is because the side reaction can be suppressed and the control is easy. Examples of the inert atmosphere include an argon atmosphere and a nitrogen atmosphere.
中間体を焼成する時間としては、所望の電池用焼結体を得ることができる程度であ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。 The time for firing the intermediate is not particularly limited as long as a desired sintered body for a battery can be obtained. Examples of the method for firing the intermediate include a method using a firing furnace.
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]
(電池用焼結体の作製)
非晶質リン酸化合物として、ガラス状のLi1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3(LAGP)を用意した。In含有活物質として、In粉末を用意した。これらを体積比50:50で乳鉢により混合し、得られた混合物をプレスし、ペレット状に成形した。次に、ペレットをアルゴン雰囲気、600℃、2時間の条件で焼成した。これにより、電池用焼結体を得た。
[Example 1]
(Preparation of sintered body for battery)
As the amorphous phosphoric acid compound, glassy Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 (LAGP) was prepared. In powder was prepared as an In-containing active material. These were mixed with a mortar at a volume ratio of 50:50, and the resulting mixture was pressed and formed into a pellet. Next, the pellet was baked under an argon atmosphere at 600 ° C. for 2 hours. Thereby, the sintered compact for batteries was obtained.
[評価1]
(X線回折測定)
実施例1で得られた電池用焼結体に対して、CuKα線によるX線回折(XRD)測定を行った。その結果を図6に示す。図6に示されるように、実施例1で得られた電池用焼結体では、Li3In2(PO4)3およびInの結晶相を示すピークが確認された。
[Evaluation 1]
(X-ray diffraction measurement)
The battery sintered body obtained in Example 1 was subjected to X-ray diffraction (XRD) measurement using CuKα rays. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 6, in the battery sintered body obtained in Example 1, peaks indicating Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 and In crystal phases were confirmed.
(熱分析)
実施例1で使用した、ガラス状のLAGPおよびIn粉末の混合物に対して、Ar雰囲気下、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、156℃付近にInの溶融を示すピークが確認され、570℃付近にLAGPの結晶化を示すピークが確認された。また、400℃付近に、LAGPおよびInの反応、すなわち、Li3In2(PO4)3の合成を示すピークが確認された。
(Thermal analysis)
The glassy LAGP and In powder mixture used in Example 1 was subjected to simultaneous differential thermal and thermogravimetric measurement (TG-DTA) in an Ar atmosphere. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 7, a peak indicating melting of In was confirmed near 156 ° C., and a peak indicating crystallization of LAGP was confirmed near 570 ° C. Further, in the vicinity of 400 ° C., the reaction of the LAGP and In, i.e., a peak showing the synthesis of Li 3 In 2 (PO 4) 3 was confirmed.
[実施例2]
(電池用焼結体の作製)
まず、φ13mmのダイスに、ガラス状のLi1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3(LAGP)を添加し、プレスすることで、LAGPから構成される固体電解質層を作製した。次に、固体電解質層の一方の表面に、In/LAGP混合粉末(モル比で、In/LAGP=8.8)を配置し、固体電解質層の他方の表面に、LiFePO4/LAGP/C複合粉末を配置し、圧粉成型を行った。次に、200MPaで冷間静水圧プレス(CIP)を1分間行い、3層圧粉成型体を得た。得られた3層圧粉成型体を、アルゴン雰囲気、600℃、2時間の条件で焼成した。これにより、電池用焼結体(評価用電池、焼結電池)を得た。
[Example 2]
(Preparation of sintered body for battery)
First, glassy Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 (LAGP) was added to a φ13 mm die and pressed to produce a solid electrolyte layer composed of LAGP. . Next, an In / LAGP mixed powder (in molar ratio, In / LAGP = 8.8) is disposed on one surface of the solid electrolyte layer, and a LiFePO 4 / LAGP / C composite is disposed on the other surface of the solid electrolyte layer. The powder was placed and compacted. Next, cold isostatic pressing (CIP) was performed at 200 MPa for 1 minute to obtain a three-layer green compact. The obtained three-layer green compact was fired under an argon atmosphere, 600 ° C., and 2 hours. This obtained the sintered compact for batteries (evaluation battery, sintered battery).
得られた評価用電池に対して、0.1mV/sec、0V〜3.5V、3サイクルの条件でサイクリックボルタンメトリー(CV)測定を行った。その結果を図8に示す。図8に示されるように、得られた評価用電池は、x軸との交点である2.1V付近で充放電することが確認できた。LiFePO4の電位(3.4V vs.Li/Li+)を考慮すると、Li3In2(PO4)3の電位は、1.3V(vs.Li/Li+)付近であることが示唆された。 The obtained evaluation battery was subjected to cyclic voltammetry (CV) measurement under the conditions of 0.1 mV / sec, 0 V to 3.5 V, and 3 cycles. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 8, it was confirmed that the obtained evaluation battery was charged / discharged in the vicinity of 2.1 V, which is the intersection with the x-axis. Considering the LiFePO 4 of potential (3.4V vs.Li/Li +), the potential of the Li 3 In 2 (PO 4) 3 is suggested to be around 1.3V (vs.Li/Li +) It was.
