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JP6340955B2 - Method for producing composite laminate, composite laminate and lithium battery - Google Patents
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JP6340955B2 - Method for producing composite laminate, composite laminate and lithium battery - Google Patents

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Description

本発明は、複合積層体の製造方法、複合積層体及びリチウム電池に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a composite laminate, a composite laminate, and a lithium battery.

従来、全固体リチウム二次電池としては、Li、La及びZrを含むガーネット型イオン伝導性酸化物を固体電解質とするものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この固体電解質では、ZrをNbで置換することによって、化学的安定性に優れ、電位窓が広く、リチウムイオンの伝導度がより高いものとすることができる。   Conventionally, as an all solid lithium secondary battery, a garnet-type ion conductive oxide containing Li, La, and Zr has been proposed as a solid electrolyte (see, for example, Patent Document 1). In this solid electrolyte, by replacing Zr with Nb, the chemical stability is excellent, the potential window is wide, and the lithium ion conductivity is higher.

特開2010−272344号公報JP 2010-272344 A

ところで、特許文献1のガーネット型酸化物は、リチウム二次電池とする際には、その表面に正極活物質層を形成する。このとき、例えば、固体電解質層と活物質層との固体−固体界面におけるリチウムイオンの伝導性が十分でなく、電池性能に悪影響を及ぼすことがあった。例えば、電気自動車用の電池など、大電流で放電しなければならない場合などにおいて、この固体電解質層と活物質層との間でのリチウムイオンの伝導性などをより向上することが望まれていた。   By the way, when making the garnet-type oxide of patent document 1 into a lithium secondary battery, a positive electrode active material layer is formed in the surface. At this time, for example, the lithium ion conductivity at the solid-solid interface between the solid electrolyte layer and the active material layer is not sufficient, which may adversely affect the battery performance. For example, when it is necessary to discharge with a large current, such as a battery for an electric vehicle, it has been desired to further improve the lithium ion conductivity between the solid electrolyte layer and the active material layer. .

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、より大きな電流での放電を行うことができる複合積層体の製造方法、複合積層体及びリチウム二次電池を提供することを主目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and it is a main object of the present invention to provide a method for manufacturing a composite laminate, a composite laminate, and a lithium secondary battery capable of performing discharge with a larger current. To do.

上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、Li,La,Zrを含む固体電解質層(第1層)の表面に活物質粒子(複合酸化物粒子)に含まれる金属を含む薄膜を形成したのち、活物質粒子を積層して複合積層体を作製するものとすると、より大きな電流での放電を行うことができることを見いだし、本発明を完成するに至った。   As a result of diligent research to achieve the above-described object, the present inventors have found that the metal contained in the active material particles (composite oxide particles) on the surface of the solid electrolyte layer (first layer) containing Li, La, and Zr. After forming a thin film containing, it was found that discharge with a larger current can be performed by laminating active material particles to produce a composite laminate, and the present invention has been completed.

即ち、本発明の複合積層体の製造方法は、
LiとLaとZrとを少なくとも含有するガーネット型酸化物を含む第1層の表面にCo、Ni及びMnのうち1以上を含む金属及び/又は化合物からなる中間層を形成する形成工程と、
前記中間層に含まれるCo、Ni及びMnのうち1以上の元素を含有する複合酸化物の粒子とLiを含有する融剤とを含む第2層を前記中間層の上に形成し積層体とする積層工程と、
前記積層体を焼成する焼成工程と、
を含むものである。
That is, the method for producing the composite laminate of the present invention includes:
Forming an intermediate layer made of a metal and / or compound containing one or more of Co, Ni and Mn on the surface of the first layer containing a garnet-type oxide containing at least Li, La and Zr;
A second layer including a composite oxide particle containing one or more elements of Co, Ni, and Mn contained in the intermediate layer and a flux containing Li is formed on the intermediate layer; Laminating process to
A firing step of firing the laminate;
Is included.

本発明の複合積層体は、
LiとLaとZrとを少なくとも含有するガーネット型酸化物を含む第1層と、
Co、Ni及びMnのうち1以上の元素を含有する複合酸化物の粒子とLiを含有する融剤とを含む第2層と、
前記複合酸化物に含まれるCo、Ni及びMnのうち1以上の元素を含有し前記融剤中において前記第1層と前記複合酸化物粒子との間に形成された前記融剤と異なる界面部と、を備えたものである。
The composite laminate of the present invention is
A first layer including a garnet-type oxide containing at least Li, La, and Zr;
A second layer comprising particles of a composite oxide containing one or more elements of Co, Ni and Mn and a flux containing Li;
An interface portion containing one or more elements of Co, Ni and Mn contained in the composite oxide and different from the flux formed in the flux between the first layer and the composite oxide particles And.

本発明では、より大きな電流での放電を行うことができる。このような効果が得られる理由は、以下のように推測される。例えば、LiとLaとZrとを少なくとも含有するガーネット型酸化物を含む第1層は、焼成されるとその表面にLiが析出しやすい性質を有している。本発明では、複合酸化物に含有されるCo、Ni及びMnのうち1以上の元素を含有する中間層を予め第1層上に形成しておくことにより、この析出するLiと反応し、リチウムイオンをより伝導しやすい界面部が形成されると推察される。この界面部により、活物質粒子と第1層との間でのリチウムイオンの伝導性がより高まるため、より大きな電流での放電を行うことができるものと推察される。   In the present invention, discharge with a larger current can be performed. The reason why such an effect is obtained is presumed as follows. For example, the first layer containing a garnet-type oxide containing at least Li, La, and Zr has a property that Li is likely to precipitate on the surface thereof when fired. In the present invention, an intermediate layer containing one or more elements of Co, Ni, and Mn contained in the composite oxide is formed on the first layer in advance, thereby reacting with the deposited Li, and lithium It is presumed that an interface portion that more easily conducts ions is formed. This interface portion increases the conductivity of the lithium ions between the active material particles and the first layer, so that it is presumed that discharge with a larger current can be performed.

全固体型のリチウム電池10の構造の一例を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the structure of an all-solid-type lithium battery 10. 複合積層体20を作製する工程の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the process of producing the composite laminated body. 複合積層体の断面のSEM写真。The SEM photograph of the cross section of a composite laminated body. 放電電流I/Cと放電容量Q/Q0との関係図。Graph showing the relationship between the discharge current I / C and the discharge capacity Q / Q 0. 固体電解質上に形成したCo質量と放電容量Q/Q0との関係図。Relationship diagram between Co mass formed on the solid electrolyte and the discharge capacity Q / Q 0.

本発明の複合積層体は、LiとLaとZrとを少なくとも含有するガーネット型酸化物(以下、LLZとも称する)を含む第1層と、Co、Ni及びMnのうち1以上の元素を含有する複合酸化物の粒子とLiを含有する融剤とを含む第2層と、複合酸化物に含まれるCo、Ni及びMnのうち1以上の元素を含有し融剤中において第1層と複合酸化物粒子との間に形成された融剤と異なる界面部と、を備えている。この複合積層体は、第1層がリチウムイオン伝導性を有するガーネット型酸化物を含む固体電解質層であり、第2層がリチウムイオンを吸蔵放出する複合酸化物の粒子を含む活物質層であるものとしてもよい。   The composite laminate of the present invention contains a first layer containing a garnet-type oxide (hereinafter also referred to as LLZ) containing at least Li, La, and Zr, and one or more elements of Co, Ni, and Mn. A second layer including composite oxide particles and a Li-containing flux; and one or more elements of Co, Ni, and Mn contained in the composite oxide, and the first layer and the composite oxidation in the flux And an interface portion different from the flux formed between the product particles. In this composite laminate, the first layer is a solid electrolyte layer containing a garnet-type oxide having lithium ion conductivity, and the second layer is an active material layer containing composite oxide particles that occlude and release lithium ions. It may be a thing.

