JP6565724B2 - ガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物及び全固体型リチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
前記元素Tは、前記ガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物の総量に対し、25mol%≦T≦100mol%の量を含有することを特徴とする。
2.5mol%≦Al2O3≦15mol%
25mol%≦M≦100mol%
であることを特徴とする。
前記Alは、前記ガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物の総量に対し、Al2O3として2.5mol%≦Al2O3≦15mol%の量を含有し、
前記元素Tは、前記ガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物の総量に対し、25mol%≦T≦100mol%の量を含有することを特徴とする。
このガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物に添加される元素Tは、ガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物の粉末を高周波誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP)にて定量すればよい。
2.5mol%≦Al2O3≦15mol%
25mol%≦M≦100mol%
である。
本実施形態のガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物の製造方法の1例について説明する。この酸化物の製造方法は、(1)リチウム化合物などの原料とAl2O3を添加して混合粉砕する工程、(2)所定の仮焼温度で仮焼粉末を得る仮焼工程、(3)元素TまたはM(MはNiO、CuO、CoO4/3、FeO3/2の中から選択される1種以上の酸化物)として添加して混合粉砕する工程、(4)粉末を成形する工程、(5)焼成を行う工程であり、以下各工程順に説明する。
リチウム化合物などの原料とAl2O3を添加して混合する工程では、化学式LiXLa3Zr2O12(式中Xは6≦X≦8)の各元素を含む出発原料を前記化学式の化学量論比になるようにそれぞれ秤量し混合する。また、このとき、A12O3を化学式LiXLa3Zr2O12(式中Xは6≦X≦8)に対してmol%で、2.5mol%以上15mol%以下の範囲内にすることにより、イオン伝導度の高いガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物を得ることができる。混合方法は、溶媒に入れずに乾式で混合粉砕してもよいし、溶媒に入れて湿式で混合粉砕するものとしてもよいが、溶媒に入れて湿式の混合粉砕を行うことが混合性の向上の面からは好ましい。この混合方法は、例えば、遊星ミル、アトライター、ボールミルなどを用いることができる。溶媒としては、Liが溶解しにくいものが好ましく、例えばエタノールなどの有機溶媒がより好ましい。混合時間は混合量にもよるが、例えば1h〜32hとすることができる。
仮焼工程では、原料を混合する工程で得られた混合粉末を仮焼する。この時の仮焼温度は出発原料の状態変化(例えばガスの発生とか相変化など)が起きる温度以上、焼成時の温度未満とするのが好ましい。例えば、出発原料として、LiCO3を用いた場合には、この炭酸塩が分解する温度以上、焼成時の温度未満とすることが好ましい。こうすれば、のちの焼成において、熱分解でのガス発生による密度の低下を抑制することができる。具体的には仮焼温度は、800℃〜1000℃とすることが好ましい。
元素TまたはM(MはNiO、CuO、CoO4/3、FeO3/2の中から選択される1種以上の酸化物)として添加して混合粉砕する工程では、所定の仮焼温度で仮焼粉末を得る仮焼工程で得られた粉末に、所望のNiO、CuO、CoO4/3、FeO3/2の中から選択される1種以上の酸化物を所定量添加して混合粉砕する。混合粉砕する方法は例えば、遊星ミル、アトライター、ボールミルなどを用いることができる。溶媒としてはLiが溶解しにくいものが好ましく、例えばエタノールなどの有機溶媒がより好ましい。混合粉砕時間は、混合量にもよるが、例えば1h〜32hとすることができる。
