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JP2019121462A - Method for manufacturing electrode active substance coated with oxide electrolyte sintered body, electrode active substance coated with oxide electrolyte sintered body, and sulfide solid battery - Google Patents

Method for manufacturing electrode active substance coated with oxide electrolyte sintered body, electrode active substance coated with oxide electrolyte sintered body, and sulfide solid battery Download PDF

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JP2019121462A
JP2019121462A JP2017253793A JP2017253793A JP2019121462A JP 2019121462 A JP2019121462 A JP 2019121462A JP 2017253793 A JP2017253793 A JP 2017253793A JP 2017253793 A JP2017253793 A JP 2017253793A JP 2019121462 A JP2019121462 A JP 2019121462A
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JP
Japan
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garnet
electrode active
active material
conductive oxide
ion conductive
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Application number
JP2017253793A
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Japanese (ja)
Inventor
慎吾 太田
Shingo Ota
慎吾 太田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Publication of JP2019121462A publication Critical patent/JP2019121462A/en
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Abstract

【課題】ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を用いた酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の製造方法、及び、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を含有する酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の提供。
【解決手段】酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の製造方法は、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を準備する工程と、リチウムを含有するフラックスを準備する工程と、電極活物質を準備する工程と、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子と、フラックスと、電極活物質とを混合とする工程と、混合物を650℃以下の温度で加熱して焼結する工程と、を有する。
【選択図】図5
A method for producing an electrode active material coated with a sintered oxide electrolyte using crystal particles of garnet ion conductive oxide, and oxide containing crystal particles of garnet ion conductive oxide Provision of an electrode active material coated with an electrolyte sintered body.
A method of producing an electrode active material coated with an oxide electrolyte sintered body includes the steps of preparing crystal particles of garnet type ion conductive oxide, preparing a lithium-containing flux, and electrode A step of preparing an active material, a step of mixing crystal particles of garnet type ion conductive oxide, a flux and an electrode active material, a step of heating and sintering the mixture at a temperature of 650 ° C. or less, And.
[Selected figure] Figure 5

Description

本開示は酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の製造方法、酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質、及び、硫化物固体電池に関する。   The present disclosure relates to a method for producing an electrode active material coated with an oxide electrolyte sintered body, an electrode active material coated with an oxide electrolyte sintered body, and a sulfide solid battery.

Liイオン電池では使用する材料の組み合わせによって、電極活物質がLiイオンの受け渡しを行う電解質材料と反応するという問題が生じる場合があった。そのため、電極活物質と電解質材料との反応を抑制することを目的として、電極活物質を化学的に安定なLiイオン伝導性固体電解質で被覆する検討が行われてきた。
例えば、特許文献1には、ペロブスカイト型の酸化物系固体電解質、ガーネット型の酸化物系固体電解質、Li14ZnGe16、LiPO4−x(0≦x≦0.5)、Li1+xAl2−x(PO(MはTiか、Geか、TiとGe、0≦x≦0.5)及びチタン酸化物系固体電解質よりなる群から選択される少なくとも1種類を含む厚さ0.001μm以上0.5μm以下の酸化物系固体電解質層で表面が被覆された正極活物質粒子が提案されている。なお、特許文献1の実施例には、ガーネット型の酸化物系固体電解質で被覆された正極活物質粒子に関する記載はない。
In the case of a Li-ion battery, there is a case that the combination of materials used causes a problem that the electrode active material reacts with the electrolyte material which transfers Li ions. Therefore, for the purpose of suppressing the reaction between the electrode active material and the electrolyte material, studies have been conducted to cover the electrode active material with a chemically stable Li ion conductive solid electrolyte.
For example, Patent Document 1 describes perovskite-type oxide-based solid electrolytes, garnet-type oxide-based solid electrolytes, Li 14 ZnGe 4 O 16 , Li 3 PO 4-x N x (0 ≦ x ≦ 0.5). Li 1 + x Al x M 2-x (PO 4 ) 3 (M is Ti, Ge, Ti and Ge, 0 ≦ x ≦ 0.5), and at least one selected from the group consisting of titanium oxide-based solid electrolytes There have been proposed positive electrode active material particles whose surface is covered with an oxide-based solid electrolyte layer having a thickness of 0.001 μm to 0.5 μm which contains one kind. In addition, in the Example of patent document 1, there is no description regarding the positive electrode active material particle coat | covered with the oxide type solid electrolyte of a garnet type.

特開2016−164888号公報JP, 2016-164888, A

特許文献1において、電極活物質を被覆するための酸化物電解質として記載されている材料の中でも、ガーネット型イオン伝導性酸化物は、Liイオン伝導性が高く、その分、被覆層を厚くすることが可能であることから、電極活物質と電解質の反応を抑制する効果が高いため好ましい。ここで、ガーネット型イオン伝導性酸化物で電極活物質を被覆するためには、活物質の表面で結晶粒子を焼結して被覆層を得る必要がある。   Among the materials described as oxide electrolytes for coating electrode active materials in Patent Document 1, garnet-type ion conductive oxides have high Li ion conductivity, and accordingly, increase the thickness of the coating layer. It is preferable because the effect of suppressing the reaction between the electrode active material and the electrolyte is high. Here, in order to coat the electrode active material with a garnet-type ion conductive oxide, it is necessary to sinter crystal particles on the surface of the active material to obtain a covering layer.

しかしながら、従来使用されてきたガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子では、粒子同士が焼結する温度や粒子が変形して成形可能となる温度が高く、ガーネット型イオン伝導性酸化物と電極活物質が化学反応しない温度域では、電極活物質をガーネット型イオン伝導性酸化物で被覆することはできなかった。
本開示は、上記実情を鑑みなされたものであって、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を用いた酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の製造方法、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を含有する酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質、及び、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を含有する酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質を有する硫化物固体電池を提供することを目的とする。
However, in the crystal particles of garnet type ion conductive oxide that has been used conventionally, the temperature at which the particles sinter and the temperature at which the particles are deformed and formable are high, and the garnet type ion conductive oxide and the electrode active The electrode active material could not be coated with the garnet-type ion conductive oxide in a temperature range in which the substance does not react chemically.
The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and is directed to a method of producing an electrode active material coated with an oxide electrolyte sintered body using crystal particles of garnet-type ion conductive oxide, garnet-type ion conductivity An electrode active material coated with an oxide electrolyte sintered body containing oxide crystal particles, and an electrode active material coated with an oxide electrolyte sintered body containing crystal particles of garnet type ion conductive oxide It is an object of the present invention to provide a sulfide solid battery having the

本開示の酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の製造方法は、
酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の製造方法であって、
下記一般式(1)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を準備する工程と、
リチウムを含有するフラックスを準備する工程と、
電極活物質を準備する工程と、
前記ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子と、前記フラックスと、前記電極活物質とを混合とする工程と、
前工程で得られた混合物を650℃以下の温度で加熱して焼結する工程と、を有することを特徴とする。
一般式(1)(Lix−3y−z,E,H)Lαβγ
(上記一般式(1)中、
EはAl、Ga、Fe及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Lはアルカリ土類金属及びランタノイド元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Mは酸素と6配位をとることが可能な遷移元素及び第12族〜第15族に属する典型元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
x、y、zは、3≦x−3y−z≦7、0≦y<0.22、0.75≦z≦3.4、を満たす実数である。
α、β、γは、それぞれ、2.5≦α≦3.5、1.5≦β≦2.5、11≦γ≦13の範囲内にある実数である。)
A method of producing an electrode active material coated with the oxide electrolyte sintered body of the present disclosure is
A method for producing an electrode active material coated with an oxide electrolyte sintered body, comprising:
Preparing crystal particles of a garnet-type ion conductive oxide represented by the following general formula (1):
Preparing a flux containing lithium;
Preparing an electrode active material;
Mixing the crystal particles of the garnet ion conductive oxide, the flux, and the electrode active material;
And sintering the mixture obtained in the previous step at a temperature of 650 ° C. or lower.
Formula (1) (Li x-3y -z, E y, H z) L α M β O γ
(In the above general formula (1),
E represents at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Fe and Si.
L represents at least one element selected from the group consisting of alkaline earth metals and lanthanoid elements.
M represents at least one element selected from the group consisting of a transition element capable of having six coordination with oxygen and a typical element belonging to Groups 12 to 15.
x, y and z are real numbers satisfying 3 ≦ x−3y−z ≦ 7, 0 ≦ y <0.22, and 0.75 ≦ z ≦ 3.4.
α, β, and γ are real numbers within the range of 2.5 ≦ α ≦ 3.5, 1.5 ≦ β ≦ 2.5, and 11 ≦ γ ≦ 13, respectively. )

本開示の電極活物質は、
酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質であって、
前記酸化物電解質焼結体は、下記一般式(2)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子間に粒界を有し、
前記結晶粒子の個数平均粒径が3μm以下であり、
前記結晶粒子の内部におけるイオン伝導抵抗である粒内抵抗値をRとし、前記結晶粒子間の粒界におけるイオン伝導抵抗である粒界抵抗値をRgbとしたときに下記式1を満たす酸化物電解質焼結体で被覆されることを特徴とする。
式1:Rgb/(R+Rgb)≦0.6
一般式(2)(Lix−3y−z,E,H)Lαβγ
(上記一般式(2)中、
EはAl、Ga、Fe及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Lはアルカリ土類金属及びランタノイド元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Mは酸素と6配位をとることが可能な遷移元素及び第12族〜第15族に属する典型元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
x、y、zは、3≦x−3y−z≦7、0≦y<0.22、0≦z<3.4、を満たす実数である。
α、β、γは、それぞれ、2.5≦α≦3.5、1.5≦β≦2.5、11≦γ≦13の範囲内にある実数である。)
The electrode active material of the present disclosure is
An electrode active material coated with an oxide electrolyte sintered body,
The oxide electrolyte sintered body has grain boundaries between crystal particles of a garnet-type ion conductive oxide represented by the following general formula (2),
The number average particle diameter of the crystal particles is 3 μm or less,
Oxidation satisfying the following formula 1 when the intragranular resistance value which is the ion conduction resistance in the inside of the crystal particle is R b and the grain boundary resistance value which is the ion conduction resistance in the grain boundary between the crystal particles is R gb It is characterized in that it is coated with a substance electrolyte sintered body.
Formula 1: R gb / (R b + R gb ) ≦ 0.6
Formula (2) (Li x-3y -z, E y, H z) L α M β O γ
(In the above general formula (2),
E represents at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Fe and Si.
L represents at least one element selected from the group consisting of alkaline earth metals and lanthanoid elements.
M represents at least one element selected from the group consisting of a transition element capable of having six coordination with oxygen and a typical element belonging to Groups 12 to 15.
x, y and z are real numbers satisfying 3 ≦ x−3y−z ≦ 7, 0 ≦ y <0.22, 0 ≦ z <3.4.
α, β, and γ are real numbers within the range of 2.5 ≦ α ≦ 3.5, 1.5 ≦ β ≦ 2.5, and 11 ≦ γ ≦ 13, respectively. )

本開示の電極活物質は、
酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質であって、
前記酸化物電解質焼結体は、下記一般式(2)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子間に粒界を有し、
前記結晶粒子間の粒界三重点にリチウムを含有するフラックスが存在し、
前記結晶粒子の内部におけるイオン伝導抵抗である粒内抵抗値をRとし、前記結晶粒
子間の粒界におけるイオン伝導抵抗である粒界抵抗値をRgbとしたときに下記式1を満
たす酸化物電解質焼結体で被覆されることを特徴とする。
式1:Rgb/(R+Rgb)≦0.6
一般式(2)(Lix−3y−z,E,H)Lαβγ
(上記一般式(2)中、
EはAl、Ga、Fe及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Lはアルカリ土類金属及びランタノイド元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Mは酸素と6配位をとることが可能な遷移元素及び第12族〜第15族に属する典型元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
x、y、zは、3≦x−3y−z≦7、0≦y<0.22、0≦z<3.4、を満たす実数である。
α、β、γは、それぞれ、2.5≦α≦3.5、1.5≦β≦2.5、11≦γ≦13の範囲内にある実数である。)
The electrode active material of the present disclosure is
An electrode active material coated with an oxide electrolyte sintered body,
The oxide electrolyte sintered body has grain boundaries between crystal particles of a garnet-type ion conductive oxide represented by the following general formula (2),
A lithium-containing flux exists at the triple point of grain boundaries between the crystal grains,
Oxidation satisfying the following formula 1 when the intragranular resistance value which is the ion conduction resistance in the inside of the crystal particle is R b and the grain boundary resistance value which is the ion conduction resistance in the grain boundary between the crystal particles is R gb It is characterized in that it is coated with a substance electrolyte sintered body.
Formula 1: R gb / (R b + R gb ) ≦ 0.6
Formula (2) (Li x-3y -z, E y, H z) L α M β O γ
(In the above general formula (2),
E represents at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Fe and Si.
L represents at least one element selected from the group consisting of alkaline earth metals and lanthanoid elements.
M represents at least one element selected from the group consisting of a transition element capable of having six coordination with oxygen and a typical element belonging to Groups 12 to 15.
x, y and z are real numbers satisfying 3 ≦ x−3y−z ≦ 7, 0 ≦ y <0.22, 0 ≦ z <3.4.
α, β, and γ are real numbers within the range of 2.5 ≦ α ≦ 3.5, 1.5 ≦ β ≦ 2.5, and 11 ≦ γ ≦ 13, respectively. )

本開示の硫化物固体電池は、
正極、負極、並びに、当該正極及び当該負極の間に配置する硫化物固体電解質層を有する硫化物固体電池であって、
前記正極又は負極は、前記酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質を有することを特徴とする。
The sulfide solid battery of the present disclosure is
A sulfide solid battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a sulfide solid electrolyte layer disposed between the positive electrode and the negative electrode,
The positive electrode or the negative electrode includes an electrode active material coated with the oxide electrolyte sintered body.

本開示によれば、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を用いた酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の製造方法、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を含有する酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質、及び、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を含有する酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質を有する硫化物固体電池を提供することができる。   According to the present disclosure, a method for producing an electrode active material coated with an oxide electrolyte sintered body using crystal particles of garnet type ion conductive oxide, oxidation containing crystal particles of garnet type ion conductive oxide A sulfide solid battery having an electrode active material coated with a substance electrolyte sintered body, and an electrode active material coated with an oxide electrolyte sintered body containing crystal particles of garnet type ion conductive oxide be able to.

酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の模式図である。It is a schematic diagram of the electrode active material covered with the oxide electrolyte sintered compact. 本開示の製造方法の焼結工程の概要を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the outline | summary of the sintering process of the manufacturing method of this indication. 0.1MのHCl溶液に長時間浸漬した組成式LiLaZr12のガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子のSEM画像である。It is a SEM image of the crystal particle of the garnet type ion conductive oxide of the composition formula Li 7 La 3 Zr 2 O 12 immersed in a 0.1 M HCl solution for a long time. ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子中のLiサイト等を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows Li site etc. in the crystal particle of garnet type ion conductive oxide. 本開示の製造方法の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the manufacturing method of this indication. 本開示の電極活物質を被覆する酸化物電解質焼結体の粒界三重点のSEM画像である。It is a SEM image of the grain boundary triple point of the oxide electrolyte sintered compact which coats the electrode active material of this indication. ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子中のH含有量比zと得られる酸化物電解質焼結体の相対密度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between H content ratio z in the crystal particle of garnet type ion conductive oxide, and the relative density of the obtained oxide electrolyte sintered compact. 参考実験例1(Z=0.75)で得られた酸化物電解質焼結体のプレス表面のSEM観察画像である。It is a SEM observation image of the press surface of the oxide electrolyte sintered compact obtained by the reference experiment example 1 (Z = 0.75). 参考実験例3(Z=0.91)で得られた酸化物電解質焼結体のプレス表面のSEM観察画像である。It is a SEM observation image of the press surface of the oxide electrolyte sintered compact obtained by the reference experiment example 3 (Z = 0.91). 参考実験例5(Z=3.4)で得られた酸化物電解質焼結体のプレス表面のSEM観察画像である。It is a SEM observation image of the press surface of the oxide electrolyte sintered compact obtained by the reference experiment example 5 (Z = 3.4). 実施例1で得られた酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の断面のSEM観察画像である。It is a SEM observation image of the cross section of the electrode active material covered with the oxide electrolyte sintered compact obtained in Example 1. 実施例1で得られた酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の酸化物電解質焼結体被覆層断面のSEM観察画像である。It is a SEM observation image of the oxide electrolyte sintered compact coating layer cross section of the electrode active material covered with the oxide electrolyte sintered compact obtained in Example 1. FIG. 参考比較例2(Z=0.13)で得られた酸化物電解質焼結体のプレス表面のSEM観察画像である。It is a SEM observation image of the press surface of the oxide electrolyte sintered compact obtained by the reference comparative example 2 (Z = 0.13). 参考比較例3(Z=0.4)で得られた酸化物電解質焼結体のプレス表面のSEM観察画像である。It is a SEM observation image of the press surface of the oxide electrolyte sintered compact obtained by the reference comparative example 3 (Z = 0.4). 比較例1で得られた酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の酸化物電解質焼結体被覆層断面のSEM観察画像である。It is a SEM observation image of the oxide electrolyte sintered compact coating layer cross section of the electrode active material covered with the oxide electrolyte sintered compact obtained by the comparative example 1. FIG.

1.酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の製造方法
本開示の酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の製造方法は、
下記一般式(1)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を準備する工程と、
リチウムを含有するフラックスを準備する工程と、
電極活物質を準備する工程と、
前記ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子と、前記フラックスと、前記電極活物質とを混合とする工程と、
前工程で得られた混合物を650℃以下の温度で加熱して焼結する工程と、を有することを特徴とする。
一般式(1)(Lix−3y−z,E,H)Lαβγ
(上記一般式(1)中、
EはAl、Ga、Fe及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Lはアルカリ土類金属及びランタノイド元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Mは酸素と6配位をとることが可能な遷移元素及び第12族〜第15族に属する典型元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
x、y、zは、3≦x−3y−z≦7、0≦y<0.22、0.75≦z≦3.4、を満たす実数である。
α、β、γは、それぞれ、2.5≦α≦3.5、1.5≦β≦2.5、11≦γ≦13の範囲内にある実数である。)
1. A method for producing an electrode active material coated with an oxide electrolyte sintered body A method for producing an electrode active material coated with an oxide electrolyte sintered body according to the present disclosure
Preparing crystal particles of a garnet-type ion conductive oxide represented by the following general formula (1):
Preparing a flux containing lithium;
Preparing an electrode active material;
Mixing the crystal particles of the garnet ion conductive oxide, the flux, and the electrode active material;
And sintering the mixture obtained in the previous step at a temperature of 650 ° C. or lower.
Formula (1) (Li x-3y -z, E y, H z) L α M β O γ
(In the above general formula (1),
E represents at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Fe and Si.
L represents at least one element selected from the group consisting of alkaline earth metals and lanthanoid elements.
M represents at least one element selected from the group consisting of a transition element capable of having six coordination with oxygen and a typical element belonging to Groups 12 to 15.
x, y and z are real numbers satisfying 3 ≦ x−3y−z ≦ 7, 0 ≦ y <0.22, and 0.75 ≦ z ≦ 3.4.
α, β, and γ are real numbers within the range of 2.5 ≦ α ≦ 3.5, 1.5 ≦ β ≦ 2.5, and 11 ≦ γ ≦ 13, respectively. )

電極活物質と電解質との反応を抑制する目的で、電極活物質を酸化物電解質焼結体で被覆する場合には、被覆層の厚みが重要となる。
図1(A)に被覆層が厚い電極活物質の模式図を、図1(B)に被覆層が薄い電極活物質の模式図を示す。
図1(B)に示すように被覆層が薄いと、厚さの管理や確認が難しい上、少しでも被覆されない部分があると、電極活物質と電解質材料との距離が近く容易に接触してしまうため、電極活物質と電解質材料との反応を抑制する効果は低い。
これに対して、図1(A)に示すように被覆層が厚いと、厚さの管理や確認が容易である上、被覆されない部分がある場合であっても、電極活物質と電解質材料との距離が遠く接触しにくいため、電極活物質と電解質材料との反応を抑制する効果が高い。
When the electrode active material is coated with an oxide electrolyte sintered body for the purpose of suppressing the reaction between the electrode active material and the electrolyte, the thickness of the coating layer is important.
FIG. 1A shows a schematic view of an electrode active material having a thick covering layer, and FIG. 1B shows a schematic view of an electrode active material having a thin covering layer.
As shown in FIG. 1 (B), when the covering layer is thin, it is difficult to control and confirm the thickness, and when there is a portion which is not covered at all, the distance between the electrode active material and the electrolyte material is close Therefore, the effect of suppressing the reaction between the electrode active material and the electrolyte material is low.
On the other hand, when the covering layer is thick as shown in FIG. 1 (A), the thickness can be easily managed and confirmed, and even if there is a portion not covered, the electrode active material and the electrolyte material Because the distance between the two is difficult to contact with each other, the effect of suppressing the reaction between the electrode active material and the electrolyte material is high.

表1に被覆層の厚さと材料のLiイオン抵抗率から算出される被覆層のLiイオン移動抵抗Rの関係を示す。Liイオン移動抵抗Rは、以下の計算式2より求められる値である。
式2:被覆層のLiイオン移動抵抗R=被覆層材料のLiイオン抵抗率(Ωcm)×被覆層厚さ(cm)/面積(cm
表1から、被覆層において許容されるLiイオン移動抵抗Rが同一である場合には、電極活物質を被覆する材料自体が有するLiイオン抵抗率(Ωcm)が低いほど、被覆層を厚くすることができることがわかる。
Table 1 shows the relationship between the thickness of the coating layer and the Li ion transfer resistance R of the coating layer calculated from the Li ion resistivity of the material. The Li ion transfer resistance R is a value obtained by the following formula 2.
Formula 2: Li ion transfer resistance of the coating layer R = Li ion resistivity of the coating layer material (Ω cm) × coating layer thickness (cm) / area (cm 2 )
From Table 1, when the allowable Li ion transfer resistance R in the coating layer is the same, the thickness of the coating layer should be thicker as the Li ion resistivity (Ω cm) of the material itself coating the electrode active material is lower. It can be seen that

従来、酸化物電解質焼結体の材料として用いられてきたガーネット型イオン伝導性酸化物は、Liイオン伝導度が高い(Liイオン抵抗率が低い)という特性を有することから被覆層を厚くすることが可能となるため、電極活物質を被覆する材料として応用することが強く望まれていた。
しかし、上述のように、焼結や成形するために必要な加熱温度が高いため、焼結中に電極活物質とガーネット型イオン伝導性酸化物が反応して変質してしまうことによって、活物質や電解質としての機能が損なわれるという問題や、焼結時にガーネット型イオン伝導性酸化物粒子に割れが生じて、電極活物質と電解質の反応を抑制する程度に被覆率の高い電極活物質を得ることができないという問題があった。
Garnet-type ion conductive oxides, which have conventionally been used as a material for oxide electrolyte sintered bodies, have the property of high Li ion conductivity (low Li ion resistivity), and therefore a thick covering layer Therefore, it has been strongly desired to apply as a material for coating an electrode active material.
However, as described above, since the heating temperature required for sintering or forming is high, the active material is reacted with the garnet-type ion conductive oxide during the sintering to deteriorate the active material. And the problem that the function as an electrolyte is lost, or a garnet type ion conductive oxide particle is cracked during sintering to obtain an electrode active material with a high coverage to the extent that the reaction between the electrode active material and the electrolyte is suppressed. There was a problem that I could not do it.

本研究者らは、LiLaZr12の組成式で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物中のLiイオンを、一定量以上プロトン(水素イオン)で置換した前記一般式(1)(Lix−3y−z,E,H)Lαβγで表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子と、リチウムを含有するフラックスとを混合して用いることにより、電極活物質とガーネット型イオン伝導性酸化物が反応する温度以下で焼結させること、及び、焼結時の成形性を向上させることが可能となり、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を含有する酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質が得られることを見出した。 The present inventors have found that the Li ion in the garnet type ion conductive oxide represented by the composition formula of Li 7 La 3 Zr 2 O 12 is replaced with the above-mentioned general formula (1) ) (Li x-3y-z , E y, and crystal grains of a garnet-type ion conductive oxide represented by H z) L α M β O γ, by using a mixture of a flux containing lithium Sintering below the temperature at which the electrode active material and the garnet type ion conductive oxide react, and the formability at the time of sintering can be improved, and crystal particles of the garnet type ion conductive oxide can be obtained. It has been found that an electrode active material coated with the contained oxide electrolyte sintered body can be obtained.

前記一般式(1)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子とリチウムを含有するフラックスとを混合して用いることにより、焼結温度を低くし且つ焼結時の成形性を向上することができる理由は定かではないが、以下のように推測している。   The sintering temperature is lowered and the formability at the time of sintering is improved by mixing and using crystal particles of the garnet type ion conductive oxide represented by the above general formula (1) and a flux containing lithium. The reason why it can be done is not clear, but it is guessed as follows.

本開示の製造方法で得られた電極活物質を被覆する酸化物電解質焼結体中の前記一般式(2)のガーネット型イオン伝導性酸化物を分析すると、原料として使用した前記一般式(1)(Lix−3y−z,E,H)Lαβγで表されるガーネット型イオン伝導性酸化物よりも、Li元素の含有量比が増加し、プロトンの含有量比が減少している。
このことから、本開示の製造方法では、焼結工程で原料である一般式(1)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子中のプロトンと、フラックス中のLiイオンが置換していることが分かる。
まず、本開示の製造方法において、低温でガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子同士の接合が可能となる理由を、図2を参照しながら説明する。
図2の左側の図は、Liイオン(Li)の一部を水素イオン(H)に置換したガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子(図2においてLLZ粒子と表記)と、固体状態のフラックスとの複合体の「加熱前」の状態を示す図である。
そして、図2の中央の図は、上記複合体の「加熱初期」の状態を示す図である。図2の中央の図に示されるように、フラックスの融点まで混合体を加熱すると、フラックス中のLiイオン(Li)とアニオン(X)の結合、及び、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子中の水素イオン(H)と他の構成元素との結合は弱くなる。この時、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子中の水素イオン(H)とフラックスのLiイオン(Li)の置換が起こる。
最後に、図2の右側の図は、上記混合体の「加熱末期」の状態を示す図である。図2の右側の図に示されるように、フラックスのLiイオン(Li)は、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子の結晶内に取り込まれる。ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子の結晶内から出た水素イオン(H)は、フラックスのアニオン(X)と結合し、反応生成物を形成し、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子中には残らない。
When the garnet type ion conductive oxide of the said General formula (2) in the oxide electrolyte sintered compact which coat | covers the electrode active material obtained by the manufacturing method of this indication is analyzed, said said General formula (1) used as a raw material ) (Li x-3y-z , E y, than H z) L alpha garnet represented by M beta O gamma ion conductive oxide, the content ratio of Li element is increased, the content ratio of the proton Is decreasing.
From this, in the production method of the present disclosure, protons in crystal particles of the garnet-type ion conductive oxide represented by the general formula (1), which is a raw material, are substituted in the sintering step, and Li ions in the flux are substituted. Know that
First, the reason why bonding of crystal particles of garnet-type ion conductive oxide is possible at low temperature in the manufacturing method of the present disclosure will be described with reference to FIG.
The figure on the left side of FIG. 2 shows crystal particles of garnet type ion conductive oxide (denoted as LLZ particles in FIG. 2) in which a part of Li ions (Li + ) is replaced with hydrogen ions (H + ) It is a figure which shows the state of the "before heating" of a complex with the flux of (1).
And the figure of the center of FIG. 2 is a figure which shows the state of "the heating initial stage" of the said complex. As shown in the center of FIG. 2, when the mixture is heated to the melting point of the flux, the combination of Li ions (Li + ) and anions (X ) in the flux, and garnet-type ion conductive oxide The bond between hydrogen ions (H + ) in the crystal grains and the other constituent elements is weakened. At this time, substitution of hydrogen ions (H + ) in crystal particles of garnet-type ion conductive oxide and Li ions (Li + ) of the flux occurs.
Finally, the figure on the right side of FIG. 2 is a view showing the “end of heating” state of the mixture. As shown in the right side of FIG. 2, Li ions (Li + ) of the flux are incorporated into the crystals of garnet-type ion conductive oxide crystal particles. The hydrogen ions (H + ) emitted from the crystal particles of garnet-type ion conductive oxide combine with anions (X ) of the flux to form a reaction product, and garnet-type ion conductive oxide It does not remain in the crystal grains.

次に、本開示の製造方法において、成形性を向上できる理由について説明する。
一般式(1)において0≦z<0.75の範囲では、成形性を向上することはできなかった。
ここで、プロトンを含まない組成式LiLaZr12のガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を0.1MのHCl溶液に長時間浸漬して経過を観察すると、ある時点で図3に示すように、粒子に割れが生じる。なお、図3において割れが生じた面は、特定の結晶面であった。
プロトンを含まない組成式LiLaZr12のガーネット型イオン伝導性酸化物の粒子を、プロトンを含有する溶液に浸漬すると、ガーネット型イオン伝導性酸化物の粒子中のLiイオンがプロトンに置換されることが知られている。また、組成式LiLaZr12のガーネット型イオン伝導性酸化物では、Liイオンがプロトンに置換される量が一定量を超えると、結晶構造を維持できなくなることが知られている。
このような理由から、図3に示すように粒子中の特定の結晶面に沿って割れが生じた理由は、特定の結晶面においてLiイオンが一定量を超えてプロトンで置換されたことにより、当該結晶面に沿って結晶構造を維持できなくなったためであると推定される。
Next, the reason why the formability can be improved in the manufacturing method of the present disclosure will be described.
In the range of 0 ≦ z <0.75 in the general formula (1), the formability could not be improved.
Here, when the crystal particles of the garnet type ion conductive oxide of the composition formula Li 7 La 3 Zr 2 O 12 which does not contain protons are immersed in a 0.1 M HCl solution for a long time and the progress is observed, As shown in 3, cracks occur in the particles. In addition, the plane which the crack produced in FIG. 3 was a specific crystal plane.
When the particles of garnet type ion conductive oxide of composition formula Li 7 La 3 Zr 2 O 12 not containing protons are immersed in a solution containing protons, the Li ions in the garnet type ion conductive oxide particles become protons It is known to be replaced by In addition, it is known that in the garnet type ion conductive oxide of the composition formula Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , the crystal structure can not be maintained when the amount of substitution of Li ions with protons exceeds a certain amount. .
For this reason, as shown in FIG. 3, the reason for cracking along a specific crystal plane in the particle is that Li ions have been replaced by protons in a specific crystal plane in excess of a certain amount. It is presumed that this is because the crystal structure can not be maintained along the crystal plane.