第1層に含まれるガーネット型酸化物は、LiとLaとZrとを含有し、更にLaと異なる元素であり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種以上の元素Aと、Zrと異なる元素であり酸素と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種以上の元素Tとを含有するものとしてもよい。より具体的には、ガーネット型酸化物は、基本組成Li7+X-YLa3-XXZr2-YY12(式中、元素Aは、Ba,Sr,Ca,MgおよびYからなる群より選ばれた1種類以上の元素であり、元素Tは、Sc,Ti,V,Y,Nb,Hf,Ta,Al,Si,GaおよびGeからなる群より選ばれた1種類以上の元素であり、0<X≦1、0≦Y≦1、X<Yを満たす)で表されるものであることがより好ましい。元素Aとしては、例えば、SrやCaであることが好ましい。Srを含むものとすると、融点が下がり、焼成温度を低下させるなど、焼成エネルギーをより低減することができる。また、Caを含むものとするとリチウムイオン伝導度をより向上することができる。元素Tは、Nbであることが好ましい。Nbを含むものとすると、リチウムイオン伝導度をより高めることができる。この基本組成式において、ガーネット型酸化物は、0.05≦X≦0.1を満たすことがより好ましい。 The garnet-type oxide contained in the first layer contains Li, La, and Zr, and is an element different from La, and is different from at least one element A among alkaline earth metals and lanthanoid elements, and Zr. It is good also as a thing containing at least 1 or more types of element T among the transition elements which are elements and can take 6-coordinate with oxygen, and the typical elements which belong to 12th group-15th group. More specifically, the garnet-type oxide has a basic composition Li 7 + XY La 3−X A X Zr 2−Y T Y O 12 (wherein the element A is derived from Ba, Sr, Ca, Mg and Y). And at least one element selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Y, Nb, Hf, Ta, Al, Si, Ga, and Ge. It is more preferable that it is an element, and 0 <X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, and X <Y. The element A is preferably, for example, Sr or Ca. If Sr is contained, the melting energy is lowered, and the firing energy can be further reduced, for example, the firing temperature is lowered. If Ca is contained, lithium ion conductivity can be further improved. The element T is preferably Nb. When Nb is included, lithium ion conductivity can be further increased. In this basic composition formula, the garnet-type oxide more preferably satisfies 0.05 ≦ X ≦ 0.1.

ここで、ガーネット型酸化物は、主としてガーネット型の構造を有していればよく、例えば、ガーネット型以外の構造が一部含まれていたり、X線回折のピーク位置がシフトしているなどガーネットからみて歪んだ構造を含むものとしてもよい。また、組成式で示しているが、第1層には他の元素や構造などが一部含まれていてもよい。なお、「基本組成」とは、元素A,元素Tにはそれぞれ主成分の元素と1以上の副成分の元素を含んでいてもよい趣旨である。   Here, the garnet-type oxide is only required to have mainly a garnet-type structure. For example, the garnet-type oxide includes a part of the structure other than the garnet-type structure or the peak position of X-ray diffraction is shifted. It may include a structure that is distorted when viewed from the viewpoint. In addition, as shown by the composition formula, the first layer may partially include other elements and structures. Note that the “basic composition” means that the element A and the element T may each contain a main component element and one or more subcomponent elements.

ガーネット型酸化物を含む第1層は、電気伝導度(リチウムイオン伝導度,25℃)が0.4×10-4(S/cm)以上であることが好ましく、1.0×10-4(S/cm)以上であることがより好ましく、1.5×10-4(S/cm)以上であることが更に好ましい。このリチウムイオン伝導度は、融剤、元素A,元素Tの添加割合(X,Y)や、焼成温度を調整することにより、適宜変更することができる。 The first layer containing a garnet-type oxide preferably has an electric conductivity (lithium ion conductivity, 25 ° C.) of 0.4 × 10 −4 (S / cm) or more, and is 1.0 × 10 −4. (S / cm) or more is more preferable, and 1.5 × 10 −4 (S / cm) or more is further preferable. This lithium ion conductivity can be changed as appropriate by adjusting the addition ratio (X, Y) of the flux, element A and element T, and the firing temperature.

ガーネット型酸化物は、1100℃以下で焼成されていることが好ましく、1050℃以下で焼成されていることがより好ましく、1000℃以下で焼成されていることが更に好ましい。1100℃以下の焼成では、焼成エネルギーの低減をより図ることができる。ガーネット型構造を形成する観点から、ガーネット型酸化物は、800℃以上で焼成されていることが好ましい。   The garnet-type oxide is preferably baked at 1100 ° C. or lower, more preferably baked at 1050 ° C. or lower, and further preferably baked at 1000 ° C. or lower. In firing at 1100 ° C. or lower, the firing energy can be further reduced. From the viewpoint of forming a garnet structure, the garnet oxide is preferably fired at 800 ° C. or higher.

第2層に含まれる複合酸化物は、Ni、Co及びMnのうち1以上を含有するものであるが、更にLiを含有するものとしてもよい。例えば、複合酸化物は、基本組成LiCoaNibMnc2(0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦1、a+b+c=1)で表されるものであることがより好ましい。この基本組成において、0.2≦a≦0.6、0.2≦b≦0.6及び0.2≦c≦0.6を満たすものとしてもよい。また、この基本組成において、0.3≦a≦0.4、0.3≦b≦0.4及び0.3≦c≦0.4を満たすものとしてもよい。例えば、複合酸化物は、基本組成式をLi(1-n)CoO2とするリチウムコバルト複合酸化物、基本組成式をLi(1-n)NiO2とするリチウムニッケル複合酸化物、基本組成式をLi(1-n)MnO2(0<n<1など、以下同じ)やLi(1-n)Mn24などとするリチウムマンガン複合酸化物、基本組成式をLi(1-n)Ni1/3Co1/3Mn1/32とするリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物であるものとしてもよい。このうち、複合酸化物は、少なくともCoを含むものが好ましく、リチウムコバルト複合酸化物(以下、LCOとも称する)などが好ましい。Coを含むものでは、リチウムイオンを伝導する界面部をより形成しやすいと考えられる。 The composite oxide contained in the second layer contains one or more of Ni, Co, and Mn, but may further contain Li. For example, the composite oxide may be expressed by a basic composition LiCo a Ni b Mn c O 2 (0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 1, a + b + c = 1). preferable. In this basic composition, 0.2 ≦ a ≦ 0.6, 0.2 ≦ b ≦ 0.6, and 0.2 ≦ c ≦ 0.6 may be satisfied. Further, in this basic composition, 0.3 ≦ a ≦ 0.4, 0.3 ≦ b ≦ 0.4, and 0.3 ≦ c ≦ 0.4 may be satisfied. For example, the composite oxide includes a lithium cobalt composite oxide whose basic composition formula is Li (1-n) CoO 2 , a lithium nickel composite oxide whose basic composition formula is Li (1-n) NiO 2, and a basic composition formula Li (1-n) MnO 2 (0 <n <1, etc., the same shall apply hereinafter) and Li (1-n) Mn 2 O 4, etc., and a basic composition formula of Li (1-n) Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 and may be as a lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide. Among these, the composite oxide preferably contains at least Co, and lithium cobalt composite oxide (hereinafter also referred to as LCO) is preferable. In the case of containing Co, it is considered that an interface portion that conducts lithium ions is more easily formed.