粉末を成形する工程では、第2副成分を添加して混合粉砕する工程で得られた粉末を成形する。成形体は冷間等方成形(CIP)や熱間等方成形(HIP)、金型成形、ホットプレスなどにより任意の形状に行うことができる。またドクターブレードやロールコーター等を用いたシート工法による成形方法等もあげられる。
焼成を行う工程では、粉末を成形する工程で得られた成形体について焼成を行う。これにより本実施形態のガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物が得られる。
焼成雰囲気は大気雰囲気中で実施することもできるが還元雰囲気中で実施されることがより好ましい。大気雰囲気中では焼結体の密度は高くなるがイオン伝導度が低下するからである。これは大気雰囲気中ではNiとLLZが反応し、イオン伝導度の低い異相の発生を多量に伴うためである。焼成温度は目的とするガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物の結晶化温度以上であればよいが、例えば1050℃〜1150℃の範囲内であることがより好ましい。1050℃未満では高い密度の焼結体を得ることができず、1150℃を超えるとLiの揮発や異相(La2Zr2O7)の生成が認められるようになり、イオン伝導度が低下するためである。また焼成時間は2時間〜20時間の範囲内で行うことがより好ましい。
本実施形態の全固体リチウム二次電池は、図5に示す通り、正極1と、負極2と固体電解質3から構成され、固体電解質3は、LixLa3Zr2O12(6≦x≦8)で表されるガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物において、Al2O3及びM(MはNiO、CuO、CoO4/3、FeO3/2の中から選択される1種以上の酸化物)を含有し、Al2O3及びMの含有量が、
2.5mol%≦Al2O3≦15mol%
25mol%≦M≦100mol%
で表されることを特徴とする、このような構成の全固体型リチウム二次電池にすることで、従来に比して実用的な二次電池となっている。
リチウム二次電池に使用されている従来公知の正極活物質及び負極活物質を含むことができ、常法により製造される。
正極活物質としては特に制限はなく、従来公知の全固体電池に用いられる正極活物質を用いることができる。こうした正極活物質の具体例としては、二酸化マンガン(MnO2)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物(例えば、LixMn2O4又はLixMnO2)、リチウムニッケル複合酸化物(例えば、LixNiO2)、リチウムコバルト複合酸化物(例えば、LixCoO2)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えば、LiNi1−yCoyO2)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えば、LiMnyCo1−yO2)、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物(例えば、LixMn2−yNiyO4)、オリビン構造を有するリチウムリン酸化合物(例えば、LixFePO4、LixFe1−yMnyPO4、LixCoPO4、LiVOPO4)、ナシコン構造を有するリチウムリン酸化合物(例えば、LixV2(PO4)3、Li2VOP2O7、Li2VP2O7、Li4(VO)(PO4)2、及びLi9V3(P2O7)3(PO4)2)、硫酸鉄(Fe2(SO4)3)、バナジウム酸化物(例えば、V2O5)などを挙げることができる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用して用いてもよい。なお、これらの化学式中、x,yは1<x<5,0<y<1の範囲であることが好ましい。これらのなかでは、LiCoO2、LiNiO2、LixV2(PO4)3、LiFePO4が好ましい。