本開示の製造方法の焼結工程のように、ガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子中のプロトンとLiイオンが置換することが可能な環境では、Liイオン又はプロトンと他の構成元素との結合が一時的に切断される。このような状態で結晶粒子に荷重を加えると、Liイオンとプロトンの交換が生じている粒子内の特定の結晶面にすべりが生じ、結晶構造を維持したまま塑性変形すると推定される。
ここで、一般式(1)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子において、0≦z<0.75の範囲では、プロトンは粒子表面に存在するが、特定の結晶面におけるプロトン含有量が少ないため、焼結工程で結晶面にすべりが生じにくく、成形性を向上することができないと考えられる。
これに対し、本開示の製造方法で使用する0.75≦z≦3.4の範囲の前記一般式(1)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子では、表面のみならず、上述した特定の結晶面にもプロトンが存在していることから、焼結工程で粒子中の特定の結晶面に存在するプロトンがフラックス中のLiと再置換する際に、当該結晶面ですべりが生じやすくなるため、成形性が向上すると推定される。
As in the sintering step of the production method of the present disclosure, in an environment in which protons and Li ions in the garnet-type ion conductive oxide crystal particles can be substituted, bonding of Li ions or protons with other constituent elements Is temporarily disconnected. When a load is applied to the crystal particles in such a state, it is presumed that a specific crystal plane in the particle in which exchange of Li ions and protons occurs is slipped, and plastic deformation occurs while maintaining the crystal structure.
Here, in the garnet type ion conductive oxide crystal particle represented by the general formula (1), protons exist on the particle surface in the range of 0 ≦ z <0.75, but the proton content in a specific crystal plane Since the amount is small, it is considered that the crystal face is unlikely to slip in the sintering step, and the formability can not be improved.
On the other hand, garnet-type ion conductive oxide crystal particles represented by the above general formula (1) in the range of 0.75 ≦ z ≦ 3.4 used in the manufacturing method of the present disclosure are not only surfaces, Since protons are also present in the specific crystal plane mentioned above, when protons present in a specific crystal plane in the particle are re-replaced with Li in the flux in the sintering step, slip occurs in the crystal plane. It is presumed that the formability is improved because it tends to occur.

(1)ガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子準備工程
本開示の製造方法は、一般式(1)(Lix−3y−z,E,H)Lαβγで表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を準備する工程を有する。
一般式(1)(Lix−3y−z,E,H)Lαβγ
(上記一般式(1)中、
EはAl、Ga、Fe及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Lはアルカリ土類金属及びランタノイド元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Mは酸素と6配位をとることが可能な遷移元素及び第12族〜第15族に属する典型元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
x、y、zは、3≦x−3y−z≦7、0≦y<0.22、0.75≦z≦3.4、を満たす実数である。
α、β、γは、それぞれ、2.5≦α≦3.5、1.5≦β≦2.5、11≦γ≦13の範囲内にある実数である。)
(1) A method of manufacturing a garnet-type ion conductive oxide crystal particles preparation process The present disclosure, the general formula (1) (Li x-3y -z, E y, H z) represented by L α M β O γ It has the process of preparing the crystal particle of garnet type ion conductive oxide.
Formula (1) (Li x-3y -z, E y, H z) L α M β O γ
(In the above general formula (1),
E represents at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Fe and Si.
L represents at least one element selected from the group consisting of alkaline earth metals and lanthanoid elements.
M represents at least one element selected from the group consisting of a transition element capable of having six coordination with oxygen and a typical element belonging to Groups 12 to 15.
x, y and z are real numbers satisfying 3 ≦ x−3y−z ≦ 7, 0 ≦ y <0.22, and 0.75 ≦ z ≦ 3.4.
α, β, and γ are real numbers within the range of 2.5 ≦ α ≦ 3.5, 1.5 ≦ β ≦ 2.5, and 11 ≦ γ ≦ 13, respectively. )

本開示の製造方法において、Liイオンを、後述するE元素イオン又はプロトンで置換した前記一般式(1)で表されるガーネット酸化物固体電解質を用いる。Liイオンをプロトンで特定量置換することで、低温で焼結すること及び成形性を向上することが可能となる。
ここで、図4に示すように、ガーネット酸化物固体電解質の結晶構造では、24dと96hに、Liイオンが存在する。本開示では、このLiサイトを、E元素又はプロトンで特定量置換したガーネット酸化物固体電解質を用いる。
本開示の製造方法では、図4に示す24dと96hサイトにおけるLi、E元素、及びプロトンの各組成比から求められるx−3y−zの値が、3≦x−3y−z≦7の範囲であるガーネット型イオン伝導性酸化物を用いる。x−3y−z>7である場合は、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶構造が立方晶から正方晶に変化し、結晶の対称性が損なわれ、Liイオン伝導率が低下する場合がある。また、上記一般式中のLiの組成がx−3y−z<3である場合は、ガーネット酸化物固体電解質の結晶構造中のLiが入る特有のサイトである96hサイトのポテンシャルが高くなり、結晶中にLiが入りにくくなることで、Li占有率が低下し、Liイオン伝導率が低下する場合がある。
In the production method of the present disclosure, a garnet oxide solid electrolyte represented by the above general formula (1) in which Li ions are substituted by E element ions or protons described later is used. By substituting a specific amount of Li ions with protons, it is possible to sinter at low temperature and improve formability.
Here, as shown in FIG. 4, in the crystal structure of the garnet oxide solid electrolyte, Li ions exist at 24 d and 96 h. In the present disclosure, a garnet oxide solid electrolyte in which this Li site is substituted by a specific amount of E element or proton is used.
In the manufacturing method of the present disclosure, the value of x-3y-z determined from the composition ratio of Li, E elements and protons at 24d and 96h sites shown in FIG. 4 is in the range of 3 ≦ x-3y-z ≦ 7. The garnet type ion conductive oxide is used. When x-3 y-z> 7, the crystal structure of the garnet-type ion conductive oxide changes from cubic to tetragonal, the symmetry of the crystal is lost, and the Li ion conductivity may decrease. . When the composition of Li in the above general formula is x-3y-z <3, the potential of the 96h site, which is a specific site into which Li is contained in the crystal structure of the garnet oxide solid electrolyte, is increased. By making it difficult for Li to enter therein, the Li occupancy rate may decrease and the Li ion conductivity may decrease.

本開示の製造方法において、前記一般式(1)中、元素Eとして、Liと同じ配位数である4配位をとり、且つ、Liと近いイオン半径(Li:0,59Å)を有する元素である、Al、Ga、Fe及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素が含まれるガーネット型イオン伝導性酸化物を用いる。
本開示の製造方法において、元素EイオンによるLiイオンの置換量を示すyが、0≦y<0.22の範囲であるガーネット型イオン伝導性酸化物を用いる。yを0以上とすることで結晶構造の安定性を向上させることができるが、yを0.22以上とすると、粒子が硬くなりすぎて成形性に影響が生じる場合がある。
また、結晶構造の安定性と成形性のバランスの観点から、前記一般式(1)中、EがAlである場合には、0≦y≦0.13の範囲としてもよい。
In the production method of the present disclosure, in the general formula (1), the element E has four coordination which is the same coordination number as Li and which has an ion radius (Li: 0, 59 Å) close to Li. A garnet type ion conductive oxide is used which contains at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Fe and Si.
In the manufacturing method of the present disclosure, a garnet-type ion conductive oxide in which y representing the substitution amount of Li ion by the element E ion is in the range of 0 ≦ y <0.22 is used. The stability of the crystal structure can be improved by setting y to 0 or more, but when y is set to 0.22 or more, the particles may become too hard to affect the formability.
Further, from the viewpoint of the balance between the stability of the crystal structure and the formability, when E in the general formula (1) is Al, it may be in the range of 0 ≦ y ≦ 0.13.

本開示の製造方法において、前記一般式(1)中、プロトンによるLiイオンの置換量を示すzが、0.75≦z≦3.4の範囲であるガーネット型イオン伝導性酸化物を用いる。前記一般式(1)中、zが、0.75≦z≦3.4の範囲であれば、結晶構造を大きく変化させることなく、成形性を向上することができるためである。
成形性を高める観点から、0.8≦z≦3.4であってもよいし、0.91≦z≦3.4であってもよい。
一般式(1)中、プロトンによるLiイオンの置換量を示すzの測定方法に特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。
In the manufacturing method of the present disclosure, a garnet type ion conductive oxide in which z representing the substitution amount of Li ion by proton in the general formula (1) is in the range of 0.75 ≦ z ≦ 3.4 is used. If z is in the range of 0.75 ≦ z ≦ 3.4 in the general formula (1), the formability can be improved without largely changing the crystal structure.
From the viewpoint of enhancing the formability, 0.8 ≦ z ≦ 3.4 may be satisfied, or 0.91 ≦ z ≦ 3.4.
There is no restriction | limiting in particular in the measuring method of z which shows substitution amount of Li ion by a proton in General formula (1), A well-known method can be used.

例えば、後述するように、プロトンを含有しないガーネット型イオン伝導性酸化物中のLiイオンをプロトンで置換して製造する場合には、当該置換処理前後のガーネット型イオン伝導性酸化物について誘導結合プラズマ(ICP)分析を行うことによって、間接的にzを算出することができる。
すなわち、ICP分析では、ガーネット型イオン伝導性酸化物中のプロトン量を直接定量することはできないが、プロトン置換処理前後のガーネット型イオン伝導性酸化物中のLiイオン量は定量できる。
置換処理前後のLiイオンの定量値の変化量は、プロトンによるLiイオンの置換量を示すため、置換処理前の分析値から置換処理後の分析値を減じた値を、zの値とすることができる。
For example, as described later, when manufacturing by substituting Li ions in a proton-free garnet-type ion conductive oxide with a proton, inductively coupled plasma is generated for the garnet-type ion conductive oxide before and after the substitution treatment. By performing (ICP) analysis, z can be calculated indirectly.
That is, in ICP analysis, the amount of protons in the garnet-type ion conductive oxide can not be directly quantified, but the amount of Li ions in the garnet-type ion conductive oxide before and after the proton substitution treatment can be quantified.
Since the amount of change in the quantitative value of Li ion before and after substitution treatment indicates substitution amount of Li ion by proton, let the value obtained by subtracting the analysis value after substitution treatment from the analysis value before substitution treatment be the value of z. Can.

また、例えば、質量分析(MS)装置と熱重量測定(Tg)装置を使用する方法によって、ガーネット型イオン伝導性酸化物試料中のz値を直接測定することもできる。   It is also possible to measure z-values directly in garnet-type ion-conductive oxide samples, for example by means of mass spectrometry (MS) and thermogravimetry (Tg) devices.

本開示の製造方法において、前記一般式(1)中、元素Lとして、アルカリ土類金属及びランタノイド元素のうち少なくとも1種の元素が、2.5≦α≦3.5の範囲で含まれるガーネット型イオン伝導性酸化物を用いる。前記一般式(1)中、前記元素Lの含有量比を示すαが、2.5≦α≦3.5の範囲であれば、結晶構造の安定性とイオン伝導性が高い酸化物電解質の焼結体が得られるためである。なお、本開示において、アルカリ土類金属とは、Ca、Sr、Ba、Raを含む概念である。より高いイオン伝導性を有する酸化物電解質の焼結体が得られる観点から、元素LはLaであってもよい。   In the production method of the present disclosure, a garnet in which at least one element of alkaline earth metal and lanthanoid element is contained as the element L in the general formula (1) in the range of 2.5 ≦ α ≦ 3.5. Type ion conductive oxide is used. In the general formula (1), when α indicating the content ratio of the element L is in the range of 2.5 ≦ α ≦ 3.5, the oxide electrolyte has high stability of the crystal structure and high ion conductivity. It is because a sintered compact is obtained. In the present disclosure, the alkaline earth metal is a concept including Ca, Sr, Ba, and Ra. From the viewpoint of obtaining a sintered body of an oxide electrolyte having higher ion conductivity, the element L may be La.

本開示の製造方法において、前記一般式(1)中、元素Mとして、酸素と6配位をとることが可能な遷移元素及び第12族〜第15族に属する典型元素のうち少なくとも1種の元素が1.5≦β≦2.5の範囲で含まれるガーネット型イオン伝導性酸化物を用いる。前記一般式(1)中、前記元素Mの含有量比を示すβが、1.5≦β≦2.5の範囲であれば、結晶構造の安定性とイオン伝導性が高い酸化物電解質の焼結体が得られるためである。
元素Mとしては、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Al、Ga、Ge、Sn、Sb、及びBi等が挙げられる。
上記元素Mの中でも、より高い結晶構造の安定性とイオン伝導性を有する酸化物電解質の焼結体が得られる観点から、元素Mは、Zr、Nb、及び、Taからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であってもよく、ZrとNb又はTaとの組み合わせであってもよい。
元素Mが、ZrとNb又はTaとの組み合わせである場合の上記組成中のZrの量は1.4〜1.75、Nb又はTaの量は0.25〜0.6であってもよい。
In the production method of the present disclosure, in the general formula (1), as the element M, at least one of a transition element capable of taking six coordination with oxygen and a typical element belonging to Groups 12 to 15 A garnet type ion conductive oxide is used in which the element is contained in the range of 1.5 ≦ β ≦ 2.5. In the general formula (1), when β indicating the content ratio of the element M is in the range of 1.5 ≦ β ≦ 2.5, the oxide electrolyte having high crystal structure stability and high ion conductivity It is because a sintered compact is obtained.
As the element M, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Al, Ga, Ge, Sn, Sb And Bi and the like.
Among the elements M, at least the element M is selected from the group consisting of Zr, Nb, and Ta from the viewpoint of obtaining a sintered body of an oxide electrolyte having higher crystal structure stability and ion conductivity. It may be a single element, or may be a combination of Zr and Nb or Ta.
When the element M is a combination of Zr and Nb or Ta, the amount of Zr in the above composition may be 1.4 to 1.75, and the amount of Nb or Ta may be 0.25 to 0.6. .

本開示の製造方法において、前記一般式(1)中、酸素Oの含有比を示すγが、11≦γ≦13の範囲で含まれるガーネット型イオン伝導性酸化物を用いる。γが上記範囲外である場合には、結晶構造が不安定になるためである。結晶構造安定化の観点からγ=12であってもよい。   In the production method of the present disclosure, a garnet-type ion conductive oxide is used in which γ indicating the content ratio of oxygen O is included in the range of 11 ≦ γ ≦ 13 in the general formula (1). When γ is out of the above range, the crystal structure becomes unstable. From the viewpoint of crystal structure stabilization, γ may be 12.