第2層に含まれる融剤は、Liを少なくとも含有するものであれば特に限定されず、リチウムイオンの伝導性を有するものがより好ましい。この融剤は、LiとBとを含む化合物、中でも、ホウ酸リチウムであることが好ましい。ホウ酸リチウムとしては、例えば、Li3BO3、Li247、LiBO2などが挙げられ、このうち、Li3BO3(以下、LBOとも称する)がより好ましい。LBOは、複合酸化物との反応性がより低いため好ましい。このように、第2層に融剤を含むものとすると、複合酸化物をより強固に第1層上に固定することができる。なお、「融剤」とは、複合酸化物粒子を融解させる趣旨ではなく、その材料自体が融解して複合酸化物を第1層上に接合させるものをいう。 The flux contained in the second layer is not particularly limited as long as it contains at least Li, and a flux having lithium ion conductivity is more preferable. This flux is preferably a compound containing Li and B, particularly lithium borate. Examples of the lithium borate include Li 3 BO 3 , Li 2 B 4 O 7 and LiBO 2, and among these, Li 3 BO 3 (hereinafter also referred to as LBO) is more preferable. LBO is preferable because it has lower reactivity with the composite oxide. Thus, when the second layer contains a flux, the composite oxide can be more firmly fixed on the first layer. The “flux” is not intended to melt the composite oxide particles, but refers to a material that melts the material itself to join the composite oxide onto the first layer.

界面部は、活物質粒子と固体電解質層とを接合する部位である。この界面部は、例えば、活物質粒子と固体電解質層との間でくびれ形状を有するものとしてもよい。この界面部は、複合酸化物に含有されるCo、Ni及びMnのうち1以上の元素を含有するものであるが、リチウムイオンの伝導性を有する化合物により形成されることがより好ましい。また、界面部は、例えば、複合酸化物に類似の化合物により構成されているものとしてもよい。この界面部の存在によって、リチウムイオンが速やかに移動できるようになる。   The interface part is a part for joining the active material particles and the solid electrolyte layer. For example, the interface portion may have a constricted shape between the active material particles and the solid electrolyte layer. This interface portion contains one or more elements of Co, Ni and Mn contained in the composite oxide, but is more preferably formed of a compound having lithium ion conductivity. Moreover, the interface part may be composed of a compound similar to the composite oxide, for example. The presence of this interface portion allows lithium ions to move quickly.

本発明の複合積層体は、第1層の厚さが0.1μm以上であるものとしてもよいし、1μm以上であるものとしてもよいし、10μm以上であるものとしてもよい。また、第1層の厚さは1mm以下であるものとしてもよい。なお、第2層の厚さも同様である。   In the composite laminate of the present invention, the first layer may have a thickness of 0.1 μm or more, 1 μm or more, or 10 μm or more. Further, the thickness of the first layer may be 1 mm or less. The same applies to the thickness of the second layer.

本発明の複合積層体は、リチウム電池に利用することができる。リチウムイオン伝導度がより高いからである。このとき、ガーネット型酸化物は、例えば、リチウム電池の固体電解質として利用するものとしてもよいし、リチウム電池のセパレータとして利用するものとしてもよい。こうしたリチウム電池は、固体電解質である第1層と正極活物質である第2層とを備える複合積層体と、リチウムを吸蔵・放出しうる負極活物質を有する負極と、を備えるものである。負極に用いる負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金、スズ化合物などの無機化合物、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素質材料、リチウムチタン複合酸化物及び導電性ポリマーなどが挙げられる。炭素質材料は、特に限定されるものではないが、コークス類、ガラス状炭素類、グラファイト類、難黒鉛化性炭素類、熱分解炭素類、炭素繊維などが挙げられる。   The composite laminated body of this invention can be utilized for a lithium battery. This is because the lithium ion conductivity is higher. At this time, the garnet-type oxide may be used as, for example, a solid electrolyte of a lithium battery, or may be used as a separator of a lithium battery. Such a lithium battery includes a composite laminate including a first layer that is a solid electrolyte and a second layer that is a positive electrode active material, and a negative electrode having a negative electrode active material that can occlude and release lithium. Examples of the negative electrode active material used for the negative electrode include inorganic compounds such as lithium metal, lithium alloys, and tin compounds, carbonaceous materials capable of inserting and extracting lithium ions, lithium titanium composite oxides, and conductive polymers. The carbonaceous material is not particularly limited, and examples thereof include cokes, glassy carbons, graphites, non-graphitizable carbons, pyrolytic carbons, and carbon fibers.

本発明のリチウム電池は、上述した複合積層体を備えている。このリチウム電池は、二次電池としてもよいし、全固体型リチウム電池としてもよい。このリチウム電池の構造は、特に限定されないが、例えば図1に示す構造が挙げられる。図1は、全固体型のリチウム電池10の構造の一例を示す説明図である。このリチウム電池10は、第1層である固体電解質層11と、この固体電解質層11の片面に形成された第2層である正極活物質層13と、この固体電解質層11のもう片面に形成された負極活物質層16とを有する。ガーネット型酸化物を含む固体電解質層11及び複合酸化物である活物質粒子21を含む正極活物質層13が、本発明の複合積層体20である。正極活物質層13の表面には、集電体14が形成されており、負極活物質層16の表面には、集電体17が形成されている。正極活物質層13には、Co、Ni及びMnのうち1以上の元素を含有する複合酸化物の活物質粒子21と、Liを含有する融剤22とを含む。また、正極活物質層13には、活物質粒子21に含まれるCo、Ni及びMnのうち1以上の元素を含有し融剤22の中において固体電解質層11と活物質粒子21との間に形成された、融剤22と異なる界面部24が形成されている。この界面部24は、活物質粒子21と固体電解質層11とを接合する部位であり、くびれ形状を有するものとしてもよい。   The lithium battery of the present invention includes the composite laminate described above. This lithium battery may be a secondary battery or an all solid-state lithium battery. Although the structure of this lithium battery is not specifically limited, For example, the structure shown in FIG. 1 is mentioned. FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the structure of an all-solid-state lithium battery 10. The lithium battery 10 includes a solid electrolyte layer 11 that is a first layer, a positive electrode active material layer 13 that is a second layer formed on one surface of the solid electrolyte layer 11, and a second surface of the solid electrolyte layer 11. Negative electrode active material layer 16. The solid electrolyte layer 11 containing a garnet-type oxide and the positive electrode active material layer 13 containing active material particles 21 that are a composite oxide are the composite laminate 20 of the present invention. A current collector 14 is formed on the surface of the positive electrode active material layer 13, and a current collector 17 is formed on the surface of the negative electrode active material layer 16. The positive electrode active material layer 13 includes composite oxide active material particles 21 containing one or more elements of Co, Ni, and Mn, and a flux 22 containing Li. Further, the positive electrode active material layer 13 contains one or more elements of Co, Ni, and Mn contained in the active material particles 21, and is interposed between the solid electrolyte layer 11 and the active material particles 21 in the flux 22. The formed interface part 24 different from the flux 22 is formed. The interface portion 24 is a portion where the active material particles 21 and the solid electrolyte layer 11 are joined, and may have a constricted shape.