[比較例1]
非晶質リン酸化合物として、ガラス状のLi1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3(LAGP)を用意した。活物質として、LiCoO2粉末を用意した。これらを体積比50:50で乳鉢により混合し、得られた混合物をプレスし、ペレット状に成形した。次に、ペレットを大気雰囲気、600℃、2時間の条件で焼成した。これにより、電池用焼結体を得た。この電池用焼結体を乳鉢で粉砕し、電池用焼結体:カーボンブラック:PTFE=70:25:5の重量比で混合したものを作用極として用い、対極としてLi金属を用い、EC:DEC=1:2の体積比で混合した溶媒にLiPF6を1mol/Lで溶解させた非水電解液を用い、評価用電池を作製した。
[Comparative Example 1]
As the amorphous phosphoric acid compound, glassy Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 (LAGP) was prepared. LiCoO 2 powder was prepared as an active material. These were mixed with a mortar at a volume ratio of 50:50, and the resulting mixture was pressed and formed into a pellet. Next, the pellets were fired under conditions of an air atmosphere and 600 ° C. for 2 hours. Thereby, the sintered compact for batteries was obtained. The battery sintered body was pulverized in a mortar, and the battery sintered body: carbon black: PTFE = 70: 25: 5 weight ratio was used as the working electrode, Li metal was used as the counter electrode, and EC: A battery for evaluation was produced using a non-aqueous electrolyte in which LiPF 6 was dissolved at 1 mol / L in a solvent mixed at a volume ratio of DEC = 1: 2.
得られた評価用電池に対して、充放電試験を行ったが、図9に示されるように、比較例1で得られた評価用電池は、充放電を行うことができなかった。その理由は、LiCoO2およびLAGPが反応し、異相が生じたためであると考えられる。 Although the charging / discharging test was done with respect to the obtained evaluation battery, as shown in FIG. 9, the evaluation battery obtained in Comparative Example 1 could not be charged / discharged. The reason is considered to be that LiCoO 2 and LAGP reacted to form a heterogeneous phase.
[比較例2]
非晶質リン酸化合物として、ガラス状のLi1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3(LAGP)を用意した。活物質として、Li4TiO12粉末を用意した。これらを体積比50:50で乳鉢により混合し、得られた混合物をプレスし、ペレット状に成形した。次に、ペレットを大気雰囲気、550℃、2時間の条件で焼成した。これにより、電池用焼結体を得た。この電池用焼結体を用いたこと以外は、比較例1と同様にして評価用電池を得た。
[Comparative Example 2]
As the amorphous phosphoric acid compound, glassy Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 (LAGP) was prepared. Li 4 TiO 12 powder was prepared as an active material. These were mixed with a mortar at a volume ratio of 50:50, and the resulting mixture was pressed and formed into a pellet. Next, the pellet was fired under conditions of an air atmosphere, 550 ° C., and 2 hours. Thereby, the sintered compact for batteries was obtained. An evaluation battery was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that this battery sintered body was used.
得られた評価用電池に対して、充放電試験を行ったところ、図10に示されるように、比較例2で得られた評価用電池は、充放電可能であった。しかしながら、Li4TiO12の電位は、1.8V(vs.Li/Li+)であり、Li3In2(PO4)3よりも電位が高かった。 When a charge / discharge test was performed on the obtained evaluation battery, as shown in FIG. 10, the evaluation battery obtained in Comparative Example 2 was chargeable / dischargeable. However, the potential of Li 4 TiO 12 was 1.8 V (vs. Li / Li + ), which was higher than that of Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 .
1 … 活物質材料
2 … 固体電解質材料
10 … 電池用焼結体
11 … 活物質層
12 … 固体電解質層
20 … 全固体リチウム電池
21 … 正極活物質層
22 … 負極活物質層
23 … 固体電解質層
DESCRIPTION OF
Claims (7)
Li1+xM1xM22−x(PO4)3 (1)
(上記式(1)中、M1は、Al、Y、GaおよびInからなる群から選択される少なくとも1種、M2は、Ti、GeおよびZrからなる群から選択される少なくとも1種、ならびにxは0≦x≦2である。) The sintered body for a battery according to claim 2, wherein the solid electrolyte material is a compound represented by the following general formula (1).
Li 1 + x M1 x M2 2-x (PO 4 ) 3 (1)
(In the above formula (1), M1 is at least one selected from the group consisting of Al, Y, Ga and In, M2 is at least one selected from the group consisting of Ti, Ge and Zr, and x Is 0 ≦ x ≦ 2.)
Li1+xAlxGe2−x(PO4)3 (2)
(上記式(2)中、0≦x≦2である。) The sintered body for a battery according to claim 3, wherein the solid electrolyte material is a compound represented by the following general formula (2).
Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (2)
(In the above formula (2), 0 ≦ x ≦ 2)
前記中間体を焼成し、Li3In2(PO4)3の結晶相を有する活物質材料を含有する電池用焼結体を形成する焼成工程と、
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 preparation step of preparing an intermediate containing an In-containing active material and a solid electrolyte material that is one of an amorphous phosphate compound and a NASICON type phosphate compound;
Firing the intermediate, and forming a sintered body for a battery containing an active material having a crystal phase of Li 3 In 2 (PO 4 ) 3 ;
The manufacturing method of the sintered compact for batteries characterized by having.
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