陶瓷粉末材料、陶瓷粉末材料的制造方法、成型体、烧结体及电池技术

一种陶瓷粉末材料，包含有含Li的石榴石型化合物，细孔容积为0.4mL/g以上1.0mL/g以下。细孔容积为0.4mL/g以上1.0mL/g以下。细孔容积为0.4mL/g以上1.0mL/g以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】陶瓷粉末材料、陶瓷粉末材料的制造方法、成型体、烧结体及电池


[0001]本专利技术涉及一种陶瓷粉末材料、陶瓷粉末材料的制造方法、成型体、烧结体及电池。

技术介绍

[0002]石榴石为化学组成以M
2+3
M
3+2
Si3O
12
(M
2+
＝Mg、Ca、Mn、Fe，M
3+
＝Al、Cr、Fe)表示的立方晶系硅酸盐矿物。此外，表现为与石榴石相同的晶体结构的石榴石型化合物不限于硅酸盐，晶体结构中的所有M
2+
，M
3+
，Si
4+
离子的位置能够用各价离子来取代。因此，存在各种各样的具有与石榴石相同的晶体结构的石榴石型化合物。而且，化学合成的石榴石型化合物中也有在工业上被广泛利用的物质。
[0003]近年来，石榴石型化合物中，Li7La3Zr2O
12
(以下也称为“LLZ”)和在LLZ中导入了各种添加元素的类LLZ化合物具有高锂离子传导率，且对于锂金属显示出高电化学稳定性，因此，有望作为全固态锂离子二次电池的固体电解质材料。全固态锂离子二次电池是新一代二次电池，由于其使用了不可燃的固体电解质材料，因此具有极高的安全性，为实现其实际应用，正在积极地进行材料和设备的研发(例如，参考专利文献1
‑
3)。另外，以下将LLZ和类LLZ化合物统称为“LLZ系石榴石型化合物”。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本特开2013
‑
32259号公报
[0007]专利文献2：日本特开2017
‑
168396号公报
[0008]专利文献3：日本特表2017
‑
511781号公报

技术实现思路

[0009]专利技术要解决的问题
[0010]全固态电池和半固态电池中的电解质部件需要减薄厚度以降低电池电阻。因此，要求作为电解质部件的原料的粉体为数μm以下的微粒。
[0011]当然，固体电解质材料之一的LLZ系石榴石型化合物也需要相同的物理性质。作为得到微粒LLZ系石榴石型化合物的公知技术，已知通过如湿式粉碎等强机械解碎力，将以任意方法合成的LLZ系石榴石型化合物的粉末材料进行粉碎的方法。虽然该方法中可以得到粒径为1μm以下的微粒，但使用溶剂也会产生弊端。若将水用作溶剂，则伴随吸湿和Li的解吸，会大大损害材料的特性。若使用有机溶剂，则由于使用大量有机溶剂，因此从成本和环境负荷的观点来看，很难说是工业上优异的方法。综上可以认为，作为用来得到微粒LLZ系石榴石型化合物的方法，不宜使用湿式粉碎。
[0012]然而，通过公知技术的方法得到的LLZ系石榴石型化合物的粉末材料非常坚固，除非是如湿式粉碎等强力解碎手法，否则难以使其微粒化。此外，不仅仅是LLZ系石榴石型化
合物，含Li的石榴石型化合物的粉末材料也非常坚固，除非是如湿式粉碎等强力解碎手法，否则难以使其微粒化。这是因为含Li的石榴石型化合物的粉末材料是由空隙少的高密度石榴石型化合物的颗粒构成的。
[0013]本专利技术是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种陶瓷粉末材料，其包含有含Li的石榴石型化合物，并具有易粉碎性。本专利技术的另一个目的在于提供一种该陶瓷粉末材料的制造方法。本专利技术的又一个目的在于提供一种使用该陶瓷粉末材料得到的成型体。本专利技术的又一个目的在于提供一种使用该成型体得到的烧结体。本专利技术的又一个目的在于提供一种电池，其具有通过对该陶瓷粉末材料进行烧结而得到的烧结体。
[0014]解决问题的方案
[0015]一直以来，在LLZ系石榴石型化合物等含Li的石榴石型化合物的合成工艺中，为了提高各种原料粉末的反应性，都是将原料粉末微粒化。通过原料粉末的微粒化，元素的均匀性提高，石榴石型化合物的生成反应也容易均匀地进行。
[0016]本专利技术人发现，由于现有的石榴石型化合物都是通过上述工艺制造的，因此该化合物由无空隙的高密度颗粒构成，这损害了其易粉碎性。并且还发现了，通过控制所得的石榴石型化合物的细孔特性，就能够得到具有易粉碎性的陶瓷粉末材料，从而完成了本专利技术。
[0017]即，本专利技术的陶瓷粉末材料的特征在于，
[0018]包含有含Li的石榴石型化合物，
[0019]细孔容积为0.4mL/g以上1.0mL/g以下。
[0020]根据所述构成，由于细孔容积为0.4mL/g以上，因此含有较多空隙，可以说较为脆弱。因此，无需使用强力的解碎方法即可容易地使其微粒化。
[0021]在所述构成中，优选的是，平均细孔径为0.5μm以上5μm以下。
[0022]当平均细孔径为0.5μm以上5μm以下时，可以说存在很多细小的细孔。因此，能够更容易使其微粒化。
[0023]在所述构成中，优选的是，比表面积为0.5m2/g以上2.5m2/g以下。
[0024]当所述比表面积为0.5m2/g以上时，可以说陶瓷粉末材料的颗粒很细小。由于解碎前颗粒就很细小，因此通过解碎会变成更细小的微粒。
[0025]在所述构成中，优选的是，粒径D
50
为0.5μm以上50μm以下。
[0026]当所述粒径D
50
为50μm以下时，可以说解碎处理前颗粒就比较细小。因此，在进行解碎处理后，可以变成更细微的颗粒。
[0027]在所述构成中，优选的是，所述石榴石型化合物通过下式[1]表示：
[0028]Li7‑
(3x+y)
M1
x
La3Zr2‑
y
M2
y
O
12
ꢀꢀꢀꢀ
[1][0029]其中，在式[1]中，M1为Al或Ga，M2为Nb或Ta，x为满足0≤x≤0.35的数，y为满足0≤y≤1.0的值。
[0030]当所述石榴石型化合物为通过上式[1]表示的化合物时，可以提高离子传导率。因此，可以适合用作电池(特别是锂离子二次电池)的构成部件。
[0031]在所述构成中，优选的是，下述解碎处理后的粒径D
50
为0.1μm以上10μm以下。
[0032]＜解碎处理＞
[0033]在40mL纯水中放入0.1g陶瓷粉末材料，使用BRANSON公司制造的超声波均质机：产品名称Digital Sonifier 250型，在下述＜解碎条件＞下进行5分钟均质机处理。
[0034]＜解碎条件＞
[0035]发射频率：20kHz
[0036]高频输出：200W
[0037]振幅控制：40
±
5％
[0038]当所述解碎处理后的粒径D
50
为10μm以下时，可以说是微粒。此外，所述解碎处理的条件比较温和。当所述解碎处理后的粒径D
50
为10μm以下时，可以说该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种陶瓷粉末材料，其特征在于，包含有含Li的石榴石型化合物，细孔容积为0.4mL/g以上1.0mL/g以下。2.根据权利要求1所述的陶瓷粉末材料，其特征在于，平均细孔径为0.5μm以上5μm以下。3.根据权利要求1或2所述的陶瓷粉末材料，其特征在于，比表面积为0.5m2/g以上2.5m2/g以下。4.根据权利要求1至3中任一项所述的陶瓷粉末材料，其特征在于，粒径D
50
为0.5μm以上50μm以下。5.根据权利要求1至4中任一项所述的陶瓷粉末材料，其特征在于，所述石榴石型化合物通过下式[1]表示：Li7‑
(3x+y)
M1
x
La3Zr2‑
y
M2
y
O
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[1]其中，在式[1]中，M1为Al或Ga，M2为Nb或Ta，x为满足0≤x≤0.35的数，y为满足0≤y≤1.0的值。6.根据权利要求1至5中任一项所述的陶瓷粉末材料，其特征在于，下述解碎处理后的粒径D
50
为0.1μm以上10μm以下，＜解碎处理＞...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹羽理大，
申请(专利权)人：第一稀元素化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：