本開示の製造方法において、通常、常温で結晶として存在し、粒子形状である前記一般式(1)のガーネット型イオン伝導性酸化物を用いる。
本開示の製造方法において、前記一般式(1)のガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子の平均粒径は、特に限定されないが、0.1〜100μmの範囲内であってもよく、0.1〜3.0μmの範囲内であってもよい。
In the production method of the present disclosure, a garnet-type ion conductive oxide of the general formula (1), which is usually present as crystals at a normal temperature and is in the form of particles, is used.
In the production method of the present disclosure, the average particle diameter of the crystal particles of the garnet-type ion conductive oxide of the general formula (1) is not particularly limited, but may be in the range of 0.1 to 100 μm. It may be in the range of 1 to 3.0 μm.

本開示における粒子の平均粒径は、常法により算出される。粒子の平均粒径の算出方法の例は以下の通りである。まず、適切な倍率(例えば、5万〜100万倍)の透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope;以下、TEMと称する。)画像又は走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;以下、SEMと称する。)画像において、ある1つの粒子について、当該粒子を球状と見なした際の粒径を算出する。このようなTEM観察又はSEM観察による粒径の算出を、同じ種類の10〜100個の粒子について行い、これらの粒径の平均値を平均粒径とする。   The average particle size of the particles in the present disclosure is calculated by a conventional method. The example of the calculation method of the average particle diameter of particle | grains is as follows. First, a transmission electron microscope (Transmission Electron Microscope; hereinafter referred to as TEM) image or scanning electron microscope (hereinafter referred to as SEM) of an appropriate magnification (for example, 50,000 to 1,000,000 times). In the image, for one particle, the particle diameter when the particle is regarded as spherical is calculated. The calculation of the particle size by such TEM observation or SEM observation is performed for 10 to 100 particles of the same type, and an average value of these particle sizes is defined as an average particle size.

本開示の製造方法では、前記一般式(1)のガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を準備する工程において、前記一般式(1)のガーネット型イオン伝導性酸化物は、市販の結晶粒子を使用してもよいし、合成した結晶粒子を用いてもよい。
合成した結晶粒子を使用する場合には、前記一般式(1)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を準備する工程が、下記一般式(A)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物が得られる化学量論比となるように原料を混合し加熱することにより下記一般式(A)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を得る工程と、得られた一般式(A)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子中のLiをプロトンで置換することにより前記一般式(1)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物とする工程を有していてもよい。
一般式(A)(Lix−3y,E)Lαβγ
(上記一般式(A)中、
EはAl、Ga、Fe及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Lはアルカリ土類金属及びランタノイド元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Mは酸素と6配位をとることが可能な遷移元素及び第12族〜第15族に属する典型元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
x、yは、3≦x−3y≦7、0≦y<0.22を満たす実数である。
α、β、γは、それぞれ、2.5≦α≦3.5、1.5≦β≦2.5、11≦γ≦13の範囲内にある実数である。)
In the production method of the present disclosure, in the step of preparing crystal particles of the garnet type ion conductive oxide of the general formula (1), the garnet type ion conductive oxide of the general formula (1) is a commercially available crystal particle May be used, or synthesized crystal particles may be used.
When using the synthesized crystal particle, the step of preparing the crystal particle of the garnet type ion conductive oxide represented by the general formula (1) is a garnet type ion represented by the following general formula (A) Obtaining a crystal particle of a garnet-type ion-conductive oxide represented by the following general formula (A) by mixing and heating the raw materials so as to obtain a stoichiometric ratio at which the conductive oxide is obtained; Converting the Li in the garnet type ion conductive oxide crystal particle represented by the general formula (A) with a proton to obtain the garnet type ion conductive oxide represented by the general formula (1) You may have.
General formula (A) (Li x -3 y , E y ) L α M β O γ
(In the above general formula (A),
E represents at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Fe and Si.
L represents at least one element selected from the group consisting of alkaline earth metals and lanthanoid elements.
M represents at least one element selected from the group consisting of a transition element capable of having six coordination with oxygen and a typical element belonging to Groups 12 to 15.
x and y are real numbers satisfying 3 ≦ x−3 y ≦ 7 and 0 ≦ y <0.22.
α, β, and γ are real numbers within the range of 2.5 ≦ α ≦ 3.5, 1.5 ≦ β ≦ 2.5, and 11 ≦ γ ≦ 13, respectively. )

前記一般式(A)(Lix−3y,E)Lαβγで表されるガーネット型イオン伝導性酸化物は、前記一般式(1)(Lix−3y−z,E,H)Lαβγで表されるガーネット型イオン伝導性酸化物のプロトンがすべてLiイオンに置換された、プロトンを含まない化合物である。プロトンを含まないこと以外に関する説明は、前記一般式(1)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の説明と重複するため、ここでは記載を省略する。
前記一般式(A)(Lix−3y,E)Lαβγで表されるガーネット型イオン伝導性酸化物としては、例えば、LiLaZr12、Li6.4LaZr1.4Nb0.612、Li6.5LaZr1.7Nb0.312、Li6.8LaZr1.7Nb0.312、(Li6.2Al0.2)LaZr1.7Nb0.312、(Li5.8Al0.2)La(Zr1.4Nb0.6)O12、(Li6.1Al0.13)La(Zr1.4Nb0.6)O12、(Li6.3Al0.02)La(Zr1.4Nb0.6)O12、(Li6.2Ga0.2)LaZr1.7Nb0.312等が挙げられる。
本開示の製造方法において前記一般式(A)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物中のLiイオンをプロトンに置換する方法は、前記一般式(1)(Lix−3y−z,E,H)Lαβγで表されるガーネット型イオン伝導性酸化物を得ることができれば、特に限定されないが、置換量の制御を容易にする観点から、例えば、前記一般式(A)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の粉末を室温下、数分〜5日間、純水中で撹拌及び/又は純水中に浸漬する方法等を用いてもよい。
上述のように、Liイオンがプロトンに置換した量は、当該置換処理前後のガーネット型イオン伝導性酸化物中のLiイオン量から推定することができる。
Formula (A) (Li x-3y , E y) L α M β O garnet ion conductive oxide represented by γ, the general formula (1) (Li x-3y -z, E y H z ) It is a compound which does not contain a proton in which all the protons of the garnet type ion conductive oxide represented by L α M β O γ are substituted by Li ions. The description other than the absence of a proton overlaps with the description of the garnet-type ion conductive oxide represented by the general formula (1), and thus the description is omitted here.
As the general formula (A) (Li x-3y , E y) garnet ion conductive oxide represented by L α M β O γ, for example, Li 7 La 3 Zr 2 O 12, Li 6.4 La 3 Zr 1.4 Nb 0.6 O 12 , Li 6.5 La 3 Zr 1.7 Nb 0.3 O 12 , Li 6.8 La 3 Zr 1.7 Nb 0.3 O 12 , (Li 6 .2 Al 0.2 ) La 3 Zr 1.7 Nb 0.3 O 12 , (Li 5.8 Al 0.2 ) La 3 (Zr 1.4 Nb 0.6 ) O 12 , (Li 6.1) Al 0.13) La 3 (Zr 1.4 Nb 0.6) O 12, (Li 6.3 Al 0.02) La 3 (Zr 1.4 Nb 0.6) O 12, (Li 6.2 Ga 0.2) La 3 Zr 1.7 Nb 0.3 O 12 , and the like.
In the production method of the present disclosure, the method of substituting Li ions in the garnet type ion conductive oxide represented by the general formula (A) with protons is the method represented by the general formula (1) ( Lix-3y-z , E The garnet-type ion conductive oxide represented by y , H z ) L α M β O γ is not particularly limited as long as it can be obtained, but from the viewpoint of facilitating control of the substitution amount, for example, A method of stirring and / or immersing the powder of the garnet type ion conductive oxide represented by A) in pure water for several minutes to 5 days at room temperature may be used.
As described above, the amount of substitution of Li ions by protons can be estimated from the amount of Li ions in the garnet-type ion conductive oxide before and after the substitution treatment.

(2)フラックス準備工程
本開示の製造方法は、リチウムを含有するフラックスを準備する工程(フラックス準備工程)を有する。
本開示で使用するフラックスは、リチウムを含有するものであれば、特に限定されないが、前記一般式(1)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子からプロトンが離脱する温度付近に融点を持つものが好ましく、例えば、LiOH(融点:462℃)、LiNO(融点:260℃)、LiSO(融点:859℃)等が挙げられる。焼結温度を低温化する観点から、比較的融点が低いフラックスであるLiOH、LiNOであってもよい。
(2) Flux preparation process The manufacturing method of this indication has the process (flux preparation process) of preparing the flux containing lithium.
The flux used in the present disclosure is not particularly limited as long as it contains lithium, but it is around the temperature at which protons are released from the crystal particles of the garnet-type ion conductive oxide represented by the general formula (1). Those having a melting point are preferable, and examples thereof include LiOH (melting point: 462 ° C.), LiNO 3 (melting point: 260 ° C.), Li 2 SO 4 (melting point: 859 ° C.) and the like. From the viewpoint of lowering the sintering temperature, a flux having a relatively low melting point, such as LiOH or LiNO 3 , may be used.

(3)電極活物質準備工程
本開示の製造方法は、電極活物質を準備する工程を有する。
本開示で使用する電極活物質は、Liイオン電池に使用できるものであれば、負極活物質であっても、正極活物質であってもよい。
正極活物質としては、LiCoO、Li(Co,Mn,Ni)O、Li(Ni,Co,Al)O、LiFePO、LiMn、Li(Ni0.5Mn1.5)O、Li(CoMn)Oが挙げられる。また、負極活物質としては、LiTi12、Si、Sn、C(グラファイト)が挙げられる。
(3) Electrode Active Material Preparation Step The production method of the present disclosure has a step of preparing an electrode active material.
The electrode active material used in the present disclosure may be a negative electrode active material or a positive electrode active material as long as it can be used for a Li-ion battery.
As a positive electrode active material, LiCoO 2 , Li (Co, Mn, Ni) O 2 , Li (Ni, Co, Al) O 2 , LiFePO 4 , LiMn 2 O 4 , Li (Ni 0.5 Mn 1.5 ) O 4 and Li (CoMn) O 4 can be mentioned. As the negative electrode active material, Li 4 Ti 5 O 12, Si, Sn, include C (graphite) is.

(4)ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子とフラックスと電極活物質とを混合する工程
本開示の製造方法では、前記一般式(1)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子と前記Liを含有するフラックスと前記電極活物質とを混合する工程を有する。
ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子とフラックスと電極活物質とを混合する方法に、特に制限はなく、公知の方法を採用することができる。
ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子とフラックスと電極活物質とを混合する順番にも、特に制限はなく、例えばフラックス溶液中にガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子と電極活物質を加えた後に当該溶液を乾燥してもよいし、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子とフラックスとを混合して複合体を得た後に、電極活物質を混合してもよい。
前記ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子とフラックスとの複合体にも特に制限はないが、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子とフラックスが均一に混合された複合体としてもよいし、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子の表面がフラックスで被覆された複合体としてもよい。
ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子とフラックスとの混合比は、特に限定されないが、所望の酸化物電解質焼結体を効率よく得られるので、50:50(体積%)〜95:5(体積%)であってもよい。
また、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子と電極活物質との混合比も、特に限定されないが、電極活物質の表面を緻密に被覆するため、1:99(体積%)〜99:1(体積%)であってもよい。
(4) Step of Mixing Crystalline Particles of Garnet-Type Ion-Conductive Oxide, Flux, and Electrode Active Material In the production method of the present disclosure, crystals of garnet-type ion-conductive oxide represented by the above general formula (1) And a step of mixing particles, the flux containing Li, and the electrode active material.
There is no restriction | limiting in particular in the method to mix the crystal particle of garnet type ion conductive oxide, a flux, and an electrode active material, A well-known method is employable.
The order in which the garnet-type ion conductive oxide crystal particles, the flux, and the electrode active material are mixed is not particularly limited. For example, the garnet type ion conductive oxide crystal particles and the electrode active material are added to the flux solution. After that, the solution may be dried, or the electrode active material may be mixed after a crystal particle of garnet type ion conductive oxide and a flux are mixed to obtain a complex.
The complex of the garnet-type ion conductive oxide crystal particle and the flux is not particularly limited, but it may be a complex in which the garnet-type ion conductive oxide crystal particle and the flux are uniformly mixed. The surface of the crystal particle of garnet type ion conductive oxide may be a complex coated with flux.
The mixing ratio of crystal particles of garnet type ion conductive oxide to flux is not particularly limited, but a desired oxide electrolyte sintered body can be efficiently obtained, so 50: 50 (volume%) to 95: 5 ( It may be volume%).
Further, the mixing ratio of the crystal particles of the garnet type ion conductive oxide to the electrode active material is not particularly limited either, but in order to finely coat the surface of the electrode active material, 1:99 (volume%) to 99: 1 It may be (volume%).

(5)焼結工程
本開示の製造方法は、前記一般式(1)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子と前記Liを含有するフラックスと前記電極活物質との混合物を650℃以下の温度で加熱して焼結する工程を有する。
本開示によれば、前記一般式(1)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子と前記Liを含有するフラックスを使用することにより、従来よりも低温(例えば350℃)であっても、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子同士が焼結し、且つ、塑性変形が可能になるため、高いLiイオン伝導率を有する酸化物電解質焼結体で被覆された被覆率の高い電極活物質を得ることができる。
ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子は、650℃以下の温度では、化学的な安定性が高いため、電極活物質との反応を抑制することができる。そのため、本開示の製造方法では、焼結温度の上限値は、650℃以下とし、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子と電極活物質との反応を更に抑制する観点から、550℃以下であってもよい。
焼結温度の下限値は、フラックスの融点温度以上であればよく、前記一般式(1)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子中のプロトンとフラックス中のLiイオンの置換を促進して、粒子間の結着及び形成性を向上する観点から、350℃以上であってもよく、400℃以上であってもよい。
(5) Sintering Step The production method of the present disclosure comprises a mixture of crystal particles of the garnet-type ion conductive oxide represented by the general formula (1), a flux containing the Li, and the electrode active material. It has the process of heating and sintering at the temperature below ° C.
According to the present disclosure, by using crystal particles of the garnet-type ion conductive oxide represented by the general formula (1) and a flux containing the Li, the temperature is lower (for example, 350 ° C.) than conventional. However, the crystal particles of the garnet-type ion conductive oxide sinter together and enable plastic deformation, so that the coverage with the oxide electrolyte sintered body having high Li ion conductivity is high. An electrode active material can be obtained.
The crystal particles of the garnet-type ion conductive oxide have high chemical stability at a temperature of 650 ° C. or less, and therefore, the reaction with the electrode active material can be suppressed. Therefore, in the production method of the present disclosure, the upper limit of the sintering temperature is set to 650 ° C. or less, and from the viewpoint of further suppressing the reaction between the crystal particles of the garnet ion conductive oxide and the electrode active material, It may be.
The lower limit value of the sintering temperature may be equal to or higher than the melting point temperature of the flux, and promotes the substitution of protons in the garnet type ion conductive oxide crystal particles represented by the general formula (1) and Li ions in the flux. The temperature may be 350 ° C. or higher, or 400 ° C. or higher, from the viewpoint of improving adhesion and formation between particles.

