JP5552802B2 - Method for producing sulfide solid electrolyte material, sulfide solid electrolyte material, and lithium battery - Google Patents
Method for producing sulfide solid electrolyte material, sulfide solid electrolyte material, and lithium battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP5552802B2 JP5552802B2 JP2009276719A JP2009276719A JP5552802B2 JP 5552802 B2 JP5552802 B2 JP 5552802B2 JP 2009276719 A JP2009276719 A JP 2009276719A JP 2009276719 A JP2009276719 A JP 2009276719A JP 5552802 B2 JP5552802 B2 JP 5552802B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solid electrolyte
- sulfide solid
- electrolyte material
- electrode active
- sulfide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Conductive Materials (AREA)
- Primary Cells (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Description
本発明は、Li4P2S6結晶相を有する硫化物固体電解質材料の製造方法に関し、より詳しくは、Liイオン伝導性が優れた硫化物固体電解質材料を得ることができる硫化物固体電解質材料の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a sulfide solid electrolyte material having a Li 4 P 2 S 6 crystal phase, and more specifically, a sulfide solid electrolyte material capable of obtaining a sulfide solid electrolyte material having excellent Li ion conductivity. It relates to the manufacturing method.
近年におけるパソコン、ビデオカメラおよび携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。また、自動車産業界等においても、電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の高出力かつ高容量の電池の開発が進められている。現在、種々の電池の中でも、エネルギー密度が高いという観点から、リチウム電池が注目を浴びている。 With the rapid spread of information-related equipment and communication equipment such as personal computers, video cameras, and mobile phones in recent years, development of batteries that are used as power sources has been regarded as important. Also in the automobile industry and the like, development of high-power and high-capacity batteries for electric vehicles or hybrid vehicles is being promoted. Currently, lithium batteries are attracting attention among various batteries from the viewpoint of high energy density.
現在市販されているリチウム電池は、可燃性の有機溶媒を含む電解液が使用されているため、短絡時の温度上昇を抑える安全装置の取り付けや短絡防止のための構造・材料面での改善が必要となる。これに対し、電解液を固体電解質層に変えて、電池を全固体化したリチウム電池は、電池内に可燃性の有機溶媒を用いないので、安全装置の簡素化が図れ、製造コストや生産性に優れると考えられている。さらに、このような固体電解質層に用いられる固体電解質材料として、硫化物固体電解質材料が知られている。 Since lithium batteries currently on the market use an electrolyte containing a flammable organic solvent, it is possible to install safety devices that suppress the temperature rise during short circuits and to improve the structure and materials to prevent short circuits. Necessary. In contrast, a lithium battery in which the electrolyte is changed to a solid electrolyte layer to make the battery completely solid does not use a flammable organic solvent in the battery, so the safety device can be simplified, and the manufacturing cost and productivity It is considered excellent. Furthermore, sulfide solid electrolyte materials are known as solid electrolyte materials used for such solid electrolyte layers.
硫化物固体電解質材料の一つとして、Li4P2S6結晶である硫化物固体電解質材料が挙げられる。Li4P2S6結晶は層状構造を有し、その層状構造がLiイオン伝導に好影響を与えるものと考えられるにも関わらず、実際のLiイオン伝導性は極めて低いという問題があった。このような問題に対して、特許文献1においては、Li4P2S6結晶のLiサイトにあるLiの一部を、Mgに置換したチオリン酸リチウムマグネシウム化合物が開示されている(特許文献1の請求項1)。この技術は、LiをMgに置換することで、Liイオン伝導性の向上を図ったものである。また、特許文献1では、Li2S、MgS、P2S3およびP2S5を原料として含むペレットを、石英管中に真空封入し高温で加熱することにより、Li4P2S6結晶を合成している。これは、いわゆる固相法による合成である。
One of the sulfide solid electrolyte materials is a sulfide solid electrolyte material that is a Li 4 P 2 S 6 crystal. The Li 4 P 2 S 6 crystal has a layered structure, and there is a problem that the actual Li ion conductivity is extremely low although the layered structure is considered to have a positive influence on Li ion conduction. With respect to such a problem,
また、特許文献2においては、Li2SおよびP2S5をメカニカルミリング法によりガラス化することで、硫化物ガラスを合成し、その硫化物ガラスに熱処理を加えることで、Li4P2S6結晶相を有する硫化物固体電解質材料を合成することが開示されている(特許文献2の図1)。なお、硫化物ガラスを高温で加熱するという観点からは、特許文献2の合成方法は固相法の一種であると考えることもできる。また、非特許文献1においては、Li4P2S6結晶の結晶構造が開示されている。
Further, in
上述したように、Li4P2S6結晶相を有する硫化物固体電解質材料は、Liイオン伝導性が低いという問題がある。本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、Li4P2S6結晶相を有し、かつ、Liイオン伝導性が優れた硫化物固体電解質材料を得ることができる硫化物固体電解質材料の製造方法を提供することを主目的とする。 As described above, the sulfide solid electrolyte material having the Li 4 P 2 S 6 crystal phase has a problem that the Li ion conductivity is low. The present invention has been made in view of the above problems, and has a Li 4 P 2 S 6 crystal phase and can provide a sulfide solid electrolyte material having excellent Li ion conductivity. The main object is to provide a method for producing an electrolyte material.
上記課題を解決するために、本発明者等が鋭意研究した結果、Li4P2S6結晶相を有する硫化物固体電解質材料のLiイオン伝導性を向上させるためには、上述した特許文献等に記載されているように、固相法により結晶性の高い硫化物固体電解質材料を合成するのではなく、逆に、アモルファスライクな硫化物固体電解質材料を合成することが重要であり、これにより、Liイオン伝導度を顕著に(例えば104倍に)向上させることができるという知見を得た。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。 In order to improve the Li ion conductivity of the sulfide solid electrolyte material having a Li 4 P 2 S 6 crystal phase as a result of intensive studies by the present inventors in order to solve the above-mentioned problems, the above-mentioned patent documents and the like However, it is important not to synthesize a highly crystalline sulfide solid electrolyte material by a solid-phase method, but to synthesize an amorphous-like sulfide solid electrolyte material. to obtain a finding that Li ion conductivity (for example 104 times) significantly the can be improved. The present invention has been made based on such knowledge.
すなわち、本発明においては、Li4P2S6結晶相を形成可能な組成を有する原料組成物を調製する調製工程と、上記原料組成物に、メカニカルミリング法または溶融急冷法を行い、Li4P2S6結晶相を有する硫化物固体電解質材料を合成する合成工程と、を有することを特徴とする硫化物固体電解質材料の製造方法を提供する。 That is, in the present invention, a preparation process for preparing a raw material composition having a composition capable of forming a Li 4 P 2 S 6 crystal phase, and a mechanical milling method or a melt quenching method are performed on the raw material composition to obtain a Li 4 And a synthesis step of synthesizing a sulfide solid electrolyte material having a P 2 S 6 crystal phase. A method for producing a sulfide solid electrolyte material is provided.
本発明によれば、上記組成を有する原料組成物に、メカニカルミリング法または溶融急冷法を行うことにより、Li4P2S6結晶を有し、かつLiイオン伝導性が優れた硫化物固体電解質材料を得ることができる。 According to the present invention, a sulfide solid electrolyte having a Li 4 P 2 S 6 crystal and excellent Li ion conductivity by performing a mechanical milling method or a melt quenching method on the raw material composition having the above composition. Material can be obtained.
上記発明においては、上記原料組成物が、硫化リチウム(Li2S)、リン(P)および硫黄(S)を含有し、上記Li2S、PおよびSの割合が、モル基準で、Li2S:P:S=2:1.6〜2.4:3.2〜4.8であることが好ましい。Li4P2S6の組成またはその近傍組成を得ることができるからである。 In the above invention, the raw material composition is, lithium sulfide (Li 2 S), and phosphorus (P) and sulfur (S), the Li 2 S, the ratio of P and S, on a molar basis, Li 2 It is preferable that S: P: S = 2: 1.6 to 2.4: 3.2 to 4.8. This is because a composition of Li 4 P 2 S 6 or a composition in the vicinity thereof can be obtained.