負極活物質としては特に制限はなく、従来公知の全固体電池に用いられる負極活物質を用いることができる。例えば、カーボン、金属リチウム(Li)、金属化合物、金属酸化物、Li金属化合物、Li金属酸化物(リチウム−遷移金属複合酸化物を含む)、ホウ素添加炭素、グラファイト、ナシコン構造を有する化合物などを挙げることができる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用して用いてもよい。例えば、上記金属リチウム(Li)を用いた場合には、全固体電池の容量を拡大させることができる。上記カーボンとしては、例えば、グラファイトカーボン、ハードカーボン、ソフトカーボンなど、従来公知のカーボン材料を挙げることができる。上記金属化合物としては、LiAl、LiZn、Li3Bi、Li3Sd、Li4Si、Li4.4Sn、Li0.17C(LiC6)等を挙げることができる。上記金属酸化物としては、SnO、SnO2、GeO、GeO2、In2O、In2O3、Ag2O、AgO、Ag2O3、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、SiO、ZnO、CoO、NiO、TiO2、FeO等を挙げることができる。Li金属化合物としては、Li3FeN2、Li2.6Co0.4N、Li2.6Cu0.4N等を挙げることができる。Li金属酸化物(リチウム−遷移金属複合酸化物)としては、Li4Ti5O12で表されるリチウム−チタン複合酸化物等を挙げることができる。上記ホウ素添加炭素としては、ホウ素添加カーボン、ホウ素添加グラファイト等を挙げることができる。
本実施形態の全固体型リチウムイオン二次電池の集電体を構成する材料は、導電率が大きい材料を用いるのが好ましく、例えば、銀、パラジウム、金、プラチナ、アルミニウム、銅、ニッケルなどを用いるのが好ましい。特に、銅はリン酸チタンアルミニウムリチウムと反応し難く、さらにリチウムイオン二次電池の内部抵抗の低減に効果があるため好ましい。集電体を構成する材料は、正極と負極で同じであってもよいし、異なっていてもよい。
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び、負極集電体層の各材料をペースト化し、塗布乾燥してグリーンシートを作製し、係るグリーンシートを積層し、作製した積層体を同時に焼成することにより製造する。
出発原料にはLi化合物(Li2CO3)、La化合物(La2O3)、Zr化合物(ZrO2)、Al2O3、NiOを用いた。はじめに、出発原料をモル比がLi:La:Zr=7:3:2となるように秤量し、Al2O3を下記の表1のようになるようにそれぞれ秤量した。その後、エタノール中にてボールミル(回転数120rpm/ジルコニアボール)で16時間、混合粉砕を行った。得られたスラリーをボールとエタノールから分離したのち、アルミナ製坩堝中にて、900℃、5時間大気雰囲気で仮焼を行った。得られた仮焼粉末の主成分であるLi7La3Zr2O12に対して、NiOを50mol%となるように秤量し、これらの粉末をエタノール中にてボールミル(120rpm/ジルコニアボール)で16時間、混合・粉砕を行った。得られたスラリーをボールとエタノールから分離し乾燥後、粉砕粉末を得た。次にそれらの粉砕粉末に対して、有機系バインダーを添加し顆粒を作製した。その顆粒をφ10mmの金型を用い、7kNにて円盤状に成形した。成形体は白金板上で1100℃の焼結温度で2時間還元雰囲気下(5%H2/95%N2)にて焼成を行い、円盤状の焼結体試料を得た。
出発原料にはLi化合物(Li2CO3)、La化合物(La2O3)、Zr化合物(ZrO2)、Al2O3、NiOを用いた。はじめに、出発原料をモル比がLi:La:Zr=7:3:2となるように秤量し、Al2O3を10mol%となるように秤量した。その後、エタノール中にてボールミル(回転数120rpm/ジルコニアボール)で16時間、混合粉砕を行った。得られたスラリーをボールとエタノールから分離したのち、アルミナ製坩堝中にて、900℃、5時間大気雰囲気で仮焼を行った。得られた仮焼粉末の主成分であるLi7La3Zr2O12に対して、NiOを下記表2のようになるように秤量し、これらの粉末をエタノール中にてボールミル(120rpm/ジルコニアボール)で16時間、混合・粉砕を行った。得られたスラリーをボールとエタノールから分離し乾燥後、粉砕粉末を得た。次にそれらの粉砕粉末に対して、有機系バインダーを添加し顆粒を作製した。その顆粒をφ10mmの金型を用い、7kNにて円盤状に成形した。成形体は白金板上で1100℃の焼結温度で2時間還元雰囲気下(5%H2/95%N2)にて焼成を行い、円盤状の焼結体試料を得た。