焼結工程において、混合物または焼結体に付与する圧力に、特に限定はないが、緻密な酸化物電解質焼結体の被覆層を形成する観点から、大気圧を超える加圧条件下で加熱してもよい。加熱時の圧力の上限値は特に限定されないが、例えば、6ton/cm(≒588MPa)以下としてもよい。
焼結工程における、雰囲気は、特に限定されない。
In the sintering step, the pressure applied to the mixture or the sintered body is not particularly limited, but from the viewpoint of forming a dense oxide electrolyte sintered body covering layer, heating is performed under pressure conditions exceeding atmospheric pressure. May be Although the upper limit of the pressure at the time of heating is not particularly limited, it may be, for example, 6 ton / cm 2 (≒ 588 MPa) or less.
The atmosphere in the sintering step is not particularly limited.

焼結工程において焼結は、ホットプレス処理により行ってもよい。
ここで、ホットプレス処理とは、雰囲気調整された炉内で一軸方向に加圧しながら熱処理を行う方法である。
ホットプレス処理することで、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子が塑性変形するため、被覆率が向上するとともに、得られる酸化物電解質焼結体の被覆層が緻密化する。結果として、酸化物電解質焼結体粒子同士の接合が向上するため、酸化物電解質焼結体と電極活物質の界面及び酸化物電解質焼結体の被覆層内でのLiイオン伝導率が向上する。
ホットプレス処理の圧力は、1〜6ton/cm(≒98〜588MPa)であってもよい。また、ホットプレス処理の処理時間は、1〜600分であってもよい。
Sintering in the sintering step may be performed by hot pressing.
Here, hot pressing is a method of performing heat treatment while uniaxially pressing in a furnace in which the atmosphere is adjusted.
By hot pressing, the crystal particles of the garnet-type ion conductive oxide are plastically deformed, so that the coverage is improved and the covering layer of the obtained oxide electrolyte sintered body is densified. As a result, since the bonding between the oxide electrolyte sintered particles is improved, the Li ion conductivity in the interface between the oxide electrolyte sintered body and the electrode active material and in the covering layer of the oxide electrolyte sintered body is improved. .
The pressure of hot pressing may be 1 to 6 ton / cm 2 (≒ 98 to 588 MPa). Moreover, the processing time of the hot press processing may be 1 to 600 minutes.

本開示の製造方法の一例を、図5を参照しながら説明する。
まず、Liを含有するフラックスでコートした前記一般式(1)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子と電極活物質を準備する。次に乾式の粒子複合化装置を用いて活物質表面にフラックスでコートした前記一般式(1)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を被覆する。ここにカーボンなど除去可能な成分を加え混練後圧粉する。この状態で、650℃以下の温度で加熱することで、Liを含有するフラックスでコートした前記一般式(1)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子間で生じるLiイオンとプロトンのイオン交換反応により、結晶粒子の接合と変形を促進する。最後に酸素雰囲気下で加熱することによりカーボンを除去し、酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質を得る。
An example of the manufacturing method of the present disclosure will be described with reference to FIG.
First, crystal particles of a garnet-type ion conductive oxide represented by the above general formula (1) coated with a flux containing Li and an electrode active material are prepared. Next, crystalline particles of the garnet-type ion conductive oxide represented by the general formula (1) coated with flux on the surface of the active material are coated using a dry particle composite apparatus. A removable component such as carbon is added to this, and it is compacted after kneading. In this state, by heating at a temperature of 650 ° C. or less, Li ions and protons generated between crystal particles of the garnet-type ion conductive oxide represented by the above general formula (1) coated with a flux containing Li Ion exchange reaction to promote bonding and deformation of crystal particles. Finally, carbon is removed by heating in an oxygen atmosphere to obtain an electrode active material coated with an oxide electrolyte sintered body.

2.酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質
本開示の酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の第一態様は、
前記酸化物電解質焼結体は、下記一般式(2)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子間に粒界を有し、
前記結晶粒子の個数平均粒径が3μm以下であり、
前記結晶粒子の内部におけるイオン伝導抵抗である粒内抵抗値をRとし、前記結晶粒
子間の粒界におけるイオン伝導抵抗である粒界抵抗値をRgbとしたときに下記式1を満
たす酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質である。
式1:Rgb/(R+Rgb)≦0.6
一般式(2)(Lix−3y−z,E,H)Lαβγ
(上記一般式(2)中、
EはAl、Ga、Fe及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Lはアルカリ土類金属及びランタノイド元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Mは酸素と6配位をとることが可能な遷移元素及び第12族〜第15族に属する典型元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
x、y、zは、3≦x−3y−z≦7、0≦y<0.22、0≦z<3.4、を満たす実数である。
α、β、γは、それぞれ、2.5≦α≦3.5、1.5≦β≦2.5、11≦γ≦13の範囲内にある実数である。)
2. Electrode Active Material Coated with Oxide Electrolyte Sintered Body The first embodiment of the electrode active material coated with the oxide electrolyte sintered body of the present disclosure is
The oxide electrolyte sintered body has grain boundaries between crystal particles of a garnet-type ion conductive oxide represented by the following general formula (2),
The number average particle diameter of the crystal particles is 3 μm or less,
Oxidation satisfying the following formula 1 when the intragranular resistance value which is the ion conduction resistance in the inside of the crystal particle is R b and the grain boundary resistance value which is the ion conduction resistance in the grain boundary between the crystal particles is R gb It is an electrode active material coated with a substance electrolyte sintered body.
Formula 1: R gb / (R b + R gb ) ≦ 0.6
Formula (2) (Li x-3y -z, E y, H z) L α M β O γ
(In the above general formula (2),
E represents at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Fe and Si.
L represents at least one element selected from the group consisting of alkaline earth metals and lanthanoid elements.
M represents at least one element selected from the group consisting of a transition element capable of having six coordination with oxygen and a typical element belonging to Groups 12 to 15.
x, y and z are real numbers satisfying 3 ≦ x−3y−z ≦ 7, 0 ≦ y <0.22, 0 ≦ z <3.4.
α, β, and γ are real numbers within the range of 2.5 ≦ α ≦ 3.5, 1.5 ≦ β ≦ 2.5, and 11 ≦ γ ≦ 13, respectively. )

本開示の酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質において、酸化物電解質焼結体は、前記一般式(2)(Lix−3y−z,E,H)Lαβγで表されるガーネット型固体電解質粒子間に粒界を有する。
本開示の電極活物質を被覆する酸化物電解質焼結体中の前記一般式(2)のガーネット型イオン伝導性酸化物では、原料として使用した前記一般式(1)(Lix−3y−z,E,H)Lαβγで表されるガーネット型イオン伝導性酸化物中のプロトンが、フラックス中のLiイオンと置換することによってプロトンの含有量比zが減少するため、0≦z<3.4の範囲となる。
焼結工程において、プロトンがLiイオンに置換される以外の反応は生じないため、前記一般式(1)と前記一般式(2)のガーネット型イオン伝導性酸化物は、プロトンの含有量比z以外の組成に違いはない。
前記一般式(2)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物では、zが小さいほど、Liイオン伝導率が向上するため、0≦z≦0.9の範囲であってもよく、z=0であってもよい。
In the electrode active material coated with the oxide electrolyte sintered body of the present disclosure, the oxide electrolyte sintered body has the general formula (2) (Li x -3 y -z , E y , H z ) L α M β There are grain boundaries between garnet-type solid electrolyte particles represented by O γ .
In the garnet type ion conductive oxide of the general formula (2) in the oxide electrolyte sintered body which covers the electrode active material of the present disclosure, the general formula (1) (Li x -3 y-z ) used as a raw material , E y , H z ) L α M β O γ As the proton in the garnet-type ion conductive oxide represented by γ substitutes for Li ions in the flux, the proton content ratio z decreases. The range is 0 ≦ z <3.4.
The garnet type ion conductive oxide of the general formula (1) and the general formula (2) has a proton content ratio z because no reaction occurs except that protons are substituted by Li ions in the sintering step. There is no difference in the composition other than.
In the garnet type ion conductive oxide represented by the general formula (2), the Li ion conductivity is improved as z is smaller, so the range of 0 ≦ z ≦ 0.9 may be satisfied, z = It may be 0.

本開示の酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質において、酸化物電解質焼結体は、前記一般式(2)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子間に粒界を有する。当該粒界では、ガーネット型イオン伝導性酸化物粒子が、Liイオンを伝導することができる状態で接合している。
本開示の酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の第一態様では、前記結晶粒子の個数平均粒径が3μm以下であるという特徴を有する。
従来技術のガーネット型イオン伝導性酸化物を含有する焼結体では、粒子同士を接合するために、1000℃以上の温度が必要であった。1000℃以上では、粒成長が促進されるため、個数平均粒径を3μm以下とすることはできなかった。
これに対し、本開示の酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質では、650℃以下の温度で焼結されているため、焼結工程での粒成長が遅く、結晶粒子の個数平均粒径が小さく3μm以下であるという特徴を有する。
In the electrode active material coated with the oxide electrolyte sintered body of the present disclosure, the oxide electrolyte sintered body is a grain boundary between crystal particles of the garnet-type ion conductive oxide represented by the general formula (2). Have. At the grain boundaries, garnet type ion conductive oxide particles are joined in a state capable of conducting Li ions.
The first aspect of the electrode active material coated with the oxide electrolyte sintered body of the present disclosure is characterized in that the number average particle diameter of the crystal particles is 3 μm or less.
In the sintered body containing the garnet type ion conductive oxide of the prior art, a temperature of 1000 ° C. or more is necessary to bond the particles. At 1000 ° C. or higher, grain growth is promoted, so the number average particle diameter can not be 3 μm or less.
On the other hand, in the electrode active material coated with the oxide electrolyte sintered body of the present disclosure, since the electrode active material is sintered at a temperature of 650 ° C. or less, the grain growth in the sintering step is slow and the number average of crystal grains It is characterized in that the particle size is small and 3 μm or less.

ガーネット型イオン伝導性酸化物の焼結体において、イオン(例えば、リチウムイオン等)は、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子間の粒界、及び、結晶粒子の粒内の両方を伝導する。そのため、ガーネット型イオン伝導性酸化物焼結体のイオン伝導率は、粒界抵抗と粒内抵抗との和(全体抵抗)に基づいて定まる。例えば、全体抵抗が大きいとイオン伝導率が低くなり、全体抵抗が小さいとイオン伝導率が高くなる。また、一般的に、イオンは、結晶粒子内よりも結晶粒子間の方が伝導し難いと考えられることから、粒界抵抗は粒内抵抗に比較して大きいと考えられる。したがって、ガーネット型イオン伝導性酸化物の粒界の占める比率が低い程、酸化物電解質焼結体のイオン伝導率が高くなる。
本開示の酸化物電解質焼結体は、1000℃以上で焼結したときのガーネット型イオン伝導性酸化物の焼結体や、プロトン置換だけ行ったガーネット型イオン伝導性酸化物の焼結体と異なり、酸化物電解質焼結体内のイオン伝導において、粒界抵抗の割合が全体抵抗(粒内抵抗+粒界抵抗)の60%以下(Rgb/(R+Rgb)≦0.6)である。これにより、リチウムイオン伝導を阻害する要因が少なく、酸化物電解質焼結体のリチウムイオン伝導率が高い。
なお、粒内抵抗値Rと粒界抵抗値Rgbとの和である全体抵抗値(R+Rgb=Rtotal)に対する粒界抵抗値Rgbの比であるRgb/(R+Rgb)は、交流インピーダンス測定法により算出することができる。
In a garnet-type ion-conductive oxide sintered body, ions (eg, lithium ions) conduct both grain boundaries between crystal particles of garnet-type ion-conductive oxide and within the grains of crystal particles. . Therefore, the ion conductivity of the garnet-type ion conductive oxide sintered body is determined based on the sum (total resistance) of the grain boundary resistance and the intragranular resistance. For example, if the overall resistance is high, the ion conductivity will be low, and if the overall resistance is low, the ion conductivity will be high. In addition, since it is generally considered that ions are more difficult to conduct between crystal grains than in crystal grains, the grain boundary resistance is considered to be larger than the intragranular resistance. Therefore, the lower the ratio of the grain boundary of the garnet ion conductive oxide, the higher the ion conductivity of the oxide electrolyte sintered body.
The oxide electrolyte sintered body of the present disclosure is a sintered body of a garnet type ion conductive oxide when sintered at 1000 ° C. or higher, or a sintered body of a garnet type ion conductive oxide subjected only to proton substitution. Unlike in the ion conduction in the oxide electrolyte sintered body, the ratio of grain boundary resistance is 60% or less of the total resistance (intragrain resistance + grain boundary resistance) (R gb / (R b + R gb ) ≦ 0.6). is there. Thereby, the factor which inhibits lithium ion conduction is small, and the lithium ion conductivity of the oxide electrolyte sintered body is high.
Incidentally, the ratio of the grain boundary resistance Rgb for total resistance is the sum of the intragranular resistance R b and grain boundary resistance R gb (R b + R gb = R total) R gb / (R b + R gb ) Can be calculated by an AC impedance measurement method.