次に、本発明の複合積層体の製造方法について説明する。本発明の複合積層体の製造方法は、中間層を形成する形成工程と、第2層を積層する積層工程と、積層した積層体を焼成する焼成工程とを含む。図2は、複合積層体20を作製する工程の一例を示す説明図である。   Next, the manufacturing method of the composite laminated body of this invention is demonstrated. The manufacturing method of the composite laminated body of this invention includes the formation process which forms an intermediate | middle layer, the lamination process which laminates | stacks a 2nd layer, and the baking process which bakes the laminated body laminated | stacked. FIG. 2 is an explanatory view showing an example of a process for producing the composite laminate 20.

形成工程では、LiとLaとZrとを少なくとも含有するガーネット型酸化物を含む第1層の表面に、Co、Ni及びMnのうち1以上を含む金属及び/又は化合物からなる中間層を形成する(図2(a)参照)。なお、「中間層」は、被覆が完全な薄膜としてもよいし、被覆が不完全なものであってもよい。この工程では、上記複合積層体で説明したガーネット型酸化物、例えば、基本組成Li7+X-YLa3-XXZr2-YY12(式中、元素Aは、Ba,Sr,Ca,MgおよびYからなる群より選ばれた1種類以上の元素であり、元素Tは、Sc,Ti,V,Y,Nb,Hf,Ta,Al,Si,GaおよびGeからなる群より選ばれた1種類以上の元素であり、0<X≦1、0≦Y≦1、X<Yを満たす)で表されるガーネット型酸化物を用いるものとしてもよい。ガーネット型酸化物は、例えば、LiやLa、Zr、更には元素A、元素Tなどを含む原料成分を混合して1100℃以下の温度で焼成することにより得ることができる。原料成分は、酸化物よりも、炭酸塩や水酸化物とすることが好ましい。このとき、Liを過剰量入れることが好ましい。この第1層は、厚さを0.1μm以上としてもよいし、1μm以上としてもよいし、10μm以上としてもよい。また、第1層の厚さは1mm以下であるものとしてもよい。中間層は、複合酸化物に含まれるCo、Ni及びMnのうち1以上の金属及び/又は化合物を原料とする。このうち、複合酸化物には少なくともCoを含み、中間層の原料には少なくともCoを含むことが好ましい。Coを含む化合物は、リチウムイオンを伝導しやすく好ましい。この中間層は、金属、合金、酸化物及びこれらの混合物などを原料にすることができ、なかでも金属が好ましい。中間層の形成方法は、特に限定されないが、例えば、スパッタ法、化学蒸着法、イオンコート法及びPLD法のうちいずれかの方法で行うことが好ましい。また、中間層の原料粒子をペースト状にしてスクリーン印刷してもよいし、ドクターブレード法を採用してもよい。この中間層は、例えば、塗布面積に対する形成量を50μg/cm2以上で形成することが好ましく、80μg/cm2以上で形成することがより好ましく、150μg/cm2以上で形成することが更に好ましい。形成量が50μg/cm2以上では、界面部が形成されやすく、大電流(例えば、1Cレート以上など)での放電を行いやすい。この形成量は、材料消費の観点から、500μg/cm2以下が好ましい。また、中間層の厚さは、例えば、5nm以上が好ましく、10nm以上がより好ましく、20nm以上が更に好ましい。この厚さは、1μm以下であることが好ましい。このように、第1層の上に中間層(薄膜)を形成しておくと、のちの焼成工程において、複合酸化物粒子と第1層との間に界面部を形成することができる。 In the forming step, an intermediate layer made of a metal and / or compound containing one or more of Co, Ni and Mn is formed on the surface of the first layer containing a garnet-type oxide containing at least Li, La and Zr. (See FIG. 2 (a)). The “intermediate layer” may be a thin film that is completely covered or may be incompletely covered. In this step, the garnet-type oxide described in the composite laminate, for example, the basic composition Li 7 + XY La 3−X A X Zr 2−Y T Y O 12 (wherein the element A is Ba, Sr, One or more elements selected from the group consisting of Ca, Mg and Y, and the element T is selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Y, Nb, Hf, Ta, Al, Si, Ga and Ge A garnet-type oxide represented by 0 <X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, and X <Y may be used. The garnet-type oxide can be obtained, for example, by mixing raw material components including Li, La, Zr, further element A, element T, and the like and firing at a temperature of 1100 ° C. or lower. The raw material component is preferably carbonate or hydroxide rather than oxide. At this time, it is preferable to add an excessive amount of Li. The first layer may have a thickness of 0.1 μm or more, 1 μm or more, or 10 μm or more. Further, the thickness of the first layer may be 1 mm or less. The intermediate layer is made from one or more metals and / or compounds of Co, Ni and Mn contained in the composite oxide. Among these, it is preferable that the composite oxide contains at least Co, and the raw material of the intermediate layer contains at least Co. A compound containing Co is preferable because it easily conducts lithium ions. This intermediate layer can be made of a metal, an alloy, an oxide, a mixture thereof, or the like as a raw material. Among these, a metal is preferable. The method for forming the intermediate layer is not particularly limited, but for example, it is preferably performed by any one of sputtering, chemical vapor deposition, ion coating, and PLD. Further, the intermediate layer raw material particles may be pasted and screen-printed, or a doctor blade method may be employed. For example, the intermediate layer is preferably formed at a coating amount of 50 μg / cm 2 or more, more preferably 80 μg / cm 2 or more, and further preferably 150 μg / cm 2 or more. . When the formation amount is 50 μg / cm 2 or more, an interface portion is easily formed, and discharge with a large current (for example, 1 C rate or more) is easily performed. The formation amount is preferably 500 μg / cm 2 or less from the viewpoint of material consumption. Further, the thickness of the intermediate layer is, for example, preferably 5 nm or more, more preferably 10 nm or more, and further preferably 20 nm or more. This thickness is preferably 1 μm or less. Thus, when an intermediate layer (thin film) is formed on the first layer, an interface portion can be formed between the composite oxide particles and the first layer in the subsequent firing step.

積層工程では、中間層に含まれるCo、Ni及びMnのうち1以上の元素を含有する複合酸化物の粒子と、Liを含有する融剤と、を含む第2層を中間層の上に形成し、積層体とする(図2(b)参照)。この工程では、上記複合積層体で説明した複合酸化物、例えば、基本組成LiCoaNibMnc2(0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦1、a+b+c=1)で表される複合酸化物を用いるものとしてもよい。このうち、複合酸化物は、少なくともCoを含むものが好ましく、リチウムコバルト複合酸化物などが好ましい。融剤としては、上記複合積層体で説明した化合物などが挙げられ、特に、LiとBとを含む化合物を用いることが好ましく、ホウ酸リチウムであることが好ましい。融剤としては、Li3BO3(以下、LBOとも称する)がより好ましい。この第2層は、厚さを0.1μm以上としてもよいし、1μm以上としてもよいし、10μm以上としてもよい。また、第2層の厚さは1mm以下であるものとしてもよい。 In the laminating step, a second layer containing composite oxide particles containing one or more elements of Co, Ni, and Mn contained in the intermediate layer and a flux containing Li is formed on the intermediate layer. And a laminated body (see FIG. 2B). In this step, the composite oxide described in the composite laminate, for example, the basic composition LiCo a Ni b Mn c O 2 (0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 1, a + b + c = 1) It is good also as what uses the complex oxide represented by these. Among these, the composite oxide preferably contains at least Co, and lithium cobalt composite oxide and the like are preferable. Examples of the flux include the compounds described in the composite laminate, and it is particularly preferable to use a compound containing Li and B, and lithium borate is preferable. As the flux, Li 3 BO 3 (hereinafter also referred to as LBO) is more preferable. This second layer may have a thickness of 0.1 μm or more, 1 μm or more, or 10 μm or more. The thickness of the second layer may be 1 mm or less.

焼成工程では、積層体を焼成する。この工程では、例えば、積層体を1100℃以下の焼成温度で焼成する。この焼成工程では、圧力をかけて積層体の焼成処理を行うものとしても問題ないが、常圧の大気雰囲気で積層体の焼成処理を行うことが好ましい。こうすれば、簡便な処理で複合積層体を焼成することができる。焼成温度は、1050℃以下がより好ましく、1000℃以下が更に好ましい。焼成エネルギーをより低減することができるからである。なお、第1層及び第2層の焼結性を考慮すると、焼成温度は、800℃以上であることが好ましく、900℃以上であることがより好ましく、950℃以上であることが更に好ましい。焼結性を高めることが可能であれば、750℃以上としてもよい。こうして界面部24を有する複合積層体20を作製することができる(図2(c)参照)。   In the firing step, the laminate is fired. In this step, for example, the laminate is fired at a firing temperature of 1100 ° C. or lower. In this firing step, there is no problem as long as the laminate is fired by applying pressure, but the laminate is preferably fired in an atmospheric pressure atmosphere. If it carries out like this, a composite laminated body can be baked with a simple process. The firing temperature is more preferably 1050 ° C. or less, and further preferably 1000 ° C. or less. This is because the firing energy can be further reduced. In consideration of the sinterability of the first layer and the second layer, the firing temperature is preferably 800 ° C. or higher, more preferably 900 ° C. or higher, and further preferably 950 ° C. or higher. If the sinterability can be improved, the temperature may be 750 ° C. or higher. In this way, the composite laminate 20 having the interface portion 24 can be manufactured (see FIG. 2C).

以上詳述した複合積層体及びその製造方法では、より大きな電流での放電を行うことができる複合積層体を提供することができる。このような効果が得られる理由は、以下のように推測される。例えば、LiとLaとZrとを少なくとも含有するガーネット型酸化物を含む第1層は、焼成されるとその表面にLiが析出しやすい性質を有している。ここでは、複合酸化物に含有されるCo、Ni及びMnのうち1以上の元素を含有する中間層を、予め第1層上に形成しておくことにより、この析出するLiと反応し、リチウムイオンをより伝導しやすい界面部が形成されると推察される。この界面部により、活物質粒子と第1層との間でのリチウムイオンの伝導性がより高まるため、より大きな電流での放電を行うことができるものと推察される。   With the composite laminate and the manufacturing method thereof described in detail above, it is possible to provide a composite laminate that can be discharged with a larger current. The reason why such an effect is obtained is presumed as follows. For example, the first layer containing a garnet-type oxide containing at least Li, La, and Zr has a property that Li is likely to precipitate on the surface thereof when fired. Here, an intermediate layer containing one or more elements of Co, Ni, and Mn contained in the composite oxide is formed on the first layer in advance, thereby reacting with the precipitated Li, and lithium It is presumed that an interface portion that more easily conducts ions is formed. This interface portion increases the conductivity of the lithium ions between the active material particles and the first layer, so that it is presumed that discharge with a larger current can be performed.

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.

例えば上述した実施形態では、複合積層体の製造方法としたが、更に第1層の反対側の面に負極活物質層を形成する負極形成工程を含む、リチウム電池の製造方法としてもよい。負極形成工程では、例えば、Li金属を用い、スパッタ法、化学蒸着法、イオンコート法及びPLD法のうちいずれかの方法で負極活物質層を形成するものとしてもよい。あるいは、Li金属やLi合金を第1層の表面に圧着するものとしてもよい。   For example, in the above-described embodiment, the method for manufacturing a composite laminate is described. However, a method for manufacturing a lithium battery may further include a negative electrode forming step of forming a negative electrode active material layer on the surface opposite to the first layer. In the negative electrode forming step, for example, a negative electrode active material layer may be formed using Li metal by any one of sputtering, chemical vapor deposition, ion coating, and PLD. Alternatively, Li metal or Li alloy may be pressure-bonded to the surface of the first layer.

以下には、本発明の複合積層体を具体的に作製した例を実施例として説明する。   Below, the example which produced the composite laminated body of this invention concretely is demonstrated as an Example.

[ガーネット型酸化物の作製]
ガーネット型酸化物として、Li6.75La3Zr1.75Nb0.2512(LLZ)を合成した。出発原料は、Li2CO3、La(OH)3、ZrO2およびNb25とした。出発原料を化学量論比になるように秤量した。ただし本焼結でのLiの欠損を補う目的で、組成中のLi量に対して10at.%になるようにLi2CO3を過剰添加した。ジルコニアボールを用い、エタノール中にて遊星ボールミル(300rpm)で1時間、混合・粉砕を行った。出発原料の混合粉末をボールとエタノールから分離したのち、Al23るつぼ中にて、LLZNbを950℃、10時間、大気雰囲気で仮焼した。その後、この混合粉末を、ジルコニアボールを用い、エタノール中にて遊星ボールミル(300rpm)で1時間混合粉砕した。得られた粉末を再び上記条件下(950℃、10時間、大気雰囲気)で仮焼し、その後、直径13mmのペレット状に成形した。このペレットを1150℃、36時間、大気雰囲気下で本焼結し、試料(固体電解質層)を得た。
[Production of garnet-type oxide]
Li 6.75 La 3 Zr 1.75 Nb 0.25 O 12 (LLZ) was synthesized as a garnet oxide. The starting materials were Li 2 CO 3 , La (OH) 3 , ZrO 2 and Nb 2 O 5 . The starting material was weighed to a stoichiometric ratio. However, in order to make up for the loss of Li in the main sintering, 10 at. Li 2 CO 3 was excessively added so as to be a%. Using zirconia balls, mixing and pulverization were performed in ethanol in a planetary ball mill (300 rpm) for 1 hour. After separating the mixed powder of the starting material from the balls and ethanol, LLZNb was calcined in an air atmosphere at 950 ° C. for 10 hours in an Al 2 O 3 crucible. Then, this mixed powder was mixed and ground for 1 hour in a planetary ball mill (300 rpm) in ethanol using zirconia balls. The obtained powder was calcined again under the above conditions (950 ° C., 10 hours, air atmosphere), and then formed into a pellet having a diameter of 13 mm. This pellet was sintered at 1150 ° C. for 36 hours in an air atmosphere to obtain a sample (solid electrolyte layer).

[複合酸化物]
LiCoO2(LCO)は、日本化学製セルシード10Nを用いた。
[Composite oxide]
As a LiCoO 2 (LCO), a cell seed 10N manufactured by Nippon Chemical Co., Ltd. was used.

[融剤合成]
Li3BO3(LBO)は、Li2CO3、B23を出発原料とし、化学量論比になるよう秤量し、ボールミルで混合したのち、600℃、10時間焼成して得た。
[Flux synthesis]
Li 3 BO 3 (LBO) was obtained by using Li 2 CO 3 and B 2 O 3 as starting materials, weighing them to a stoichiometric ratio, mixing them with a ball mill, and firing at 600 ° C. for 10 hours.

(電気伝導度)
固体電解質層の電気伝導度を測定した。恒温槽中にてACインピーダンスアナライザー(Agilent4294A)を用い、周波数40Hz〜110MHz、振幅電圧100mVの条件で、ナイキストプロットの円弧より抵抗値を求め、この抵抗値から電気伝導度を算出した。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電極は市販のAuペーストを850℃、30分の条件で焼き付けることで形成した。その測定結果では、固体電解質層は、電気伝導度が5×10-4Scm-1であった。
(Electrical conductivity)
The electrical conductivity of the solid electrolyte layer was measured. Using an AC impedance analyzer (Agilent 4294A) in a thermostatic chamber, a resistance value was determined from the arc of the Nyquist plot under the conditions of a frequency of 40 Hz to 110 MHz and an amplitude voltage of 100 mV, and the electrical conductivity was calculated from the resistance value. An Au electrode was used as a blocking electrode when measuring with an AC impedance analyzer. The Au electrode was formed by baking a commercially available Au paste at 850 ° C. for 30 minutes. As a result of the measurement, the solid electrolyte layer had an electric conductivity of 5 × 10 −4 Scm −1 .

[複合積層体の作製]
固体電解質層(第1層)の表面にCoの金属層(中間層)を形成した(形成工程)。上記ガーネット型酸化物の固体電解質層の表面を研磨したのち、この表面に直径6mmの開口を有するマスクを載せ、Co金属をターゲットとしてイオンコーター内にセットした。ロータリーポンプで10Paまで減圧した後、400〜600Vを印加してCoを固体電解質層の表面にイオンコートした。処理後の固体電解質層の質量増加を測定し、コートしたCo量を求めた。次に、Co金属層の上に複合酸化物を含む活物質層(第2層)を積層した(積層工程)。融剤(LBO)を2.7g、複合酸化物(LCO)を7.3g、及び結着剤(ECビヒクル、日新化成製EC−200FTD)を10g、秤量し混練して活物質合材ペーストとした。固体電解質層のCoをイオンコートとした領域に、直径6mmの開口を有するマスクを載せ、上記ペーストをスクリーン印刷し、積層体とした。続いて、積層体を焼成した(焼成工程)。焼成炉に上記積層体を入れ、750℃で1時間保持し、その後、炉冷して複合積層体を得た。これを実施例1の複合積層体とした。焼成処理後の複合積層体の質量増加を測定し、測定した質量及び原料組成から、含まれる活物質量を求めた。また、上記中間層を形成しない以外は上記各工程を経て得られたものを比較例1の複合積層体とした。
[Production of composite laminate]
A Co metal layer (intermediate layer) was formed on the surface of the solid electrolyte layer (first layer) (forming step). After polishing the surface of the solid electrolyte layer of the garnet-type oxide, a mask having an opening with a diameter of 6 mm was placed on the surface, and set in an ion coater using Co metal as a target. After reducing the pressure to 10 Pa with a rotary pump, 400 to 600 V was applied, and Co was ion-coated on the surface of the solid electrolyte layer. The mass increase of the solid electrolyte layer after the treatment was measured, and the amount of coated Co was determined. Next, an active material layer (second layer) containing a composite oxide was laminated on the Co metal layer (lamination process). 2.7 g of flux (LBO), 7.3 g of composite oxide (LCO), and 10 g of binder (EC vehicle, Nisshin Kasei EC-200FTD), weighed and kneaded and mixed with active material paste It was. A mask having an opening with a diameter of 6 mm was placed on a region of the solid electrolyte layer where Co was ion-coated, and the paste was screen-printed to obtain a laminate. Subsequently, the laminate was fired (firing step). The above laminate was placed in a firing furnace, held at 750 ° C. for 1 hour, and then cooled in a furnace to obtain a composite laminate. This was designated as the composite laminate of Example 1. The increase in mass of the composite laminate after the firing treatment was measured, and the amount of active material contained was determined from the measured mass and raw material composition. Moreover, what was obtained through each said process except not forming the said intermediate | middle layer was used as the composite laminated body of the comparative example 1. FIG.

[全固体リチウム二次電池の作製]
実施例1の複合積層体の活物質層の表面にAuを100nmイオンコートし、Al薄板を正極集電体として配設した。また、固体電解質層の裏面に負極活物質としてのLi金属を蒸着し、Cu薄板を負極集電体として配設し、実施例1の全固体リチウム二次電池を得た。また、比較例1の複合積層体を用いて、実施例1と同様の工程を経て比較例1の全固体リチウム二次電池を得た。
[Preparation of all-solid lithium secondary battery]
Au was ion-coated to 100 nm on the surface of the active material layer of the composite laminate of Example 1, and an Al thin plate was disposed as a positive electrode current collector. Moreover, Li metal as a negative electrode active material was vapor-deposited on the back surface of the solid electrolyte layer, and a Cu thin plate was disposed as a negative electrode current collector to obtain an all solid lithium secondary battery of Example 1. Moreover, the all-solid-state lithium secondary battery of the comparative example 1 was obtained through the process similar to Example 1 using the composite laminated body of the comparative example 1. FIG.

(SEM観察)
作製した実施例1の積層複合体の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した。SEM観察は、日立ハイテクノロジーズ社製S−3600Nを用いて2000〜5000倍の条件で行った。図3は、複合積層体の断面のSEM写真である。図3に示すように、実施例1の複合積層体では、形成工程で形成した中間層は明確に残っていなかった。また、中間層の代わりに、活物質粒子と固体電解質層との間に、これらを接合する、融剤とは異なるくびれ形状の界面部が形成されていた。この界面部は、具体的な組成は不明であるが、例えば、焼成工程において、固体電解質層から放出されたLiと中間層のCo金属とが反応し、活物質と同様のLCOのような化合物が生成して形成されたのではないかと推察された。
(SEM observation)
The cross section of the produced laminated composite of Example 1 was observed with a scanning electron microscope (SEM). SEM observation was performed under conditions of 2000 to 5000 times using Hitachi High-Technologies S-3600N. FIG. 3 is an SEM photograph of a cross section of the composite laminate. As shown in FIG. 3, in the composite laminate of Example 1, the intermediate layer formed in the formation process did not remain clearly. Further, instead of the intermediate layer, a constricted interface portion different from the flux that joins the active material particles and the solid electrolyte layer is formed. The specific composition of this interface portion is unknown, but, for example, in the firing step, Li released from the solid electrolyte layer reacts with Co metal in the intermediate layer, and a compound such as LCO similar to the active material It was guessed that was formed and formed.

(電池評価)
電池評価として、サイクリックボルタモグラム(CV)を測定した。CV測定は、電気化学測定システム(北斗電工社製、HZ−3000)を用いて行った。開回路電圧(OCV)を計測したのち、0.1V/sの掃引速度で、負極(Li金属)に対して、OCVから4.05V、2.50V、4.05Vのサイクルで測定した。この結果、実施例1及び比較例1共に電池として作動することを確認した。次に、得られた電気量から仮のCレートを設定し、その1/10の値で、負極に対して、2.50Vから4.05Vまで充電させ、4.05Vから2.50Vまで放電させ、より正確な充放電量を求め、Cレートを算出した。次に、0.1Cで負極に対して4.05Vまで充電後、4.05Vで1時間保持して充電した。1時間の休止後、放電電流値500μAで終止電圧2.50V(対負極)まで放電した。更に、1時間の休止を間に挟み、電流値を200μA、100μA、50μAと順に小さくして放電容量を測定した。測定した電流値では、それよりも大きな電流値で測定された放電容量も得られるものとし、これらの放電容量の和を放電容量Q(mAh/g)とした。また、複合積層体に含まれる活物質がすべて放電した場合の放電容量Q0により放電容量Qを規格化し(Q/Q0)、このQ/Q0と、Cレート換算した放電電流I(I/C)との関係を検討した。また、中間層の形成量(Co量)を変えた複合積層体を作製し、この放電容量を測定した。
(Battery evaluation)
As a battery evaluation, a cyclic voltammogram (CV) was measured. CV measurement was performed using an electrochemical measurement system (HZ-3000, manufactured by Hokuto Denko). After measuring the open circuit voltage (OCV), the cycle was measured from OCV to 4.05 V, 2.50 V, and 4.05 V with respect to the negative electrode (Li metal) at a sweep rate of 0.1 V / s. As a result, it was confirmed that both Example 1 and Comparative Example 1 operated as a battery. Next, a temporary C rate is set from the obtained electric quantity, and the negative electrode is charged from 2.50 V to 4.05 V at a value of 1/10, and discharged from 4.05 V to 2.50 V. Thus, a more accurate charge / discharge amount was obtained, and the C rate was calculated. Next, it charged to 4.05V with respect to the negative electrode at 0.1 C, and it charged by hold | maintaining at 4.05V for 1 hour. After 1 hour of rest, the battery was discharged to a final voltage of 2.50 V (counter negative electrode) at a discharge current value of 500 μA. Further, the discharge capacity was measured by decreasing the current values in order of 200 μA, 100 μA, and 50 μA with a pause of 1 hour in between. With the measured current value, the discharge capacity measured with a larger current value was also obtained, and the sum of these discharge capacities was defined as the discharge capacity Q (mAh / g). Also, the discharge capacity Q is normalized by the discharge capacity Q 0 when all the active materials contained in the composite laminate are discharged (Q / Q 0 ), and this Q / Q 0 and the discharge current I (I (I) converted to the C rate are calculated. / C) was examined. In addition, composite laminates with different intermediate layer formation amounts (Co amounts) were prepared, and the discharge capacity was measured.

(結果と考察)
実施例1及び比較例1の測定結果を表1に示す。図4は、実施例1及び比較例1の全固体リチウム二次電池の放電電流I/Cと放電容量Q/Q0との関係図である。図4及び表1に示すように、比較例1では、低い電流値での放電容量は比較的あるものの、Cレートの増加に伴い放電容量は大きく減少し、1Cでは放電容量がほとんどなかった。これに対し、固体電解質層の表面に中間層を形成して作製した実施例1では、0.1C以上、特に、1Cでの放電容量が著しく向上することがわかった。この結果より、実施例1では、固体電解質層と複合酸化物(活物質粒子)との間のリチウムイオンの移動が速やかになったものと推察された。この理由は、以下のように推察された。例えば、LiとLaとZrとを少なくとも含有するガーネット型酸化物を含む固体電解質層(第1層)は、焼成されるとその表面にLiが析出しやすい性質を有している。この析出したLiは、リチウムイオンを伝導しにくいアルカリ金属化合物層(抵抗層)を形成することがある。比較例1の複合積層体では、固体電解質層の上に直接又は抵抗層を介して複合酸化物が接合される。このため、点接触に近い状態、あるいは抵抗層を介するから、固体電解質と複合酸化物との間のリチウムイオンの移動量が少ないと推察された。これに対して、実施例1の複合積層体では、複合酸化物に含有されるCo、Ni及びMnのうち1以上の元素を含有する中間層を予め第1層上に形成しておくことにより、この析出するLiと反応し、リチウムイオンをより伝導しやすい界面部が形成されるものと推察された。この界面部は、例えば、LiとCoとを含むことが容易に推察されるから、リチウムイオンを移動しやすい、複合酸化物(LCO)と同様の化合物であると推察された。この界面部により、活物質粒子と第1層との間でのリチウムイオンの伝導性がより高まるため、より大きな電流での放電を行うことができるものと推察された。
(Results and discussion)
The measurement results of Example 1 and Comparative Example 1 are shown in Table 1. FIG. 4 is a relationship diagram between the discharge current I / C and the discharge capacity Q / Q 0 of the all-solid lithium secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 1. As shown in FIG. 4 and Table 1, in Comparative Example 1, although the discharge capacity at a low current value was relatively high, the discharge capacity decreased greatly as the C rate increased, and there was almost no discharge capacity at 1C. On the other hand, in Example 1 produced by forming an intermediate layer on the surface of the solid electrolyte layer, it was found that the discharge capacity at 0.1 C or higher, particularly 1 C, was remarkably improved. From this result, in Example 1, it was guessed that the movement of the lithium ion between the solid electrolyte layer and the composite oxide (active material particles) became quick. The reason was presumed as follows. For example, a solid electrolyte layer (first layer) containing a garnet-type oxide containing at least Li, La, and Zr has a property that Li is likely to precipitate on the surface thereof when fired. The deposited Li may form an alkali metal compound layer (resistance layer) that is difficult to conduct lithium ions. In the composite laminate of Comparative Example 1, the composite oxide is joined directly or via a resistance layer on the solid electrolyte layer. For this reason, since it is in a state close to point contact or through a resistance layer, it was assumed that the amount of lithium ion transfer between the solid electrolyte and the composite oxide was small. In contrast, in the composite laminate of Example 1, an intermediate layer containing one or more elements of Co, Ni, and Mn contained in the composite oxide is formed on the first layer in advance. It was inferred that this interfaced with Li deposited to form an interface part that more easily conducts lithium ions. For example, it is presumed that this interface portion easily contains Li and Co, and therefore, it is presumed that the interface portion is a compound similar to the complex oxide (LCO) that easily moves lithium ions. Since the interface part increases the conductivity of lithium ions between the active material particles and the first layer, it is presumed that discharge with a larger current can be performed.

図5は、固体電解質上に形成した中間層のCo質量と、1C放電時における放電容量Q/Q0との関係図である。また、その測定結果を表2に示す。図5及び表2に示すように、Coの形成量は、50μg/cm2以上であれば、より高レートでの放電ができることがわかった。この中間層の形成量は500μg/cm2以下がより好ましいものと推察された。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the Co mass of the intermediate layer formed on the solid electrolyte and the discharge capacity Q / Q 0 during 1C discharge. The measurement results are shown in Table 2. As shown in FIG. 5 and Table 2, it was found that when the amount of Co formed is 50 μg / cm 2 or more, discharge at a higher rate can be performed. It was speculated that the formation amount of this intermediate layer is more preferably 500 μg / cm 2 or less.

なお、実施例1では、中間層としてCo金属を固体電解質層の表面に形成するものとしたが、Co金属粒子の表面にはその酸化物も含まれているから、中間層をCo酸化物を含む材料により形成しても、上記実施例と同等の効果が得られるものと推察される。また、実施例では、正極活物質層及び中間層にCoを含むものを用いたが、NiやMnにおいても、同様の効果を得ることができると推察された。   In Example 1, Co metal was formed on the surface of the solid electrolyte layer as the intermediate layer. However, since the oxide of the Co metal particles is also included on the surface of the Co metal particle, the intermediate layer is made of Co oxide. Even if it is formed of a material containing it, it is presumed that an effect equivalent to that of the above embodiment can be obtained. Further, in the examples, the positive electrode active material layer and the intermediate layer containing Co were used, but it was speculated that the same effect can be obtained with Ni and Mn.