上記発明においては、上記原料組成物が、硫化リチウム(Li2S)、五硫化二リン(P2S5)および三硫化二リン(P2S3)を含有し、上記Li2S、P2S5およびP2S3の割合が、モル基準で、Li2S:P2S5:P2S3=2:0.4〜0.6:0.4〜0.6であることが好ましい。Li4P2S6の組成またはその近傍組成を得ることができるからである。 In the above invention, the raw material composition contains lithium sulfide (Li 2 S), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) and diphosphorus trisulfide (P 2 S 3 ), and the Li 2 S, P The ratio of 2 S 5 and P 2 S 3 is, on a molar basis, Li 2 S: P 2 S 5 : P 2 S 3 = 2: 0.4 to 0.6: 0.4 to 0.6. Is preferred. This is because a composition of Li 4 P 2 S 6 or a composition in the vicinity thereof can be obtained.
上記発明においては、上記合成工程において、上記メカニカルミリング法を行うことが好ましい。常温での処理が可能になり、製造工程の簡略化を図ることができるからである。 In the said invention, it is preferable to perform the said mechanical milling method in the said synthetic | combination process. This is because processing at room temperature is possible, and the manufacturing process can be simplified.
また、本発明においては、上述した硫化物固体電解質材料の製造方法により得られたことを特徴とする硫化物固体電解質材料を提供する。 Moreover, in this invention, the sulfide solid electrolyte material characterized by obtained by the manufacturing method of the sulfide solid electrolyte material mentioned above is provided.
本発明によれば、上述した硫化物固体電解質材料の製造方法を行うことにより、Liイオン伝導性に優れた硫化物固体電解質材料とすることができる。 According to the present invention, a sulfide solid electrolyte material excellent in Li ion conductivity can be obtained by performing the above-described method for producing a sulfide solid electrolyte material.
また、本発明においては、Li4P2S6結晶相を有する硫化物固体電解質材料であって、X線回折測定において2θ=32.5°付近に上記Li4P2S6結晶相のメインピークを有し、上記メインピークの半値幅が0.5°以上であることを特徴とする硫化物固体電解質材料を提供する。
In the present invention, Li 4 a sulfide solid electrolyte material having a
本発明によれば、メインピークの半値幅が上記の値以上であることから、Liイオン伝導性に優れた硫化物固体電解質材料とすることができる。 According to the present invention, since the half width of the main peak is not less than the above value, a sulfide solid electrolyte material excellent in Li ion conductivity can be obtained.
上記発明においては、室温でのLiイオン伝導度が、1.0×10−5S/cm以上であることが好ましい。 In the said invention, it is preferable that Li ion conductivity at room temperature is 1.0 * 10 < -5 > S / cm or more.
また、本発明においては、正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成された電解質層と、を有するリチウム電池であって、上記正極活物質層、上記負極活物質層および上記電解質層の少なくとも一つが、上述した硫化物固体電解質材料を含有することを特徴とするリチウム電池を提供する。 In the present invention, a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer A lithium battery characterized in that at least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the electrolyte layer contains the above-described sulfide solid electrolyte material. .
本発明によれば、上述した硫化物固体電解質材料を用いることで、出力特性が良好なリチウム電池とすることができる。 According to the present invention, by using the above-described sulfide solid electrolyte material, a lithium battery having excellent output characteristics can be obtained.
本発明においては、Li4P2S6結晶相を有し、かつ、Liイオン伝導性に優れた硫化物固体電解質材料を得ることができるという効果を奏する。 In the present invention, it has a Li 4 P 2 S 6 crystal phase, and an effect that it is possible to obtain an excellent sulfide solid electrolyte material Li ion conductivity.
以下、本発明の硫化物固体電解質材料の製造方法、硫化物固体電解質材料およびリチウム電池について詳細に説明する。 The sulfide solid electrolyte material production method, sulfide solid electrolyte material and lithium battery of the present invention will be described in detail below.
A.硫化物固体電解質材料の製造方法
まず、本発明の硫化物固体電解質材料の製造方法について説明する。本発明の硫化物固体電解質材料の製造方法は、Li4P2S6結晶相を形成可能な組成を有する原料組成物を調製する調製工程と、上記原料組成物に、メカニカルミリング法または溶融急冷法を行い、Li4P2S6結晶相を有する硫化物固体電解質材料を合成する合成工程と、を有することを特徴とするものである。
A. First, a method for producing a sulfide solid electrolyte material of the present invention will be described. The method for producing a sulfide solid electrolyte material of the present invention includes a preparation step of preparing a raw material composition having a composition capable of forming a Li 4 P 2 S 6 crystal phase, and a mechanical milling method or a melt quenching method for the raw material composition. And a synthesis step of synthesizing a sulfide solid electrolyte material having a Li 4 P 2 S 6 crystal phase.
本発明によれば、上記組成を有する原料組成物に、メカニカルミリング法または溶融急冷法を行うことにより、Li4P2S6結晶を有し、かつLiイオン伝導性が優れた硫化物固体電解質材料を得ることができる。上述したように、Li4P2S6結晶は、Liイオン伝導性が極めて悪いという問題があった。Liイオン伝導性が極めて悪い理由は、結晶間の粒界抵抗が大きいためであると考えられる。これに対して、本発明においては、メカニカルミリング法または溶融急冷法を行うことにより、アモルファスライクなLi4P2S6結晶を形成することができ、結晶間の粒界抵抗を小さくすることができる。その結果、硫化物固体電解質材料のLiイオン伝導性を顕著に向上させることができるのである。また、本発明においては、メカニカルミリング法または溶融急冷法を行った後に加熱処理を行わなくても、Li4P2S6結晶相を有する硫化物固体電解質材料を得ることができる。そのため、製造工程が簡略化できるという利点がある。 According to the present invention, a sulfide solid electrolyte having a Li 4 P 2 S 6 crystal and excellent Li ion conductivity by performing a mechanical milling method or a melt quenching method on the raw material composition having the above composition. Material can be obtained. As described above, the Li 4 P 2 S 6 crystal has a problem that the Li ion conductivity is extremely poor. The reason why the Li ion conductivity is extremely poor is considered to be because the grain boundary resistance between crystals is large. On the other hand, in the present invention, an amorphous-like Li 4 P 2 S 6 crystal can be formed by performing a mechanical milling method or a melt quenching method, and the intergranular resistance between the crystals can be reduced. it can. As a result, the Li ion conductivity of the sulfide solid electrolyte material can be remarkably improved. In the present invention, even without heat treatment after the mechanical milling or melt quenching method, it is possible to obtain a sulfide solid electrolyte material having a Li 4 P 2 S 6 crystal phase. Therefore, there is an advantage that the manufacturing process can be simplified.
なお、上述した特許文献2では、Li2SおよびP2S5を含有する原料組成物に、メカニカルミリング法を行っているが、この場合、後述する比較例に記載するように、メカニカルミリング法のみでは、Li4P2S6結晶相を有する硫化物固体電解質材料を合成することはできない。
In
図1は、本発明の硫化物固体電解質材料の製造方法の一例を示すフローチャートである。図1においては、まず、不活性ガス雰囲気下で、硫化リチウム(Li2S)、リン(P)および硫黄(S)を準備し、これらをLi2S:P:S=2:2:4(モル基準)で混合し、原料組成物を得る(調製工程)。次に、その原料組成物に、所望の台盤回転数および時間でメカニカルミリング法を行い、Li4P2S6結晶相を有する硫化物固体電解質材料を合成する(合成工程)。 FIG. 1 is a flowchart showing an example of a method for producing a sulfide solid electrolyte material of the present invention. In FIG. 1, first, lithium sulfide (Li 2 S), phosphorus (P), and sulfur (S) are prepared under an inert gas atmosphere, and these are prepared as Li 2 S: P: S = 2: 2: 4. (Mole basis) to obtain a raw material composition (preparation step). Next, the raw material composition is subjected to a mechanical milling method at a desired base plate rotation speed and time to synthesize a sulfide solid electrolyte material having a Li 4 P 2 S 6 crystal phase (synthesis step).