本開示の酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の第二態様は、
前記酸化物電解質焼結体は、下記一般式(2)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子間に粒界を有し、
前記結晶粒子間の粒界三重点にリチウムを含有するフラックスが存在し、
前記結晶粒子の内部におけるイオン伝導抵抗である粒内抵抗値をRとし、前記結晶粒子間の粒界におけるイオン伝導抵抗である粒界抵抗値をRgbとしたときに下記式1を満たす酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質である。
式1:Rgb/(R+Rgb)≦0.6
一般式(2)(Lix−3y−z,E,H)Lαβγ
(上記一般式(2)中、
EはAl、Ga、Fe及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Lはアルカリ土類金属及びランタノイド元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Mは酸素と6配位をとることが可能な遷移元素及び第12族〜第15族に属する典型元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
x、y、zは、3≦x−3y−z≦7、0≦y<0.22、0≦z<3.4、を満たす実数である。
α、β、γは、それぞれ、2.5≦α≦3.5、1.5≦β≦2.5、11≦γ≦13の範囲内にある実数である。)
According to a second aspect of the electrode active material coated with the oxide electrolyte sintered body of the present disclosure,
The oxide electrolyte sintered body has grain boundaries between crystal particles of a garnet-type ion conductive oxide represented by the following general formula (2),
A lithium-containing flux exists at the triple point of grain boundaries between the crystal grains,
Oxidation satisfying the following formula 1 when the intragranular resistance value which is the ion conduction resistance in the inside of the crystal particle is R b and the grain boundary resistance value which is the ion conduction resistance in the grain boundary between the crystal particles is R gb It is an electrode active material coated with a substance electrolyte sintered body.
Formula 1: R gb / (R b + R gb ) ≦ 0.6
Formula (2) (Li x-3y -z, E y, H z) L α M β O γ
(In the above general formula (2),
E represents at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Fe and Si.
L represents at least one element selected from the group consisting of alkaline earth metals and lanthanoid elements.
M represents at least one element selected from the group consisting of a transition element capable of having six coordination with oxygen and a typical element belonging to Groups 12 to 15.
x, y and z are real numbers satisfying 3 ≦ x−3y−z ≦ 7, 0 ≦ y <0.22, 0 ≦ z <3.4.
α, β, and γ are real numbers within the range of 2.5 ≦ α ≦ 3.5, 1.5 ≦ β ≦ 2.5, and 11 ≦ γ ≦ 13, respectively. )

本開示の酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の第二態様では、結晶粒子間の粒界三重点にリチウムを含有するフラックスが存在するという特徴を備える。
本開示の酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質は、1000℃以上で焼結したときの酸化物電解質焼結体や、プロトン置換だけ行った酸化物電解質焼結体と異なり、リチウムを含有するフラックスが結晶性の酸化物電解質の粒子同士の接合界面にはほとんど存在せず、図6に示すように結晶粒子間の空隙である粒界三重点に偏析している。
その他の特徴については、結晶粒子の個数平均粒径が3μm以下である特徴を備えていないことをのぞいて、第一態様と同様であるため、ここでは記載を省略する。
The second aspect of the electrode active material coated with the oxide electrolyte sintered body of the present disclosure has a feature that a lithium-containing flux is present at the grain boundary triple point between crystal particles.
The electrode active material coated with the oxide electrolyte sintered body of the present disclosure differs from the oxide electrolyte sintered body when sintered at 1000 ° C. or higher, or the oxide electrolyte sintered body subjected only to proton substitution, Is hardly present at the bonding interface between the particles of the crystalline oxide electrolyte, and segregates at grain boundary triple points, which are voids between crystal particles, as shown in FIG.
The other features are the same as those of the first embodiment except that the number average particle diameter of crystal particles is not 3 μm or less, and the description thereof is omitted here.

3.硫化物固体電池
本開示の硫化物固体電池は、正極、負極、並びに、当該正極及び当該負極の間に配置する硫化物固体電解質を有する硫化物固体電池であって、
前記正極又は負極は、2.に記載の酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質を有する。
本開示の硫化物固体電池では、正極活物質及び/又は負極活物質が、厚く緻密な酸化物電解質焼結体で被覆されているため、硫化物固体電解質と活物質との反応により界面抵抗が上昇することを抑制し、且つ、高いLiイオン伝導度を有するガーネット型酸化物固体電解質の粒子の焼結体であるため、内部抵抗が低い。
3. Sulfide Solid Battery The sulfide solid battery of the present disclosure is a sulfide solid battery having a positive electrode, a negative electrode, and a sulfide solid electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode,
The positive electrode or the negative electrode may And an electrode active material coated with the oxide electrolyte sintered body described in 4.
In the sulfide solid battery of the present disclosure, since the positive electrode active material and / or the negative electrode active material is covered with a thick and dense oxide electrolyte sintered body, the interfacial resistance is improved by the reaction between the sulfide solid electrolyte and the active material. Since it is a sintered body of particles of a garnet-type oxide solid electrolyte that suppresses rising and has high Li ion conductivity, the internal resistance is low.

1.被覆層に用いる酸化物電解質の焼結体の検討
まず、酸化物電解質焼結体の特性評価用試料を作製して、電極活物質の被覆に適用できるか否か検討を行った。
(1)酸化物電解質の焼結体の製造
(参考実験例1)
[ガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子準備工程]
Li6.75LaZr1.4Nb0.612の組成を有するガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子が得られるように、出発原料としてLiOH(HO)(Sigma−Aldrich社製)、La(OH)(株式会社高純度化学研究所製)、ZrO(株式会社高純度化学研究所製)、Nb(株式会社高純度化学研究所製)を化学量論量秤量し、各原料を混合し、混合物を得た。
フラックス中に溶融する上記混合物が2.5モル%となるように、上記混合物をフラックス(NaCl)とともに8時間かけて室温から950℃まで加熱し、950℃で20時間保持して、組成がLi6.75LaZr1.4Nb0.612であるガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子を得た。得られた結晶粒子の個数平均粒径は2.8μmであった。
上述のように得られたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子2.0gを室温下、純水100mL中に60分浸漬させ、Liイオンとプロトンとの置換を行い、参考実験例1で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子を得た。
水素イオン部分置換前後の結晶粒子についてICP分析を実施したところ、水素イオン部分置換前に6.75であったLiイオン含有量比は水素イオン部分置換前に6.00であったことから、ガーネット型イオン伝導性酸化物の組成中のLiがHと置換した量は0.75であると考えられた。
以上より、参考実験例1で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物粒子は、Li6.00.75LaZr1.4Nb0.612の組成を有することが明らかとなった。
1. Examination of Sintered Body of Oxide Electrolyte Used for Cover Layer First, a sample for property evaluation of the oxide electrolyte sintered body was prepared, and it was examined whether it could be applied to coating of an electrode active material.
(1) Production of sintered body of oxide electrolyte (Reference Experimental Example 1)
[Garnet-type ion conductive oxide crystal particle preparation process]
LiOH (H 2 O) (Sigma-Aldrich) as a starting material so as to obtain garnet-type ion conductive oxide crystal particles having a composition of Li 6.75 La 3 Zr 1.4 Nb 0.6 O 12 ), La (OH) 3 (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.), ZrO 2 (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.), Nb 2 O 5 (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.) Weighed and mixed each raw material to obtain a mixture.
The mixture is heated from room temperature to 950 ° C. over 8 hours with flux (NaCl) such that the mixture melted in the flux is 2.5 mol%, and held at 950 ° C. for 20 hours, the composition is Li Garnet-type ion conductive oxide crystal particles of 6.75 La 3 Zr 1.4 Nb 0.6 O 12 were obtained. The number average particle diameter of the obtained crystal particles was 2.8 μm.
2.0 g of garnet-type ion conductive oxide crystal particles obtained as described above were immersed in 100 mL of pure water at room temperature for 60 minutes to replace Li ions with protons, and were used in Reference Experimental Example 1 Garnet-type ion conductive oxide crystal particles were obtained.
As a result of performing ICP analysis on crystal particles before and after hydrogen ion partial substitution, the Li ion content ratio was 6.75 before hydrogen ion partial substitution was 6.00 before hydrogen ion partial substitution, so garnet The amount of Li replaced with H in the composition of the type ion conductive oxide was considered to be 0.75.
From the above, it was revealed that the garnet type ion conductive oxide particles used in Reference Experimental Example 1 had a composition of Li 6.0 H 0.75 La 3 Zr 1.4 Nb 0.6 O 12 .

[フラックス準備工程]
260℃に融点を持つLiNOをフラックスとして用いた。
[Flux preparation process]
LiNO 3 having a melting point of 260 ° C. was used as a flux.

[ガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子とフラックスとの混合工程]
準備したガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子とLiNO粉末を体積比が75:25となるように秤量した後、乾式で乳鉢にて混合することにより、参考実験例1で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子とフラックスとの複合体を得た。
[Mixing process of garnet type ion conductive oxide crystal particles and flux]
Garnet-type ion used in Reference Experimental Example 1 by weighing the prepared garnet-type ion conductive oxide crystal particles and LiNO 3 powder so as to have a volume ratio of 75:25 and then mixing them in a dry mortar. A complex of conductive oxide crystal particles and flux was obtained.

[焼結工程]
上述のように得られたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子とフラックスとの複合体を室温で圧粉し(荷重1ton/cm(≒98MPa))、得られた圧粉体に対して、ホットプレス(400℃、荷重3.2ton/cm(≒313MPa)、4時間)を行い参考実験例1の酸化物電解質の焼結体を得た。
[Sintering process]
The composite of garnet-type ion conductive oxide crystal particles obtained as described above and a flux is compressed at room temperature (load: 1 ton / cm 2 (≒ 98 MPa)), and the obtained green compact is Hot pressing (400 ° C., load: 3.2 ton / cm 2 (≒ 313 MPa), 4 hours) was performed to obtain a sintered body of the oxide electrolyte of Reference Experimental Example 1.

(参考実験例2)
以下のようにガーネット型イオン伝導性酸化物粒子を準備したこと以外は、参考実施例1と同様の方法で、参考実験例2で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子とフラックスとの複合体及び実験例2の酸化物電解質の焼結体を得た。
参考実験例1と同様の方法で、個数平均粒径は2.8μm、組成がLi6.4LaZr1.4Nb0.612であるガーネット型イオン伝導性酸化物粒子を得た。
得られたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子2.0gを室温下、純水200mL中に60分浸漬させ、水素イオンとLiイオンの部分置換を行い、参考実験例2で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子を得た。
参考実験例1と同様に水素イオン部分置換前後の結晶粒子についてICP分析を実施したところ、参考実験例2で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物粒子は、Li5.60.80LaZr1.4Nb0.612の組成を有することが明らかとなった。
(Reference Experiment 2)
Composite of garnet-type ion conductive oxide crystal particles and flux used in Reference Experimental Example 2 in the same manner as Reference Example 1 except that garnet-type ion conductive oxide particles were prepared as follows. A sintered body of the body and the oxide electrolyte of Experimental Example 2 was obtained.
A garnet type ion conductive oxide particle having a number average particle diameter of 2.8 μm and a composition of Li 6.4 La 3 Zr 1.4 Nb 0.6 O 12 was obtained by the same method as Reference Experimental Example 1. .
The garnet type ion used in Reference Experimental Example 2 was subjected to partial substitution of hydrogen ion and Li ion by immersing 2.0 g of the obtained garnet type ion conductive oxide crystal particles in 200 mL of pure water at room temperature for 60 minutes. Conductive oxide crystal particles were obtained.
When ICP analysis was performed on crystal particles before and after partial substitution of hydrogen ions in the same manner as in Reference Experimental Example 1, the garnet-type ion conductive oxide particles used in Reference Experimental Example 2 were Li 5.6 H 0.80 La 3 it has been found that a composition of Zr 1.4 Nb 0.6 O 12.

(参考実験例3)
以下のようにガーネット型イオン伝導性酸化物粒子を準備したこと以外は、参考実験例1と同様の方法で、参考実験例3で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子とフラックスとの複合体及び参考実験例3の酸化物電解質の焼結体を得た。
参考実験例1と同様の方法で、個数平均粒径は2.8μm、組成がLi6.4LaZr1.4Nb0.612であるガーネット型イオン伝導性酸化物粒子を得た。
得られたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子2.0gを室温下、純水300mL中に60分浸漬させ、水素イオンとLiイオンの部分置換を行い、参考実験例3で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子を得た。
参考実験例1と同様に水素イオン部分置換前後の結晶粒子についてICP分析を実施したところ、参考実験例3で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物粒子は、Li5.480.91LaZr1.4Nb0.612の組成を有することが明らかとなった。
(Reference Experiment Example 3)
Composite of garnet-type ion conductive oxide crystal particles and flux used in Reference Experimental Example 3 in the same manner as in Reference Experimental Example 1 except that garnet-type ion conductive oxide particles were prepared as follows. The sintered compact of the body and the oxide electrolyte of the reference experiment example 3 was obtained.
A garnet type ion conductive oxide particle having a number average particle diameter of 2.8 μm and a composition of Li 6.4 La 3 Zr 1.4 Nb 0.6 O 12 was obtained by the same method as Reference Experimental Example 1. .
The garnet type ion used in Reference Experimental Example 3 was subjected to partial substitution of hydrogen ions and Li ions by immersing 2.0 g of the garnet type ion conductive oxide crystal particles thus obtained in 300 mL of pure water at room temperature for 60 minutes. Conductive oxide crystal particles were obtained.
When ICP analysis was performed on crystal particles before and after partial substitution of hydrogen ions in the same manner as in Reference Experimental Example 1, the garnet-type ion conductive oxide particles used in Reference Experimental Example 3 were Li 5.48 H 0.91 La 3 it has been found that a composition of Zr 1.4 Nb 0.6 O 12.

(参考実験例4)
以下のようにガーネット型イオン伝導性酸化物粒子を準備したこと以外は、参考実験例1と同様の方法で、参考実験例4で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子とフラックスとの複合体及び参考実験例4の酸化物電解質の焼結体を得た。
参考実験例1と同様の方法で、個数平均粒径は2.8μm、組成がLi6.4LaZr1.4Nb0.612であるガーネット型イオン伝導性酸化物粒子を得た。
得られたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子2.0gを室温下、純水400mL中に60分浸漬させ、水素イオンとLiイオンの部分置換を行い、参考実験例4で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子を得た。
参考実験例1と同様に水素イオン部分置換前後の結晶粒子についてICP分析を実施したところ、参考実験例4で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物粒子は、Li4.61.8LaZr1.4Nb0.612の組成を有することが明らかとなった。
(Reference Experiment 4)
Composite of garnet-type ion conductive oxide crystal particles and flux used in Reference Experimental Example 4 in the same manner as Reference Experimental Example 1 except that garnet-type ion conductive oxide particles were prepared as follows. The sintered compact of the body and the oxide electrolyte of the reference experiment example 4 was obtained.
A garnet type ion conductive oxide particle having a number average particle diameter of 2.8 μm and a composition of Li 6.4 La 3 Zr 1.4 Nb 0.6 O 12 was obtained by the same method as Reference Experimental Example 1. .
The garnet type ion used in Reference Experimental Example 4 was subjected to partial substitution of hydrogen ion and Li ion by immersing 2.0 g of the garnet type ion conductive oxide crystal particles thus obtained in 400 mL of pure water at room temperature for 60 minutes. Conductive oxide crystal particles were obtained.
When ICP analysis was performed on crystal particles before and after the partial replacement of hydrogen ions in the same manner as in Reference Experimental Example 1, the garnet-type ion conductive oxide particles used in Reference Experimental Example 4 were Li 4.6 H 1.8 La 3 it has been found that a composition of Zr 1.4 Nb 0.6 O 12.

(参考実験例5)
以下のようにガーネット型イオン伝導性酸化物粒子を準備したこと以外は、参考実験例1と同様の方法で、参考実験例5で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子とフラックスとの複合体及び参考実験例5の酸化物電解質の焼結体を得た。
参考実験例1と同様の方法で、個数平均粒径が2.8μm、組成がLi6.4LaZr1.4Nb0.612であるガーネット型イオン伝導性酸化物粒子を得た。
得られたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子2.0gを室温下、純水500mL中に48時間浸漬させ、水素イオンとLiイオンの部分置換を行い、参考実験例5で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子を得た。
参考実験例1と同様に水素イオン部分置換前後の結晶粒子についてICP分析を実施したところ、参考実験例5で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物粒子は、Li3.03.4LaZr1.4Nb0.612の組成を有することが明らかとなった。
(Reference Experiment 5)
Composite of garnet-type ion conductive oxide crystal particles and flux used in Reference Experimental Example 5 in the same manner as Reference Experimental Example 1 except that garnet-type ion conductive oxide particles were prepared as follows. The sintered compact of the body and the oxide electrolyte of the reference experiment example 5 was obtained.
A garnet-type ion conductive oxide particle having a number average particle diameter of 2.8 μm and a composition of Li 6.4 La 3 Zr 1.4 Nb 0.6 O 12 was obtained by the same method as Reference Experimental Example 1. .
The garnet-type ion used in Reference Experimental Example 5 was subjected to partial substitution of hydrogen ions and Li ions by immersing 2.0 g of the garnet-type ion conductive oxide crystal particles thus obtained in 500 mL of pure water at room temperature for 48 hours. Conductive oxide crystal particles were obtained.
When ICP analysis was performed on crystal particles before and after partial replacement of hydrogen ions in the same manner as in Reference Experimental Example 1, the garnet-type ion conductive oxide particles used in Reference Experimental Example 5 were Li 3.0 H 3.4 La 3 it has been found that a composition of Zr 1.4 Nb 0.6 O 12.