出発原料にはLi化合物(Li2CO3)、La化合物(La2O3)、Zr化合物(ZrO2)、Al2O3、CoO4/3を用いた。はじめに、出発原料をモル比がLi:La:Zr=7:3:2となるように秤量し、Al2O3を10mol%となるように秤量し、エタノール中にてボールミル(回転数120rpm/ジルコニアボール)で16時間、混合粉砕を行った。得られたスラリーをボールとエタノールから分離したのち、アルミナ製坩堝中にて、900℃、5時間大気雰囲気で仮焼を行った。得られた仮焼粉末の主成分であるLi7La3Zr2O12に対して、CoO4/3を50mol%となるように秤量し、これらの粉末をエタノール中にてボールミル(120rpm/ジルコニアボール)で16時間、混合・粉砕を行った。得られたスラリーをボールとエタノールから分離し乾燥後、粉砕粉末を得た。次にそれらの粉砕粉末に対して、有機系バインダーを添加し顆粒を作製した。その顆粒をφ10mmの金型を用い、7kNにて円盤状に成形した。成形体は白金板上で1100℃の焼結温度で2時間還元雰囲気下(5%H2/95%N2)にて焼成を行い、円盤状の焼結体試料を得た。
出発原料にはLi化合物(Li2CO3)、La化合物(La2O3)、Zr化合物(ZrO2)、Al2O3、CuOを用いた。はじめに、出発原料をモル比がLi:La:Zr=7:3:2となるように秤量し、Al2O3を10mol%となるように秤量し、エタノール中にてボールミル(回転数120rpm/ジルコニアボール)で16時間、混合粉砕を行った。得られたスラリーをボールとエタノールから分離したのち、アルミナ製坩堝中にて、900℃、5時間大気雰囲気で仮焼を行った。得られた仮焼粉末の主成分であるLi7La3Zr2O12に対して、CuOを50mol%となるように秤量し、これらの粉末をエタノール中にてボールミル(120rpm/ジルコニアボール)で16時間、混合・粉砕を行った。得られたスラリーをボールとエタノールから分離し乾燥後、粉砕粉末を得た。次にそれらの粉砕粉末に対して、有機系バインダーを添加し顆粒を作製した。その顆粒をφ10mmの金型を用い、7kNにて円盤状に成形した。成形体は白金板上で1100℃の焼結温度で2時間還元雰囲気下(5%H2/95%N2)にて焼成を行い、円盤状の焼結体試料を得た。
出発原料にはLi化合物(Li2CO3)、La化合物(La2O3)、Zr化合物(ZrO2)、Al2O3、FeO3/2を用いた。はじめに、出発原料をモル比がLi:La:Zr=7:3:2となるように秤量し、Al2O3を10mol%となるように秤量し、エタノール中にてボールミル(回転数120rpm/ジルコニアボール)で16時間、混合粉砕を行った。得られたスラリーをボールとエタノールから分離したのち、アルミナ製坩堝中にて、900℃、5時間大気雰囲気で仮焼を行った。得られた仮焼粉末の主成分であるLi7La3Zr2O12に対して、FeO3/2を50mol%となるように秤量し、これらの粉末をエタノール中にてボールミル(120rpm/ジルコニアボール)で16時間、混合・粉砕を行った。得られたスラリーをボールとエタノールから分離し乾燥後、粉砕粉末を得た。次にそれらの粉砕粉末に対して、有機系バインダーを添加し顆粒を作製した。その顆粒をφ10mmの金型を用い、7kNにて円盤状に成形した。成形体は白金板上で1100℃の焼結温度で2時間還元雰囲気下(5%H2/95%N2)にて焼成を行い、円盤状の焼結体試料を得た。