本発明の製造方法により得られる硫化物固体電解質材料は、少なくともLi4P2S6結晶相を有するものである。硫化物固体電解質材料がLi4P2S6結晶相を有するか否かは、X線回線測定により、Li4P2S6結晶相のメインピークである2θ=32.5°付近のピークが確認されるか否かにより判断することができる。また、硫化物固体電解質材料は、Li4P2S6結晶相以外の結晶相を有するものであっても良いが、Li4P2S6結晶相を主体とするものであることが好ましい。「Li4P2S6結晶相を主体とする」とは、Li4P2S6結晶相のメインピークの強度が、その他の結晶相のピークの強度よりも大きいことをいう。さらに、硫化物固体電解質材料は、Li4P2S6結晶相のみを有し、他の結晶相のピークを有しないものであっても良い。また、本発明により得られる硫化物固体電解質材料は、通常、アモルファスライクになる。本発明においては、後述する「B.硫化物固体電解質材料 2.第二実施態様」に記載するように、Li4P2S6結晶相のメインピークの半値幅が所定の角度以上であるものであることが好ましい。
The sulfide solid electrolyte material obtained by the production method of the present invention has at least a Li 4 P 2 S 6 crystal phase. Whether or not the sulfide solid electrolyte material has a Li 4 P 2 S 6 crystal phase is determined by X-ray line measurement based on a peak around 2θ = 32.5 ° which is the main peak of the Li 4 P 2 S 6 crystal phase. Judgment can be made based on whether or not it is confirmed. Also, the sulfide-based solid electrolyte material, may have a Li 4 P 2 S 6 crystal phase other than the crystalline phase, but it is preferable that a main component Li 4 P 2 S 6 crystal phase. “Mainly comprising the Li 4 P 2 S 6 crystal phase” means that the intensity of the main peak of the Li 4 P 2 S 6 crystal phase is greater than the intensity of the peaks of the other crystal phases. Furthermore, the sulfide solid electrolyte material may have only a Li 4 P 2 S 6 crystal phase and no other crystal phase peak. Moreover, the sulfide solid electrolyte material obtained by the present invention usually becomes amorphous-like. In the present invention, as described in "B. Sulfide
以下、本発明の硫化物固体電解質材料の製造方法について、工程ごとに説明する。なお、本発明においては、後述する各工程を、通常、不活性ガス雰囲気下(例えばArガス雰囲気下)で行う。 Hereafter, the manufacturing method of the sulfide solid electrolyte material of this invention is demonstrated for every process. In the present invention, each step described later is usually performed in an inert gas atmosphere (for example, in an Ar gas atmosphere).
1.調製工程
まず、本発明における調製工程について説明する。本発明における調製工程は、Li4P2S6結晶相を形成可能な組成を有する原料組成物を調製する工程である。「Li4P2S6結晶相を形成可能な組成」とは、本発明の製造方法により得られた硫化物固体電解質材料に対して、X線回線測定を行った場合に、Li4P2S6結晶相のメインピークである2θ=32.5°付近のピークを確認できる組成をいう。
1. Preparation Step First, the preparation step in the present invention will be described. The preparation step in the present invention is a step of preparing a raw material composition having a composition capable of forming a Li 4 P 2 S 6 crystal phase. “A composition capable of forming a Li 4 P 2 S 6 crystal phase” means that when an X-ray line measurement is performed on a sulfide solid electrolyte material obtained by the production method of the present invention, Li 4 P 2 A composition in which a peak around 2θ = 32.5 ° which is the main peak of the S 6 crystal phase can be confirmed.
本発明における原料組成物は、少なくともLi元素、P元素およびS元素を含有する。原料組成物の組成は、Li4P2S6結晶相を形成可能な組成であれば特に限定されるものではない。原料組成物の一例としては、硫化リチウム(Li2S)、リン(P)および硫黄(S)を含有するものを挙げることができる。この場合、例えばLi2S:P:S=2:2:4のモル比で混合することで、Li4P2S6の組成を得ることができる。また、Li2Sは不純物が少ないことが好ましい。副反応を抑制することができるからである。Li2Sの合成方法としては、例えば特開平7−330312号公報に記載された方法等を挙げることができる。さらに、Li2Sは、WO2005/040039に記載された方法等を用いて精製されていることが好ましい。原料組成物に用いられるリンとしては、例えば、赤リン、黄リン、黒リン等を挙げることができ、中でも赤リンが好ましい。原料組成物に用いられる硫黄としては、例えば、斜方硫黄、ゴム状硫黄、単斜硫黄等を挙げることができ、中でも斜方硫黄が好ましい。
The raw material composition in the present invention contains at least Li element, P element and S element. The composition of the raw material composition is not particularly limited as long as it is a composition capable of forming a Li 4 P 2 S 6 crystal phase. As an example of a raw material composition may include those containing lithium sulfide (
原料組成物がLi2S、PおよびSを含有する場合、これらの割合は、Li4P2S6結晶相を形成可能な割合であれば特に限定されるものではないが、Li4P2S6の組成またはその近傍組成を得られる割合であることが好ましい。具体的には、Li2S、PおよびSの割合が、モル基準で、Li2S:P:S=2:1.6〜2.4:3.2〜4.8であることが好ましく、2:1.8〜2.2:3.6〜4.4であることがより好ましく、2:1.9〜2.1:3.8〜4.2であることがさらに好ましい。 When the raw material composition contains Li 2 S, P and S, these ratios are not particularly limited as long as they are ratios capable of forming a Li 4 P 2 S 6 crystal phase, but Li 4 P 2 It is preferable that the ratio is such that the composition of S 6 or its vicinity can be obtained. Specifically, the ratio of Li 2 S, P and S is preferably Li 2 S: P: S = 2: 1.6 to 2.4: 3.2 to 4.8 on a molar basis. 2: 1.8-2.2: 3.6-4.4 is more preferable, and 2: 1.9-2.1: 3.8-4.2 is even more preferable.
また、原料組成物の他の例としては、硫化リチウム(Li2S)、五硫化二リン(P2S5)および三硫化二リン(P2S3)を含有するものを挙げることができる。この場合、例えばLi2S:P2S5:P2S3=2:0.5:0.5のモル比で混合することで、Li4P2S6の組成を得ることができる。原料組成物がLi2S、P2S5およびP2S3を含有する場合、これらの割合は、Li4P2S6結晶相を形成可能な割合であれば特に限定されるものではないが、Li4P2S6の組成またはその近傍組成を得られる割合であることが好ましい。具体的には、Li2S、P2S5およびP2S3の割合が、モル基準で、Li2S:P2S5:P2S3=2:0.4〜0.6:0.4〜0.6であることが好ましく、2:0.45〜0.55:0.45〜0.55であることがより好ましく、2:0.48〜0.52:0.48〜0.52であることがさらに好ましい。 Other examples of the raw material composition include those containing lithium sulfide (Li 2 S), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) and diphosphorus trisulfide (P 2 S 3 ). . In this case, for example, the composition of Li 4 P 2 S 6 can be obtained by mixing at a molar ratio of Li 2 S: P 2 S 5 : P 2 S 3 = 2: 0.5: 0.5. When the raw material composition contains Li 2 S, P 2 S 5 and P 2 S 3 , these ratios are not particularly limited as long as they can form a Li 4 P 2 S 6 crystal phase. but it is preferable that a ratio obtained by composition or near the composition of Li 4 P 2 S 6. Specifically, the ratio of Li 2 S, P 2 S 5 and P 2 S 3 is, on a molar basis, Li 2 S: P 2 S 5 : P 2 S 3 = 2: 0.4 to 0.6: It is preferably 0.4 to 0.6, more preferably 2: 0.45 to 0.55: 0.45 to 0.55, and 2: 0.48 to 0.52: 0.48. More preferably, it is -0.52.