(参考比較例1)
以下のようにガーネット型イオン伝導性酸化物粒子を準備したこと以外は、参考実験例1と同様の方法で、参考比較例1で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子とフラックスとの複合体及び参考比較例1の酸化物電解質の焼結体を得た。
参考実験例1と同様の方法で組成がLi6.4LaZr1.4Nb0.612のガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子を得た。得られたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子は、水素置換を行わず、そのまま参考比較例1で用いるガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子とした。
(Reference Comparative Example 1)
A composite of garnet-type ion conductive oxide crystal particles and flux used in Reference Comparative Example 1 in the same manner as in Reference Experimental Example 1 except that garnet-type ion conductive oxide particles were prepared as follows. The sintered compact of the body and the oxide electrolyte of the reference comparative example 1 was obtained.
The composition in the same manner as in Reference Example 1 to obtain a garnet-type ion conductive oxide crystal grains of Li 6.4 La 3 Zr 1.4 Nb 0.6 O 12. The obtained garnet-type ion conductive oxide crystal particles were not subjected to hydrogen substitution, and were used as garnet-type ion conductive oxide crystal particles used in Reference Comparative Example 1 as they were.

(参考比較例2)
以下のようにガーネット型イオン伝導性酸化物粒子を準備したこと以外は、参考実験例1と同様の方法で、参考比較例2で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子とフラックスとの複合体及び参考比較例2の酸化物電解質の焼結体を得た。
参考実験例1と同様の方法で、個数平均粒径は2.8μm、組成がLi6.4LaZr1.4Nb0.612であるガーネット型イオン伝導性酸化物粒子を得た。
得られたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子2.0gを室温下、純水50mL中に30分浸漬させ、水素イオンとLiイオンの部分置換を行い、参考比較例2で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子を得た。
実験例1と同様に水素イオン部分置換前後の結晶粒子についてICP分析を実施したところ、参考比較例2で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物粒子は、Li6.270.13LaZr1.4Nb0.612の組成を有することが明らかとなった。
(Reference Comparative Example 2)
Composite of garnet-type ion conductive oxide crystal particles and flux used in Reference Comparative Example 2 in the same manner as in Reference Experimental Example 1 except that garnet-type ion conductive oxide particles were prepared as follows. The sintered compact of the body and the oxide electrolyte of the reference comparative example 2 was obtained.
A garnet type ion conductive oxide particle having a number average particle diameter of 2.8 μm and a composition of Li 6.4 La 3 Zr 1.4 Nb 0.6 O 12 was obtained by the same method as Reference Experimental Example 1. .
The garnet-type ion used in Reference Comparative Example 2 was subjected to partial substitution of hydrogen ion and Li ion by immersing 2.0 g of the garnet-type ion conductive oxide crystal particles thus obtained in 50 mL of pure water at room temperature for 30 minutes. Conductive oxide crystal particles were obtained.
When ICP analysis was performed on crystal particles before and after partial substitution of hydrogen ions in the same manner as in Experimental Example 1, the garnet-type ion conductive oxide particles used in Reference Comparative Example 2 were Li 6.27 H 0.13 La 3 Zr It became clear that it had a composition of 1.4 Nb 0.6 O 12 .

(参考比較例3)
以下のようにガーネット型イオン伝導性酸化物粒子を準備したこと以外は、参考実験例1と同様の方法で、参考比較例3で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子とフラックスとの複合体及び参考比較例3の酸化物電解質の焼結体を得た。
参考実験例1と同様の方法で、個数平均粒径が2.8μm、組成がLi6.4LaZr1.4Nb0.612であるガーネット型イオン伝導性酸化物粒子を得た。
得られたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子2.0gを室温下、純水100mL中に60分浸漬させ、水素イオンとLiイオンの部分置換を行い、参考比較例3で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子を得た。
参考実験例1と同様に水素イオン部分置換前後の結晶粒子についてICP分析を実施したところ、参考比較例3で用いたガーネット型イオン伝導性酸化物粒子は、Li6.00.4LaZr1.4Nb0.612の組成を有することが明らかとなった。
(Reference Comparative Example 3)
A composite of garnet-type ion conductive oxide crystal particles and a flux used in Reference Comparative Example 3 in the same manner as in Reference Experimental Example 1 except that garnet-type ion conductive oxide particles were prepared as follows. The sintered compact of the body and the oxide electrolyte of the reference comparative example 3 was obtained.
A garnet-type ion conductive oxide particle having a number average particle diameter of 2.8 μm and a composition of Li 6.4 La 3 Zr 1.4 Nb 0.6 O 12 was obtained by the same method as Reference Experimental Example 1. .
The garnet type ion used in Reference Comparative Example 3 was subjected to partial substitution of hydrogen ion and Li ion by immersing 2.0 g of the obtained garnet type ion conductive oxide crystal particles in 100 mL of pure water at room temperature for 60 minutes. Conductive oxide crystal particles were obtained.
When ICP analysis was performed on crystal particles before and after partial substitution of hydrogen ions in the same manner as in Reference Experimental Example 1, the garnet-type ion conductive oxide particles used in Reference Comparative Example 3 were Li 6.0 H 0.4 La 3 it has been found that a composition of Zr 1.4 Nb 0.6 O 12.

(2)酸化物電解質の焼結体の評価
(2−1)相対密度の測定
参考実験例1〜5、参考比較例1〜3の酸化物電解質の焼結体の密度を測定し、一般的なガーネット酸化物の真密度である5.10g/cmを100%とした場合の相対密度を算出した。
相対密度が高いほど、酸化物電解質が塑性変形しやすく、成形性が高いと評価することができる。
(2−2)電子顕微鏡観察
参考実験例1〜5、参考比較例1〜3の酸化物電解質の焼結体表面に対し、SEM観察を行った。
SEM観察では、粒子の形状による塑性変形の度合い評価及び、酸化物電解質焼結体中の結晶粒子の個数平均粒径の算出を行った。
(2−3)X線結晶回折(XRD)
参考実験例1〜5、参考比較例1〜3の酸化物電解質の焼結体に対し、X線結晶回折を行った。X線結晶回折では、結晶性を評価した。
(2−4)リチウムイオン伝導率測定
参考実験例1〜5、参考比較例1〜3で製造した酸化物電解質焼結体について、リチウムイオン伝導率の測定を行った。リチウムイオン伝導率は、交流インピーダンス測定法により、ポテンシオスタット1470(Solartron社製)、及び、インピーダンスアナライザーFRA1255B(Solartron社製)を用いて、電圧振幅25mV、測定周波数F:0.1Hz〜1MHz、測定温度25℃、常圧条件下で測定した。
また、交流インピーダンス測定結果から、参考実験例1〜5、参考比較例1〜3で製造した酸化物電解質焼結体について、粒内抵抗値Rと粒界抵抗値Rgbとの和である全体抵抗値(R+Rgb=Rtotal)に対する粒界抵抗値Rgbの比Rgb/(R+Rgb=Rtotal)を算出した。
(2) Evaluation of Sintered Body of Oxide Electrolyte (2-1) Measurement of Relative Density The density of the sintered body of the oxide electrolyte of Reference Experimental Examples 1 to 5 and Reference Comparative Examples 1 to 3 was measured The relative density was calculated assuming that the true density of the garnet oxide was 5.10 g / cm 3 as 100%.
As the relative density is higher, the oxide electrolyte is more likely to be plastically deformed and it can be evaluated that the formability is higher.
(2-2) Electron microscopic observation SEM observation was performed with respect to the sintered compact surface of the oxide electrolyte of the reference experiment examples 1-5 and the reference comparative examples 1-3.
In SEM observation, evaluation of the degree of plastic deformation by the shape of particles and calculation of the number average particle diameter of crystal particles in the oxide electrolyte sintered body were performed.
(2-3) X-ray crystal diffraction (XRD)
X-ray crystal diffraction was performed on the sintered bodies of the oxide electrolytes of Reference Experimental Examples 1 to 5 and Reference Comparative Examples 1 to 3. The crystallinity was evaluated by X-ray crystal diffraction.
(2-4) Lithium Ion Conductivity Measurement Lithium ion conductivity was measured for the oxide electrolyte sintered body manufactured in Reference Experimental Examples 1 to 5 and Reference Comparative Examples 1 to 3. The lithium ion conductivity was measured by an alternating current impedance measurement method using a potentiostat 1470 (manufactured by Solartron) and an impedance analyzer FRA 1255B (manufactured by Solartron) at a voltage amplitude of 25 mV and a measurement frequency F of 0.1 Hz to 1 MHz. The temperature was measured at 25 ° C. under normal pressure.
Further, the AC impedance measurement results, Reference Experiment Example 1-5, the oxide electrolyte sintered body manufactured in Reference Comparative Examples 1 to 3 is the sum of the intragranular resistance R b and grain boundary resistance R gb total resistance was calculated the ratio of the grain boundary resistance R gb for (R b + R gb = R total) R gb / (R b + R gb = R total).

表2に使用したガーネット型酸化物電解質結晶粒子の特性と酸化物電解質の焼結体の評価結果とまとめて示す。また、図7には原料として用いた一般式(1)(Lix−3y−z,E,H)Lαβγで表されるガーネット型酸化物電解質結晶粒子中のHの含有量比であるzと得られた酸化物電解質の焼結体の相対密度の関係を示す。 The characteristics of the garnet-type oxide electrolyte crystal particles used in Table 2 and the evaluation results of the sintered body of the oxide electrolyte are collectively shown. Further, FIG. 7 shows that H in the garnet-type oxide electrolyte crystal particles represented by the general formula (1) (Li x -3 y -z , E y , H z ) L α M β O γ used as the raw material The relation between the content ratio z and the relative density of the obtained sintered body of the oxide electrolyte is shown.

表2及び図7に示すように、(Lix−3y−z,E,H)Lαβγで表されるガーネット型酸化物電解質結晶粒子のうち、Hを含有していない参考比較例1のガーネット型酸化物電解質結晶粒子を原料として用いた、参考比較例1の焼結体は相対密度が70%と低かった。また、Hの含有量比zが0.13であるガーネット型酸化物電解質結晶粒子を用いた参考比較例2、及び、zが0.4であるガーネット型酸化物電解質結晶粒子を用いた参考比較例3の焼結体も相対密度が80%未満と低かった。図13及び図14に示すように参考比較例2及び参考比較例3の焼結体のプレス表面のSEM画像から、ガーネット型酸化物電解質結晶粒子がほとんど変形しておらず、空隙が大きいことが分かる。
従って、(Lix−3y−z,E,H)Lαβγで表されるガーネット型酸化物電解質結晶粒子では、zが0.4以下では、成形性に劣ることが明らかとなった。
これに対し、表2に示すように、(Lix−3y−z,E,H)Lαβγで表されるガーネット型酸化物電解質結晶粒子のうち、Hの含有量比が0.75≦z≦3.4の範囲であるガーネット型酸化物電解質結晶粒子を用いた参考実験例1〜5の焼結体は相対密度が85%以上と高かった。図8〜10に示すように参考実験例1、3及び5の焼結体のプレス表面のSEM画像から、結晶構造が維持された状態でガーネット型酸化物電解質結晶粒子が程よく変形し、空隙が狭いことが分かる。なお、参考実験例1〜5の焼結体では空隙である粒界3重点に、フラックスが存在していた。
また、参考実験例1〜5の焼結体では、ガーネット型イオン伝導性酸化物の平均結晶粒径が3μm以下であり、Rgb/(R+Rgb=Rtotal)は0.6以下であり、粒子界面が十分に接合し、粒界抵抗も十分に小さいことが明らかとなった。
以上より、前記一般式(1)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を準備する工程と、リチウムを含有するフラックスを準備する工程と、前記ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子と前記フラックスとを混合して複合体とする工程と、前記複合体を加熱して焼結する工程と、を有する酸化物電解質焼結体の製造方法は低温でも、焼結性及び成形性に優れていることが明らかとなった。
As shown in Table 2 and Figure 7, it does not contain the (Li x-3y-z, E y, H z) L α M β O of the garnet-type oxide electrolyte crystal grains represented by the gamma, H The sintered body of Reference Comparative Example 1 using the garnet-type oxide electrolyte crystal particles of Reference Comparative Example 1 as a raw material had a relative density as low as 70%. In addition, Reference Comparative Example 2 using garnet-type oxide electrolyte crystal particles having a content ratio z of H of 0.13 and reference comparison using garnet-type oxide electrolyte crystal particles having az of 0.4. The sintered body of Example 3 also had a low relative density of less than 80%. From the SEM images of the pressed surfaces of the sintered bodies of Reference Comparative Example 2 and Reference Comparative Example 3 as shown in FIG. 13 and FIG. 14, the garnet-type oxide electrolyte crystal particles are hardly deformed and the voids are large. I understand.
Thus, in (Li x-3y-z, E y, H z) L α M β O garnet-type oxide electrolyte crystal grains represented by the gamma, the z is 0.4 or less, clear that poor moldability It became.
In contrast, as shown in Table 2, (Li x-3y- z, E y, H z) of L α M β O γ represented by garnet-type oxide electrolyte crystal grains, the content ratio of the H The sintered bodies of Reference Experimental Examples 1 to 5 using garnet type oxide electrolyte crystal particles having a range of 0.75 ≦ z ≦ 3.4 had a relative density as high as 85% or more. As shown in FIGS. 8 to 10, from the SEM images of the pressed surfaces of the sintered bodies of Reference Experimental Examples 1, 3 and 5, the garnet-type oxide electrolyte crystal particles are moderately deformed while the crystal structure is maintained, and the voids are I understand that it is narrow. In addition, in the sintered compact of the reference experiment examples 1-5, the flux existed in the grain boundary triple point which is a space | gap.
Further, in the sintered bodies of Reference Experimental Examples 1 to 5, the average crystal grain size of the garnet-type ion conductive oxide is 3 μm or less, and R gb / (R b + R gb = R total ) is 0.6 or less. It became clear that the grain boundaries were well bonded and the grain boundary resistance was sufficiently small.
As mentioned above, the process of preparing the crystal particle of the garnet type ion conductive oxide represented by said General formula (1), the process of preparing the flux containing lithium, and the crystal | crystallization of said garnet type ion conductive oxide The method of producing an oxide electrolyte sintered body comprising the steps of mixing particles and the flux to form a composite, and heating and sintering the composite, the sinterability and the formability at low temperatures It became clear that it was excellent.

