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JP7340995B2 - Method for producing chain-like lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate for solid electrolyte - Google Patents
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Method for producing chain-like lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate for solid electrolyte Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に用いるための、固体電解質用の鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a chain lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate for a solid electrolyte for use in a lithium ion secondary battery.

現在実用化されているリチウムイオン二次電池は、電解液に可燃性の有機溶媒を用いているため、液漏れや発火等に対する安全対策を充分に講じる必要があり、また電池の小型化や薄膜化の難易度も高い。ところが、酸化物系や硫化物系の固体電解質を備えた全固体リチウムイオン二次電池であると、エネルギー密度が高い上に、可燃物を用いることなく製造することができるため、安全対策を講じる負担が軽減されて製造コストや生産性を容易に高めることが可能となる。
なかでも、高い有用性に期待がかかる固体電解質材料、特にペロブスカイト型結晶構造を持つチタン酸ランタンリチウムLi3xLa2/3-xTiO3(0<x<0.3)のように高いリチウムイオン伝導度を有する固体電解質材料については、種々の開発が徐々に活発化しつつある。
Lithium-ion secondary batteries currently in practical use use flammable organic solvents for the electrolyte, so it is necessary to take sufficient safety measures against leakage and ignition. It is also highly difficult to convert. However, all-solid-state lithium-ion secondary batteries equipped with oxide-based or sulfide-based solid electrolytes have a high energy density and can be manufactured without using flammable materials, so safety measures must be taken. The burden is reduced and manufacturing costs and productivity can be easily increased.
Among these, solid electrolyte materials that are expected to be highly useful, especially high lithium ion materials such as lithium lanthanum titanate Li 3x La 2/3-x TiO 3 (0<x<0.3), which has a perovskite crystal structure Regarding solid electrolyte materials having conductivity, various developments are gradually becoming more active.

チタン酸ランタンリチウムは、圧縮成形により所望の形状に成形されることが多いものの非常に硬度が高いため、チタン酸ランタンリチウム粒子同士の接触が不十分となって粒界抵抗が高くなり、成形品のリチウムイオン伝導度が低下してしまう傾向にある。一方、圧縮成形後に1000℃以上の温度で焼結すれば、チタン酸ランタンリチウム粒子間における粒界抵抗を改善し得るものの、チタン酸ランタンリチウムからリチウムが揮発して、リチウムイオン伝導率が低下するおそれがある。
こうした不具合を改善すべく、チタン酸ランタンリチウム粒子を微細化することにより、粒子同士の接触性を向上させる方法が試みられている。
Although lanthanum lithium titanate is often molded into a desired shape by compression molding, it is extremely hard, so contact between lanthanum lithium titanate particles is insufficient, resulting in high grain boundary resistance and molded products. lithium ion conductivity tends to decrease. On the other hand, if sintering is performed at a temperature of 1000°C or higher after compression molding, grain boundary resistance between lithium lanthanum titanate particles can be improved, but lithium will volatilize from lithium lanthanum titanate and the lithium ion conductivity will decrease. There is a risk.
In order to improve these problems, attempts have been made to improve the contact between particles by making lithium lanthanum titanate particles finer.

例えば、特許文献1には、ペルオキソチタン酸水溶液にキレート剤、リチウムを含む水溶性の塩及び架橋剤を加えて水溶液をゲル化させ、300℃以上500℃以下の温度で加熱する工程を含む、固体電解質の製造方法が開示されており、Li3xLa2/3-xTiO3結晶粒子の微細化を図っている。また、特許文献2には、複合金属酸化物の前駆体溶液を2000℃~4000℃で反応させる火炎噴霧熱分解方法を用いた複合金属酸化物粒子の製造方法が開示されており、得られる複合金属酸化物のナノ粒子化を試みている。 For example, Patent Document 1 includes a step of adding a chelating agent, a water-soluble salt containing lithium, and a crosslinking agent to a peroxotitanic acid aqueous solution to gel the aqueous solution, and heating at a temperature of 300 ° C. or higher and 500 ° C. or lower. A method for manufacturing a solid electrolyte is disclosed, in which the refinement of Li 3x La 2/3-x TiO 3 crystal particles is attempted. Further, Patent Document 2 discloses a method for producing composite metal oxide particles using a flame spray pyrolysis method in which a precursor solution of a composite metal oxide is reacted at 2000°C to 4000°C, and the resulting composite Attempting to make metal oxide nanoparticles.

特開2012-188312号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-188312 韓国公開特許10-2015-0055799号公報Korean Published Patent No. 10-2015-0055799

しかしながら、上記特許文献1に記載の製造方法では、非常に煩雑な製造方法である上、得られるチタン酸ランタンリチウムに良好なイオン伝導性が付与されないおそれがある。また、上記特許文献2に記載の製造方法であっても、2000℃~4000℃もの超高温域での焼成が必要であり、特殊な装置での実施を余儀なくされる。 However, the manufacturing method described in Patent Document 1 is a very complicated manufacturing method, and there is a possibility that good ionic conductivity may not be imparted to the obtained lanthanum lithium titanate. Further, even the manufacturing method described in Patent Document 2 requires firing at an extremely high temperature range of 2,000° C. to 4,000° C., which necessitates implementation using special equipment.

したがって、本発明の課題は、優れたリチウムイオン伝導性を発現するチタン酸ランタンリチウム結晶粒子を用い、簡便な方法でありながら、固体電解質に有用なチタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体を得るための製造方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to obtain a lanthanum lithium titanate crystal particle aggregate useful for solid electrolytes using a simple method using lanthanum lithium titanate crystal particles that exhibit excellent lithium ion conductivity. The purpose is to provide a manufacturing method.

そこで本発明者は、種々検討したところ、所定の原料化合物とともにセルロースナノファイバー及び/又はリグノセルロースナノファイバーを用い、水熱反応を活用した工程を経ることにより、複数のチタン酸ランタンリチウム結晶粒子が鎖状に集結してなり、リチウムイオン二次電池の固体電解質として優れた特性を有するチタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体が簡便に得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。 Therefore, after various studies, the present inventor found that by using cellulose nanofibers and/or lignocellulose nanofibers together with predetermined raw material compounds and going through a process that utilizes a hydrothermal reaction, a plurality of lanthanum lithium titanate crystal particles can be produced. It was discovered that a lanthanum lithium titanate crystal particle aggregate that is assembled in a chain shape and has excellent properties as a solid electrolyte for a lithium ion secondary battery can be easily obtained, and the present invention was completed.

したがって、本発明は、次の工程(I)~(V):
(I)ランタン化合物、チタン化合物、セルロースナノファイバー及び/又はリグノセルロースナノファイバーと、水とを混合して、水100質量部に対してセルロースナノファイバー及び/又はリグノセルロースナノファイバーを0.1質量部~40質量部含有する混合液(a-1)を調製する工程、
(II)リチウム化合物と、水とを混合して、混合液(a-2)を調製する工程、
(III)得られた混合液(a-1)と混合液(a-2)とを混合して、25℃におけるpHが8~11である混合液(A)を調製する工程、
(IV)得られた混合液(A)を100℃以上の水熱反応に付した後、得られた水熱反応生成物を洗浄し、次いで乾燥して、前駆体混合物を得る工程、及び
(V)得られた前駆体混合物を400℃~1000℃で焼成する工程
を備える、固体電解質用の鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体の製造方法を提供するものである。
Therefore, the present invention provides the following steps (I) to (V):
(I) A lanthanum compound, a titanium compound, a cellulose nanofiber, and/or a lignocellulose nanofiber are mixed with water, and 0.1 mass of cellulose nanofiber and/or lignocellulose nanofiber is added to 100 parts of water by mass. A step of preparing a mixed solution (a-1) containing 1 to 40 parts by mass,
(II) a step of mixing a lithium compound and water to prepare a mixed solution (a-2);
(III) mixing the obtained mixture (a-1) and mixture (a-2) to prepare a mixture (A) having a pH of 8 to 11 at 25°C;
(IV) A step of subjecting the obtained mixed solution (A) to a hydrothermal reaction at 100° C. or higher, washing the obtained hydrothermal reaction product and then drying it to obtain a precursor mixture; V) Provides a method for producing a chain-like lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate for a solid electrolyte, which comprises a step of firing the obtained precursor mixture at 400°C to 1000°C.

本発明の製造方法によれば、過度な温度負荷を要することのない簡便な方法でありながら、チタン酸ランタンリチウム結晶粒子が鎖状に集結してなる特異な形状を呈し、優れたイオン伝導性を発現する鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体を得ることができ、これを固体電解質用として用いることにより、充放電特性に優れたリチウムイオン二次電池を実現することが可能となる。 According to the manufacturing method of the present invention, although it is a simple method that does not require excessive temperature load, it exhibits a unique shape in which lanthanum lithium titanate crystal particles are aggregated in a chain shape, and has excellent ion conductivity. By using this as a solid electrolyte, it is possible to realize a lithium ion secondary battery with excellent charge and discharge characteristics.