2.合成工程
次に、本発明における合成工程について説明する。本発明における合成工程は、上記原料組成物に、メカニカルミリング法または溶融急冷法を行い、Li4P2S6結晶相を有する硫化物固体電解質材料を合成する工程である。
2. Synthesis Step Next, the synthesis step in the present invention will be described. The synthesis process in the present invention is a process for synthesizing a sulfide solid electrolyte material having a Li 4 P 2 S 6 crystal phase by performing a mechanical milling method or a melt quenching method on the raw material composition.
本発明においては、溶融急冷法およびメカニカルミリング法のいずれを用いた場合であっても、Li4P2S6結晶相を有し、アモルファスライクな硫化物固体電解質材料を合成することができるが、中でも、メカニカルミリング法が好ましい。常温での処理が可能になり、製造工程の簡略化を図ることができるからである。 In the present invention, it is possible to synthesize an amorphous-like sulfide solid electrolyte material having a Li 4 P 2 S 6 crystal phase, regardless of whether the melt quenching method or the mechanical milling method is used. Of these, the mechanical milling method is preferable. This is because processing at room temperature is possible, and the manufacturing process can be simplified.
メカニカルミリングは、原料組成物を、機械的エネルギーを付与しながら混合する方法であれば特に限定されるものではないが、例えばボールミル、ターボミル、メカノフュージョン、ディスクミル等を挙げることができ、中でもボールミルが好ましく、特に遊星型ボールミルが好ましい。所望の硫化物固体電解質材料を効率良く得ることができるからである。また、本発明においては、メカニカルミリングを行うことのみで、その後の加熱処理を行うことなく、結晶性がある程度高い(アモルファスライクな)硫化物固体電解質材料を得ることができる。 Mechanical milling is not particularly limited as long as the raw material composition is mixed while applying mechanical energy. And a planetary ball mill is particularly preferable. This is because a desired sulfide solid electrolyte material can be obtained efficiently. Further, in the present invention, a sulfide solid electrolyte material having a certain degree of crystallinity (amorphous like) can be obtained only by mechanical milling and without subsequent heat treatment.
メカニカルミリングの各種条件は、Li4P2S6結晶相を有し、アモルファスライクな硫化物固体電解質材料を得ることができるように設定する。例えば、遊星型ボールミルにより硫化物固体電解質材料を作製する場合、ポット内に、原料組成物および粉砕用ボールを加え、所定の回転数および時間で処理を行う。一般的に、回転数が大きいほど、硫化物固体電解質材料の生成速度は速くなり、処理時間が長いほど、原料組成物から硫化物固体電解質材料への転化率は高くなる。遊星型ボールミルを行う際の回転数としては、例えば200rpm〜500rpmの範囲内、中でも250rpm〜400rpmの範囲内であることが好ましい。また、遊星型ボールミルを行う際の処理時間は、例えば10時間〜500時間の範囲内、中でも20時間〜100時間の範囲内であることが好ましい。 The various conditions of mechanical milling are set so that an amorphous-like sulfide solid electrolyte material having a Li 4 P 2 S 6 crystal phase can be obtained. For example, when a sulfide solid electrolyte material is produced by a planetary ball mill, the raw material composition and grinding balls are added to the pot, and the treatment is performed at a predetermined rotational speed and time. In general, the higher the number of rotations, the faster the production rate of the sulfide solid electrolyte material, and the longer the treatment time, the higher the conversion rate from the raw material composition to the sulfide solid electrolyte material. The number of rotations when performing the planetary ball mill is, for example, preferably in the range of 200 rpm to 500 rpm, and more preferably in the range of 250 rpm to 400 rpm. Further, the treatment time when performing the planetary ball mill is preferably in the range of 10 hours to 500 hours, and more preferably in the range of 20 hours to 100 hours.
3.硫化物固体電解質材料
本発明の製造方法により得られる硫化物固体電解質材料は、Liイオン伝導度の値が高いことが好ましい。室温でのLiイオン伝導度は、例えば10−6S/cm以上であることが好ましく、10−5S/cm以上であることがより好ましい。また、硫化物固体電解質材料は、通常粉末状であり、その平均径は例えば0.1μm〜50μmの範囲内である。また、硫化物固体電解質材料の用途としては、例えば、リチウム電池用途を挙げることができる。
3. Sulfide solid electrolyte material The sulfide solid electrolyte material obtained by the production method of the present invention preferably has a high Li ion conductivity. The Li ion conductivity at room temperature is, for example, preferably 10 −6 S / cm or more, and more preferably 10 −5 S / cm or more. The sulfide solid electrolyte material is usually in a powder form, and the average diameter thereof is, for example, in the range of 0.1 μm to 50 μm. Moreover, as a use of sulfide solid electrolyte material, a lithium battery use can be mentioned, for example.
B.硫化物固体電解質材料
次に、本発明の硫化物固体電解質材料について説明する。本発明の硫化物固体電解質材料は、2つの実施態様に大別することができる。以下、本発明の硫化物固体電解質材料について、第一実施態様および第二実施態様に分けて説明する。
B. Next, the sulfide solid electrolyte material of the present invention will be described. The sulfide solid electrolyte material of the present invention can be roughly divided into two embodiments. Hereinafter, the sulfide solid electrolyte material of the present invention will be described separately for the first embodiment and the second embodiment.
1.第一実施態様
まず、本発明の硫化物固体電解質材料の第一実施態様について説明する。第一実施態様の硫化物固体電解質材料は、上述した硫化物固体電解質材料の製造方法により得られたことを特徴とするものである。
1. First Embodiment First, a first embodiment of the sulfide solid electrolyte material of the present invention will be described. The sulfide solid electrolyte material of the first embodiment is obtained by the above-described method for producing a sulfide solid electrolyte material.
第一実施態様によれば、上述した硫化物固体電解質材料の製造方法を行うことにより、Liイオン伝導性に優れた硫化物固体電解質材料とすることができる。そのため、例えばリチウム電池用途に有用な硫化物固体電解質材料とすることができる。 According to the first embodiment, a sulfide solid electrolyte material excellent in Li ion conductivity can be obtained by performing the above-described method for producing a sulfide solid electrolyte material. Therefore, for example, a sulfide solid electrolyte material useful for lithium battery applications can be obtained.
なお、第一実施態様における硫化物固体電解質材料の製造方法、硫化物固体電解質材料の特性、およびその他の事項については、上記「A.硫化物固体電解質材料の製造方法」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。 In addition, about the manufacturing method of the sulfide solid electrolyte material in 1st embodiment, the characteristic of a sulfide solid electrolyte material, and other matters, it is the same as the content described in the above-mentioned "A. Manufacturing method of sulfide solid electrolyte material". Therefore, the description here is omitted.
2.第二実施態様
次に、本発明の硫化物固体電解質材料の第二実施態様について説明する。第二実施態様の硫化物固体電解質材料は、Li4P2S6結晶相を有する硫化物固体電解質材料であって、X線回折測定において2θ=32.5°付近に上記Li4P2S6結晶相のメインピークを有し、上記メインピークの半値幅が0.5°以上であることを特徴とするものである。
2. Second Embodiment Next, a second embodiment of the sulfide solid electrolyte material of the present invention will be described. The sulfide solid electrolyte material according to the second embodiment is a sulfide solid electrolyte material having a Li 4 P 2 S 6 crystal phase, and the Li 4 P 2 S is around 2θ = 32.5 ° in X-ray diffraction measurement. It has a main peak of six crystal phases, and the half width of the main peak is 0.5 ° or more.