出発原料にはLi化合物(Li2CO3)、La化合物(La2O3)、Zr化合物(ZrO2)、Al化合物(Al2O3)、NiO、CoO4/3を用いた。はじめに、出発原料をモル比がLi:La:Zr=7:3:2となるように秤量し、Al2O3を10mol%となるように秤量し、エタノール中にてボールミル(回転数120rpm/ジルコニアボール)で16時間、混合粉砕を行った。得られたスラリーをボールとエタノールから分離したのち、アルミナ製坩堝中にて、900℃、5時間大気雰囲気で仮焼を行った。得られた仮焼粉末の主成分であるLi7La3Zr2O12に対して、NiOを25mol%、CoO4/3を25mol%となるように秤量し、これらの粉末をエタノール中にてボールミル(120rpm/ジルコニアボール)で16時間、混合・粉砕を行った。得られたスラリーをボールとエタノールから分離し乾燥後、粉砕粉末を得た。次にそれらの粉砕粉末に対して、有機系バインダーを添加し顆粒を作製した。その顆粒をφ10mmの金型を用い、7kNにて円盤状に成形した。成形体は白金板上で1100℃の焼結温度で2時間還元雰囲気下(5%H2/95%N2)にて焼成を行い、円盤状の焼結体試料を得た。
出発原料にはLi化合物(Li2CO3)、La化合物(La2O3)、Zr化合物(ZrO2)、Al2O3、CuO、FeO3/2を用いた。はじめに、出発原料をモル比がLi:La:Zr=7:3:2となるように秤量し、Al2O3を10mol%となるように秤量し、エタノール中にてボールミル(回転数120rpm/ジルコニアボール)で16時間、混合粉砕を行った。得られたスラリーをボールとエタノールから分離したのち、アルミナ製坩堝中にて、900℃、5時間大気雰囲気で仮焼を行った。得られた仮焼粉末の主成分であるLi7La3Zr2O12に対して、CuOを25mol%、FeO3/2を25mol%となるように秤量し、これらの粉末をエタノール中にてボールミル(120rpm/ジルコニアボール)で16時間、混合・粉砕を行った。得られたスラリーをボールとエタノールから分離し乾燥後、粉砕粉末を得た。次にそれらの粉砕粉末に対して、有機系バインダーを添加し顆粒を作製した。その顆粒をφ10mmの金型を用い、7kNにて円盤状に成形した。成形体は白金板上で1100℃の焼結温度で2時間還元雰囲気下(5%H2/95%N2)にて焼成を行い、円盤状の焼結体試料を得た。
出発原料にはLi化合物(Li2CO3)、La化合物(La2O3)、Zr化合物(ZrO2)、Al2O3、NiO、CoO4/3、CuOを用いた。はじめに、出発原料をモル比がLi:La:Zr=7:3:2となるように秤量し、Al2O3を10mol%となるように秤量し、エタノール中にてボールミル(回転数120rpm/ジルコニアボール)で16時間、混合粉砕を行った。得られたスラリーをボールとエタノールから分離したのち、アルミナ製坩堝中にて、900℃、5時間大気雰囲気で仮焼を行った。得られた仮焼粉末の主成分であるLi7La3Zr2O12に対して、NiOを20mol%、CoO4/3を10mol%、CuOを20mol%となるように秤量し、これらの粉末をエタノール中にてボールミル(120rpm/ジルコニアボール)で16時間、混合・粉砕を行った。得られたスラリーをボールとエタノールから分離し乾燥後、粉砕粉末を得た。次にそれらの粉砕粉末に対して、有機系バインダーを添加し顆粒を作製した。その顆粒をφ10mmの金型を用い、7kNにて円盤状に成形した。成形体は白金板上で1100℃の焼結温度で2時間還元雰囲気下(5%H2/95%N2)にて焼成を行い、円盤状の焼結体試料を得た。
出発原料にはLi化合物(Li2CO3)、La化合物(La2O3)、Zr化合物(ZrO2)、Al2O3、NiO、CoO4/3、CuO、FeO3/2を用いた。はじめに、出発原料をモル比がLi:La:Zr=7:3:2となるように秤量し、Al2O3を10mol%となるように秤量し、エタノール中にてボールミル(回転数120rpm/ジルコニアボール)で16時間、混合粉砕を行った。得られたスラリーをボールとエタノールから分離したのち、アルミナ製坩堝中にて、900℃、5時間大気雰囲気で仮焼を行った。得られた仮焼粉末の主成分であるLi7La3Zr2O12に対して、NiOを20mol%、CoO4/3を10mol%、CuOを10mol%、FeO3/2を10mol%となるように秤量し、これらの粉末をエタノール中にてボールミル(120rpm/ジルコニアボール)で16時間、混合・粉砕を行った。得られたスラリーをボールとエタノールから分離し乾燥後、粉砕粉末を得た。次にそれらの粉砕粉末に対して、有機系バインダーを添加し顆粒を作製した。その顆粒をφ10mmの金型を用い、7kNにて円盤状に成形した。成形体は白金板上で1100℃の焼結温度で2時間還元雰囲気下(5%H2/95%N2)にて焼成を行い、円盤状の焼結体試料を得た。