実施例1で得られた鎖状チタン酸リチウムランタン結晶粒子集合体を示すTEM像である。1 is a TEM image showing a chain-like lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate obtained in Example 1. 実施例1で得られた鎖状チタン酸リチウムランタン結晶粒子集合体を構成するチタン酸リチウムランタン結晶粒子のX線回折パターンである。1 is an X-ray diffraction pattern of lithium lanthanum titanate crystal particles constituting the chain-like lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate obtained in Example 1. 比較例1で得られたチタン酸リチウムランタン結晶粒子を示すSEM像である。1 is a SEM image showing lithium lanthanum titanate crystal particles obtained in Comparative Example 1.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の固体電解質用の鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体の製造方法は、次の工程(I)~(V):
(I)ランタン化合物、チタン化合物、セルロースナノファイバー及び/又はリグノセルロースナノファイバーと、水とを混合して、水100質量部に対してセルロースナノファイバー及び/又はリグノセルロースナノファイバーを0.1質量部~40質量部含有する混合液(a-1)を調製する工程、
(II)リチウム化合物と、水とを混合して、混合液(a-2)を調製する工程、
(III)得られた混合液(a-1)と混合液(a-2)とを混合して、25℃におけるpHが8~11である混合液(A)を調製する工程、
(IV)得られた混合液(A)を100℃以上の水熱反応に付した後、得られた水熱反応生成物を洗浄し、次いで乾燥して、前駆体混合物を得る工程、及び
(V)得られた前駆体混合物を400℃~1000℃で焼成する工程
を備える。
The present invention will be explained in detail below.
The method for producing a chain lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate for a solid electrolyte of the present invention includes the following steps (I) to (V):
(I) A lanthanum compound, a titanium compound, a cellulose nanofiber, and/or a lignocellulose nanofiber are mixed with water, and 0.1 mass of cellulose nanofiber and/or lignocellulose nanofiber is added to 100 parts of water by mass. A step of preparing a mixed solution (a-1) containing 1 to 40 parts by mass,
(II) a step of mixing a lithium compound and water to prepare a mixed solution (a-2);
(III) mixing the obtained mixture (a-1) and mixture (a-2) to prepare a mixture (A) having a pH of 8 to 11 at 25°C;
(IV) A step of subjecting the obtained mixed solution (A) to a hydrothermal reaction at 100° C. or higher, washing the obtained hydrothermal reaction product and then drying it to obtain a precursor mixture; V) a step of firing the obtained precursor mixture at 400°C to 1000°C.

かかる本発明の製造方法により得られる鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体は、複数のチタン酸ランタンリチウム結晶粒子が鎖状に集結してなり、あたかもチタン酸ランタンリチウム結晶粒子が直線的に連続して配列しているような、特異な形状を呈している。鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体を構成するチタン酸ランタンリチウム(以下、「LLTO」とも称する。)結晶粒子は、下記式(1)で表される粒子である。
Li3xLa2/3-xTiO3 ・・・(1)
(式(1)中、xは0<x<0.3である数を示す。)
The chain-like lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate obtained by the production method of the present invention is made up of a plurality of lithium lanthanum titanate crystal particles aggregated in a chain, as if the lithium lanthanum titanate crystal particles were continuous in a straight line. It has a unique shape, as if it were arranged in a row. The lanthanum lithium titanate (hereinafter also referred to as "LLTO") crystal particles constituting the chain lanthanum lithium titanate crystal particle aggregate are particles represented by the following formula (1).
Li 3x La 2/3-x TiO 3 ...(1)
(In formula (1), x represents a number satisfying 0<x<0.3.)

上記式(1)で表されるLLTO結晶粒子は、リチウム及びランタンを含むチタン酸化合物であり、かかる粒子としては、より具体的には、例えば、Li0.33La0.56TiO3、Li0.81La0.40TiO3、Li0.12La0.63TiO3が挙げられる。 The LLTO crystal particles represented by the above formula (1) are titanate compounds containing lithium and lanthanum, and more specifically, such particles include, for example, Li 0.33 La 0.56 TiO 3 , Li 0.81 La 0.40 TiO 3 , Li 0.12 La 0.63 TiO 3 .

工程(I)は、ランタン化合物、チタン化合物、セルロースナノファイバー及び/又はリグノセルロースナノファイバーと、水とを混合して、水100質量部に対してセルロースナノファイバー及び/又はリグノセルロースナノファイバーを0.1質量部~40質量部含有する混合液(a-1)を調製する工程である。得られる混合液(a-1)は、後述する工程(II)により得られる混合液(a-2)と混合して、後に水熱反応に付す混合液(A)を得るためのものである。すなわち、本発明では、混合液中における各化合物の溶解性又は分散性、特にセルロースナノファイバー及び/又はリグノセルロースナノファイバーの分散性を高める観点、及びLLTO結晶粒子における化学組成の均質性を高めつつ、LLTO粒子の結晶微細化に大いに寄与させる観点から、混合液(a-1)と混合液(a-2)とに分けて調製するものである。
なお、混合液(a-1)を得るための工程(I)と、後述する混合液(a-2)を得るための工程(II)は、かかる順にて行ってもよく、工程(II)の後に工程(I)を経てもよい。
Step (I) is to mix a lanthanum compound, a titanium compound, a cellulose nanofiber, and/or a lignocellulose nanofiber, and water, so that 0 of the cellulose nanofiber and/or the lignocellulose nanofiber is added to 100 parts by mass of water. This is a step of preparing a mixed solution (a-1) containing 1 part by mass to 40 parts by mass. The obtained mixed liquid (a-1) is mixed with the mixed liquid (a-2) obtained in step (II) described later to obtain a mixed liquid (A) to be subjected to a hydrothermal reaction later. . That is, the present invention aims to improve the solubility or dispersibility of each compound in the mixed liquid, particularly the dispersibility of cellulose nanofibers and/or lignocellulose nanofibers, and to improve the homogeneity of the chemical composition of LLTO crystal particles. From the viewpoint of greatly contributing to the crystal refinement of LLTO particles, the mixed solution (a-1) and the mixed solution (a-2) are prepared separately.
Note that step (I) for obtaining the mixed solution (a-1) and step (II) for obtaining the mixed solution (a-2) described below may be performed in this order, and step (II) After that, step (I) may be performed.

工程(I)において用いるランタン化合物は、チタン化合物及びリチウム化合物とともにLLTO結晶粒子を形成させるための原料化合物である。かかるランタン化合物としては、水溶性であれば特に限定されず、ハロゲン化物、水酸化物、塩化物、炭酸塩、硫酸塩及び有機酸塩から選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。より具体的には、例えば、六ホウ化ランタン、水酸化ランタン、塩化ランタン、炭酸ランタン、硫酸ランタン、セレン酸ランタン、ギ酸ランタン、酢酸ランタン、シュウ酸ランタン、臭素酸ランタン、硝酸ランタン等が好ましく、硝酸ランタン、硫酸ランタン、塩化ランタンがより好ましい。 The lanthanum compound used in step (I) is a raw material compound for forming LLTO crystal particles together with the titanium compound and the lithium compound. Such lanthanum compounds are not particularly limited as long as they are water-soluble, and include one or more lanthanum compounds selected from halides, hydroxides, chlorides, carbonates, sulfates, and organic acid salts. More specifically, for example, lanthanum hexaboride, lanthanum hydroxide, lanthanum chloride, lanthanum carbonate, lanthanum sulfate, lanthanum selenate, lanthanum formate, lanthanum acetate, lanthanum oxalate, lanthanum bromate, lanthanum nitrate, etc. are preferable. More preferred are lanthanum nitrate, lanthanum sulfate, and lanthanum chloride.

工程(I)において用いるチタン化合物は、チタン化合物及びリチウム化合物とともにLLTO結晶粒子を形成させるための原料化合物である。かかるチタン化合物としては、特に限定されず、例えば、チタンの硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、酸化物、水酸化物、ハロゲン化物などが挙げられる。具体的には、例えば、硫酸チタニル、硫酸チタン、塩化チタン、酢酸チタン等が好ましく、硫酸チタニル、塩化チタンがより好ましい。 The titanium compound used in step (I) is a raw material compound for forming LLTO crystal particles together with the titanium compound and the lithium compound. Such titanium compounds are not particularly limited, and include, for example, titanium sulfates, nitrates, carbonates, acetates, oxalates, oxides, hydroxides, and halides. Specifically, for example, titanyl sulfate, titanium sulfate, titanium chloride, titanium acetate, etc. are preferable, and titanyl sulfate and titanium chloride are more preferable.

工程(I)において、上記原料化合物とともに用いるセルロースナノファイバー(x1)及び/又はリグノセルロースナノファイバー(x2)(以下、これらを「CNF(X)」とも総称する。)は、後述する工程(IV)での水熱反応において、水熱反応生成物の核生成や結晶成長の場として機能する。そして、かかる工程(IV)において、化学組成の均質性が高い微細な水熱反応生成物(チタン酸リチウムランタン結晶の前駆体)を生成させた後、後述する工程(V)を経ることによりほぼ全てのCNF(X)が焼失するため、本発明で得られる鎖状チタン酸リチウムランタン結晶粒子集合体内にはほとんど残存しない。また、本発明により得られる鎖状チタン酸リチウムランタン結晶粒子集合体を形成するチタン酸リチウムランタン結晶粒子が、微細な粒子であることは、CNF(X)を用いることによって微細なチタン酸リチウムランタン結晶の前駆体が得られ、CNF(X)が障壁となってチタン酸リチウムランタン結晶粒子の焼結を抑制することによる。 In step (I), the cellulose nanofibers (x1) and/or lignocellulose nanofibers (x2) (hereinafter also collectively referred to as "CNF(X)") used together with the above raw material compound are used in step (IV) described below. ) functions as a site for nucleation and crystal growth of hydrothermal reaction products. In step (IV), after producing a fine hydrothermal reaction product (precursor of lithium lanthanum titanate crystal) having a highly homogeneous chemical composition, the step (V) described below is performed to produce a fine hydrothermal reaction product with a highly homogeneous chemical composition. Since all CNF(X) is burnt out, almost no CNF(X) remains in the chained lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate obtained by the present invention. In addition, the fact that the lithium lanthanum titanate crystal particles forming the chain-like lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate obtained by the present invention is fine particles can be confirmed by using CNF(X). This is because a crystal precursor is obtained and CNF(X) acts as a barrier to suppress sintering of lithium lanthanum titanate crystal particles.

また、CNF(X)は、後述する工程(V)においてほぼ全てが焼失することから、本発明で得られる鎖状チタン酸リチウムランタン結晶粒子集合体は電子伝導性を有さないため、リチウムイオン二次電池の固体電解質として用いた際に正極-負極間で短絡が生じることはない。 In addition, since almost all of CNF(X) is burned out in the step (V) described later, the chain-like lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate obtained in the present invention does not have electronic conductivity, so lithium ion When used as a solid electrolyte in secondary batteries, no short circuit occurs between the positive and negative electrodes.

