JPS6077304A - Lithium ion conductive solid electrolyte material - Google Patents

Lithium ion conductive solid electrolyte material

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JPS6077304A
JPS6077304A JP18472183A JP18472183A JPS6077304A JP S6077304 A JPS6077304 A JP S6077304A JP 18472183 A JP18472183 A JP 18472183A JP 18472183 A JP18472183 A JP 18472183A JP S6077304 A JPS6077304 A JP S6077304A
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lithium ion
solid electrolyte
ion conductive
electrolyte material
conductive solid
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大塚 秀昭
昭彦 山路
岡田 武司
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  • Conductive Materials (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、リチウムイオン導電性固体電解質材料に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a lithium ion conductive solid electrolyte material.

リチウムを負極活物質として用い、電解質としてリチウ
ム導電性の固体電解質を用いた全固体化電池(以下固体
電池という)は、高エネルギ密度であり、液漏れがなく
、小型薄型に出来る等の点で、非常に利点が多い。
All-solid-state batteries (hereinafter referred to as solid-state batteries), which use lithium as the negative electrode active material and a lithium-conductive solid electrolyte as the electrolyte, have high energy density, do not leak, and can be made small and thin. , has many advantages.

このような固体電池の工業的応用を目的としてリチウム
イオン導電性固体電解質材料の開発が注目されている。
The development of lithium ion conductive solid electrolyte materials is attracting attention for the purpose of industrial application of such solid-state batteries.

しかし、現在のところ、リチウムイオン導電性固体電解
質材料は得られておらず、僅かに、40mo 1%の1
1.03を添加したLSIのみがリチウム固体電池に応
用され、実用されているにすぎない。
However, at present, no lithium ion conductive solid electrolyte material has been obtained, and only 40mo 1% 1
Only LSIs doped with 1.03 have been applied to lithium solid-state batteries and are in practical use.

最近、Lia N % LixaZn (GeOa )
 a 、Lis N−Li1等のリチウムイオン導電性
の固体電解質材料廚坏 が注目されているが、まださとト電池に必要な特性を充
分満足しているとは言い難い現状である。
Recently, LiaN%LixaZn (GeOa)
Although lithium ion conductive solid electrolyte materials such as a and Lis N-Li1 are attracting attention, it is difficult to say that they still fully satisfy the characteristics required for batteries.

たとエバ、Lia Nは分解電圧が低いこと、L4uZ
n(GeOa ) aは室温での導電率が小さく、また
不安定な材料であること、等の点で、いずれも固体電池
への通用はなされていない。
and Eva, Lia N has low decomposition voltage, L4uZ
n(GeOa)a has low electrical conductivity at room temperature and is an unstable material, so none of them has been applied to solid-state batteries.

このようなわけで、これらの欠点を除去した固体電解質
材料、特に導電率が大きく、化学的の安定なI料開発が
希求されている。
For this reason, there is a demand for the development of solid electrolyte materials that eliminate these drawbacks, particularly I materials that have high electrical conductivity and are chemically stable.

本発明は上述の現状に鑑みなされたもので、導電率が大
きく、かつ化学的に安定なリチウムイオン導電性固体電
解質材料を提供することを目的とする。
The present invention was made in view of the above-mentioned current situation, and an object of the present invention is to provide a lithium ion conductive solid electrolyte material that has high electrical conductivity and is chemically stable.

したがって、本発明によるリチウムイオン導電性固体電
解質材料は、一般式、 Lit +xNb1+yl’l s +tOs(但し、
−0,05≦X+LL≦0.05)で示される組成物よ
りなることを特徴“とするものである。
Therefore, the lithium ion conductive solid electrolyte material according to the present invention has the general formula: Lit + xNb1 + yl'l s + tOs (however,
-0.05≦X+LL≦0.05).

本発明によるリチウムイオン導電性固体電解質材料によ
れば、比較的高いリチウムイオン導電性と、熱的、およ
び水分に対しても安定であるという利点があり、このリ
チウムイオン導電性固体電解質材料をリチウム固体電池
の電解質材料に適用することにより、固体電池の特性改
善が達成しえるという利点がある。
The lithium ion conductive solid electrolyte material according to the present invention has the advantages of relatively high lithium ion conductivity and stability against heat and moisture. By applying it to the electrolyte material of a solid-state battery, there is an advantage that the characteristics of the solid-state battery can be improved.