2.酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の評価
1.の酸化物電解質焼結体の評価結果が電極活物質を被覆した場合にも反映されるかについて検討を行った。
(1)酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の製造
(実施例1)
[ガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子準備工程]
参考実験例3と同様にLi5.480.91LaZr1.4Nb0.612の組成を有するガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子を得た。
2. Evaluation of electrode active material coated with oxide electrolyte sintered body It was examined whether the evaluation results of the oxide electrolyte sintered body of the above were also reflected when the electrode active material was coated.
(1) Production of electrode active material coated with oxide electrolyte sintered body (Example 1)
[Garnet-type ion conductive oxide crystal particle preparation process]
To obtain a garnet-type ion conductive oxide crystal particles having a composition in the same manner as in Reference Experiment Example 3 Li 5.48 H 0.91 La 3 Zr 1.4 Nb 0.6 O 12.

[フラックス準備工程]
260℃に融点を持つLiNO、及び、462℃に融点を持つLiOHをフラックスとして用いた。
60℃の純水にLiNOを過飽和になるまで溶解し、25℃まで冷却した。冷却により飽和度が低下して析出したLiNOをろ過して除くことにより、25℃のLiNO飽和溶液を得た。同様の手順で、25℃のLiOH飽和溶液を準備した。飽和溶液中のLiNO、及び、LiOH濃度を測定した。
[Flux preparation process]
LiNO 3 having a melting point of 260 ° C. and LiOH having a melting point of 462 ° C. were used as the flux.
LiNO 3 was dissolved in pure water at 60 ° C. to supersaturation, and cooled to 25 ° C. The degree of saturation was lowered by cooling, and the precipitated LiNO 3 was filtered out to obtain a saturated solution of LiNO 3 at 25 ° C. In the same manner, a saturated solution of LiOH at 25 ° C. was prepared. The LiNO 3 and LiOH concentrations in the saturated solution were measured.

[電極活物質準備工程]
電極活物質であるLi(Ni1/3Co1/3Mn1/3)Oを準備した。
[Electrode active material preparation process]
An electrode active material, Li (Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 ) O 2 was prepared.

[ガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子とフラックスと電極活物質の混合工程]
上述のように準備したLiNO飽和溶液、LiOH飽和溶液、及び、Li5.480.91LaZr1.4Nb0.612の組成を有するガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子を、モル比でLiNO:LiOH:ガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子が、0.45:0.45:1.00となるように秤量した。
秤量後、LiNO飽和溶液、及び、LiOH飽和溶液を無水エタノールで約10〜20倍程度に希釈した状態で混合し、秤量したガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子を投入した。
このように得られた混合液を、25℃のドライルーム中で蒸散させることにより、フラックスで被覆されたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子を得た。
このように得られたフラックスで被覆されたガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子と、準備した活物質であるLi(Ni1/3Co1/3Mn1/3)Oが体積比で25:75となるように乳鉢で乾式混合した。
[Mixing process of garnet type ion conductive oxide crystal particles, flux and electrode active material]
Garnet type ion conductive oxide crystal particles having the composition of LiNO 3 saturated solution, LiOH saturated solution, and Li 5.48 H 0.91 La 3 Zr 1.4 Nb 0.6 O 12 prepared as described above Were weighed so that the molar ratio of LiNO 3 : LiOH: garnet-type ion conductive oxide crystal particles was 0.45: 0.45: 1.00.
After weighing, the LiNO 3 saturated solution and the LiOH saturated solution were mixed in a state of being diluted about 10 to 20 times with absolute ethanol and mixed, and the weighed garnet type ion conductive oxide crystal particles were charged.
The mixed solution thus obtained was evaporated in a dry room at 25 ° C. to obtain flux coated garnet-type ion conductive oxide crystal particles.
The garnet type ion conductive oxide crystal particles coated with the flux thus obtained and the prepared active material Li (Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 ) O 2 in volume ratio 25 The mixture was dry mixed in a mortar so as to be: 75.

[焼結工程]
上述のように得られた混合粉末を一軸成形器に投入し、ホットプレス(400℃、荷重4.0ton/cm、4時間)を行い実施例1の酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質を得た。
[Sintering process]
The mixed powder obtained as described above was introduced into a uniaxial former, and hot pressed (400 ° C., 4.0 tons / cm 2 load, 4 hours) to perform coating on the oxide electrolyte sintered body of Example 1 An electrode active material was obtained.

(比較例1)
参考比較例3と同様にLi6.00.4LaZr1.4Nb0.612の組成を有するガーネット型イオン伝導性酸化物粒子を準備したこと以外は、実施例1と同様の方法で、比較例1の酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質を得た。
(Comparative example 1)
Example 1 was repeated except that garnet type ion conductive oxide particles having a composition of Li 6.0 H 0.4 La 3 Zr 1.4 Nb 0.6 O 12 were prepared in the same manner as in Reference Comparative Example 3. An electrode active material coated with the oxide electrolyte sintered body of Comparative Example 1 was obtained by the same method.

(2)電子顕微鏡観察
実施例1、比較例1の酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質断面に対し、SEM観察を行った。図11、12に実施例1のSEM観察画像、図15に比較例1のSEM観察画像を示す。
(2) Electron Microscope Observation SEM observation was performed on the cross section of the electrode active material coated with the oxide electrolyte sintered body of Example 1 and Comparative Example 1. 11 and 12 show an SEM observation image of Example 1, and FIG. 15 shows an SEM observation image of Comparative Example 1.

図15に示すように、比較例1のSEM観察画像では、ガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子に割れが生じ、電極活物質の表面を被覆することができていなかった。
これに対し、図11、12に示すように、実施例1のSEM観察画像では、ガーネット型イオン伝導性酸化物結晶粒子同士が適度に変形しながら接合し、電極活物質の表面を被覆していることが明らかとなった。また、被覆層の酸化物電解質の焼結体は表2で示した参考実験例3の特性を備えるものであったため、参考実験例1〜5の酸化物電解質焼結体の製造条件を満たせば、酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質を得られると考えられる。
As shown in FIG. 15, in the SEM observation image of Comparative Example 1, the garnet type ion conductive oxide crystal particles were cracked, and the surface of the electrode active material could not be coated.
On the other hand, as shown in FIGS. 11 and 12, in the SEM observation image of Example 1, garnet-type ion conductive oxide crystal particles are joined while appropriately deformed to cover the surface of the electrode active material. It became clear that In addition, since the sintered body of the oxide electrolyte of the covering layer had the characteristics of Reference Experimental Example 3 shown in Table 2, if the manufacturing conditions of the oxide electrolyte sintered body of Reference Experimental Examples 1 to 5 are satisfied. It is considered that an electrode active material coated with an oxide electrolyte sintered body can be obtained.

以上より、前記一般式(1)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を準備する工程と、リチウムを含有するフラックスを準備する工程と、電極活物質を準備する工程と、前記ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子と、前記フラックスと、前記電極活物質とを混合とする工程と、前記混合物を650℃以下の温度で加熱して焼結する工程と、を有する本開示の製造方法であれば、ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を含有する酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質が得られることが明らかとなった。   As mentioned above, the process of preparing the crystal particle of the garnet type ion conductive oxide represented by the said General formula (1), the process of preparing the flux containing lithium, the process of preparing an electrode active material, and the said The present disclosure includes the steps of mixing crystal particles of garnet-type ion conductive oxide, the flux, and the electrode active material, and sintering the mixture at a temperature of 650 ° C. or less. It has become apparent that an electrode active material coated with an oxide electrolyte sintered body containing crystal particles of a garnet-type ion conductive oxide can be obtained by the method according to the present invention.

Claims (4)

酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の製造方法であって、
下記一般式(1)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子を準備する工程と、
リチウムを含有するフラックスを準備する工程と、
電極活物質を準備する工程と、
前記ガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子と、前記フラックスと、前記電極活物質とを混合とする工程と、
前工程で得られた混合物を650℃以下の温度で加熱して焼結する工程と、を有することを特徴とする酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質の製造方法。
一般式(1)(Lix−3y−z,E,H)Lαβγ
(上記一般式(1)中、
EはAl、Ga、Fe及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Lはアルカリ土類金属及びランタノイド元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Mは酸素と6配位をとることが可能な遷移元素及び第12族〜第15族に属する典型元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
x、y、zは、3≦x−3y−z≦7、0≦y<0.22、0.75≦z≦3.4、を満たす実数である。
α、β、γは、それぞれ、2.5≦α≦3.5、1.5≦β≦2.5、11≦γ≦13の範囲内にある実数である。)
A method for producing an electrode active material coated with an oxide electrolyte sintered body, comprising:
Preparing crystal particles of a garnet-type ion conductive oxide represented by the following general formula (1):
Preparing a flux containing lithium;
Preparing an electrode active material;
Mixing the crystal particles of the garnet ion conductive oxide, the flux, and the electrode active material;
And sintering the mixture obtained in the previous step at a temperature of 650 ° C. or less. A method of producing an electrode active material coated with an oxide electrolyte sintered body, comprising the steps of:
Formula (1) (Li x-3y -z, E y, H z) L α M β O γ
(In the above general formula (1),
E represents at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Fe and Si.
L represents at least one element selected from the group consisting of alkaline earth metals and lanthanoid elements.
M represents at least one element selected from the group consisting of a transition element capable of having six coordination with oxygen and a typical element belonging to Groups 12 to 15.
x, y and z are real numbers satisfying 3 ≦ x−3y−z ≦ 7, 0 ≦ y <0.22, and 0.75 ≦ z ≦ 3.4.
α, β, and γ are real numbers within the range of 2.5 ≦ α ≦ 3.5, 1.5 ≦ β ≦ 2.5, and 11 ≦ γ ≦ 13, respectively. )
酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質であって、
前記酸化物電解質焼結体は、下記一般式(2)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子間に粒界を有し、
前記結晶粒子の個数平均粒径が3μm以下であり、
前記結晶粒子の内部におけるイオン伝導抵抗である粒内抵抗値をRとし、前記結晶粒子間の粒界におけるイオン伝導抵抗である粒界抵抗値をRgbとしたときに下記式1を満たす酸化物電解質焼結体で被覆されることを特徴とする、電極活物質。
式1:Rgb/(R+Rgb)≦0.6
一般式(2)(Lix−3y−z,E,H)Lαβγ
(上記一般式(2)中、
EはAl、Ga、Fe及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Lはアルカリ土類金属及びランタノイド元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Mは酸素と6配位をとることが可能な遷移元素及び第12族〜第15族に属する典型元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
x、y、zは、3≦x−3y−z≦7、0≦y<0.22、0≦z<3.4、を満たす実数である。
α、β、γは、それぞれ、2.5≦α≦3.5、1.5≦β≦2.5、11≦γ≦13の範囲内にある実数である。)
An electrode active material coated with an oxide electrolyte sintered body,
The oxide electrolyte sintered body has grain boundaries between crystal particles of a garnet-type ion conductive oxide represented by the following general formula (2),
The number average particle diameter of the crystal particles is 3 μm or less,
Oxidation satisfying the following formula 1 when the intragranular resistance value which is the ion conduction resistance in the inside of the crystal particle is R b and the grain boundary resistance value which is the ion conduction resistance in the grain boundary between the crystal particles is R gb What is claimed is: 1. An electrode active material, which is coated with a substance electrolyte sintered body.
Formula 1: R gb / (R b + R gb ) ≦ 0.6
Formula (2) (Li x-3y -z, E y, H z) L α M β O γ
(In the above general formula (2),
E represents at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Fe and Si.
L represents at least one element selected from the group consisting of alkaline earth metals and lanthanoid elements.
M represents at least one element selected from the group consisting of a transition element capable of having six coordination with oxygen and a typical element belonging to Groups 12 to 15.
x, y and z are real numbers satisfying 3 ≦ x−3y−z ≦ 7, 0 ≦ y <0.22, 0 ≦ z <3.4.
α, β, and γ are real numbers within the range of 2.5 ≦ α ≦ 3.5, 1.5 ≦ β ≦ 2.5, and 11 ≦ γ ≦ 13, respectively. )
酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質であって、
前記酸化物電解質焼結体は、下記一般式(2)で表されるガーネット型イオン伝導性酸化物の結晶粒子間に粒界を有し、
前記結晶粒子間の粒界三重点にリチウムを含有するフラックスが存在し、
前記結晶粒子の内部におけるイオン伝導抵抗である粒内抵抗値をRとし、前記結晶粒子間の粒界におけるイオン伝導抵抗である粒界抵抗値をRgbとしたときに下記式1を満たす酸化物電解質焼結体で被覆されることを特徴とする、電極活物質。
式1:Rgb/(R+Rgb)≦0.6
一般式(2)(Lix−3y−z,E,H)Lαβγ
(上記一般式(2)中、
EはAl、Ga、Fe及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Lはアルカリ土類金属及びランタノイド元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
Mは酸素と6配位をとることが可能な遷移元素及び第12族〜第15族に属する典型元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。
x、y、zは、3≦x−3y−z≦7、0≦y<0.22、0≦z<3.4、を満たす実数である。
α、β、γは、それぞれ、2.5≦α≦3.5、1.5≦β≦2.5、11≦γ≦13の範囲内にある実数である。)
An electrode active material coated with an oxide electrolyte sintered body,
The oxide electrolyte sintered body has grain boundaries between crystal particles of a garnet-type ion conductive oxide represented by the following general formula (2),
A lithium-containing flux exists at the triple point of grain boundaries between the crystal grains,
Oxidation satisfying the following formula 1 when the intragranular resistance value which is the ion conduction resistance in the inside of the crystal particle is R b and the grain boundary resistance value which is the ion conduction resistance in the grain boundary between the crystal particles is R gb What is claimed is: 1. An electrode active material, which is coated with a substance electrolyte sintered body.
Formula 1: R gb / (R b + R gb ) ≦ 0.6
Formula (2) (Li x-3y -z, E y, H z) L α M β O γ
(In the above general formula (2),
E represents at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Fe and Si.
L represents at least one element selected from the group consisting of alkaline earth metals and lanthanoid elements.
M represents at least one element selected from the group consisting of a transition element capable of having six coordination with oxygen and a typical element belonging to Groups 12 to 15.
x, y and z are real numbers satisfying 3 ≦ x−3y−z ≦ 7, 0 ≦ y <0.22, 0 ≦ z <3.4.
α, β, and γ are real numbers within the range of 2.5 ≦ α ≦ 3.5, 1.5 ≦ β ≦ 2.5, and 11 ≦ γ ≦ 13, respectively. )
正極、負極、並びに、当該正極及び当該負極の間に配置する硫化物固体電解質を有する硫化物固体電池であって、
前記正極又は負極は、請求項2又は請求項3に記載の酸化物電解質焼結体で被覆された電極活物質を有することを特徴とする、硫化物固体電池。
A sulfide solid battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a sulfide solid electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode,
The said positive electrode or a negative electrode has an electrode active material coat | covered with the oxide electrolyte sintered compact of Claim 2 or Claim 3, The sulfide solid battery characterized by the above-mentioned.
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