前記円盤状焼結体を形成するガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物の焼結密度は、該円盤状焼結体の体積をノギス、マイクロメータにより計測した後、該円盤状焼結体の乾燥重量を該体積で除することにより算出した。また、その焼結密度と理論密度から相対密度を算出した。なお、上記理論密度にはLi7La3Zr2O12の理論密度(5.1g/cm3)を用いた。また、本実施例では、相対密度が90%以上である試料を良品と判断した。
恒温槽中にてACインピーダンスアナライザー(ソーラトロン社製1260)を用い、測定温度を25℃、測定周波数を0.05Hz〜1MHz、振幅電圧:50mVとしてインピーダンスと位相角を測定した。これらの測定値をもとにナイキストプロットを描きその円弧より抵抗値を求め、この抵抗値から粒界を含むイオン伝導度を算出した。ACインピーダンスアナライザーで測定する際のブロッキング電極にはAu電極を用いた。Au電極は、φ3mm円状でスパッタ法によって形成した。また、本実施例では、粒界を含むイオン伝導度が5.0×10−5(Scm−1)以上である試料を良品と判断した。
実施例1〜実施例14、比較例1〜比較例4で得られた焼結体試料を溶解し、ICP組成分析を行ったところ仕込み組成がほぼ保たれていることを確認した。
以下に、全固体リチウム二次電池の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されない。なお、部表示は、断りのない限り、質量部である。
正極活物質及び負極活物質として、以下の方法で作製したLi3V2(PO4)3を用いた。その作製方法としては、Li2CO3とV2O5とNH4H2PO4とを出発材料とし、ボールミルで16時間湿式混合を行い、脱水乾燥した後に得られた粉体を850℃で2時間、窒素水素混合ガス中で仮焼した。仮焼品をボールミルで湿式粉砕を行った後、脱水乾燥して粉末を得た。この作製した粉体の構造がLi3V2(PO4)3であることは、X線回折装置を使用して確認した。
正極活物質ペースト及び負極活物質ペーストは、ともにLi3V2(PO4)3の粉末100部に、バインダーとしてエチルセルロース15部と、溶媒としてジヒドロターピネオール65部とを加えて、混合・分散して活物質ペーストを作製した。
固体電解質として、出発原料にLi化合物(Li2CO3)、La化合物(La2O3)、Zr化合物(ZrO2)、Al2O3を用いて、出発原料をモル比がLi:La:Zr=7:3:2となるように、さらにAl2O3を10mol%になるようにそれぞれ秤量した。その後、エタノール中にてボールミル(回転数120rpm/ジルコニアボール)で16時間、混合粉砕を行った。得られたスラリーをボールとエタノールから分離したのち、アルミナ製坩堝中にて、900℃、5時間大気雰囲気で仮焼を行い、仮焼粉末を得た。
この固体電解質ペーストをドクターブレード法でPETフィルムを基材としてシート成形し、厚さ15μmの固体電解質シートを得た。
集電体として用いたNiとLi3V2(PO4)3とを体積比率で80/20となるように混合した後、バインダーとしてエチルセルロースと、溶媒としてジヒドロターピネオールを加えて混合・分散して集電体ペーストを作製した。Niの平均粒径は0.9μmであった。
銀粉末とエポキシ樹脂、溶剤とを混合・分散し、熱硬化型の端子電極ペーストを作製した。
上記の固体電解質シート上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで正極活物質層ペーストを印刷し、80℃で10分間乾燥した。次に、その上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで正極集電体層ペーストを印刷し、80℃で10分間乾燥した。更にその上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで正極活物質ペーストを再度印刷し、80℃で10分間乾燥し、次いでPETフィルムを剥離した。このようにして、固体電解質シート上に、正極活物質層ペースト、正極集電体層ペースト、正極活物質ペーストがこの順に印刷・乾燥された正極活物質層ユニットのシートを得た。
上記の固体電解質シート上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで負極活物質ペーストを印刷し、80℃で10分間乾燥した。次に、その上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで負極集電体層ペーストを印刷し、80℃で10分間乾燥した。更にその上に、スクリーン印刷により厚さ5μmで負極活物質ペーストを再度印刷し、80℃で10分間乾燥し、次いでPETフィルムを剥離した。このようにして、固体電解質シート上に、負極活物質ペースト、負極集電体層ペースト、負極活物質ペーストがこの順に印刷・乾燥された負極活物質層ユニットのシートを得た。
正極活物質層ユニット一枚と負極活物質層ユニット一枚を、固体電解質シートを介するようにして積み重ねた。このとき、一枚目の正極活物質層ユニットの正極集電体層ペーストが一の端面にのみ延出し、二枚目の負極活物質層ユニットの負極集電体層ペーストが他の面にのみ延出するように、各ユニットをずらして積み重ねた。この積み重ねられたユニットの両面に厚さ500μmとなるように固体電解質シートを積み重ね、その後、これを熱圧着により成形した後、切断して積層ブロックを作製した。その後、積層ブロックを同時焼成して積層体を得た。同時焼成は、官憲雰囲気中で昇温速度200℃/時間で焼成温度1100℃まで昇温して、その温度に2時間保持し、焼成後は自然冷却した。
積層ブロックの端面に端子電極ペーストを塗布し、150℃、30分の熱硬化を行い、一対の端子電極を形成してリチウムイオン二次電池を得た。
得られたリチウムイオン二次電池の端子電極にリード線を取り付け、充放電試験を行った。測定条件は、充電及び放電時の電流はいずれも2.0μA、充電時及び放電時の打ち切り電圧をそれぞれ4.0V及び0Vとした。本電池は、良好に充放電し、また、電池特性としても、比較例1の固体電解質を使用した場合には放電容量0.4μAだったものが、2.5μAと非常に良好な電池特性を有することがわかった。
2 負極
3 固体電解質
4 正極集電体
5 正極活物質
6 負極集電体
7 負極活物質
8 リチウムイオン二次電池
Claims (3)
- LixLa3Zr2O12(6≦x≦8)で表されるガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物は、Alを含み、さらに元素T(TはNi、Cu、Co、Feのいずれか1種以上)を有し、
前記Alは、前記ガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物の総量に対し、Al2O3換算で2.5mol%≦Al2O3≦15mol%の量を含有し、
前記元素Tは、前記ガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物の総量に対し、25mol%≦T≦100mol%以下の量を含有することを特徴とするガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物。 - LixLa3Zr2O12(6≦x≦8)で表されるガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物において、Al2O3及びM(MはNiO、CuO、CoO4/3、FeO3/2の中から選択される1種以上の酸化物)を含有し、Al2O3及びMの含有量が
2.5mol%≦Al2O3≦15mol%
25mol%≦M≦100mol%
であることを特徴とするガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物。 - 請求項1または2に記載のガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物を固体電解質とした全固体型リチウムイオン二次電池。
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