第二実施態様によれば、メインピークの半値幅が上記の値以上であることから、Liイオン伝導性に優れた硫化物固体電解質材料とすることができる。そのため、例えばリチウム電池用途に有用な硫化物固体電解質材料とすることができる。 According to the second embodiment, since the half width of the main peak is not less than the above value, a sulfide solid electrolyte material excellent in Li ion conductivity can be obtained. Therefore, for example, a sulfide solid electrolyte material useful for lithium battery applications can be obtained.
第二実施態様の硫化物固体電解質材料は、X線回折測定において2θ=32.5°付近にLi4P2S6結晶相のメインピークを有する。ここで、2θ=32.5°は、XRDデータベースによるメインピークの理論値を意味する。そのため、硫化物固体電解質材料の組成や結晶性によっては、2θ=32.5°から角度が多少前後する場合がある。第二実施態様におけるLi4P2S6結晶相のメインピークは、例えば、2θ=32.5°±0.5°に現れる。 The sulfide solid electrolyte material of the second embodiment has a main peak of Li 4 P 2 S 6 crystal phase in the vicinity of 2θ = 32.5 ° in X-ray diffraction measurement. Here, 2θ = 32.5 ° means a theoretical value of the main peak according to the XRD database. Therefore, depending on the composition and crystallinity of the sulfide solid electrolyte material, the angle may slightly vary from 2θ = 32.5 °. The main peak of the Li 4 P 2 S 6 crystal phase in the second embodiment appears at 2θ = 32.5 ° ± 0.5 °, for example.
第二実施態様の硫化物固体電解質材料は、少なくとも上記メインピークを有していれば良い。一方、第二実施態様の硫化物固体電解質材料は、Li4P2S6結晶相を有するため、ある程度結晶性が高い場合には、上記メインピーク以外にも、特徴的なピークが現れる。このようなピークとしては、ピーク強度が大きい順に、2θ=27.1°、52.2°、16.9°のピーク等を挙げることができる。なお、これらの角度もXRDデータベースによる理論値を意味し、上記メインピークと同様に、角度が前後する場合がある。また、第二実施態様の硫化物固体電解質材料は、メインピークのみを有するものであっても良く、2〜4番目までの強度のピークを有するものであっても良い。通常、硫化物固体電解質材料の結晶性が高くなる程、ピークの数は増えるので、ピークの数で結晶性を規定することもできる。 The sulfide solid electrolyte material of the second embodiment may have at least the main peak. On the other hand, since the sulfide solid electrolyte material of the second embodiment has a Li 4 P 2 S 6 crystal phase, a characteristic peak appears in addition to the main peak when the crystallinity is high to some extent. Examples of such peaks include peaks at 2θ = 27.1 °, 52.2 °, and 16.9 ° in descending order of peak intensity. These angles also mean theoretical values based on the XRD database, and there are cases where the angles fluctuate in the same manner as the main peak. Further, the sulfide solid electrolyte material of the second embodiment may have only a main peak, or may have a peak with 2 to 4th intensity. Usually, the higher the crystallinity of the sulfide solid electrolyte material, the greater the number of peaks. Therefore, the crystallinity can also be defined by the number of peaks.
また、第二実施態様において、上記メインピークの半値幅は、通常0.5°以上であり、0.55°以上であることが好ましく、0.60°以上であることがより好ましい。Liイオン伝導性がさらに向上するからである。一方、上記メインピークの半値幅の上限は特に限定されるものではない。硫化物固体電解質材料の結晶性が低くなれば上記半値幅は大きくなるが、同時にピーク強度は小さくなるため、半値幅の測定が困難になる場合がある。第二実施態様においては、少なくとも上記メインピークが確認できる結晶性を有していれば良く、上記メインピークの半値幅の上限は特に限定されるものではない。 In the second embodiment, the full width at half maximum of the main peak is usually 0.5 ° or more, preferably 0.55 ° or more, and more preferably 0.60 ° or more. This is because the Li ion conductivity is further improved. On the other hand, the upper limit of the half width of the main peak is not particularly limited. If the crystallinity of the sulfide solid electrolyte material is lowered, the half-value width is increased, but at the same time, the peak intensity is decreased, so that it may be difficult to measure the half-value width. In the second embodiment, it is sufficient that the main peak has crystallinity at which the main peak can be confirmed, and the upper limit of the half width of the main peak is not particularly limited.
なお、第二実施態様における硫化物固体電解質材料の特性、およびその他の事項については、上記「A.硫化物固体電解質材料の製造方法」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。 The characteristics of the sulfide solid electrolyte material and other matters in the second embodiment are the same as the contents described in the above “A. Method for producing sulfide solid electrolyte material”. Omitted.
C.リチウム電池
次に、本発明のリチウム電池について説明する。本発明のリチウム電池は、正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成された電解質層と、を有するリチウム電池であって、上記正極活物質層、上記負極活物質層および上記電解質層の少なくとも一つが、上述した硫化物固体電解質材料を含有することを特徴とするものである。
C. Next, the lithium battery of the present invention will be described. The lithium battery of the present invention includes a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer Wherein at least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the electrolyte layer contains the above-described sulfide solid electrolyte material.
本発明によれば、上述した硫化物固体電解質材料を用いることで、出力特性が良好なリチウム電池とすることができる。 According to the present invention, by using the above-described sulfide solid electrolyte material, a lithium battery having excellent output characteristics can be obtained.
図2は、本発明のリチウム電池の発電要素の一例を示す概略断面図である。図2に示される発電要素10は、正極活物質を含有する正極活物質層1と、負極活物質を含有する負極活物質層2と、正極活物質層1および負極活物質層2の間に形成された電解質層3と、を有するものである。さらに、本発明においては、正極活物質層1、負極活物質層2および電解質層3の少なくとも一つが、上述した硫化物固体電解質材料を含有することを大きな特徴とする。
以下、本発明のリチウム電池について、構成ごとに説明する。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the power generation element of the lithium battery of the present invention. A
Hereinafter, the lithium battery of the present invention will be described for each configuration.
1.電解質層
まず、本発明における電解質層について説明する。本発明における電解質層は、正極活物質層および負極活物質層の間に形成される層である。電解質層は、Liイオンの伝導を行うことができる層であれば特に限定されるものではないが、固体電解質材料から構成される固体電解質層であることが好ましい。安全性の高いリチウム電池(全固体電池)を得ることができるからである。さらに、本発明においては、固体電解質層が、上述した硫化物固体電解質材料を含有することが好ましい。固体電解質層に含まれる上記硫化物固体電解質材料の割合は、例えば10体積%〜100体積%の範囲内、中でも50体積%〜100体積%の範囲内であることが好ましい。特に、本発明においては、固体電解質層が上記硫化物固体電解質材料のみから構成されていることが好ましい。硫化水素発生量の少ないリチウム電池を得ることができるからである。固体電解質層の厚さは、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内、中でも0.1μm〜300μmの範囲内であることが好ましい。また、固体電解質層の形成方法としては、例えば、固体電解質材料を圧縮成形する方法等を挙げることができる。
1. Electrolyte Layer First, the electrolyte layer in the present invention will be described. The electrolyte layer in the present invention is a layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. The electrolyte layer is not particularly limited as long as it is a layer capable of conducting Li ions, but is preferably a solid electrolyte layer made of a solid electrolyte material. This is because a highly safe lithium battery (all solid battery) can be obtained. Furthermore, in this invention, it is preferable that a solid electrolyte layer contains the sulfide solid electrolyte material mentioned above. The ratio of the sulfide solid electrolyte material contained in the solid electrolyte layer is, for example, preferably in the range of 10% to 100% by volume, and more preferably in the range of 50% to 100% by volume. In particular, in the present invention, it is preferable that the solid electrolyte layer is composed only of the sulfide solid electrolyte material. This is because a lithium battery with less hydrogen sulfide generation can be obtained. The thickness of the solid electrolyte layer is, for example, preferably in the range of 0.1 μm to 1000 μm, and more preferably in the range of 0.1 μm to 300 μm. Moreover, as a formation method of a solid electrolyte layer, the method etc. which compression-mold a solid electrolyte material can be mentioned, for example.