本発明をさらに詳しく説明する。The present invention will be explained in more detail.

本発明の一般式、 Li1ヤχNbz +yW 1 +tOs ・φ・(1
)(但し、−0,05≦X+Y+Z+≦0.05>で示
される組成物は、リチウムイオン導電率の高い材料を作
ることを目的に、その結晶構造に着目して作製したもの
である。すなわち、トリルチル構造に着目し、前記トリ
ルチル構造が(001)方向に隙間があり、この方向に
リチウムイオンの移動が容易であると考えられることか
ら、このトリルタイル構造を有するLiNbWOB系材
料に着目したのである。
The general formula of the present invention is Li1 χNbz +yW 1 +tOs ・φ・(1
) (However, the composition represented by -0,05≦X+Y+Z+≦0.05> was produced by focusing on its crystal structure with the aim of producing a material with high lithium ion conductivity. We focused on the trirutile structure, and since the trirutile structure has gaps in the (001) direction, and it is thought that lithium ions can easily move in this direction, we focused on LiNbWOB-based materials that have this trirutile structure. .

前述の一般式(1)において、χ=y =z =0であ
るのがLiNbWO5であり、前記一般式(1)におい
て、代表的物質である。
In the above general formula (1), LiNbWO5 satisfies χ = y = z = 0, and is a typical substance in the above general formula (1).

このLjNbWOaに対し、Li、 Nb、−の量を5
%程度まで過剰に添加するか、あるいは逆に少なくした
場合にも、はとんどLtNMIOsのトリルチル構造の
相となり、いずれもリチウムイオン導電性を示す。すな
わち、本発明によるリチウムイオン導電性固体電解質材
料の導電率は、仮焼成、本焼成、ホットプレスの条件に
より若干具なるが、χ−y=z−0のとき導電率は最大
となり、X+y+Zが±0.05までは比較的高いイオ
ン導電性を保持する。
For this LjNbWOa, the amount of Li, Nb, - is 5
When it is added excessively to the extent of %, or conversely when it is added too little, it almost becomes a phase with the trirutile structure of LtNMIOs, and both exhibit lithium ion conductivity. That is, the electrical conductivity of the lithium ion conductive solid electrolyte material according to the present invention varies slightly depending on the conditions of pre-firing, main baking, and hot pressing, but the electrical conductivity is maximum when χ-y=z-0, and X+y+Z is Relatively high ionic conductivity is maintained up to ±0.05.

しかしながら、1に 1、ly l、ly lが、01
05を超えると、異相が混じってきて、導電率が著しく
小さくなる。
However, if 1 has 1, ly l, ly l, 01
If it exceeds 05, different phases will be mixed in and the conductivity will be significantly reduced.

本発明によるリチウムイオン導電性固体電解質材料の製
造方法は、本発明において限定されるものではない。た
とえば、通常の磁器焼成法あるいはホットプレス法によ
り製造することができる。
The method for manufacturing the lithium ion conductive solid electrolyte material according to the present invention is not limited in the present invention. For example, it can be manufactured by a normal porcelain firing method or a hot pressing method.

具体的には、たとえば次ぎのようにして製造することが
できる。
Specifically, it can be manufactured, for example, as follows.

まず市販特級試薬のLit COa 、Nb1!Os 
、討03を原料とし、これらの原料を、Liz+xNb
t+γ−1+χ06なる秤量式に基づき、所定量を秤量
し、ボットミルによりアルミするつぼに入れ、焼成する
。
First, commercially available special grade reagents Lit COa and Nb1! Os
, 03 as raw materials, and these raw materials as Liz+xNb
Based on the weighing formula t+γ-1+χ06, a predetermined amount is weighed, placed in an aluminum pot using a bot mill, and fired.

始めに、600℃に数時間保ち、LigCO3の分解を
行った後、700〜760℃の温度で、24〜120時
間、大気中で焼成する。焼成後、反応生成物を炉から取
り出し、粉砕した後、1〜5 L /cdの圧力で、成
形し成形体とする。
First, it is kept at 600°C for several hours to decompose LigCO3, and then fired in the air at a temperature of 700 to 760°C for 24 to 120 hours. After firing, the reaction product is taken out from the furnace, pulverized, and then molded into a molded body under a pressure of 1 to 5 L/cd.

この成形体を、さらに760℃で6時間焼成するか、7
60−800℃の温度で、400 Kg/Jのプレス圧
で2時間、ホットプレス焼成を行う。
This molded body is further baked at 760°C for 6 hours, or
Hot press firing is carried out at a temperature of 60-800° C. and a press pressure of 400 Kg/J for 2 hours.

前述のように製造された焼結体を所要形状に切り出し、
リチウムを負極活物質とする固体電池の固体電解質材料
とする。
The sintered body produced as described above is cut into the desired shape,
Used as a solid electrolyte material for solid batteries that use lithium as the negative electrode active material.

以下、本発明の詳細な説明する。The present invention will be explained in detail below.

以下の実施例における導電率の測定は、焼結体から、5
 x5 X4mmの大きさの直方体を切り出すか、12
m+gφ、厚さ21■の円板状の焼結体を試料とし、そ
の両面に電極を付けて、交流二端子法により行った。
In the following examples, the conductivity was measured from a sintered body of 5
Cut out a rectangular parallelepiped of size x5 x4mm or 12
A disk-shaped sintered body having a diameter of m+gφ and a thickness of 21 cm was used as a sample, electrodes were attached to both sides, and the AC two terminal method was used.

また電子輸率は直接法によりめた導電率よりめた。In addition, the electron transfer number was determined from the conductivity determined by the direct method.

交流の場合、測定器として、インピーダンスアナライザ
ーを用い、複数インピーダンス法により導電率をめた。
In the case of alternating current, an impedance analyzer was used as the measuring instrument, and the conductivity was determined by the multiple impedance method.

実施例1 前述の製造方法にしたがい、LiNbWOe (前記一
般式(1)のX =y =z =0のばあい) 、Lf
+、esNVO6(x =0.05+y=z =o )
 、LiasNbWOe (x = −0゜05、y=
z =o ) 、LiNbtasWOs (x =z 
=(LV =o。
Example 1 According to the above manufacturing method, LiNbWOe (when X = y = z = 0 in the general formula (1)), Lf
+, esNVO6 (x = 0.05 + y = z = o)
, LiasNbWOe (x = -0°05, y =
z = o), LiNbtasWOs (x = z
=(LV=o.

/−の圧力で、12wφ、〜5■纜に成形し、760 
”cいての結果を示すグラフである。
/- pressure, mold to 12wφ, ~5mm diameter, 760
This is a graph showing the results of ``c''.

実施例2 前記の方法により、L、INbHOeをホントプレス法
で作製した。原料粉末を仮焼成した後、成形し、800
℃、400 Kg/ctl、 2時間真空中で焼成した
。
Example 2 According to the method described above, L, INbHOe was produced by the Hontopress method. After calcining the raw material powder, it is molded and
℃, 400 Kg/ctl, 2 hours in vacuum.

導電率の測定結果を第2図に示す。The measurement results of electrical conductivity are shown in FIG.

比較のため、通常の焼成法(実施例1)で作製したし1
NbWOsの結果を併せて示す。図中、Fはこの実施例
2で作製されたLiNbWOeの導電率の温度依存性を
示すグラフである。
For comparison, 1
The results for NbWOs are also shown. In the figure, F is a graph showing the temperature dependence of the conductivity of LiNbWOe produced in Example 2.

この第2図より明らかなように、ホットプレス法による
試料の導電率は、200℃で、6 Xl0−6Ω−’c
m’であり、通寓の焼成法(実施例1)のばあいに比較
して良好であることがわかった。
As is clear from Fig. 2, the conductivity of the hot-pressed sample at 200°C is 6Xl0-6Ω-'c
m', which was found to be better than the firing method of Tsuji (Example 1).

この試料について、イオンブロッキング電極であるPL
−Pd電極を付けて直流法により導電率をもとめた結果
、200°Cで、2X10−7Ω゛tC,−i程度であ
った。また、このLiNbWOeの電子輸率は、0゜0
3程度であり、この試料の導電性はイオンによるもので
あることがわかった。
For this sample, the ion blocking electrode PL
-The conductivity was determined by the direct current method with a Pd electrode attached, and the result was about 2×10-7Ω゛tC,-i at 200°C. In addition, the electron transport number of this LiNbWOe is 0°0
It was found that the conductivity of this sample was due to ions.

なお、通tπの焼成法とボットプレス法による試料の導
電率の違いは、試Hの焼結密度の違いによるものと考え
られる。
The difference in electrical conductivity between the samples obtained by the tπ firing method and the Botto press method is thought to be due to the difference in the sintered density of sample H.

以上の実施例でのべた試料を始め、Lid÷、Nbs 
+yll s +zOe (但し、−0,05≦X+V
+2+≦0.05)の試料をわ)末X線回折法で門べた
結果、いずれもほとんどLjNbWOsのトリルチル相
の単相になっていた。x =−0,05、y−±0.0
5.2=±0゜05の場合は、極めて弱い異相が見られ
る。これらの試料の導電率がLiNb1lOsに比べて
若干小さいのは、その異相によるものと考えられ、トリ
ルチル構造はその隙間方向にイオンが移動しやすいこと
がわかった。
Starting with the solid samples in the above examples, Lid÷, Nbs
+yll s +zOe (however, -0,05≦X+V
+2+≦0.05) samples were examined using the final X-ray diffraction method, and as a result, they were almost all single-phase trirutile phase of LjNbWOs. x = -0.05, y - ±0.0
In the case of 5.2=±0°05, an extremely weak different phase is observed. The reason why the conductivity of these samples is slightly lower than that of LiNb11Os is thought to be due to the different phase, and it was found that the trirutile structure allows ions to move easily in the direction of the gap.

以上説明したように、本発明によるIjl+χNbl÷
γWz+xOeより成るリチウムイオン導電性固体電解
質材料は、トリルチル構造をとることにより、比較的高
いリチウムイオン導電性を示す。
As explained above, according to the present invention, Ijl+χNbl÷
A lithium ion conductive solid electrolyte material composed of γWz+xOe exhibits relatively high lithium ion conductivity by having a trirutile structure.

また、このリチウムイオン導電性固体電解質材料は熱的
および水分に対しても安定であり、リチウム固体電池の
電解質材料に用いることにより固体電池の特性改善が達
成できる利点がある。
Furthermore, this lithium ion conductive solid electrolyte material is stable against heat and moisture, and has the advantage that it can improve the characteristics of solid-state batteries by using it as an electrolyte material for lithium solid-state batteries.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明の一実施例のリチウムイオン導電性固
体電解質材料の導電率の温度依存性を示ず図であり、第
2図は本発明による実施例1および実施例2で製造した
LiNb1′10eの導電率の温度依存性を示した図で
ある。 出願人代理人 雨 宮 正 季 第 1 因 第 2 図
FIG. 1 is a diagram showing the temperature dependence of the electrical conductivity of a lithium ion conductive solid electrolyte material according to an example of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing the temperature dependence of the conductivity of LiNb1'10e. Applicant's agent Masaki Amemiya No. 1 Cause No. 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 一般式、 Lid +xNb1+yHs +xOa(但し、−0,
05≦X+V+Z+≦0.05)で示される組成物より
なることを特徴とするリチウムイオン導電性固体電解質
材料。
[Claims] General formula, Lid +xNb1+yHs +xOa (however, -0,
05≦X+V+Z+≦0.05).
JP18472183A 1983-10-03 1983-10-03 Lithium ion conductive solid electrolyte material Granted JPS6077304A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18472183A JPS6077304A (en) 1983-10-03 1983-10-03 Lithium ion conductive solid electrolyte material

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JP18472183A JPS6077304A (en) 1983-10-03 1983-10-03 Lithium ion conductive solid electrolyte material

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