セルロースナノファイバー(x1)は、全ての植物細胞壁の約5割を占める骨格成分であって、かかる細胞壁を構成する植物繊維をナノサイズまで解繊等することにより得ることができる軽量高強度繊維である。また、リグノセルロースナノファイバー(x2)は、リグニンを除去する精製を行わずに得られたセルロースナノファイバーであって、セルロースナノファイバー(x1)がリグニンで被覆されてなるものである。
セルロースナノファイバー(x1)とリグノセルロースナノファイバー(x2)は、共に優れた水への分散性を有している。工程(I)では、これらセルロースナノファイバー(x1)及びリグノセルロースナノファイバー(x2)を一方のみ用いてもよく、双方併用してもよい。
Cellulose nanofiber (x1) is a skeletal component that accounts for about 50% of all plant cell walls, and is a lightweight, high-strength fiber that can be obtained by fibrillating the plant fibers that make up the cell wall to nano-size. be. Moreover, lignocellulose nanofibers (x2) are cellulose nanofibers obtained without performing purification to remove lignin, and are formed by covering cellulose nanofibers (x1) with lignin.
Both cellulose nanofiber (x1) and lignocellulose nanofiber (x2) have excellent dispersibility in water. In step (I), only one of these cellulose nanofibers (x1) and lignocellulose nanofibers (x2) may be used, or both may be used in combination.

CNF(X)の平均繊維径は、好ましくは50nm以下であり、より好ましくは20nm以下であり、さらに好ましくは10nm以下である。下限値については特に制限はないが、通常1nm以上である。また、CNF(X)の平均長さは、ハンドリングの観点から、好ましくは100nm~100μmであり、より好ましくは1μm~100μmであり、さらに好ましくは5μm~100μmである。 The average fiber diameter of CNF(X) is preferably 50 nm or less, more preferably 20 nm or less, and still more preferably 10 nm or less. There is no particular restriction on the lower limit, but it is usually 1 nm or more. Further, from the viewpoint of handling, the average length of CNF(X) is preferably 100 nm to 100 μm, more preferably 1 μm to 100 μm, and still more preferably 5 μm to 100 μm.

混合液(a-1)は、ランタン化合物、チタン化合物、CNF(X)と水と混合することにより、水100質量部に対してCNF(X)が0.1質量部~40質量部となるよう調製する。CNF(X)の含有量は、LLTO結晶粒子の微細化を有効に図る観点、及び鎖状チタン酸リチウムランタン結晶粒子集合体の形成を促進する観点から、混合液(a-1)中の水100質量部に対し、0.1質量部~40質量部であって、好ましくは0.5質量部~30質量部であり、より好ましくは1質量部~20質量部である。 The mixed solution (a-1) is a mixture of a lanthanum compound, a titanium compound, CNF(X), and water, so that CNF(X) becomes 0.1 parts by mass to 40 parts by mass per 100 parts by mass of water. Prepare as follows. The content of CNF(X) is determined from the viewpoint of effectively reducing the size of LLTO crystal particles and promoting the formation of chain-like lithium lanthanum titanate crystal particle aggregates. The amount is from 0.1 parts by weight to 40 parts by weight, preferably from 0.5 parts by weight to 30 parts by weight, and more preferably from 1 part by weight to 20 parts by weight, based on 100 parts by weight.

混合液(a-1)におけるランタン化合物及びチタン化合物の合計含有量は、後述する混合液(a-2)との混合によって生じる反応生成物において、化学組成の均質性を良好に高める観点から、混合液(a-1)中の水100質量部に対し、好ましくは0.1質量部~40質量部であり、より好ましくは0.5質量部~30質量部であり、さらに好ましくは1質量部~20質量部である。
また、混合液(a-1)を調製するにあたり、ランタン化合物及びチタン化合物の混合割合は、モル比(La:Ti)で、好ましくは0.38:1~0.66:1であり、より好ましくは0.41:1~0.63:1であり、さらに好ましくは0.44:1~0.60:1である。
The total content of the lanthanum compound and the titanium compound in the mixed solution (a-1) is determined from the viewpoint of improving the homogeneity of the chemical composition in the reaction product produced by mixing with the mixed solution (a-2) described below. It is preferably 0.1 parts by mass to 40 parts by mass, more preferably 0.5 parts by mass to 30 parts by mass, and even more preferably 1 part by mass, relative to 100 parts by mass of water in the liquid mixture (a-1). parts to 20 parts by mass.
Further, in preparing the mixed solution (a-1), the mixing ratio of the lanthanum compound and the titanium compound is preferably 0.38:1 to 0.66:1 in terms of molar ratio (La:Ti), and more preferably The ratio is preferably 0.41:1 to 0.63:1, more preferably 0.44:1 to 0.60:1.

混合液(a-1)は、各成分をより均一に分散させる観点から、後述する工程(III)において混合液(a-2)と混合する前に、予め撹拌してもよい。混合液(a-1)を撹拌する時間は、好ましくは5分間~3時間であり、より好ましくは10分間~2時間であり、さらに好ましくは15分間~90分間である。撹拌速度は、反応容器内壁面での混合液(a-1)の流速に換算して、好ましくは10cm/秒~200cm/秒であり、より好ましくは15cm/秒~150cm/秒であり、さらに好ましくは20cm/秒~100cm/秒である。 The liquid mixture (a-1) may be stirred in advance before being mixed with the liquid mixture (a-2) in step (III) described later, from the viewpoint of dispersing each component more uniformly. The time for stirring the liquid mixture (a-1) is preferably 5 minutes to 3 hours, more preferably 10 minutes to 2 hours, and even more preferably 15 minutes to 90 minutes. The stirring speed is preferably 10 cm/sec to 200 cm/sec, more preferably 15 cm/sec to 150 cm/sec, and further Preferably it is 20 cm/sec to 100 cm/sec.

工程(II)は、リチウム化合物と、水とを混合して、混合液(a-2)を調製する工程である。
工程(II)で用いるリチウム化合物は、工程(I)で用いたチタン化合物及びリチウム化合物とともにLLTO結晶粒子を形成させるための原料化合物である。かかるリチウム化合物としては、水酸化物、塩化物、炭酸塩、硫酸塩、及び有機酸塩から選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。より具体的には、例えば、水酸化リチウム又はその水和物、過酸化リチウム、塩化リチウム、炭酸リチウム、硫酸リチウム、酢酸リチウム、シュウ酸リチウム等が好ましく、水酸化リチウム又はその水和物、塩化リチウム、硫酸リチウムがより好ましい。
Step (II) is a step of preparing a mixed solution (a-2) by mixing a lithium compound and water.
The lithium compound used in step (II) is a raw material compound for forming LLTO crystal particles together with the titanium compound and lithium compound used in step (I). Such lithium compounds include one or more selected from hydroxides, chlorides, carbonates, sulfates, and organic acid salts. More specifically, for example, lithium hydroxide or its hydrate, lithium peroxide, lithium chloride, lithium carbonate, lithium sulfate, lithium acetate, lithium oxalate, etc. are preferable, and lithium hydroxide or its hydrate, chloride, etc. Lithium and lithium sulfate are more preferred.

混合液(a-2)におけるリチウム化合物の含有量は、混合液(a-2)中の水100質量部に対し、好ましくは0.1質量部~20質量部であり、より好ましくは0.5質量部~15質量部であり、さらに好ましくは1質量部~10質量部である。 The content of the lithium compound in the mixed solution (a-2) is preferably 0.1 parts by mass to 20 parts by mass, more preferably 0.1 parts by mass to 100 parts by mass of water in the mixed solution (a-2). The amount is 5 parts by weight to 15 parts by weight, more preferably 1 part to 10 parts by weight.

混合液(a-2)の25℃におけるpHは、後述する工程(III)で得られる混合液(A)の25℃におけるpHを8~11に調整する観点から、好ましくは10~13であり、より好ましくは10.5~12.5であり、さらに好ましくは11~12である。混合液(a-2)のpHを上記範囲に調整する上で、さらにpH調整剤を用いてもよい。かかるpH調整剤は、特に限定されるものではないが、混合液(a-2)のpH調整を容易に行う観点から、水酸化リチウム、又はアンモニア水溶液を用いるのが好ましい。 The pH of the mixed solution (a-2) at 25° C. is preferably 10 to 13 from the viewpoint of adjusting the pH at 25° C. of the mixed solution (A) obtained in step (III) described later to 8 to 11. , more preferably 10.5 to 12.5, still more preferably 11 to 12. A pH adjuster may be further used to adjust the pH of the mixed solution (a-2) to the above range. Such a pH adjuster is not particularly limited, but from the viewpoint of easily adjusting the pH of the mixed solution (a-2), it is preferable to use lithium hydroxide or an aqueous ammonia solution.

混合液(a-2)は、各成分をより均一に溶解又は分散させる観点から、後述する工程(III)において混合液(a-1)と混合する前に、予め撹拌してもよい。混合液(a-2)を撹拌する時間は、好ましくは1分間~30分間であり、より好ましくは2分間~20分間であり、さらに好ましくは2分間~10分間である。また撹拌速度は、反応容器内壁面での混合液(a-2)の流速に換算して、好ましくは10cm/秒~200cm/秒であり、より好ましくは15cm/秒~150cm/秒、さらに好ましくは20cm/秒~100cm/秒である。 The liquid mixture (a-2) may be stirred in advance before being mixed with the liquid mixture (a-1) in step (III) described later, from the viewpoint of dissolving or dispersing each component more uniformly. The time for stirring the mixed solution (a-2) is preferably 1 minute to 30 minutes, more preferably 2 minutes to 20 minutes, and still more preferably 2 minutes to 10 minutes. In addition, the stirring speed is preferably 10 cm/sec to 200 cm/sec, more preferably 15 cm/sec to 150 cm/sec, and even more preferably is 20 cm/sec to 100 cm/sec.

工程(III)は、工程(I)で得られた混合液(a-1)と、工程(II)で得られた混合液(a-2)とを混合して、25℃におけるpHが8~11である混合液(A)を調製する工程である。すなわち、上記混合液(a-1)と上記混合液(a-2)とを混合して、混合液(A)とする。混合液(a-1)と混合液(a-2)の混合方法は、特に限定されるものではないが、撹拌している混合液(a-1)に混合液(a-2)を滴下するのが好ましい。このように、ランタン化合物、チタン化合物、及びCNF(A)を含む混合液(a-1)に、リチウム化合物を含む混合液(a-2)を滴下して少量ずつ加えることにより、反応生成物の化学組成の均質性を一層高めることができる。
この際、混合液(a-2)の混合液(a-1)への滴下速度は、10質量部の混合液(a-1)に対し、好ましくは0.1質量部/分~0.4質量部/分であり、より好ましくは0.15質量部/分~0.4質量部/分であり、さらに好ましくは0.2質量部/分~0.35質量部/分である。混合液(a-2)を滴下する際の混合液(a-1)の撹拌速度は、反応容器内壁面での混合液(a-1)の流速に換算して、好ましくは10cm/秒~200cm/秒であり、より好ましくは15cm/秒~150cm/秒、さらに好ましくは20cm/秒~100cm/秒である。
Step (III) is to mix the mixture (a-1) obtained in step (I) and the mixture (a-2) obtained in step (II) until the pH at 25°C is 8. This is a step of preparing a mixed solution (A) of 1 to 11. That is, the mixed liquid (a-1) and the mixed liquid (a-2) are mixed to form a mixed liquid (A). The method of mixing the mixed liquid (a-1) and the mixed liquid (a-2) is not particularly limited, but the mixed liquid (a-2) may be dropped into the stirred mixed liquid (a-1). It is preferable to do so. In this way, by adding dropwise the mixture (a-2) containing the lithium compound little by little to the mixture (a-1) containing the lanthanum compound, titanium compound, and CNF(A), the reaction product can be produced. The homogeneity of the chemical composition can be further improved.
At this time, the dropping rate of the mixed solution (a-2) to the mixed solution (a-1) is preferably 0.1 parts by mass/min to 0.1 parts by mass/min to 10 parts by mass of the mixed solution (a-1). 4 parts by mass/min, more preferably 0.15 parts by mass/min to 0.4 parts by mass/min, still more preferably 0.2 parts by mass/min to 0.35 parts by mass/min. The stirring speed of the mixed solution (a-1) when dropping the mixed solution (a-2) is preferably 10 cm/sec to 10 cm/sec in terms of the flow rate of the mixed solution (a-1) on the inner wall surface of the reaction vessel. 200 cm/sec, more preferably 15 cm/sec to 150 cm/sec, still more preferably 20 cm/sec to 100 cm/sec.

混合液(A)を得るにあたり、混合する混合液(a-1)と混合液(a-2)との質量比((a-1):(a-2))は、好ましくは20:1~1:4であり、より好ましくは10:1~1:3であり、さらに好ましくは5:1~2:3である。 In obtaining the mixed liquid (A), the mass ratio ((a-1):(a-2)) of the mixed liquid (a-1) and the mixed liquid (a-2) to be mixed is preferably 20:1. ~1:4, more preferably 10:1~1:3, still more preferably 5:1~2:3.

混合液(a-1)と混合液(a-2)を混合する際の混合液(a-1)の温度は、好ましくは10℃~80℃であり、より好ましくは15℃~70℃であり、さらに好ましくは20℃~60℃である。また混合液(a-2)の温度は、好ましくは10℃~80℃であり、より好ましくは15℃~70℃であり、さらに好ましくは20℃~60℃である。 The temperature of the mixed liquid (a-1) when mixing the mixed liquid (a-1) and the mixed liquid (a-2) is preferably 10°C to 80°C, more preferably 15°C to 70°C. The temperature is more preferably 20°C to 60°C. Further, the temperature of the mixed solution (a-2) is preferably 10°C to 80°C, more preferably 15°C to 70°C, even more preferably 20°C to 60°C.

混合液(a-1)と混合液(a-2)を混合する時間は、好ましくは10分間~24時間であり、より好ましくは15分間~18時間であり、さらに好ましくは30分間~12時間である。またこの際、各成分をより均一に溶解又は分散させる観点から、撹拌してもよい。撹拌速度は、反応容器内壁面での混合液(A)の流速に換算して、好ましくは10cm/秒~200cm/秒であり、より好ましくは15cm/秒~150cm/秒、さらに好ましくは20cm/秒~100cm/秒である。 The time for mixing the mixed solution (a-1) and the mixed solution (a-2) is preferably 10 minutes to 24 hours, more preferably 15 minutes to 18 hours, and even more preferably 30 minutes to 12 hours. It is. Further, at this time, stirring may be performed from the viewpoint of dissolving or dispersing each component more uniformly. The stirring speed is preferably 10 cm/sec to 200 cm/sec, more preferably 15 cm/sec to 150 cm/sec, still more preferably 20 cm/sec, in terms of the flow rate of the mixed solution (A) on the inner wall surface of the reaction container. seconds to 100 cm/second.

工程(III)において、混合液(a-1)と混合液(a-2)を混合することにより、チタン酸リチウム及びLa(OH)3とともに、CNF(X)を含有する混合液(A)が得られる。これらチタン酸リチウム及びLa(OH)3は、平均粒径が100nm以下の微粒子であり、後述する工程(IV)において水熱反応に付す工程を経ることにより、チタン酸リチウムランタン結晶粒子の前駆体とセルロースナノファイバーとを含む前駆体混合物(B)を良好に生成する。かかる混合液(A)中におけるチタン酸リチウム及びLa(OH)3の合計含有量は、混合液(A)中に、好ましくは0.1質量%~60質量%であり、より好ましくは0.5質量%~45質量%であり、さらに好ましくは1質量%~30質量%である。CNF(X)の含有量は、混合液(A)中に、好ましくは0.01質量%~40質量%であり、より好ましくは0.1質量%~30質量%であり、さらに好ましくは0.2質量%~20質量%である。また、混合液(A)の25℃におけるpHは、8~11であって、好ましくは8.5~10.5であり、より好ましくは9~10である。かかる範囲内となるよう混合液(A)のpHを調整するにあたり、必要に応じて上記pH調整剤を用いてもよい。 In step (III), by mixing the mixed solution (a-1) and the mixed solution (a-2), a mixed solution (A) containing CNF(X) as well as lithium titanate and La(OH) 3 is obtained. is obtained. These lithium titanate and La(OH) 3 are fine particles with an average particle size of 100 nm or less, and by subjecting them to a hydrothermal reaction in step (IV) described below, they are converted into precursors of lithium lanthanum titanate crystal particles. and cellulose nanofibers. The total content of lithium titanate and La(OH) 3 in the mixed liquid (A) is preferably 0.1% by mass to 60% by mass, more preferably 0.1% by mass to 60% by mass. It is 5% by mass to 45% by mass, more preferably 1% by mass to 30% by mass. The content of CNF(X) in the mixed liquid (A) is preferably 0.01% by mass to 40% by mass, more preferably 0.1% by mass to 30% by mass, and even more preferably 0. .2% to 20% by mass. Further, the pH of the mixed solution (A) at 25° C. is 8 to 11, preferably 8.5 to 10.5, and more preferably 9 to 10. In adjusting the pH of the liquid mixture (A) to fall within this range, the above-mentioned pH adjuster may be used as necessary.

工程(IV)は、工程(III)で得られた混合液(A)を100℃以上の水熱反応に付した後、CNF(X)が混在してなる水熱反応生成物を洗浄し、次いで乾燥して、CNF(X)が混在してなる前駆体混合物(B)を得る工程である。かかる工程(IV)における水熱反応は、混合液(A)を充填した反応容器を圧力容器等に格納して加圧下で行う。 Step (IV) is to subject the mixed solution (A) obtained in step (III) to a hydrothermal reaction at 100°C or higher, and then wash the hydrothermal reaction product containing CNF (X), This is then a step of drying to obtain a precursor mixture (B) containing CNF(X). The hydrothermal reaction in step (IV) is carried out under pressure by storing the reaction vessel filled with the mixed solution (A) in a pressure vessel or the like.

なお、工程(IV)に移行する前に、予め工程(III)で得られた混合液(A)を撹拌する場合、かかる撹拌は反応容器内で行えばよく、次いで反応容器を圧力容器等に格納すればよい。かかる撹拌は、CNF(X)が混在してなる前駆体混合物(B)を効率的に生成させる観点から、圧力容器等に格納された反応容器内において工程(IV)における水熱反応が完了するまで継続するのが好ましい。この際における混合液(A)の撹拌速度は、反応容器内壁面での混合液(A)の流速に換算して、好ましくは15cm/秒以上であり、より好ましくは15cm/秒~80cm/秒であり、さらに好ましくは15cm/秒~70cm/秒である。撹拌方法としては、この撹拌速度が実現可能であれば特に限定されないが、例えば撹拌羽根を用いる方法、又は特開2014-118328号公報に記載のポンプを使用して合成容器中のスラリーを撹拌する方法等を好適に使用することができる。 In addition, when stirring the mixed liquid (A) obtained in step (III) before proceeding to step (IV), such stirring may be performed in the reaction container, and then the reaction container is placed in a pressure container or the like. Just store it. From the viewpoint of efficiently producing the precursor mixture (B) containing CNF(X), such stirring is performed until the hydrothermal reaction in step (IV) is completed in the reaction vessel stored in a pressure vessel or the like. It is preferable to continue until The stirring speed of the mixed solution (A) at this time is preferably 15 cm/sec or more, more preferably 15 cm/sec to 80 cm/sec, in terms of the flow rate of the mixed solution (A) on the inner wall surface of the reaction container. and more preferably 15 cm/sec to 70 cm/sec. The stirring method is not particularly limited as long as this stirring speed can be achieved, but for example, a method using a stirring blade or a pump described in JP 2014-118328A is used to stir the slurry in the synthesis container. method etc. can be suitably used.