また、本発明における電解質層は、電解液から構成される層であっても良い。電解液を用いることで、高出力なリチウム電池を得ることができる。この場合は、通常、正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方が、上述した硫化物固体電解質材料を含有することになる。また、電解液は、通常、リチウム塩および有機溶媒(非水溶媒)を含有する。リチウム塩としては、例えばLiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6等の無機リチウム塩、およびLiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiC(CF3SO2)3等の有機リチウム塩等を挙げることができる。上記有機溶媒としては、例えばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ブチレンカーボネート(BC)等を挙げることができる。 Further, the electrolyte layer in the present invention may be a layer composed of an electrolytic solution. By using the electrolytic solution, a high output lithium battery can be obtained. In this case, normally, at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer contains the sulfide solid electrolyte material described above. Moreover, electrolyte solution contains a lithium salt and an organic solvent (nonaqueous solvent) normally. Examples of the lithium salt include inorganic lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , and LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiC An organic lithium salt such as (CF 3 SO 2 ) 3 can be used. Examples of the organic solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), butylene carbonate (BC), and the like.
2.正極活物質層
次に、本発明における正極活物質層について説明する。本発明における正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有する層であり、必要に応じて、固体電解質材料、導電化材および結着材の少なくとも一つを含有していても良い。特に、本発明においては、正極活物質層に含まれる固体電解質材料が、上述した硫化物固体電解質材料であることが好ましい。正極活物質層に含まれる硫化物固体電解質材料の割合は、リチウム電池の種類によって異なるものであるが、例えば0.1体積%〜80体積%の範囲内、中でも1体積%〜60体積%の範囲内、特に10体積%〜50体積%の範囲内であることが好ましい。また、正極活物質としては、例えばLiCoO2、LiMnO2、Li2NiMn3O8、LiVO2、LiCrO2、LiFePO4、LiCoPO4、LiNiO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等を挙げることができる。
2. Next, the positive electrode active material layer in the present invention will be described. The positive electrode active material layer in the present invention is a layer containing at least a positive electrode active material, and may contain at least one of a solid electrolyte material, a conductive material and a binder as necessary. In particular, in the present invention, the solid electrolyte material contained in the positive electrode active material layer is preferably the sulfide solid electrolyte material described above. The ratio of the sulfide solid electrolyte material contained in the positive electrode active material layer varies depending on the type of the lithium battery. It is preferable to be within the range, particularly within the range of 10% by volume to 50% by volume. As the positive electrode active material, for example, LiCoO 2 , LiMnO 2 , Li 2 NiMn 3 O 8 , LiVO 2 , LiCrO 2 , LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiNiO 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 etc. can be mentioned.
本発明における正極活物質層は、さらに導電化材を含有していても良い。導電化材の添加により、正極活物質層の導電性を向上させることができる。導電化材としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンファイバー等を挙げることができる。また、正極活物質層は、結着材を含有していても良い。結着材の種類としては、例えば、フッ素含有結着材等を挙げることができる。また、正極活物質層の厚さは、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。 The positive electrode active material layer in the present invention may further contain a conductive material. By adding a conductive material, the conductivity of the positive electrode active material layer can be improved. Examples of the conductive material include acetylene black, ketjen black, and carbon fiber. The positive electrode active material layer may contain a binder. As a kind of binder, a fluorine-containing binder etc. can be mentioned, for example. Moreover, it is preferable that the thickness of a positive electrode active material layer exists in the range of 0.1 micrometer-1000 micrometers, for example.
3.負極活物質層
次に、本発明における負極活物質層について説明する。本発明における負極活物層は、少なくとも負極活物質を含有する層であり、必要に応じて、固体電解質材料、導電化材および結着材の少なくとも一つを含有していても良い。特に、本発明においては、負極活物質層に含まれる固体電解質材料が、上述した硫化物固体電解質材料であることが好ましい。負極活物質層に含まれる硫化物固体電解質材料の割合は、リチウム電池の種類によって異なるものであるが、例えば0.1体積%〜80体積%の範囲内、中でも1体積%〜60体積%の範囲内、特に10体積%〜50体積%の範囲内であることが好ましい。また、負極活物質としては、例えば金属活物質およびカーボン活物質を挙げることができる。金属活物質としては、例えばIn、Al、SiおよびSn等を挙げることができる。一方、カーボン活物質としては、例えばメソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、高配向性グラファイト(HOPG)、ハードカーボン、ソフトカーボン等を挙げることができる。なお、負極活物質層に用いられる導電化材および結着材については、上述した正極活物質層における場合と同様である。また、負極活物質層の厚さは、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内である。
3. Next, the negative electrode active material layer in the present invention will be described. The negative electrode active material layer in the present invention is a layer containing at least a negative electrode active material, and may contain at least one of a solid electrolyte material, a conductive material and a binder as necessary. In particular, in the present invention, the solid electrolyte material contained in the negative electrode active material layer is preferably the sulfide solid electrolyte material described above. The ratio of the sulfide solid electrolyte material contained in the negative electrode active material layer varies depending on the type of the lithium battery. It is preferable to be within the range, particularly within the range of 10% by volume to 50% by volume. Examples of the negative electrode active material include a metal active material and a carbon active material. Examples of the metal active material include In, Al, Si, and Sn. On the other hand, examples of the carbon active material include mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG), hard carbon, and soft carbon. Note that the conductive material and the binder used in the negative electrode active material layer are the same as those in the positive electrode active material layer described above. The thickness of the negative electrode active material layer is, for example, in the range of 0.1 μm to 1000 μm.
4.その他の構成
本発明のリチウム電池は、上述した正極活物質層、電解質層および負極活物質層を少なくとも有するものである。さらに通常は、正極活物質層の集電を行う正極集電体、および負極活物質の集電を行う負極集電体を有する。正極集電体の材料としては、例えばSUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタンおよびカーボン等を挙げることができ、中でもSUSが好ましい。一方、負極集電体の材料としては、例えばSUS、銅、ニッケルおよびカーボン等を挙げることができ、中でもSUSが好ましい。また、正極集電体および負極集電体の厚さや形状等については、リチウム電池の用途等に応じて適宜選択することが好ましい。また、本発明に用いられる電池ケースには、一般的なリチウム電池の電池ケースを用いることができる。電池ケースとしては、例えばSUS製電池ケース等を挙げることができる。また、本発明のリチウム電池が全固体電池である場合、発電要素を絶縁リングの内部に形成しても良い。
4). Other Configurations The lithium battery of the present invention has at least the positive electrode active material layer, the electrolyte layer, and the negative electrode active material layer described above. Furthermore, it usually has a positive electrode current collector for collecting current of the positive electrode active material layer and a negative electrode current collector for collecting current of the negative electrode active material. Examples of the material for the positive electrode current collector include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium, and carbon. Among them, SUS is preferable. On the other hand, examples of the material for the negative electrode current collector include SUS, copper, nickel, and carbon. Of these, SUS is preferable. In addition, the thickness and shape of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are preferably appropriately selected according to the use of the lithium battery. Moreover, the battery case of a general lithium battery can be used for the battery case used for this invention. Examples of the battery case include a SUS battery case. When the lithium battery of the present invention is an all-solid battery, the power generation element may be formed inside the insulating ring.
5.リチウム電池
本発明のリチウム電池は、一次電池であっても良く、二次電池であっても良いが、中でも二次電池であることが好ましい。繰り返し充放電でき、例えば車載用電池として有用だからである。本発明のリチウム電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型および角型等を挙げることができる。
5. Lithium Battery The lithium battery of the present invention may be a primary battery or a secondary battery, but among them, a secondary battery is preferable. This is because it can be repeatedly charged and discharged and is useful, for example, as an in-vehicle battery. Examples of the shape of the lithium battery of the present invention include a coin type, a laminate type, a cylindrical type, and a square type.