なお、本発明は上述した実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。   In addition, this invention is not limited to the Example mentioned above at all, and as long as it belongs to the technical scope of this invention, it cannot be overemphasized that it can implement with a various aspect.

本発明は、電池産業の技術分野に利用可能である。   The present invention can be used in the technical field of the battery industry.

10 リチウム電池、11 固体電解質層、12 正極、13 正極活物質層、14 集電体、15 負極、16 負極活物質層、17 集電体、20 複合積層体、21 活物質粒子、22 融剤、23 中間層、24 界面部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Lithium battery, 11 Solid electrolyte layer, 12 Positive electrode, 13 Positive electrode active material layer, 14 Current collector, 15 Negative electrode, 16 Negative electrode active material layer, 17 Current collector, 20 Composite laminated body, 21 Active material particle, 22 Flux , 23 Intermediate layer, 24 Interface part.

Claims (12)

LiとLaとZrとを少なくとも含有するガーネット型酸化物を含む第1層の表面にCo、Ni及びMnのうち1以上を含む金属及び/又は化合物からなる中間層を形成する形成工程と、
前記中間層に含まれるCo、Ni及びMnのうち1以上の元素を含有する複合酸化物の粒子とLiを含有する融剤とを含む第2層を前記中間層の上に形成し積層体とする積層工程と、
前記積層体を焼成する焼成工程と、をみ、
前記焼成工程では、前記積層体を焼成することにより、前記融剤中において前記第1層と前記複合酸化物粒子との間に前記融剤と異なる界面部を形成する、複合積層体の製造方法。
Forming an intermediate layer made of a metal and / or compound containing one or more of Co, Ni and Mn on the surface of the first layer containing a garnet-type oxide containing at least Li, La and Zr;
A second layer including a composite oxide particle containing one or more elements of Co, Ni, and Mn contained in the intermediate layer and a flux containing Li is formed on the intermediate layer; Laminating process to
Look including a firing step of firing the laminate,
In the firing step, the laminate is fired to form an interface portion different from the flux between the first layer and the composite oxide particles in the flux. .
前記形成工程では、前記中間層の形成量を50μg/cm2以上で形成する、請求項1に記載の複合積層体の製造方法。 The method for producing a composite laminate according to claim 1, wherein in the forming step, the intermediate layer is formed in an amount of 50 μg / cm 2 or more. 前記形成工程では、前記中間層としてCo金属を形成し、
前記積層工程では、少なくともCoを含む前記複合酸化物の粒子を用いる、請求項1又は2に記載の複合積層体の製造方法。
In the forming step, Co metal is formed as the intermediate layer,
The method for producing a composite laminate according to claim 1, wherein, in the lamination step, particles of the composite oxide containing at least Co are used.
前記形成工程では、スパッタ法、化学蒸着法、イオンコート法及びPLD法のうちいずれかの方法で前記中間層を形成する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の複合積層体の製造方法。   In the said formation process, the said intermediate | middle layer is formed in any one method among a sputtering method, a chemical vapor deposition method, an ion coat method, and a PLD method, The manufacture of the composite laminated body of any one of Claims 1-3 Method. 前記積層工程では、前記融剤としてLiとBとを含む化合物を用いる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の複合積層体の製造方法。   The manufacturing method of the composite laminated body of any one of Claims 1-4 which uses the compound containing Li and B as the said flux at the said lamination process. 前記形成工程では、基本組成Li7+X-YLa3-XXZr2-YY12(式中、元素Aは、Ba,Sr,Ca,MgおよびYからなる群より選ばれた1種類以上の元素であり、元素Tは、Sc,Ti,V,Y,Nb,Hf,Ta,Al,Si,GaおよびGeからなる群より選ばれた1種類以上の元素であり、0<X≦1、0≦Y≦1、X<Yを満たす)で表される前記ガーネット型酸化物を用いる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の複合積層体の製造方法。 In the forming step, the basic composition Li 7 + XY La 3−X A X Zr 2−Y T Y O 12 (wherein the element A is selected from the group consisting of Ba, Sr, Ca, Mg and Y) The element T is one or more elements, and the element T is one or more elements selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Y, Nb, Hf, Ta, Al, Si, Ga, and Ge, and 0 <X The manufacturing method of the composite laminated body of any one of Claims 1-5 using the said garnet-type oxide represented by <= 1, 0 <= Y <= 1, and X <Y. 前記積層工程では、基本組成LiCoaNibMnc2(0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦1、a+b+c=1)で表される前記複合酸化物を用いる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の複合積層体の製造方法。 In the stacking step, the composite oxide represented by a basic composition LiCo a Ni b Mn c O 2 (0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 1, a + b + c = 1) is used. Item 7. The method for producing a composite laminate according to any one of Items 1 to 6. LiとLaとZrとを少なくとも含有するガーネット型酸化物を含む第1層と、
Co、Ni及びMnのうち1以上の元素を含有する複合酸化物の粒子とLiを含有する融剤とを含む第2層と、
前記複合酸化物に含まれるCo、Ni及びMnのうち1以上の元素を含有し前記融剤中において前記第1層と前記複合酸化物粒子との間に形成された前記融剤と異なる界面部と、
を備えた複合積層体。
A first layer including a garnet-type oxide containing at least Li, La, and Zr;
A second layer comprising particles of a composite oxide containing one or more elements of Co, Ni and Mn and a flux containing Li;
An interface portion containing one or more elements of Co, Ni and Mn contained in the composite oxide and different from the flux formed in the flux between the first layer and the composite oxide particles When,
A composite laminate comprising:
前記ガーネット型酸化物は、基本組成Li7+X-YLa3-XXZr2-YY12(式中、元素Aは、Ba,Sr,Ca,MgおよびYからなる群より選ばれた1種類以上の元素であり、元素Tは、Sc,Ti,V,Y,Nb,Hf,Ta,Al,Si,GaおよびGeからなる群より選ばれた1種類以上の元素であり、0<X≦1、0≦Y≦1、X<Yを満たす)で表される、請求項に記載の複合積層体。 The garnet-type oxide has a basic composition Li 7 + XY La 3−X A X Zr 2−Y T Y O 12 (wherein the element A is selected from the group consisting of Ba, Sr, Ca, Mg and Y). The element T is one or more elements selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Y, Nb, Hf, Ta, Al, Si, Ga, and Ge. <X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1 , represented by X <satisfy Y), the composite laminate according to claim 8. 前記複合酸化物は、基本組成LiCoaNibMnc2(0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦1、a+b+c=1)で表される、請求項又はに記載の複合積層体。 Said composite oxide is represented by the basic composition LiCo a Ni b Mn c O 2 (0 ≦ a ≦ 1,0 ≦ b ≦ 1,0 ≦ c ≦ 1, a + b + c = 1), to claim 8 or 9 The composite laminate described. 前記融剤は、LiとBとを含む化合物である、請求項10のいずれか1項に記載の複合積層体。 The composite laminate according to any one of claims 8 to 10 , wherein the flux is a compound containing Li and B. 請求項11のいずれか1項に記載の複合積層体を備えた、リチウム電池。 With a composite laminate according to any one of claims 8-11, a lithium battery.
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