JPH0680462A - 固体電解質 - Google Patents
固体電解質Info
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Landscapes
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- Conductive Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 緻密で導電率が大きな固体電解質を得る。
【構成】 高いイオン導電率を有するセラミックス電解
質焼結体であるLi1.4 Ti1.6 In0.4 P3 O12、L
i2 Zr(PO4 )2 、Na3 Zr2 Si2 PO12、N
a2 Zr(PO4 )2 、Ag3 Zr2 Si2 PO12、A
g2 Zr(PO4 )2 などをそれぞれ微粉砕した粉末
に、同種のイオン導電体でガラス成分の多い電解質焼結
体であるLi4 Sm2 Si2 O9 、Na4 Gd2 Si2
O9 、Ag2 Si03 などを微粉砕した粉末を40質量
%以下添加混合し、900〜1100℃の比較的低温で
焼成して固体電解質を製造する。
質焼結体であるLi1.4 Ti1.6 In0.4 P3 O12、L
i2 Zr(PO4 )2 、Na3 Zr2 Si2 PO12、N
a2 Zr(PO4 )2 、Ag3 Zr2 Si2 PO12、A
g2 Zr(PO4 )2 などをそれぞれ微粉砕した粉末
に、同種のイオン導電体でガラス成分の多い電解質焼結
体であるLi4 Sm2 Si2 O9 、Na4 Gd2 Si2
O9 、Ag2 Si03 などを微粉砕した粉末を40質量
%以下添加混合し、900〜1100℃の比較的低温で
焼成して固体電解質を製造する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質に関し、と
くに焼結によって製造する組織の緻密なセラミックスか
らなる固体電解質に関する。
くに焼結によって製造する組織の緻密なセラミックスか
らなる固体電解質に関する。
【0002】
【従来技術】イオンによる電気伝導を利用した各種の固
体電解質が知られており、アルカリ金属イオン及びAg
イオンの伝導を利用した固体電解質としては、従来Li
1.4Ti1.6 In0.4 P3 O12、Li2 Zr(PO4 )2
、β−Al2 O3 、Na3Zr2 Si2 PO12、Na2
Zr(PO4 )2 、Ag3 Zr2 Si2 PO12、Ag2
Zr(PO4 )2 などが知られており、センサ、電池な
どの各種の用途に使用されている。
体電解質が知られており、アルカリ金属イオン及びAg
イオンの伝導を利用した固体電解質としては、従来Li
1.4Ti1.6 In0.4 P3 O12、Li2 Zr(PO4 )2
、β−Al2 O3 、Na3Zr2 Si2 PO12、Na2
Zr(PO4 )2 、Ag3 Zr2 Si2 PO12、Ag2
Zr(PO4 )2 などが知られており、センサ、電池な
どの各種の用途に使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】アルカリ金属イオン及
びAgイオンを伝導する固体電解質のうち、高いイオン
導電率を示す上記のような組成のセラミックス電解質
は、焼結性が悪いうえに、高温にするとアルカリ金属イ
オンの飛散、ガラス化による焼成治具との反応およびA
gイオンの金属Agとしての遊離などの問題が起こり、
緻密で高いイオン導電率を有する固体電解質が得られ難
いという欠点があった。
びAgイオンを伝導する固体電解質のうち、高いイオン
導電率を示す上記のような組成のセラミックス電解質
は、焼結性が悪いうえに、高温にするとアルカリ金属イ
オンの飛散、ガラス化による焼成治具との反応およびA
gイオンの金属Agとしての遊離などの問題が起こり、
緻密で高いイオン導電率を有する固体電解質が得られ難
いという欠点があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、主成分である
導電率の高いセラミックス電解質に、同種のイオンの導
電体からなるガラス成分の多い電解質を40重量%以下
添加して焼結した固体電解質である。本発明におけるガ
ラス成分の多いセラミックスは、CuKα線によるX線
回折による測定によって2θ=20〜40°付近に、ガ
ラス成分の存在によるブロードなピークが観測され、さ
らに電子顕微鏡による観察で、粒子の粒界がはっきり判
別できないようなガラス質成分が多く観察されるものを
いう。
導電率の高いセラミックス電解質に、同種のイオンの導
電体からなるガラス成分の多い電解質を40重量%以下
添加して焼結した固体電解質である。本発明におけるガ
ラス成分の多いセラミックスは、CuKα線によるX線
回折による測定によって2θ=20〜40°付近に、ガ
ラス成分の存在によるブロードなピークが観測され、さ
らに電子顕微鏡による観察で、粒子の粒界がはっきり判
別できないようなガラス質成分が多く観察されるものを
いう。
【0005】本発明の固体電解質を製造するには、高い
イオン導電率を有するセラミックス電解質焼結体を微粉
砕した粉末に同種のイオン導電体からなるガラス成分の
多いセラミックスを微粉砕した粉末を40重量%以下添
加混合した後、900〜1100℃で焼成することによ