また、本発明のリチウム電池の製造方法は、上述したリチウム電池を得ることができる方法であれば特に限定されるものではなく、一般的なリチウム電池の製造方法と同様の方法を用いることができる。例えば、本発明のリチウム電池が全固体電池である場合、その製造方法の一例としては、正極活物質層を構成する材料、固体電解質層を構成する材料、および負極活物質層を構成する材料を順次プレスすることにより、発電要素を作製し、この発電要素を電池ケースの内部に収納し、電池ケースをかしめる方法等を挙げることができる。また、本発明においては、上述した硫化物固体電解質材料を含有することを特徴とする、正極活物質層、負極活物質層および固体電解質層をそれぞれ提供することもできる。 Moreover, the manufacturing method of the lithium battery of this invention will not be specifically limited if it is a method which can obtain the lithium battery mentioned above, The method similar to the manufacturing method of a general lithium battery can be used. . For example, when the lithium battery of the present invention is an all-solid battery, examples of the production method include a material constituting the positive electrode active material layer, a material constituting the solid electrolyte layer, and a material constituting the negative electrode active material layer. A method of producing a power generation element by sequentially pressing, housing the power generation element in the battery case, and caulking the battery case can be exemplified. Moreover, in this invention, the positive electrode active material layer, negative electrode active material layer, and solid electrolyte layer which contain the sulfide solid electrolyte material mentioned above can also be provided, respectively.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[実施例]
出発原料として、硫化リチウム(Li2S)と、リン(P)と、硫黄(S)とを用いた。これらの原料をアルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、Li2S:P:S=2:2:4のモル比となるように秤量し、混合し、原料組成物1gを得た。次に、得られた原料組成物1gを45mlのジルコニアポットに投入し、さらにジルコニアボール(Φ10mm、10個)を投入し、ポットを完全に密閉した。このポットを遊星型ボールミル機に取り付け、台盤回転数370rpmで100時間メカニカルミリングを行い、Li4P2S6結晶相を有し、かつアモルファスライクな硫化物固体電解質材料を得た。
[Example]
As starting materials, lithium sulfide (Li 2 S), phosphorus (P), and sulfur (S) were used. These raw materials were weighed and mixed in a glove box under an argon atmosphere so that the molar ratio of Li 2 S: P: S = 2: 2: 4 was obtained, thereby obtaining 1 g of a raw material composition. Next, 1 g of the obtained raw material composition was put into a 45 ml zirconia pot, and zirconia balls (Φ10 mm, 10 pieces) were put into it, and the pot was completely sealed. This pot was attached to a planetary ball mill and mechanical milling was performed for 100 hours at a base plate rotation speed of 370 rpm to obtain an amorphous-like sulfide solid electrolyte material having a Li 4 P 2 S 6 crystal phase.
[比較例]
出発原料として、硫化リチウム(Li2S)と、五硫化二リン(P2S5)とを用いた。これらの原料をアルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、Li2S:P2S5=67:33のモル比となるように秤量し、混合し、原料組成物1gを得た。次に、得られた原料組成物1gを45mlのジルコニアポットに投入し、さらにジルコニアボール(Φ10mm、10個)を投入し、ポットを完全に密閉した。このポットを遊星型ボールミル機に取り付け、台盤回転数370rpmで40時間メカニカルミリングを行い、ガラスサンプル(67Li2S−33P2S5ガラス、Li4P2S7ガラス)を得た。
[Comparative example]
As starting materials, lithium sulfide (Li 2 S) and diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) were used. These raw materials were weighed in a glove box under an argon atmosphere so as to have a molar ratio of Li 2 S: P 2 S 5 = 67: 33 and mixed to obtain 1 g of a raw material composition. Next, 1 g of the obtained raw material composition was put into a 45 ml zirconia pot, and zirconia balls (Φ10 mm, 10 pieces) were put into it, and the pot was completely sealed. This pot was attached to a planetary ball mill, and mechanical milling was performed at a platen rotation speed of 370 rpm for 40 hours to obtain glass samples (67Li 2 S-33P 2 S 5 glass, Li 4 P 2 S 7 glass).
次に、得られたガラスサンプルを450℃で3時間熱処理することで、Li4P2S6結晶相を有し、かつ結晶性の高い硫化物固体電解質材料を得た。なお、この合成方法は、非特許文献1に記載の方法を参考にしたものである。また、ガラスサンプルを高温で加熱したという観点からは、この合成方法は固相法の一種であると考えることもできる。
Next, the obtained glass sample was heat-treated at 450 ° C. for 3 hours to obtain a sulfide solid electrolyte material having a Li 4 P 2 S 6 crystal phase and high crystallinity. This synthesis method is based on the method described in
[評価]
(X線回折測定)
実施例および比較例で得られた硫化物固体電解質材料を用いて、X線回折測定を行った。その結果を図3に示す。図3に示されるように、実施例(メカニカルミリング法による合成)においても、比較例(固相法による合成)と同様に、Li4P2S6結晶相を単相で有する硫化物固体電解質材料を得ることができた。また、実施例で得られた硫化物固体電解質材料は、比較例で得られた硫化物固体電解質材料に比べて、アモルファスライクであり、結晶性が低いことが確認された。なお、両者は、ともに2θ=32.5°付近に大きなメインピークを有していた。両者のメインピークを比較したものを図4に示す。図4に示されるように、両者の半値幅を比較すると、実施例では0.62°であり、比較例では0.20°であった。
[Evaluation]
(X-ray diffraction measurement)
X-ray diffraction measurement was performed using the sulfide solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 3, in the example (synthesis by mechanical milling method) as well as the comparative example (synthesis by solid phase method), a sulfide solid electrolyte having a Li 4 P 2 S 6 crystal phase in a single phase The material could be obtained. Moreover, it was confirmed that the sulfide solid electrolyte material obtained in the example is amorphous like and low in crystallinity as compared with the sulfide solid electrolyte material obtained in the comparative example. Both of them had a large main peak in the vicinity of 2θ = 32.5 °. FIG. 4 shows a comparison of both main peaks. As shown in FIG. 4, when the half widths of the two were compared, it was 0.62 ° in the example and 0.20 ° in the comparative example.
なお、比較例で作製したガラスサンプルについても、X線回折測定を行った。その結果、ハローパターンが得られ、ガラスが生成したと判断されることから、Li4P2S6結晶相は形成されていなかった。 In addition, the X-ray-diffraction measurement was performed also about the glass sample produced by the comparative example. As a result, a halo pattern was obtained, and it was judged that glass was produced, so that the Li 4 P 2 S 6 crystal phase was not formed.
(Liイオン伝導度測定)
実施例および比較例で得られた硫化物固体電解質材料を用いて、Liイオン伝導度測定を行った。Liイオン伝導度は以下のように測定した。すなわち、硫化物固体電解質材料の粉末をペレット化し、交流インピーダンス法によって室温でのLiイオン伝導度を測定した。その結果を図5、図6および表1に示す。
(Li ion conductivity measurement)
Li ion conductivity measurement was performed using the sulfide solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples. Li ion conductivity was measured as follows. That is, the powder of the sulfide solid electrolyte material was pelletized, and the Li ion conductivity at room temperature was measured by the AC impedance method. The results are shown in FIGS. 5 and 6 and Table 1.
図6において、比較例の交流インピーダンスプロットには、高周波側でプロットの乱れがあったが、これは低伝導性による乱れであり、測定限界であると考えられる。そのため、表1の比較例のLiイオン伝導度は、フィッティングにより求めた。また、表1に示されるように、実施例は、比較例に比べて、104倍もLiイオン伝導度が高いことが確認された。 In FIG. 6, in the AC impedance plot of the comparative example, there was a disturbance of the plot on the high frequency side, but this is a disturbance due to low conductivity, which is considered to be a measurement limit. Therefore, the Li ion conductivity of the comparative example in Table 1 was obtained by fitting. Further, as shown in Table 1, Examples are compared with Comparative Example, it is high 10 4 times the Li ion conductivity was confirmed.