さらに、上記撹拌方法を用いる際に、混合液(A)全体において均一に水熱反応を生じさせる観点から、反応容器内に邪魔板を設置したり、撹拌翼の回転方向やポンプの送液方向を間欠的に逆転したりすることによって、混合液(A)の流れに擾乱を生じさせるのが有効である。 Furthermore, when using the above stirring method, from the viewpoint of uniformly generating a hydrothermal reaction throughout the mixed liquid (A), it is necessary to install a baffle plate in the reaction vessel, or to install a baffle plate in the rotational direction of the stirring blade or the liquid feeding direction of the pump. It is effective to create disturbances in the flow of the mixed liquid (A) by intermittently reversing the flow.

水熱反応に付す際の混合液(A)の温度(反応温度)は、100℃以上であればよく、好ましくは150℃~250℃であり、より好ましくは160℃~240℃である。この際の圧力及び反応時間は、反応温度が100℃以上の場合は0.5MPa以上で10分間以上が好ましく、160℃~240℃で反応を行う場合は0.5MPa~4.0MPaで10分間~24時間が好ましく、160℃~240℃で反応を行う場合は0.6MPa~3.4MPaで10分間~18時間が好ましい。 The temperature (reaction temperature) of the mixed solution (A) when subjected to the hydrothermal reaction may be 100°C or higher, preferably 150°C to 250°C, more preferably 160°C to 240°C. The pressure and reaction time at this time are preferably 0.5 MPa or more for 10 minutes or more when the reaction temperature is 100°C or higher, and 0.5 MPa to 4.0 MPa for 10 minutes when the reaction is carried out at 160°C to 240°C. ~24 hours is preferred, and when the reaction is carried out at 160°C ~ 240°C, 0.6 MPa ~ 3.4 MPa is preferred for 10 minutes ~ 18 hours.

また、水熱反応における反応容器内の雰囲気は限定されるものではないが、雰囲気の調整の容易性の観点から、空気下又は水蒸気下が好ましい。 Further, the atmosphere in the reaction vessel in the hydrothermal reaction is not limited, but from the viewpoint of ease of adjusting the atmosphere, it is preferably under air or under steam.

次いで、混合液(A)を上記水熱反応に付した後、CNF(X)が混在してなる水熱反応生成物を洗浄し、次いで乾燥する。かかるCNF(A)が混在してなる水熱反応生成物は、水熱反応後の混合液(A)を固液分離すればよく、得られるCNF(X)が混在してなる水熱反応生成物は、チタン酸リチウム(Li1.81,H0.19)Ti25・2H2O)とランタン化合物(非晶質)と、CNF(X)との混合物、すなわちLLTO結晶粒子の前駆体とCNF(X)とが混在してなる前駆体混合物(B)が含有されてなる。固液分離に用いる装置としては、例えば、フィルタープレス機、遠心濾過機等が挙げられる。なかでも、効率的にセルロースナノファイバーが混在してなる水熱反応生成物を得る観点から、フィルタープレス機を用いるのが好ましい。 Next, after subjecting the mixed solution (A) to the above hydrothermal reaction, the hydrothermal reaction product containing CNF(X) is washed and then dried. The hydrothermal reaction product mixed with CNF(A) can be obtained by solid-liquid separation of the mixed liquid (A) after the hydrothermal reaction, and the resulting hydrothermal reaction product mixed with CNF(X) can be obtained by solid-liquid separation. The material is a mixture of lithium titanate (Li 1.81 , H 0.19 )Ti 2 O 5 .2H 2 O), a lanthanum compound (amorphous), and CNF (X), that is, a precursor of LLTO crystal particles and CNF ( The precursor mixture (B) is a mixture of X) and X). Examples of devices used for solid-liquid separation include filter presses, centrifugal filters, and the like. Among these, it is preferable to use a filter press machine from the viewpoint of efficiently obtaining a hydrothermal reaction product containing cellulose nanofibers.

次いで、回収されたCNF(X)が混在してなる水熱反応生成物は、原料由来のアニオン成分等の水溶性不純物を効果的に除去する観点から、洗浄する。かかる洗浄には水を用いればよく、その水の量は、CNF(X)が混在してなる水熱反応生成物の乾燥質量1質量部に対し、好ましくは5質量部~50質量部であり、より好ましくは7質量部~50質量部であり、さらに好ましくは9質量部~50質量部である。かかる水の温度は、水溶性不純物を効果的に除去する観点から、好ましくは5℃~70℃であり、より好ましくは20℃~70℃である。 Next, the recovered hydrothermal reaction product mixed with CNF(X) is washed from the viewpoint of effectively removing water-soluble impurities such as anion components derived from the raw materials. Water may be used for such washing, and the amount of water is preferably 5 parts by mass to 50 parts by mass per 1 part by mass of the dry mass of the hydrothermal reaction product containing CNF (X). , more preferably 7 parts by mass to 50 parts by mass, still more preferably 9 parts by mass to 50 parts by mass. The temperature of such water is preferably 5°C to 70°C, more preferably 20°C to 70°C from the viewpoint of effectively removing water-soluble impurities.

洗浄したCNF(X)が混在してなる水熱反応生成物は、次に乾燥する。乾燥手段としては、噴霧乾燥、恒温乾燥、流動床乾燥、外熱式乾燥、凍結乾燥、真空乾燥等が挙げられるが、なかでも、後述する工程(V)における焼成を経ることによって集合体を形成してなるチタン酸リチウムランタン結晶粒子が、必要以上に成長するのを有効に制御して充分に微細化を図る観点から、噴霧乾燥又は恒温乾燥とするのが好ましい。 The hydrothermal reaction product containing the washed CNF(X) is then dried. Examples of drying methods include spray drying, constant temperature drying, fluidized bed drying, external heating drying, freeze drying, vacuum drying, etc. Among them, aggregates are formed through calcination in step (V) described below. From the viewpoint of effectively controlling the excessive growth of the lithium lanthanum titanate crystal particles and achieving sufficient miniaturization, it is preferable to use spray drying or constant temperature drying.

乾燥後に得られるCNF(X)が混在してなる前駆体混合物(B)は、チタン酸リチウム(Li1.81,H0.19)Ti25・2H2O)とランタン化合物(非晶質)と、CNF(X)との混合物である。かかるCNF(X)が混在してなる前駆体混合物(B)の平均粒径は、レーザー回折・散乱法に基づく粒度分布におけるD50値で、好ましくは5nm~100nmであり、より好ましくは5nm~80nmである。ここで、粒度分布測定におけD50値とは、レーザー回折・散乱法に基づく体積基準の粒度分布により得られる値であり、D50値は累積50%での粒径(メジアン径)を意味する。したがって、乾燥手段として噴霧乾燥を採用する場合、用いるスプレードライヤーの運転条件を適宜最適化することにより、かかるCNF(X)が混在してなる前駆体混合物(B)の粒径を調整すればよい。 The precursor mixture (B) containing CNF(X) obtained after drying contains lithium titanate (Li 1.81 , H 0.19 )Ti 2 O 5 .2H 2 O) and a lanthanum compound (amorphous), It is a mixture with CNF(X). The average particle size of the precursor mixture (B) in which such CNF(X) is mixed is preferably 5 nm to 100 nm, more preferably 5 nm to It is 80 nm. Here, the D 50 value in particle size distribution measurement is a value obtained by volume-based particle size distribution based on laser diffraction/scattering method, and the D 50 value means the particle size at 50% cumulative (median diameter). do. Therefore, when spray drying is employed as a drying method, the particle size of the precursor mixture (B) containing such CNF(X) may be adjusted by appropriately optimizing the operating conditions of the spray dryer used. .

工程(V)は、工程(IV)で得られたCNF(X)が混在してなる前駆体混合物(B)を400℃~1000℃で焼成する工程である。かかる工程(V)を経ることにより、CNF(X)のほぼ全てが焼失し、極めて微細な粒子であって高純度であるチタン酸リチウムランタン結晶粒子が鎖状に集結し、固体電解質として非常に有用な鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体を得ることができる。 Step (V) is a step of firing the precursor mixture (B) containing CNF (X) obtained in step (IV) at 400° C. to 1000° C. By going through this step (V), almost all of the CNF(X) is burnt out, and extremely fine particles of high purity lithium lanthanum titanate crystal particles are aggregated in a chain shape, which is extremely effective as a solid electrolyte. A useful chain-like lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate can be obtained.

工程(V)における焼成温度は、鎖状に集結するLLTO結晶粒子の結晶性を高めつつ、有効に粒子の微細化を図る観点から、400℃~1000℃であって、好ましくは450℃~950℃であり、より好ましくは500℃~900℃である。また焼成時間は、同様の観点から、好ましくは0.5時間~48時間であり、より好ましくは1時間~24時間であり、さらに好ましくは1時間~18時間である。 The firing temperature in step (V) is 400° C. to 1000° C., preferably 450° C. to 950° C., from the viewpoint of effectively refining the particles while increasing the crystallinity of the LLTO crystal particles aggregated in a chain shape. ℃, more preferably 500°C to 900°C. From the same viewpoint, the firing time is preferably 0.5 hours to 48 hours, more preferably 1 hour to 24 hours, and still more preferably 1 hour to 18 hours.

上記焼成における雰囲気は、CNF(X)のほぼ全てを焼失させる観点から、大気雰囲気下又は酸素雰囲気下が好ましい。かかる焼成に用いる装置としては、上記雰囲気下において温度の調整が可能な物であれば特に限定されず、バッチ式、連続式、加熱方式(間接又は直接)のいずれの方式のものも使用することができ、例えば、外熱キルンやローラーハース等の焼成炉が挙げられる。
CNF(X)のほぼ全てが焼失したことは、炭素・硫黄分析装置を用いて測定した炭素量で確認することができる。本発明のチタン酸リチウムランタン結晶粒子の炭素量は、電子伝導性を低くしてリチウムイオン二次電池の固体電解質として用いても正極-負極間に短絡を生じさせない観点から、炭素・硫黄分析装置による測定値で、好ましくは0質量%~0.5質量%であり、より好ましくは0質量%~0.3質量%であり、さらに好ましくは0質量%~0.1質量%である。
The atmosphere in the above firing is preferably an air atmosphere or an oxygen atmosphere from the viewpoint of burning out almost all of the CNF(X). The equipment used for such firing is not particularly limited as long as the temperature can be adjusted in the above atmosphere, and any of the batch type, continuous type, and heating type (indirect or direct) may be used. For example, a firing furnace such as an external heat kiln or a roller hearth can be used.
The fact that almost all of the CNF(X) was burnt out can be confirmed by the amount of carbon measured using a carbon/sulfur analyzer. The carbon content of the lithium lanthanum titanate crystal particles of the present invention is determined from the viewpoint of reducing the electronic conductivity and preventing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode even when used as a solid electrolyte of a lithium ion secondary battery. The measured value is preferably 0% by mass to 0.5% by mass, more preferably 0% by mass to 0.3% by mass, and even more preferably 0% by mass to 0.1% by mass.

このように、本発明の製造方法によれば、粒径が有効に微細化されつつ高いBET比表面積を有し、かつ水溶性不純物の含有量が十分に低減されてなる、高結晶度のチタン酸リチウムランタン結晶粒子が、鎖状に集結し、直線的に連続して配列してなる、鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体を得ることができる。したがって、優れた充放電特性を発現し得る全固体リチウムイオン二次電池用固体電解質を、簡便に製造することができる。 As described above, according to the production method of the present invention, titanium with high crystallinity, which has a high BET specific surface area while effectively reducing the particle size, and has a sufficiently reduced content of water-soluble impurities, can be produced. It is possible to obtain a chain-like lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate in which lithium lanthanum titanate crystal particles are collected in a chain shape and arranged continuously in a straight line. Therefore, a solid electrolyte for an all-solid lithium ion secondary battery that can exhibit excellent charge and discharge characteristics can be easily produced.

具体的には、本発明の製造方法により得られる鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体を構成するチタン酸リチウムランタン結晶粒子の平均粒径は、優れたリチウムイオン伝導性を発現させる観点から、好ましくは5nm~50nmであり、より好ましくは5nm~40nmであり、さらに好ましくは5nm~30nmである。ここで、チタン酸リチウムランタン結晶粒子の平均粒径とは、SEM又はTEMの電子顕微鏡を用いた観察における、数十個の粒子の粒径(長軸の長さ)の測定値の平均値を意味する。 Specifically, from the viewpoint of exhibiting excellent lithium ion conductivity, the average particle size of the lithium lanthanum titanate crystal particles constituting the chained lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate obtained by the production method of the present invention is as follows: The thickness is preferably 5 nm to 50 nm, more preferably 5 nm to 40 nm, and even more preferably 5 nm to 30 nm. Here, the average particle size of lithium lanthanum titanate crystal particles is the average value of the measured particle sizes (long axis lengths) of several dozen particles observed using an SEM or TEM electron microscope. means.

また、本発明の製造方法により得られる鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体を構成するチタン酸リチウムランタン結晶粒子のBET比表面積は、チタン酸リチウムランタン結晶粒子同士又はチタン酸リチウムランタン結晶粒子と電極材料間の接触確率を充分に確保する観点から、好ましくは40m2/g以上であり、より好ましくは45m2/g以上であり、さらに好ましくは50m2/g以上である。 In addition, the BET specific surface area of the lithium lanthanum titanate crystal particles constituting the chain-like lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate obtained by the production method of the present invention is determined between the lithium lanthanum titanate crystal particles and the lithium lanthanum titanate crystal particles. From the viewpoint of ensuring a sufficient probability of contact between electrode materials, the area is preferably 40 m 2 /g or more, more preferably 45 m 2 /g or more, and still more preferably 50 m 2 /g or more.

本発明の製造方法により得られる鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体を構成するチタン酸リチウムランタン結晶粒子のタップ密度は、0.5g/cm3~3.0g/cm3であり、好ましくは0.6g/cm3~2.8g/cm3であり、より好ましくは0.7g/cm3~2.6g/cm3である。集合体を構成することにより固体電解質として用いられることとなるチタン酸リチウムランタン結晶粒子が、かかるタップ密度を有することは、全固体リチウムイオン二次電池における固体電解質相を形成する際にチタン酸リチウムランタン結晶粒子の充填性を効率的かつ効果的に高めることができ、これによって緻密な固体電解質層を得ることが可能となり、全固体リチウムイオン二次電池として優れた充放電特性を発現することに大きく寄与するものと考えられる。 The tap density of the lithium lanthanum titanate crystal particles constituting the chained lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate obtained by the production method of the present invention is 0.5 g/cm 3 to 3.0 g/cm 3 , preferably It is 0.6g/cm 3 to 2.8g/cm 3 , more preferably 0.7g/cm 3 to 2.6g/cm 3 . The fact that lithium lanthanum titanate crystal particles, which are used as a solid electrolyte by forming an aggregate, has such a tap density means that when forming a solid electrolyte phase in an all-solid lithium ion secondary battery, lithium lanthanum titanate crystal particles are used as a solid electrolyte. It is possible to efficiently and effectively improve the filling properties of lanthanum crystal particles, which makes it possible to obtain a dense solid electrolyte layer and to develop excellent charge-discharge characteristics as an all-solid-state lithium-ion secondary battery. It is thought that this will make a significant contribution.

こうして本発明の製造方法により得られる鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体を固体電解質として適宜適用できるリチウムイオン二次電池としては、正極と負極と固体電解質を必須構成とするものであって、正極活物質層、固体電解質層、及び負極活物質層の順に積層配置された積層体が形成されるものであれば特に限定されない。 A lithium ion secondary battery to which the chain-like lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate obtained by the production method of the present invention can be appropriately applied as a solid electrolyte has a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte as essential components, and There is no particular limitation as long as a laminate is formed in which a positive electrode active material layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode active material layer are stacked in this order.

ここで、正極活物質層については、リチウムイオンを充電時には放出し、かつ放電時には吸蔵することができれば、その材料構成は特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。例えば、原料化合物を水熱反応させることにより得られる各種ポリアニオン型正極活物質からなる正極活物質層を好適に用いることができる。 Here, the material composition of the positive electrode active material layer is not particularly limited as long as it can release lithium ions during charging and absorb them during discharging, and any known material composition can be used. . For example, a positive electrode active material layer made of various polyanionic positive electrode active materials obtained by subjecting raw material compounds to a hydrothermal reaction can be suitably used.

また、負極活物質層については、リチウムイオンを充電時には吸蔵し、かつ放電時には放出することができれば、その材料構成は特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。例えば、原料を水熱反応させることにより得られるチタンニオブ酸化物やチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物からなる負極活物質層を好適に用いることができる。 Further, the material composition of the negative electrode active material layer is not particularly limited as long as it can occlude lithium ions during charging and release them during discharging, and any known material composition can be used. For example, a negative electrode active material layer made of titanium niobium oxide or sodium lithium titanate composite oxide obtained by subjecting raw materials to a hydrothermal reaction can be suitably used.

また、本発明の製造方法により得られる鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体を用いてリチウムイオン二次電池を製造する方法としては、特に限定されず、公知の方法を使用できる。例えば、特開2017-10816号公報に記載されるように、正極活物質層、及び負極活物質層に内包される固体電解質粒子として本発明により得られる鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体を用い、固体電解質層には、かかる固体電解質粒子以外の固体電解質を用いてもよい。 Further, the method for manufacturing a lithium ion secondary battery using the chain-like lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate obtained by the manufacturing method of the present invention is not particularly limited, and any known method can be used. For example, as described in JP-A No. 2017-10816, chain lithium lanthanum titanate crystal particle aggregates obtained according to the present invention are used as solid electrolyte particles included in a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer. A solid electrolyte other than such solid electrolyte particles may be used in the solid electrolyte layer.

上記の構成を有するリチウムイオン二次電池の形状としては、特に制限を受けるものではなく、コイン型、円筒型、角型等種々の形状や、ラミネート外装体に封入した不定形状であってもよい。 The shape of the lithium ion secondary battery having the above configuration is not particularly limited, and may be various shapes such as a coin shape, a cylindrical shape, a square shape, or an irregular shape enclosed in a laminate exterior body. .

以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically explained based on Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

[製造例1](LiMn1.5Ni0.54正極活物質粒子の製造)
MnSO4・H2O 25.35g、NiSO4・6H2O 13.14g、及び水100mLを混合して、スラリー(x-1)を得た。得られたスラリー(x-1)を、25℃の温度に保持しながら撹拌しつつ48質量%のNaOHを、スラリー(x-1)のpHが11になるまで滴下してスラリー(x-2)を得た。次に、得られたスラリー(x-2)を1時間撹拌して前駆体(x-3)を得た後、得られた前駆体(x-3)1質量部に対して12質量部の水で洗浄した。
前駆体(x-3)全量、LiOH・H2O 4.20g、及び水100mLを混合した後、遊星型ボールミル(P-5、フリッチェジャパン株式会社製)で15分間混合して、スラリー(x-4)を得た。次に、得られたスラリー(x-4)を80℃で12時間乾燥した後、得られた乾燥物を大気雰囲気下800℃×1時間焼成して、LiMn1.5Ni0.54正極活物質粒子(一次粒子の平均粒子径100nm)を得た。
[Production Example 1] (Production of LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 positive electrode active material particles)
25.35 g of MnSO 4 .H 2 O, 13.14 g of NiSO 4 .6H 2 O, and 100 mL of water were mixed to obtain slurry (x-1). To the obtained slurry (x-1), while stirring and maintaining the temperature at 25°C, 48% by mass NaOH was added dropwise to the slurry (x-1) until the pH of the slurry (x-1) became 11. ) was obtained. Next, the obtained slurry (x-2) was stirred for 1 hour to obtain a precursor (x-3), and then 12 parts by mass was added to 1 part by mass of the obtained precursor (x-3). Washed with water.
After mixing the entire amount of precursor (x-3), 4.20 g of LiOH・H 2 O, and 100 mL of water, they were mixed for 15 minutes in a planetary ball mill (P-5, manufactured by Fritsche Japan Co., Ltd.) to form a slurry (x -4) was obtained. Next, the obtained slurry (x-4) was dried at 80°C for 12 hours, and then the obtained dried product was fired at 800°C for 1 hour in the air to form LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 positive electrode active material particles. (The average particle diameter of primary particles was 100 nm).

[実施例1](Li0.33La0.56TiO3結晶粒子の製造)
水40mLにTiSO4・1.5H2O 2.24g、La(NO3)3・6H2O 2.89g、及びセルロースナノファイバー(KY-100G、スダイセルファインケム製、含水率10%)3.89gを混合して、混合液(a-1)1を得た。
次いで、水20mLにLiOH・H2O 2.08gを溶解して、混合液(a-2)1を得た。得られた混合液(a-2)1の25℃におけるpHは13であった。
得られた混合液(a-1)1を25℃の温度に保持しながら、撹拌速度200rpmで10分間撹拌した後、そのまま撹拌を継続している混合液(a-1)1に、混合液(a-2)110質量部に対して0.3質量部/分の速度で混合液(a-2)1の全量を滴下して混合した。その後、さらに撹拌速度200rpmで10分間撹拌して混合液(A)1を得た。かかる混合液(A)1の25℃におけるpHは10であった。
[Example 1] (Production of Li 0.33 La 0.56 TiO 3 crystal particles)
2.24 g of TiSO 4 .1.5H 2 O, 2.89 g of La(NO 3 ) 3.6H 2 O, and cellulose nanofiber (KY-100G, manufactured by Sudaicel Finechem, water content 10%) in 40 mL of water.3. 89 g were mixed to obtain a mixed solution (a-1) 1 .
Next, 2.08 g of LiOH·H 2 O was dissolved in 20 mL of water to obtain a mixed solution (a-2) 1 . The pH of the obtained mixed solution (a-2) 1 at 25° C. was 13.
The obtained mixed solution (a-1) 1 was stirred at a stirring speed of 200 rpm for 10 minutes while maintaining the temperature at 25°C, and then the mixed solution was added to the mixed solution (a-1) 1 while stirring was continued. The entire amount of mixed solution (a-2) 1 was added dropwise at a rate of 0.3 parts by mass/min to 10 parts by mass of (a-2) 1 and mixed. Thereafter, the mixture was further stirred for 10 minutes at a stirring speed of 200 rpm to obtain a mixed solution (A) 1 . The pH of the mixture (A) 1 at 25° C. was 10.

得られた混合液(A)1をオートクレーブに投入し、170℃、0.8MPaでの水熱反応を10時間行った。生成した固形分を吸引ろ過し、次いで得られた固形分を固形分1質量部に対して5質量部の水で洗浄した後、80℃で12時間恒温乾燥して前駆体混合物(B)1を得た。得られた前駆体混合物(B)1は、チタン酸リチウム(Li1.81,H0.19)Ti25・2H2O)とランタン化合物(非晶質)と、CNF(X)との混合物であった。 The obtained mixed solution (A) 1 was put into an autoclave, and a hydrothermal reaction was carried out at 170° C. and 0.8 MPa for 10 hours. The generated solid content was filtered by suction, and then the obtained solid content was washed with 5 parts by mass of water per 1 part by mass of solid content, and then dried at a constant temperature of 80° C. for 12 hours to obtain a precursor mixture (B) 1 I got it. The obtained precursor mixture (B) 1 was a mixture of lithium titanate (Li 1.81 , H 0.19 )Ti 2 O 5 .2H 2 O), a lanthanum compound (amorphous), and CNF (X). Ta.

得られたセルロースナノファイバーが混在してなる前駆体混合物(B)1を、空気雰囲気下750℃で4時間焼成して、セルロースナノファイバーを完全に焼失させつつ、鎖状集合体を構成するチタン酸ランタンリチウム結晶粒子X1(Li0.33La0.56TiO3)を得た。 The obtained precursor mixture (B) 1 in which cellulose nanofibers are mixed is fired at 750°C for 4 hours in an air atmosphere to completely burn out the cellulose nanofibers and remove the titanium constituting the chain aggregates. Lithium lanthanum oxide crystal particles X 1 (Li 0.33 La 0.56 TiO 3 ) were obtained.

得られた鎖状集合体を構成するLLTO結晶粒子X1は、ペロブスカイト相に相当するX線回折パターンを示す単相であり、平均粒径は30nm、BET比表面積は49m2/gであった。得られたLLTO結晶粒子X1により形成されてなる鎖状集合体のTEM写真を図1に、X線回折パターンを図2に示す。 The LLTO crystal particles X 1 constituting the obtained chain aggregate were a single phase exhibiting an X-ray diffraction pattern corresponding to a perovskite phase, with an average particle size of 30 nm and a BET specific surface area of 49 m 2 /g. . FIG. 1 shows a TEM photograph of the chain aggregate formed by the obtained LLTO crystal particles X 1 , and FIG. 2 shows an X-ray diffraction pattern.

[実施例2](Li0.81La0.40TiO3結晶粒子の製造)
La(NO3)3・6H2Oの添加量を2.07g、LiOH・H2Oの添加量を2.10g、セルロースナノファイバーの添加量を2.33gとした以外、実施例1と同様にしてLLTO酸化物粒子X2により形成されてなる鎖状集合体を得た。
得られた鎖状集合体を構成するLLTO酸化物粒子X2は、Li0.81La0.40TiO3単相であり、平均粒径は28nm、BET比表面積は52m2/gであった。
[Example 2] (Production of Li 0.81 La 0.40 TiO 3 crystal particles)
Same as Example 1 except that the amount of La(NO 3 ) 3 ·6H 2 O added was 2.07 g, the amount of LiOH·H 2 O was 2.10 g, and the amount of cellulose nanofibers was 2.33 g. A chain aggregate formed of LLTO oxide particles X 2 was obtained.
The LLTO oxide particles X 2 constituting the obtained chain aggregate were Li 0.81 La 0.40 TiO 3 single phase, had an average particle diameter of 28 nm, and a BET specific surface area of 52 m 2 /g.

[実施例3](Li0.12La0.63TiO3結晶粒子の製造)
La(NO3)3・6H2Oの添加量を3.26g、LiOH・H2Oの添加量を1.89g、セルロースナノファイバーの添加量を5.45gとした以外、実施例1と同様にしてLLTO酸化物粒子X3により形成されてなる鎖状集合体を得た。
得られた鎖状集合体を構成するLLTO酸化物粒子X3は、Li0.12La0.63TiO3単相であり、平均粒径は33nm、BET比表面積は47m2/gであった。
[Example 3] (Production of Li 0.12 La 0.63 TiO 3 crystal particles)
Same as Example 1 except that the amount of La(NO 3 ) 3 ·6H 2 O added was 3.26 g, the amount of LiOH·H 2 O was 1.89 g, and the amount of cellulose nanofibers was 5.45 g. A chain aggregate formed of LLTO oxide particles X 3 was obtained.
The LLTO oxide particles X 3 constituting the obtained chain aggregate were Li 0.12 La 0.63 TiO 3 single phase, had an average particle diameter of 33 nm, and a BET specific surface area of 47 m 2 /g.

[比較例1](Li0.81La0.40TiO3結晶粒子の製造)
水100mLにCl3La・7H2O 31.2g、TiCl4 19.09gを混合して、水溶液(y-1)1を得た。得られた水溶液(y-1)1に、28%のアンモニア水を370g滴下して、得られた沈殿物を分離、水洗浄後に、200℃×12時間乾燥して沈殿物(y―2)1を得た。
次いで、水10mLに、得られた沈殿物(y-2)1全量と、LiOH 3.49gを混合した後、オートクレーブに投入し、150℃、0.5MPaでの水熱反応を5時間行った。生成した固形分を吸引ろ過し、次いで得られた固形分を固形分1質量部に対して5質量部の水で洗浄した後、80℃で12時間恒温乾燥して前駆体混合物(y―3)1を得た。
得られた前駆体混合物(y―3)1を、空気雰囲気下850℃×12時間焼成してLLTO結晶粒子Y1(Li0.81La0.40TiO3)を得た。得られたLLTO結晶粒子Y1(Li0.81La0.40TiO3)は、ペロブスカイト相に相当するX線回折パターンを示す単相であり、平均粒径は67nm、BET比表面積は29m2/gであった。
得られたLLTO結晶粒子Y1のSEM写真を図3に示す。
[Comparative Example 1] (Production of Li 0.81 La 0.40 TiO 3 crystal particles)
Aqueous solution (y-1) 1 was obtained by mixing 31.2 g of Cl 3 La.7H 2 O and 19.09 g of TiCl 4 with 100 mL of water. 370g of 28% ammonia water was added dropwise to the obtained aqueous solution (y-1) 1 , the obtained precipitate was separated, washed with water, and dried at 200°C for 12 hours to form a precipitate (y-2). Got 1 .
Next, 1 whole amount of the obtained precipitate (y-2) and 3.49 g of LiOH were mixed in 10 mL of water, and then the mixture was charged into an autoclave and a hydrothermal reaction was performed at 150° C. and 0.5 MPa for 5 hours. . The generated solid content was suction-filtered, and then the obtained solid content was washed with 5 parts by mass of water per 1 part by mass of solid content, and then dried at a constant temperature of 80°C for 12 hours to obtain a precursor mixture (y-3). ) got 1 .
The obtained precursor mixture (y-3) 1 was fired at 850° C. for 12 hours in an air atmosphere to obtain LLTO crystal particles Y 1 (Li 0.81 La 0.40 TiO 3 ). The obtained LLTO crystal particles Y 1 (Li 0.81 La 0.40 TiO 3 ) were a single phase exhibiting an X-ray diffraction pattern corresponding to a perovskite phase, with an average particle size of 67 nm and a BET specific surface area of 29 m 2 /g. Ta.
A SEM photograph of the obtained LLTO crystal particles Y 1 is shown in FIG.

[比較例2](Li0.12La0.63TiO3結晶粒子の製造)
Cl3La・7H2Oを31.2gから22.41gに、オートクレーブに投入する材料の水10mLを20mLに、LiOHを2.07gから5.08gに変更した以外、比較例1と同様にしてLLTO酸化物粒子Y2(Li0.12La0.63TiO3)を得た。得られたLLTO結晶粒子Y2(Li0.12La0.63TiO3)は、ペロブスカイト相に相当するX線回折パターンを示す単相であり、平均粒径は61nm、BET比表面積は31m2/gであった。
[Comparative Example 2] (Production of Li 0.12 La 0.63 TiO 3 crystal particles)
The same procedure as Comparative Example 1 was carried out except that Cl 3 La 7H 2 O was changed from 31.2 g to 22.41 g, 10 mL of water as the material to be charged into the autoclave was changed to 20 mL, and LiOH was changed from 2.07 g to 5.08 g. LLTO oxide particles Y 2 (Li 0.12 La 0.63 TiO 3 ) were obtained. The obtained LLTO crystal particles Y 2 (Li 0.12 La 0.63 TiO 3 ) were a single phase exhibiting an X-ray diffraction pattern corresponding to a perovskite phase, with an average particle size of 61 nm and a BET specific surface area of 31 m 2 /g. Ta.

[比較例3](混合液(A)のpHが範囲外の場合)
LiOH・H2Oの添加量を1.38gとした以外、実施例1と同様にしてLLTO酸化物粒子Y3を得た。この際、混合液(A)2の25℃におけるpHは7であった。
得られたLLTO酸化物粒子Y3は、ペロブスカイト相に相当するLi0.33La0.56TiO3以外に、夾雑相(La2Ti27など)を含んでいた。それら混合相の平均粒径は25nm、BET比表面積は57m2/gであった。
[Comparative Example 3] (When the pH of the mixed solution (A) is outside the range)
LLTO oxide particles Y 3 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of LiOH·H 2 O added was 1.38 g. At this time, the pH of the mixed solution (A) 2 at 25°C was 7.
The obtained LLTO oxide particles Y 3 contained impurity phases (such as La 2 Ti 2 O 7 ) in addition to Li 0.33 La 0.56 TiO 3 corresponding to the perovskite phase. The average particle size of these mixed phases was 25 nm, and the BET specific surface area was 57 m 2 /g.

《評価試験》
実施例1~3及び比較例1~3で得られた鎖状集合体又はLLTO結晶粒子を用い、全固体リチウムイオン二次電池を作製した。
具体的には、正極に製造例1で得られたLiMn1.5Ni0.54正極活物質粒子を用い、正極活物質:固体電解質(質量比)を75:25の配合割合で混合した後、プレス用冶具に投入して正極活物質層とした。さらに、その層上に実施例1~3及び比較例1~3で得られた鎖状集合体又はLLTO結晶粒子のみをさらに投入し、固体電解質層として積層させた後、ハンドプレスを用いて16MPaで2分間プレスして、φ14mmの円盤状の正極を得た。次いで、負極としてリチウム箔を固体電解質層側に取り付けることで、全固体リチウムイオン二次電池を作製した。
"Evaluation test"
All-solid-state lithium ion secondary batteries were produced using the chain aggregates or LLTO crystal particles obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3.
Specifically, the LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 positive electrode active material particles obtained in Production Example 1 were used for the positive electrode, and after mixing the positive electrode active material:solid electrolyte (mass ratio) at a mixing ratio of 75:25, the particles were pressed. The mixture was placed in a jig to form a positive electrode active material layer. Furthermore, only the chain aggregates or LLTO crystal particles obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were further added onto the layer to form a solid electrolyte layer, and then a pressure of 16 MPa was applied using a hand press. The mixture was pressed for 2 minutes to obtain a disk-shaped positive electrode with a diameter of 14 mm. Next, a lithium foil was attached as a negative electrode to the solid electrolyte layer side, thereby producing an all-solid lithium ion secondary battery.

作製した全固体リチウムイオン二次電池を用いて、充電条件を13mA/g、電圧5.0Vの定電流充電、放電条件を13mA/g、終止電圧3.0Vの定電流放電とした場合の放電容量を求めた。なお、充放電試験は全て60℃で行った。結果を表1に示す。 Using the fabricated all-solid-state lithium ion secondary battery, charging conditions were 13 mA/g, voltage 5.0 V constant current charging, discharging conditions were 13 mA/g, final voltage 3.0 V constant current discharging. The capacity was determined. Note that all charge/discharge tests were conducted at 60°C. The results are shown in Table 1.

Figure 0007340995000001
Figure 0007340995000001

上記結果より、実施例の製造方法で得られた鎖状集合体は、比較例の製造方法で得られたLLTO結晶粒子に比して、優れた放電容量を示すことがわかる。これは、図1及び図3の比較からも分かるとおり、実施例1の製造方法で得られた鎖状集合体は、平均粒径が小さくBET比表面積が大きい粒子であり、かつ結晶度の高い微粒子であるLLTO結晶粒子が複数集合してなる集合体であるため、効率的かつ効果的に性能を高めることに寄与したものと考えられる。 From the above results, it can be seen that the chain aggregate obtained by the production method of the example exhibits an excellent discharge capacity compared to the LLTO crystal particles obtained by the production method of the comparative example. This is because, as can be seen from the comparison between FIGS. 1 and 3, the chain aggregates obtained by the production method of Example 1 are particles with a small average particle size and a large BET specific surface area, and have a high degree of crystallinity. Since it is an aggregate made up of a plurality of LLTO crystal particles, which are fine particles, it is thought that it contributed to improving the performance efficiently and effectively.

Claims (5)

次の工程(I)~(V):
(I)ランタン化合物、チタン化合物、セルロースナノファイバー及び/又はリグノセルロースナノファイバーと、水とを混合して、水100質量部に対してセルロースナノファイバー及び/又はリグノセルロースナノファイバーを0.1質量部~40質量部含有する混合液(a-1)を調製する工程、
(II)リチウム化合物と、水とを混合して、混合液(a-2)を調製する工程、
(III)得られた混合液(a-1)と混合液(a-2)とを混合して、25℃におけるpHが8~11である混合液(A)を調製する工程、
(IV)得られた混合液(A)を100℃以上の水熱反応に付した後、得られた水熱反応生成物を洗浄し、次いで乾燥して、前駆体混合物を得る工程、及び
(V)得られた前駆体混合物を大気雰囲気下又は酸素雰囲気下にて400℃~1000℃で焼成する工程
を備える、固体電解質用の鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体の製造方法であって、
工程(I)において、ランタン化合物が硝酸ランタン、硫酸ランタン又は塩化ランタンであり、かつチタン化合物が硫酸チタニル又は塩化チタンであり、
固体電解質用の鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体を構成するチタン酸ランタンリチウム結晶粒子が、下記式(1):
Li 3x La 2/3-x TiO 3 ・・・(1)
(式(1)中、xは0<x<0.3を満たす数を示す。)
で表される、固体電解質用の鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体の製造方法
Next steps (I) to (V):
(I) A lanthanum compound, a titanium compound, a cellulose nanofiber, and/or a lignocellulose nanofiber are mixed with water, and 0.1 mass of cellulose nanofiber and/or lignocellulose nanofiber is added to 100 parts of water by mass. A step of preparing a mixed solution (a-1) containing 1 to 40 parts by mass,
(II) a step of mixing a lithium compound and water to prepare a mixed solution (a-2);
(III) mixing the obtained mixture (a-1) and mixture (a-2) to prepare a mixture (A) having a pH of 8 to 11 at 25°C;
(IV) A step of subjecting the obtained mixed solution (A) to a hydrothermal reaction at 100° C. or higher, washing the obtained hydrothermal reaction product and then drying it to obtain a precursor mixture; V) A method for producing a chain-like lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate for a solid electrolyte, comprising a step of firing the obtained precursor mixture at 400° C. to 1000° C. in an air atmosphere or an oxygen atmosphere. ,
In step (I), the lanthanum compound is lanthanum nitrate, lanthanum sulfate or lanthanum chloride, and the titanium compound is titanyl sulfate or titanium chloride,
The lanthanum lithium titanate crystal particles constituting the chained lanthanum lithium titanate crystal particle aggregate for solid electrolyte have the following formula (1):
Li 3x La 2/3-x TiO 3 ...(1)
(In formula (1), x represents a number that satisfies 0<x<0.3.)
A method for producing a chain-like lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate for solid electrolyte, represented by:
工程(III)での混合において、混合液(a-1)と混合液(a-2)との質量比((a-1):(a-2))が、20:1~1:4である、請求項1に記載の鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体の製造方法。 In the mixing in step (III), the mass ratio ((a-1):(a-2)) of mixed liquid (a-1) and mixed liquid (a-2) is 20:1 to 1:4. The method for producing a chain-like lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate according to claim 1. 工程(III)において得られる混合液(A)が、セルロースナノファイバー及び/又はリグノセルロースナノファイバーを0.01質量%~40質量%含有する、請求項1又は2に記載の鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体の製造方法。 The chain lanthanum titanate according to claim 1 or 2, wherein the mixed solution (A) obtained in step (III) contains 0.01% by mass to 40% by mass of cellulose nanofibers and/or lignocellulose nanofibers. A method for producing a lithium crystal particle aggregate. 工程(III)における混合を、混合液(a-1)に混合液(a-2)を滴下することにより行う、請求項1~3のいずれか1項に記載の鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体の製造方法。 Chained lithium lanthanum titanate crystal according to any one of claims 1 to 3, wherein the mixing in step (III) is performed by dropping the mixed solution (a-2) into the mixed solution (a-1). Method for producing particle aggregates. 平均粒径が5nm~50nmであり、かつBET比表面積が402/g以上である複数のチタン酸ランタンリチウム結晶粒子が、鎖状に集結してなる鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体を得るための、請求項1~のいずれか1項に記載の鎖状チタン酸ランタンリチウム結晶粒子集合体の製造方法。 A chain-like lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate formed by a plurality of lithium lanthanum titanate crystal particles having an average particle size of 5 nm to 50 nm and a BET specific surface area of 40 m 2 /g or more. A method for producing a chain-like lithium lanthanum titanate crystal particle aggregate according to any one of claims 1 to 4 , for obtaining the following.
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