って得られる。
イオン導電率を有するセラミックス電解質焼結体を微粉
砕した粉末に同種のイオン導電体からなるガラス成分の
多いセラミックスを微粉砕した粉末を40重量%以下添
加混合した後、900〜1100℃で焼成することによ
って得られる。
【0006】
【作用】高いイオン導電率を有するセラミックス電解質
焼結体であるLi1.4 Ti1.6In0.4 P3 O12、Li2
Zr(PO4 )2 、Na3 Zr2 Si2 PO12、Na2
Zr(PO4 )2 、Ag3 Zr2 Si2 PO12、Ag2
Zr(PO4 )2 などをそれぞれ微粉砕した粉末に同
種のイオン導電体でガラス成分の多い電解質焼結体であ
るLi4 Sm2 Si2 O9 、Na4 Gd2 Si2 O9 、
Ag2 Si03 などを微粉砕したそれぞれの粉末を40
質量%以下添加混合し、900〜1100℃の比較的低
温で焼成して得た本発明の固体電解質は緻密であり、主
成分のセラミックス電解質の高いイオン導電率を保持し
ている。
焼結体であるLi1.4 Ti1.6In0.4 P3 O12、Li2
Zr(PO4 )2 、Na3 Zr2 Si2 PO12、Na2
Zr(PO4 )2 、Ag3 Zr2 Si2 PO12、Ag2
Zr(PO4 )2 などをそれぞれ微粉砕した粉末に同
種のイオン導電体でガラス成分の多い電解質焼結体であ
るLi4 Sm2 Si2 O9 、Na4 Gd2 Si2 O9 、
Ag2 Si03 などを微粉砕したそれぞれの粉末を40
質量%以下添加混合し、900〜1100℃の比較的低
温で焼成して得た本発明の固体電解質は緻密であり、主
成分のセラミックス電解質の高いイオン導電率を保持し
ている。
【0007】
実施例1 Li1.4Ti1.6In0.4P3O12とLi4Sm2Si2O9、
Na3Zr2Si2PO12とNa4Gd2Si2O9、Ag3Z
r2Si2PO12とAg2SiO3からそれぞれ得られる固
体電解質について説明する。
Na3Zr2Si2PO12とNa4Gd2Si2O9、Ag3Z
r2Si2PO12とAg2SiO3からそれぞれ得られる固
体電解質について説明する。
【0008】Li1.4 Ti1.6 In0.4 P3O12、Li4
Sm2 Si2 O9 、Na3 Zr2Si2 PO12、Na4
Gd2 Si2 O9 、Ag2 SiO3 は、それぞれの組
成になるように各成分の酸化物及び炭酸塩を配合、混練
し、仮成形した後、焼成用セッターとの反応が認められ
る手前の温度である800〜1300℃で焼成を行う
が、Li1.4Ti1.6In0.4P3O12については1200
℃、Li4Sm2Si2O9については1100℃、Na3
Zr2Si2PO12については1300℃、Na4Gd2S
i2O9については1100℃、Ag2SiO3については
800℃とすることが好ましい。
Sm2 Si2 O9 、Na3 Zr2Si2 PO12、Na4
Gd2 Si2 O9 、Ag2 SiO3 は、それぞれの組
成になるように各成分の酸化物及び炭酸塩を配合、混練
し、仮成形した後、焼成用セッターとの反応が認められ
る手前の温度である800〜1300℃で焼成を行う
が、Li1.4Ti1.6In0.4P3O12については1200
℃、Li4Sm2Si2O9については1100℃、Na3
Zr2Si2PO12については1300℃、Na4Gd2S
i2O9については1100℃、Ag2SiO3については
800℃とすることが好ましい。
【0009】得られた焼成体は、微粉砕して各電解質粉
末とする。Ag3 Zr2 Si2 PO12粉末は、上記のN
a3 Zr2 Si2 PO12粉末とAgNO3 粉末を混合し
ルツボ中、300℃にてNaとAgのイオン交換を行な
った後、純水中にてNaNO3 を洗い流し乾燥した。上
記の操作で得られた各粉末の混合比を変えて配合混練の
後、1000kg/cm2 の圧力で直径10mm厚さ5
mmに成形し、焼成用セッター上でLi系混合粉末およ
びNa系混合粉末は1000℃で、Ag系混合粉末は7
00℃で焼成し導電率測定用ペレットを得る。各導電率
測定用ペレットの両面に白金ペーストを塗布し900℃
で焼付けて対向電極を設けた後、赤外線加熱炉により3
00℃に加熱し、2端子法でインピーダンスメーターを
用い100Hz〜10MHzの範囲で複素インピーダン
ス解析を行ない全導電率(粒内+粒界の導電率)を求め
た。その結果を図1〜3に示す。各場合同様に、ガラス
成分の多いLi4 Sm2 Si2 O9 、Na4 Gd2 Si
2 O9 、Ag2 SiO3 を10〜20重量%添加した組
成領域で導電率の向上が認められる。また、ガラス成分
の多い粉末が多く添加されるほど、電子顕微鏡による破
断面の観察から穴の少ない緻密な組織であり、主要成分
である数μmの粒子の周囲をガラス質物質が取り囲み、
さらに粒界部や穴の部分をガラス質が埋めた状態となる
傾向があり、さらに純水中での24時間の浸漬テストに
よる導電率の低下も小さくなる傾向が認められる。ただ
し、上記のような組織が緻密になる反面、導電率に関し
てはガラス成分の多い粉末を60重量%以上添加した場
合には1桁以上の大きな低下が認められる。
末とする。Ag3 Zr2 Si2 PO12粉末は、上記のN
a3 Zr2 Si2 PO12粉末とAgNO3 粉末を混合し
ルツボ中、300℃にてNaとAgのイオン交換を行な
った後、純水中にてNaNO3 を洗い流し乾燥した。上
記の操作で得られた各粉末の混合比を変えて配合混練の
後、1000kg/cm2 の圧力で直径10mm厚さ5
mmに成形し、焼成用セッター上でLi系混合粉末およ
びNa系混合粉末は1000℃で、Ag系混合粉末は7
00℃で焼成し導電率測定用ペレットを得る。各導電率
測定用ペレットの両面に白金ペーストを塗布し900℃
で焼付けて対向電極を設けた後、赤外線加熱炉により3
00℃に加熱し、2端子法でインピーダンスメーターを
用い100Hz〜10MHzの範囲で複素インピーダン
ス解析を行ない全導電率(粒内+粒界の導電率)を求め
た。その結果を図1〜3に示す。各場合同様に、ガラス
成分の多いLi4 Sm2 Si2 O9 、Na4 Gd2 Si
2 O9 、Ag2 SiO3 を10〜20重量%添加した組
成領域で導電率の向上が認められる。また、ガラス成分
の多い粉末が多く添加されるほど、電子顕微鏡による破
断面の観察から穴の少ない緻密な組織であり、主要成分
である数μmの粒子の周囲をガラス質物質が取り囲み、
さらに粒界部や穴の部分をガラス質が埋めた状態となる
傾向があり、さらに純水中での24時間の浸漬テストに
よる導電率の低下も小さくなる傾向が認められる。ただ
し、上記のような組織が緻密になる反面、導電率に関し
てはガラス成分の多い粉末を60重量%以上添加した場
合には1桁以上の大きな低下が認められる。
【0010】実施例2 実施例1と同様な操作により得られた表1に示す各粉末
を図1〜3で最も良い導電率の向上が認められたガラス
成分の多い粉末を20重量%添加した組成に配合して得
た各ペレットの300℃での導電率を表1に示す。
を図1〜3で最も良い導電率の向上が認められたガラス
成分の多い粉末を20重量%添加した組成に配合して得
た各ペレットの300℃での導電率を表1に示す。
【0011】本実施例においてもガラス成分の多い粉末
を20重量%添加した系では導電率の向上、組織の緻密
化、純水中での浸漬テストでの導電率の低下が小さくな
る傾向が認められる。
を20重量%添加した系では導電率の向上、組織の緻密
化、純水中での浸漬テストでの導電率の低下が小さくな
る傾向が認められる。
【0012】
【表1】
【0013】
【発明の効果】高いイオン導電率を有するセラミックス
電解質焼結体であるLi1.4 Ti1.6In0.4 P3
O12、Li2 Zr(PO4 )2 、Na3 Zr2 Si2 P
O12、Na2 Zr(PO4 )2 、Ag3 Zr2 Si2 P
O12、Ag2 Zr(PO4 )2 などをそれぞれ微粉砕し
た粉末に、同種のイオン導電体でガラス成分の多い電解
質焼結体であるLi4 Sm2 Si2 O9 、Na4 Gd2
Si2 O9 、Ag2 Si03などを微粉砕した粉末を4
0質量%以下添加混合し、900〜1100℃の比較的
低温で焼成することによって緻密で、導電率も大きな固
体電解質を得た。
電解質焼結体であるLi1.4 Ti1.6In0.4 P3
O12、Li2 Zr(PO4 )2 、Na3 Zr2 Si2 P
O12、Na2 Zr(PO4 )2 、Ag3 Zr2 Si2 P
O12、Ag2 Zr(PO4 )2 などをそれぞれ微粉砕し
た粉末に、同種のイオン導電体でガラス成分の多い電解
質焼結体であるLi4 Sm2 Si2 O9 、Na4 Gd2
Si2 O9 、Ag2 Si03などを微粉砕した粉末を4
0質量%以下添加混合し、900〜1100℃の比較的
低温で焼成することによって緻密で、導電率も大きな固
体電解質を得た。
【図1】ガラス成分の多い電解質の添加による導電率の
変化を説明する図。
変化を説明する図。
【図2】ガラス成分の多い電解質の添加による導電率の
変化を説明する図。
変化を説明する図。
【図3】ガラス成分の多い電解質の添加による導電率の
変化を説明する図。
変化を説明する図。
Claims (1)
- 【請求項1】 導電性セラミックスからなる固体電解質
において、導電率の高いセラミックス電解質に、該セラ
ミックス電解質と同種のイオン導電体からなり、該セラ
ミックスよりもガラス成分の多い電解質を40重量%以
下添加して焼結したことを特徴とする固体電解質。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4231856A JPH0680462A (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 固体電解質 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4231856A JPH0680462A (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 固体電解質 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0680462A true JPH0680462A (ja) | 1994-03-22 |
Family
ID=16930095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4231856A Pending JPH0680462A (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 固体電解質 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0680462A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9034524B2 (en) | 2011-03-07 | 2015-05-19 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Solid electrolyte for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including same |
| JP2016046000A (ja) * | 2014-08-20 | 2016-04-04 | 国立大学法人長岡技術科学大学 | 固体電解質用原料粉末 |
| EP3080860A4 (en) * | 2014-03-28 | 2017-02-01 | BYD Company Limited | Lithium ion battery, solid electrolyte and method of preparing the same |
| CN109786815A (zh) * | 2018-12-20 | 2019-05-21 | 广东工业大学 | 一种Nasicon型钠离子固体电解质及其制备方法和应用 |
| WO2021049360A1 (ja) * | 2019-09-13 | 2021-03-18 | Tdk株式会社 | 固体電解質層、全固体二次電池、及びそれらの製造方法 |
| CN113277843A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-08-20 | 哈尔滨工业大学 | 一种提高钠基固态电解质离子电导率的方法 |
| US12609349B2 (en) | 2020-06-24 | 2026-04-21 | Tdk Corporation | Solid electrolyte and solid electrolyte battery |
-
1992
- 1992-08-31 JP JP4231856A patent/JPH0680462A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9034524B2 (en) | 2011-03-07 | 2015-05-19 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Solid electrolyte for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including same |
| EP3080860A4 (en) * | 2014-03-28 | 2017-02-01 | BYD Company Limited | Lithium ion battery, solid electrolyte and method of preparing the same |
| US9893379B2 (en) | 2014-03-28 | 2018-02-13 | Byd Company Limited | Lithium ion battery, solid electrolyte and method of preparing the same |
| JP2016046000A (ja) * | 2014-08-20 | 2016-04-04 | 国立大学法人長岡技術科学大学 | 固体電解質用原料粉末 |
| CN109786815A (zh) * | 2018-12-20 | 2019-05-21 | 广东工业大学 | 一种Nasicon型钠离子固体电解质及其制备方法和应用 |
| WO2021049360A1 (ja) * | 2019-09-13 | 2021-03-18 | Tdk株式会社 | 固体電解質層、全固体二次電池、及びそれらの製造方法 |
| JPWO2021049360A1 (ja) * | 2019-09-13 | 2021-03-18 | ||
| CN114402470A (zh) * | 2019-09-13 | 2022-04-26 | Tdk株式会社 | 固体电解质层、全固体二次电池和它们的制造方法 |
| US12482854B2 (en) | 2019-09-13 | 2025-11-25 | Tdk Corporation | Solid electrolyte layer, all-solid-state secondary battery, and manufacturing method of same |
| US12609349B2 (en) | 2020-06-24 | 2026-04-21 | Tdk Corporation | Solid electrolyte and solid electrolyte battery |
| CN113277843A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-08-20 | 哈尔滨工业大学 | 一种提高钠基固态电解质离子电导率的方法 |
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