1 … 正極活物質層
2 … 負極活物質層
3 … 電解質層
10 … 発電要素
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記原料組成物に、メカニカルミリング法または溶融急冷法を行うことによって、Li4P2S6結晶相を有する硫化物固体電解質材料を合成する合成工程と、
を有し、
前記原料組成物が、硫化リチウム(Li 2 S)、リン(P)および硫黄(S)を含有するか、硫化リチウム(Li 2 S)、五硫化二リン(P 2 S 5 )および三硫化二リン(P 2 S 3 )を含有することを特徴とする硫化物固体電解質材料の製造方法。 A preparation step of preparing a raw material composition having a composition capable of forming a Li 4 P 2 S 6 crystal phase;
The raw material composition, by row Ukoto mechanical milling or melt quenching method, a synthesis step of synthesizing a sulfide solid electrolyte material having a Li 4 P 2 S 6 crystal phase,
I have a,
The raw material composition contains lithium sulfide (Li 2 S), phosphorus (P) and sulfur (S), lithium sulfide (Li 2 S), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) and ditrisulfide trisulfide. A method for producing a sulfide solid electrolyte material comprising phosphorus (P 2 S 3 ) .
前記原料組成物に、メカニカルミリング法または溶融急冷法を行い、Li 4 P 2 S 6 結晶相を有する硫化物固体電解質材料を合成する合成工程と、
を有し、
前記原料組成物が、硫化リチウム(Li2S)、リン(P)および硫黄(S)を含有し、前記Li2S、PおよびSの割合が、モル基準で、Li2S:P:S=2:1.6〜2.4:3.2〜4.8であることを特徴とする硫化物固体電解質材料の製造方法。 A preparation step of preparing a raw material composition having a composition capable of forming a Li 4 P 2 S 6 crystal phase;
The raw material composition is subjected to a mechanical milling method or a melt quenching method to synthesize a sulfide solid electrolyte material having a Li 4 P 2 S 6 crystal phase;
Have
The raw material composition contains lithium sulfide (Li 2 S), phosphorus (P) and sulfur (S), and the ratio of Li 2 S, P and S is Li 2 S: P: S on a molar basis. = 2: 1.6 to 2.4: manufacturing method of sulfides solid electrolyte material it is a 3.2 to 4.8.
前記原料組成物に、メカニカルミリング法または溶融急冷法を行い、Li 4 P 2 S 6 結晶相を有する硫化物固体電解質材料を合成する合成工程と、
を有し、
前記原料組成物が、硫化リチウム(Li2S)、五硫化二リン(P2S5)および三硫化二リン(P2S3)を含有し、前記Li2S、P2S5およびP2S3の割合が、モル基準で、Li2S:P2S5:P2S3=2:0.4〜0.6:0.4〜0.6であることを特徴とする硫化物固体電解質材料の製造方法。 A preparation step of preparing a raw material composition having a composition capable of forming a Li 4 P 2 S 6 crystal phase;
The raw material composition is subjected to a mechanical milling method or a melt quenching method to synthesize a sulfide solid electrolyte material having a Li 4 P 2 S 6 crystal phase;
Have
The raw material composition contains lithium sulfide (Li 2 S), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) and diphosphorus trisulfide (P 2 S 3 ), and the Li 2 S, P 2 S 5 and P ratio of 2 S 3 is on a molar basis, Li 2 S: P 2 S 5: P 2 S 3 = 2: 0.4~0.6: you characterized in that 0.4 to 0.6 manufacturing method of sulfides solid electrolyte material.
X線回折測定において2θ=32.5°付近に前記Li4P2S6結晶相のメインピークを有し、前記メインピークの半値幅が0.5°以上であることを特徴とする硫化物固体電解質材料。 A sulfide solid electrolyte material having only a Li 4 P 2 S 6 crystal phase,
A sulfide characterized by having a main peak of the Li 4 P 2 S 6 crystal phase in the vicinity of 2θ = 32.5 ° in X-ray diffraction measurement, and a half width of the main peak being 0.5 ° or more. Solid electrolyte material.
前記正極活物質層、前記負極活物質層および前記電解質層の少なくとも一つが、請求項5から請求項7までのいずれかの請求項に記載の硫化物固体電解質材料を含有することを特徴とするリチウム電池。 A lithium battery having a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer There,
At least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the electrolyte layer contains the sulfide solid electrolyte material according to any one of claims 5 to 7. Lithium battery.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009276719A JP5552802B2 (en) | 2009-12-04 | 2009-12-04 | Method for producing sulfide solid electrolyte material, sulfide solid electrolyte material, and lithium battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009276719A JP5552802B2 (en) | 2009-12-04 | 2009-12-04 | Method for producing sulfide solid electrolyte material, sulfide solid electrolyte material, and lithium battery |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011119159A JP2011119159A (en) | 2011-06-16 |
| JP5552802B2 true JP5552802B2 (en) | 2014-07-16 |
Family
ID=44284262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009276719A Active JP5552802B2 (en) | 2009-12-04 | 2009-12-04 | Method for producing sulfide solid electrolyte material, sulfide solid electrolyte material, and lithium battery |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5552802B2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5621849B2 (en) * | 2010-08-05 | 2014-11-12 | トヨタ自動車株式会社 | Sulfide solid electrolyte glass, lithium solid battery and method for producing sulfide solid electrolyte glass |
| WO2015023154A1 (en) | 2013-08-16 | 2015-02-19 | 주식회사 엘지화학 | Anode for lithium-sulfur battery and preparation method therefor |
| JP6978887B2 (en) * | 2017-10-10 | 2021-12-08 | 古河機械金属株式会社 | Manufacturing method of inorganic material |
| WO2022025268A1 (en) * | 2020-07-31 | 2022-02-03 | Agc株式会社 | Method for producing sulfide solid electrolyte, and sulfide solid electrolyte |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3433173B2 (en) * | 2000-10-02 | 2003-08-04 | 大阪府 | Sulfide-based crystallized glass, solid electrolyte and all-solid secondary battery |
| JP4813767B2 (en) * | 2004-02-12 | 2011-11-09 | 出光興産株式会社 | Lithium ion conductive sulfide crystallized glass and method for producing the same |
| JP5189304B2 (en) * | 2006-10-17 | 2013-04-24 | 出光興産株式会社 | Glass ceramic and method for producing the same |
-
2009
- 2009-12-04 JP JP2009276719A patent/JP5552802B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2011119159A (en) | 2011-06-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101826407B1 (en) | Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material | |
| JP6044587B2 (en) | Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material | |
| JP6044588B2 (en) | Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material | |
| JP6288716B2 (en) | Method for producing sulfide solid electrolyte material | |
| JP5448038B2 (en) | Sulfide solid electrolyte material | |
| CN105453324B (en) | Sulfide solid electrolyte material, battery and method for manufacturing sulfide solid electrolyte material | |
| JP5720753B2 (en) | Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material | |
| KR101155734B1 (en) | Sulfide solid electrolyte material | |
| JP5975071B2 (en) | Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material | |
| JP5471409B2 (en) | Sulfide solid electrolyte material, lithium battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material | |
| JP2015076316A (en) | Sulfide solid electrolyte material | |
| JP2015032550A (en) | Sulfide solid electrolyte material, cell and method of producing sulfide solid electrolyte material | |
| JP5552802B2 (en) | Method for producing sulfide solid electrolyte material, sulfide solid electrolyte material, and lithium battery | |
| JP6256980B2 (en) | Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material | |
| JP6208570B2 (en) | Sulfide solid electrolyte material |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20120703 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20121030 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130828 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130924 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140430 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140513 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5552802 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |