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JP6819369B2 - Method of forming a solid electrolyte layer - Google Patents

Method of forming a solid electrolyte layer Download PDF

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JP6819369B2 JP2017043731A JP2017043731A JP6819369B2 JP 6819369 B2 JP6819369 B2 JP 6819369B2 JP 2017043731 A JP2017043731 A JP 2017043731A JP 2017043731 A JP2017043731 A JP 2017043731A JP 6819369 B2 JP6819369 B2 JP 6819369B2
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Description

本発明は、固体電解質層の形成方法に関する。 The present invention relates to a method for forming a solid electrolyte layer.

基体上に固体電解質層を形成するために、エアロゾルデポジション法を用いる技術が知られている。例えば特許文献1は、リチウム固体電池の製造方法に関し、正極活物質上及び負極活物質層上に、それぞれ、硫化物固体電解質材料から構成され、且つ結着剤を含有しない固体電解質層をエアロゾルデポジション法によって形成することが記載されている。 A technique using an aerosol deposition method for forming a solid electrolyte layer on a substrate is known. For example, Patent Document 1 relates to a method for producing a lithium solid-state battery, in which a solid electrolyte layer composed of a sulfide solid electrolyte material and containing no binder is provided on the positive electrode active material and the negative electrode active material layer, respectively. It is described that it is formed by the position method.

特許文献2には、エアロゾルデポジション法により集電体層上に活物質層を形成することが記載されている。更に、負極活物質の粒子の表面に導電性物質がコーティングされた負極用粒子を、搬送ガスにより負極集電体層に高速で吹き付けると、集電体層を損傷させる問題があることが記載されている。 Patent Document 2 describes that an active material layer is formed on a current collector layer by an aerosol deposition method. Further, it is described that if the negative electrode particles coated with the conductive substance on the surface of the negative electrode active material particles are sprayed on the negative electrode current collector layer at high speed by the conveying gas, there is a problem of damaging the current collector layer. ing.

特開2016−100069号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-100069 特開2008−305608号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-305608

リチウムイオン伝導率の高い固体電解質材料として、ジルコン酸リチウムランタン(LLZ)が知られている。 Lithium lanthanum zirconate (LLZ) is known as a solid electrolyte material having high lithium ion conductivity.

しかし、従来技術においては、固体電解質としてLLZを含有するLLZ含有固体電解質層を、例えば、最表面が活物質層である積層体等の基体上に、エアロゾルデポジション法によって形成することは知られていない。 However, in the prior art, it is known that an LLZ-containing solid electrolyte layer containing LLZ as a solid electrolyte is formed on a substrate such as a laminate whose outermost surface is an active material layer by an aerosol deposition method. Not.

本発明者らの検討によると、基体上に、LLZを含有する固体電解質層をエアロゾルデポジション法によって形成すると、基体を削ってしまう問題があることが分かった。一方で、基体を削らない程度の穏やかな条件でエアロゾルデポジション法を行うと、LLZ含有の固体電解質層を形成することはできない。 According to the studies by the present inventors, it has been found that when a solid electrolyte layer containing LLZ is formed on the substrate by the aerosol deposition method, there is a problem that the substrate is scraped. On the other hand, if the aerosol deposition method is carried out under mild conditions such that the substrate is not scraped, the LLZ-containing solid electrolyte layer cannot be formed.

本発明は、上記のことに鑑みてなされた。従って本発明の目的は、基体上に、基体の削れを抑制しつつ、リチウムイオン伝導度の高いLLZ含有の固体電解質層をエアロゾルデポジション法によって形成する方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above. Therefore, an object of the present invention is to provide a method for forming an LLZ-containing solid electrolyte layer having high lithium ion conductivity on a substrate by an aerosol deposition method while suppressing scraping of the substrate.

本発明は、
基体上に、固体電解質粒子をエアロゾルデポジション法によって噴射して固体電解質層を形成する方法であって、
前記固体電解質粒子が、Li7−xLaZr2−x12(MはNb又はTaであり、xは0以上0.75以下の数である。)の組成を有する結晶性酸化物から構成され、且つ前記結晶性酸化物の格子定数LCと、前記結晶性酸化物を1,200℃で30時間焼成したときの格子定数LCとの比LC/LCが、1.0001以上1.0007以下である、
前記方法に関する。
The present invention
A method of forming a solid electrolyte layer by injecting solid electrolyte particles onto a substrate by an aerosol deposition method.
Crystalline oxidation in which the solid electrolyte particles have a composition of Li 7-x La 3 Zr 2-x M x O 12 (M is Nb or Ta, and x is a number of 0 or more and 0.75 or less). The ratio LC 1 / LC between the lattice constant LC 1 of the crystalline oxide and the lattice constant LC when the crystalline oxide is fired at 1,200 ° C. for 30 hours is 1 .0001 or more and 1.0007 or less,
Regarding the method.

本発明によると、基体上に、基体の削れを抑制しつつ、リチウムイオン伝導度の高いLLZ含有固体電解質層をエアロゾルデポジション法によって形成する方法が提供される。 According to the present invention, there is provided a method for forming an LLZ-containing solid electrolyte layer having high lithium ion conductivity on a substrate by an aerosol deposition method while suppressing scraping of the substrate.

図1は、エアロゾルデポジション法の概要を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an outline of the aerosol deposition method. 図2は、実施例1で得られた結晶性酸化物の格子定数と1,200℃焼成時間との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the lattice constant of the crystalline oxide obtained in Example 1 and the calcination time at 1,200 ° C. 図3は、実施例1で得られた固体電解質層の層厚及びリチウムイオン伝導率と、エアロゾルデポジション法の固体電解質粒子として用いた結晶性酸化物のLC/LCとの関係を示すグラフである。FIG. 3 shows the relationship between the layer thickness and lithium ion conductivity of the solid electrolyte layer obtained in Example 1 and LC 1 / LC of the crystalline oxide used as the solid electrolyte particles of the aerosol deposition method. It is a graph. 図4は、実施例2で得られた固体電解質層のリチウムイオン伝導率と、エアロゾルデポジション法の固体電解質粒子として用いたLi7−xLaZr2−xNb12におけるx値との関係を示すグラフである。FIG. 4 shows the lithium ion conductivity of the solid electrolyte layer obtained in Example 2 and the x value in Li 7-x La 3 Zr 2-x Nb x O 12 used as the solid electrolyte particles of the aerosol deposition method. It is a graph which shows the relationship of.

固体電解質層の形成する本発明の方法は、
基体上に、固体電解質粒子をエアロゾルデポジション法によって噴射して固体電解質層を形成する方法であって、
前記固体電解質粒子が、Li7−xLaZr2−x12(MはNb又はTaであり、xは0以上0.75以下の数である。)の組成を有する結晶性酸化物から構成され、且つ前記結晶性酸化物の格子定数LCと、前記結晶性酸化物を1,200℃で30時間焼成したときの格子定数LCとの比LC/LCが、1.0001以上1.0007以下である。
The method of the present invention for forming a solid electrolyte layer is
A method of forming a solid electrolyte layer by injecting solid electrolyte particles onto a substrate by an aerosol deposition method.
Crystalline oxidation in which the solid electrolyte particles have a composition of Li 7-x La 3 Zr 2-x M x O 12 (M is Nb or Ta, and x is a number of 0 or more and 0.75 or less). The ratio LC 1 / LC between the lattice constant LC 1 of the crystalline oxide and the lattice constant LC when the crystalline oxide is fired at 1,200 ° C. for 30 hours is 1 It is .0001 or more and 1.0007 or less.

以下、本発明について、好ましい実施態様を例として説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to preferred embodiments as examples.

<固体電解質粒子>
本実施形態で用いられる固体電解質粒子はLi7−xLaZr2−x12(MはNb又はTaであり、xは0以上0.75以下の数である。)の組成を有する結晶性酸化物から構成される。この結晶性酸化物の格子定数LCと、該結晶性酸化物を1,200℃で30時間焼成したときの格子定数LCとの比LC/LCは、1.0001以上1.0007以下である。
<Solid electrolyte particles>
The solid electrolyte particles used in this embodiment have a composition of Li 7-x La 3 Zr 2-x M x O 12 (M is Nb or Ta, and x is a number of 0 or more and 0.75 or less). It is composed of a crystalline oxide having. The ratio LC 1 / LC between the lattice constant LC 1 of this crystalline oxide and the lattice constant LC when the crystalline oxide is fired at 1,200 ° C. for 30 hours is 1.0001 or more and 1.0007. It is as follows.

結晶性酸化物は、x=0、即ち、LiLaZr12の組成を有していてもよいが、上記式におけるxが0以上0.75以下の範囲でNb又はTaを含有すると、リチウムイオン伝導性が向上することとなり、好ましい。xの値は、例えば、0.125以上、0.15以上、又は0.20以上であってよく、例えば、0.50以下、0.40以下、0.35以下、又は0.30以下であってよい。 The crystalline oxide may have x = 0, that is, the composition of Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , but contains Nb or Ta in the range where x in the above formula is 0 or more and 0.75 or less. Then, the lithium ion conductivity is improved, which is preferable. The value of x may be, for example, 0.125 or more, 0.15 or more, or 0.20 or more, for example, 0.50 or less, 0.40 or less, 0.35 or less, or 0.30 or less. It may be there.

上記組成を有する結晶性酸化物は、原料を所定の組成で混合し、湿式粉砕したうえで、例えば950℃において10時間の仮焼成を行い、必要に応じて更に湿式粉砕を行った後、1,200℃における本焼成を行うことにより、製造することができる。ここで、本焼成の処理時間が増大するに連れて結晶構造が徐々に堅固になって行く。これに伴って結晶性酸化物の格子定数は徐々に小さくなり、概ね20〜30時間経過後には定常値に達し、これ以上本焼成時間を延長しても、結晶構造は更なる変化をせずに安定することとなる。 For the crystalline oxide having the above composition, the raw materials are mixed with a predetermined composition, wet-pulverized, and then calcinated at 950 ° C. for 10 hours, and if necessary, further wet-pulverized, and then 1 , Can be produced by performing the main firing at 200 ° C. Here, the crystal structure gradually becomes firm as the processing time of the main firing increases. Along with this, the lattice constant of the crystalline oxide gradually decreases and reaches a steady value after about 20 to 30 hours, and even if the main firing time is further extended, the crystal structure does not change further. It will be stable.

格子定数の定常値は上記組成式におけるxの値によって異なる。例えばx=0のときの格子定数の定常値は12.983Åである。MがNbであってX=0.25のとき、即ちLi6.75LaZr1.75Nb0.2512の組成を有する結晶性酸化物の格子定数の定常値は、12.945Åである。 The steady-state value of the lattice constant depends on the value of x in the above composition formula. For example, when x = 0, the steady-state value of the lattice constant is 12.983 Å. When M is Nb and X = 0.25, that is, the constant value of the lattice constant of the crystalline oxide having the composition of Li 6.75 La 3 Zr 1.75 Nb 0.25 O 12 is 12.945 Å. Is.

本実施形態は、固体電解質粒子として格子定数LCが上記の定常値に至らない結晶性酸化物を用い、該粒子をエアロゾルデポジション法によって噴射すると、基体を損傷せずに該基体上に固体電解質層を形成することを可能としたものである。 In the present embodiment, when a crystalline oxide whose lattice constant LC 1 does not reach the above-mentioned constant value is used as the solid electrolyte particles and the particles are injected by the aerosol deposition method, the solid is solid on the substrate without damaging the substrate. It is possible to form an electrolyte layer.

本実施形態においては、結晶性酸化物を1,200℃において更に30時間焼成したときの格子定数LCを格子定数の定常値とみなし、この値を基準として当該結晶性酸化物の格子定数LCを評価する。 In the present embodiment, the lattice constant LC when the crystalline oxide is calcined at 1,200 ° C. for another 30 hours is regarded as a constant value of the lattice constant, and the lattice constant LC of the crystalline oxide is regarded as a reference value. Evaluate 1 .

後述する実施例の結果から、結晶性酸化物の格子定数LCは、1,200℃における焼成時間が20〜30時間の時点で既に定常値に達していることが確認された。30時間を超えて1,200℃における焼成を継続したとしても、格子定数LCの更なる減少はないものと考えられる。 From the results of Examples described later, it was confirmed that the lattice constant LC 1 of the crystalline oxide had already reached a steady value when the firing time at 1,200 ° C. was 20 to 30 hours. It is considered that there is no further decrease in the lattice constant LC 1 even if the firing at 1,200 ° C. is continued for more than 30 hours.

焼成時間が未知の結晶性酸化物については、当該結晶性酸化物を1,200℃において更にどれだけの時間焼成すれば、格子定数が定常値に達するかは不明である。しかしながら実施例の結果からは、当該結晶性酸化物を1,200℃において更に30時間を焼成した後の格子定数LCは、格子定数の定常値に等しいと考えてよい。従って、結晶性酸化物を1,200℃において更に30時間焼成したときの格子定数LCを格子定数の定常値とみなし、この値を基準として当該結晶性酸化物の格子定数LCを評価することができるのである。 For crystalline oxides whose firing time is unknown, it is unclear how long the crystalline oxide should be calcined at 1,200 ° C. to reach a steady value. However, from the results of the examples, it can be considered that the lattice constant LC after firing the crystalline oxide at 1,200 ° C. for another 30 hours is equal to the steady value of the lattice constant. Therefore, the lattice constant LC when the crystalline oxide is fired at 1,200 ° C. for another 30 hours is regarded as a steady value of the lattice constant, and the lattice constant LC 1 of the crystalline oxide is evaluated based on this value. You can do it.

基体の損傷を抑制しつつ、固体電解質層の形成を可能とする観点からは、結晶性酸化物の格子定数LCと、該結晶性酸化物を1,200℃で30時間焼成したときの格子定数LCとの比LC/LCは、1.0001以上であることを要し、例えば、1.00015以上、1.0002以上、又は1.0003以上であってよい。 From the viewpoint of enabling the formation of a solid electrolyte layer while suppressing damage to the substrate, the lattice constant LC 1 of the crystalline oxide and the lattice when the crystalline oxide is fired at 1,200 ° C. for 30 hours. the ratio LC 1 / LC with constant LC is required to be at 1.0001 or more, for example, 1.00015 or more, may be at 1.0002 or higher, or 1.0003 or more.

しかしながら、結晶構造が過度に不完全である場合、即ち、LCのLCに対する比率が過度に大きい場合には、形成される固体電解質層のリチウムイオン伝導率が損なわれる。従って、固体電解質層のリチウムイオン伝導率を高くする観点からは、結晶性酸化物の格子定数LCと、該結晶性酸化物を1,200℃で30時間焼成したときの格子定数LCとの比LC/LCは、1.0007以下であることを要し、例えば、1.00065以下、1.0006以下、1.00055以下、又は1.0005以下であってよい。 However, if the crystal structure is excessively incomplete, that is, if the ratio of LC 1 to LC is excessively large, the lithium ion conductivity of the formed solid electrolyte layer is impaired. Therefore, from the viewpoint of increasing the lithium ion conductivity of the solid electrolyte layer, the lattice constant LC 1 of the crystalline oxide and the lattice constant LC when the crystalline oxide is fired at 1,200 ° C. for 30 hours The ratio of LC 1 / LC needs to be 1.0007 or less, and may be, for example, 1.00065 or less, 1.0006 or less, 1.00055 or less, or 1.0005 or less.

固体電解質粒子の粒径は、エアロゾルデポジション法に適用可能な粒径であれば特に制限されるものではない。固体電解質粒子の粒径は、例えば、0.1μm以上、0.5μm以上、1μm以上、3μm以上、又は5μm以上であってよく、例えば、100μm以下、50μm以下、40μm以下、30μm以下、又は20μm以下であってよい。 The particle size of the solid electrolyte particles is not particularly limited as long as it is applicable to the aerosol deposition method. The particle size of the solid electrolyte particles may be, for example, 0.1 μm or more, 0.5 μm or more, 1 μm or more, 3 μm or more, or 5 μm or more, and for example, 100 μm or less, 50 μm or less, 40 μm or less, 30 μm or less, or 20 μm. It may be:

本発明の方法によって、固体電解質層を形成する基体は任意である。例えば、活物質層、又は活物質層を最表面に有する積層体であってよい。活物質層は、例えば、正極活物質層、又は負極活物質層であってよい。 The substrate on which the solid electrolyte layer is formed by the method of the present invention is arbitrary. For example, it may be an active material layer or a laminate having an active material layer on the outermost surface. The active material layer may be, for example, a positive electrode active material layer or a negative electrode active material layer.

<エアロゾルデポジション法>
本実施形態においては、上記のような結晶性酸化物から構成される固体電解質粒子を、エアロゾルデポジション法によって噴射して、固体電解質層を形成する。
<Aerosol deposition method>
In the present embodiment, the solid electrolyte particles composed of the above crystalline oxides are injected by the aerosol deposition method to form the solid electrolyte layer.

図1に、本実施形態の方法において好適に用いられるエアロゾルデポジション法を説明するための模式図を示した。 FIG. 1 shows a schematic diagram for explaining an aerosol deposition method preferably used in the method of the present embodiment.

図1に示した装置は、チャンバー21と、真空ポンプ24と、エアロゾル発生器27と、を有する。チャンバー21内には台座22が設置され、台座22には基体23が配置される。真空ポンプ24は、チャンバー21の内部を任意の減圧状態に制御することができる。エアロゾル発生器27の内部には原料粒子26が配置され、原料粒子26は、ガスボンベ25から供給される搬送ガスによってエアロゾル化される。エアロゾル化された原料粒子は、チャンバー21内に設置されたノズル28から基体23に向かって噴射され、基体23の表面上で破壊変形するとともに堆積が生じ、原料粒子からなる膜が成膜される。 The apparatus shown in FIG. 1 includes a chamber 21, a vacuum pump 24, and an aerosol generator 27. A pedestal 22 is installed in the chamber 21, and a base 23 is arranged on the pedestal 22. The vacuum pump 24 can control the inside of the chamber 21 to an arbitrary depressurized state. The raw material particles 26 are arranged inside the aerosol generator 27, and the raw material particles 26 are aerosolized by the transport gas supplied from the gas cylinder 25. The aerosolized raw material particles are ejected from the nozzle 28 installed in the chamber 21 toward the base 23, and are broken and deformed on the surface of the base 23 and deposited to form a film made of the raw material particles. ..

本実施形態においては、基体23として任意の基板を使用し、原料粒子26として、上記に説明した結晶性酸化物から構成される固体電解質粒子を使用することにより、基板の表面に固体電解質層を形成する。 In the present embodiment, an arbitrary substrate is used as the substrate 23, and solid electrolyte particles composed of the crystalline oxide described above are used as the raw material particles 26 to form a solid electrolyte layer on the surface of the substrate. Form.

エアロゾルデポジション法によって固体電解質層の形成を行う際のチャンバー内の圧力は、所望の層の密度及び層の緻密性に応じて適宜に設定されてよい。固体電解質層形成時の圧力が低いほど、層の密度は大きくなる傾向がある一方で、この圧力が過度に高いと層の緻密性が損なわれる場合がある。これらの点を考慮すると、固体電解質層の形成を行う際のチャンバー内圧力は、例えば、100Pa以上、又は120Pa以上であってよく、例えば、400Pa以下、又は350Pa以下であってよい。 The pressure in the chamber when forming the solid electrolyte layer by the aerosol deposition method may be appropriately set according to the desired density of the layer and the density of the layer. The lower the pressure at the time of forming the solid electrolyte layer, the higher the density of the layer tends to be, but if this pressure is excessively high, the denseness of the layer may be impaired. Considering these points, the pressure in the chamber when forming the solid electrolyte layer may be, for example, 100 Pa or more, or 120 Pa or more, and may be, for example, 400 Pa or less, or 350 Pa or less.

搬送ガスは、例えば、ヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性ガスであってよく、又はドライエアを使用してもよい。搬送ガスの流量は、例えば、3L/分以上、5L/分以上、8L/分以上、又は10L/分以上であってよく、例えば、30L/分以下、25L/分以下、20L/分以下、又は15L/分以下であってよい。搬送ガスの噴出圧力は、例えば、5kPa以上、10kPa以上、又は20kPa以上であってよく、例えば、100kPa以下、80kPa以下、又は60kPa以下であってよい。 The carrier gas may be, for example, an inert gas such as helium, argon or nitrogen, or dry air may be used. The flow rate of the transport gas may be, for example, 3 L / min or more, 5 L / min or more, 8 L / min or more, or 10 L / min or more, for example, 30 L / min or less, 25 L / min or less, 20 L / min or less, Alternatively, it may be 15 L / min or less. The ejection pressure of the transport gas may be, for example, 5 kPa or more, 10 kPa or more, or 20 kPa or more, and may be, for example, 100 kPa or less, 80 kPa or less, or 60 kPa or less.

エアロゾルデポジション法によって固体電解質層の形成を行う際に、所望の領域に均一な層形成を行うことを目的として、基板である基体23とノズル28との位置関係を相対的に移動しながら行ってよい。このときの相対移動速度は任意である。例えば、10mm/分以上、20mm/分以上、30mm/分以上、又は40mm/分以上としてよく、例えば、120mm/分以下、100mm/分以下、90mm/分以下、又は80mm/分以下としてよい。 When the solid electrolyte layer is formed by the aerosol deposition method, the positional relationship between the substrate 23, which is a substrate, and the nozzle 28 is relatively moved for the purpose of forming a uniform layer in a desired region. You can. The relative moving speed at this time is arbitrary. For example, it may be 10 mm / min or more, 20 mm / min or more, 30 mm / min or more, or 40 mm / min or more, and may be, for example, 120 mm / min or less, 100 mm / min or less, 90 mm / min or less, or 80 mm / min or less.

エアロゾルデポジション法による固体電解質層の形成は、層形成領域を1度だけスキャンするワンウェイの形式で行ってもよいし、必要な層厚を得るために複数回スキャンしてもよい。スキャン回数は任意である。 The formation of the solid electrolyte layer by the aerosol deposition method may be carried out in the form of a one-way scanning of the layer forming region only once, or may be performed multiple times to obtain the required layer thickness. The number of scans is arbitrary.

<実施例1>
1.固体電解質粒子の合成
LiOH(HO)、La(OH)、ZrO、及びNbを、Li6.75LaZr1.75Nb0.2512の組成となる割合で混合した。得られた混合物に、溶媒としてエタノールを加え、回転数700rpmにて3分間運転及び3分間休止のサイクルを40回繰り返す方法により、湿式のボールミル粉砕を行った。
<Example 1>
1. 1. Synthesis of solid electrolyte particles LiOH (H 2 O), La (OH) 3 , ZrO 2 , and Nb 2 O 5 are mixed in a proportion of Li 6.75 La 3 Zr 1.75 Nb 0.25 O 12. Mixed. Ethanol was added as a solvent to the obtained mixture, and wet ball mill pulverization was performed by repeating a cycle of operation for 3 minutes and rest for 3 minutes at a rotation speed of 700 rpm 40 times.

次いで、90℃において1時間保持してエタノールを除去した後、空気中、950℃において10時間の仮焼成を行い、仮焼成体を得た。 Then, it was held at 90 ° C. for 1 hour to remove ethanol, and then calcined in air at 950 ° C. for 10 hours to obtain a calcined product.

得られた仮焼成体に、溶媒としてエタノールを加え、回転数700rpmにて3分間運転及び3分間休止のサイクルを40回繰り返す方法により、湿式のボールミル粉砕を行った。 Ethanol was added as a solvent to the obtained calcined product, and wet ball mill pulverization was performed by a method of repeating a cycle of operation for 3 minutes and rest for 3 minutes at a rotation speed of 700 rpm 40 times.

次いで、90℃において1時間保持してエタノールを除去した後、空気中、1,200℃において、1時間〜30時間の範囲で焼成時間を変更して本焼成を行うことにより、結晶性酸化物から構成される固体電解質粒子を得た。 Then, after holding at 90 ° C. for 1 hour to remove ethanol, the main firing was carried out in air at 1,200 ° C. with a change in the firing time in the range of 1 hour to 30 hours. Solid electrolyte crystals composed of

上記の固体電解質粒子の粒径は、メジアン径として1,000nmに調節した。 The particle size of the solid electrolyte particles was adjusted to 1,000 nm as the median diameter.

2.結晶性酸化物の格子定数の測定
上記で得られた各固体電解質粒子を構成する結晶性酸化物の格子定数LCを、X線回析分析によって測定した。結果を表1及び図2に示した。
2. 2. Measurement of Lattice Constant of Crystalline Oxide The lattice constant LC 1 of the crystalline oxide constituting each of the solid electrolyte particles obtained above was measured by X-ray diffraction analysis. The results are shown in Table 1 and FIG.

表1及び図2の結果から、結晶性酸化物の格子定数LCは、焼成時間が20〜30時間の時点で既に定常値LCに達していることが理解される。焼成時間30時間の結晶性酸化物の格子定数が、該結晶性酸化物についての格子定数の定常値LCと等しいと仮定して、各結晶性酸化物の格子定数LCの定常値LCに対する割合を、表1に合わせて示した。 From the results of Table 1 and FIG. 2, it is understood that the lattice constant LC 1 of the crystalline oxide has already reached the steady value LC when the firing time is 20 to 30 hours. Firing lattice constant of the time of 30 hours the crystalline oxide, the then assumed to be equal to the constant value LC lattice constant for crystalline oxide, steady-state value LC lattice constant LC 1 for each crystalline oxide The ratio to Table 1 is shown.

3.エアロゾルデポジション法による固体電解質層の形成
上記で得られた各固体電解質粒子を原料粒子として、エアロゾルデポジション法によってSUS304基板上に固体電解質層を形成した。エアロゾルデポジション法の条件は以下のとおりとした。
チャンバー内圧力:0.1kPa
搬送ガス種:アルゴン
搬送ガス流量:4L/分
搬送ガス噴出圧力:40kPa
基板移動速度:60mm/分
スキャン回数:5回
3. 3. Formation of a solid electrolyte layer by the aerosol deposition method A solid electrolyte layer was formed on the SUS304 substrate by the aerosol deposition method using each of the solid electrolyte particles obtained above as a raw material particle. The conditions of the aerosol deposition method are as follows.
Chamber pressure: 0.1 kPa
Transport gas type: Argon Transport gas flow rate: 4 L / min Transport gas ejection pressure: 40 kPa
Substrate movement speed: 60 mm / min Number of scans: 5 times

得られた固体電解質層の層厚及びリチウムイオン伝導率と、使用した結晶性酸化物のL/L比との関係を、表1及び図3に示した。なお、表1及び図3における層厚の値は、形成された固体電解質層の厚さから、基板の削れ量を減じた値である。 The relationship between the layer thickness and lithium ion conductivity of the obtained solid electrolyte layer and the L 1 / L ratio of the crystalline oxide used is shown in Table 1 and FIG. The layer thickness values in Tables 1 and 3 are values obtained by subtracting the amount of scraping of the substrate from the thickness of the formed solid electrolyte layer.

Figure 0006819369
Figure 0006819369

表1及び図3の結果から、得られた固体電解質層は、使用した結晶性酸化物のLC/LC値が大きいほど、即ち焼成の程度が低いほど、基材の削れを抑制することができ、層厚を厚くできる一方、イオン伝導性が低かった。それに対し、LC/LC値が小さいほど、即ち、焼成の程度が高いほど、リチウムイオン伝導性が高くなる一方、基体の削れが大きく、層厚が薄くなった。これらの結果より、エアロゾルデポジション法による固体電解質層の形成に用いる固体電解質粒子としては、比LC/LCの値が1.0001以上1.0007以下の場合が好適であることが理解される。 From the results of Table 1 and FIG. 3, the obtained solid electrolyte layer suppresses the scraping of the base material as the LC 1 / LC value of the crystalline oxide used is larger, that is, the degree of firing is lower. The layer thickness could be increased, but the ionic conductivity was low. On the other hand, the smaller the LC 1 / LC value, that is, the higher the degree of firing, the higher the lithium ion conductivity, but the greater the scraping of the substrate and the thinner the layer thickness. From these results, it is understood that the solid electrolyte particles used for forming the solid electrolyte layer by the aerosol deposition method are preferably those in which the ratio LC 1 / LC is 1.0001 or more and 1.0007 or less. To.

<実施例2>
LiOH(HO)、La(OH)、ZrO、及びNbを、Li7−xLaZr2−xNb12におけるxの値を変量として当該割合で混合し、1,200℃焼成時間を適宜に変更した他は、実施例1と同様にして、LC/LC値が1.0000〜1.0012の結晶性酸化物から構成される固体電解質粒子を得た。各固体電解質粒子の粒径はメジアン径として1,000nmに調節した。
<Example 2>
LiOH (H 2 O), La (OH) 3 , ZrO 2 , and Nb 2 O 5 were mixed at the ratio with the value of x in Li 7-x La 3 Zr 2-x Nb x O 12 as a variable. Solid electrolyte particles composed of crystalline oxides having an LC 1 / LC value of 1.0000 to 1.012 were obtained in the same manner as in Example 1 except that the firing time at 1,200 ° C. was appropriately changed. It was. The particle size of each solid electrolyte particle was adjusted to 1,000 nm as a median diameter.

上記の固体電解質粒子それぞれを用いて、実施例1と同様にしてエアロゾルデポジション法によってSUS304基板上に固体電解質層を形成し、そのリチウムイオン伝導率を調べた。結果を表2及び図4に示した。 Using each of the above solid electrolyte particles, a solid electrolyte layer was formed on the SUS304 substrate by the aerosol deposition method in the same manner as in Example 1, and the lithium ion conductivity thereof was examined. The results are shown in Table 2 and FIG.

Figure 0006819369
Figure 0006819369

表2及び図4の結果から、エアロゾルデポジション法の固体電解質粒子として使用する結晶性酸化物の組成Li7−xLaZr2−xNb12におけるx値は、0以上0.75以下のとき、特に好ましくは0.125以上0.5以下のときに、高いリチウムイオン伝導率を示す固体電解質層が得られることが分かった。 From the results of Table 2 and FIG. 4, the x value in the composition Li 7-x La 3 Zr 2-x Nb x O 12 of the crystalline oxide used as the solid electrolyte particles of the aerosol deposition method is 0 or more and 0.75. It was found that a solid electrolyte layer exhibiting a high lithium ion conductivity can be obtained in the following cases, particularly preferably 0.125 or more and 0.5 or less.

21 チャンバー
22 台座
23 基体
24 真空ポンプ
25 ガスボンベ
26 原料粒子
27 エアロゾル発生器
28 ノズル
21 Chamber 22 Pedestal 23 Base 24 Vacuum Pump 25 Gas Cylinder 26 Raw Material Particles 27 Aerosol Generator 28 Nozzles

Claims (1)

基体上に、固体電解質粒子をエアロゾルデポジション法によって噴射して固体電解質層を形成する方法であって、
前記固体電解質粒子が、Li7−xLaZr2−x12(MはNb又はTaであり、xは0以上0.75以下の数である。)の組成を有する結晶性酸化物から構成され、且つ前記結晶性酸化物の格子定数LCと、前記結晶性酸化物を1,200℃で30時間焼成したときの格子定数LCとの比LC/LCが1.0001以上1.0007以下である、
前記方法。
A method of forming a solid electrolyte layer by injecting solid electrolyte particles onto a substrate by an aerosol deposition method.
Crystalline oxidation in which the solid electrolyte particles have a composition of Li 7-x La 3 Zr 2-x M x O 12 (M is Nb or Ta, and x is a number of 0 or more and 0.75 or less). The ratio LC 1 / LC between the lattice constant LC 1 of the crystalline oxide and the lattice constant LC when the crystalline oxide is fired at 1,200 ° C. for 30 hours is 1. 0001 or more and 1.0007 or less,
The method.
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