JP6131851B2 - Method for producing sulfide solid electrolyte material - Google Patents
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Description
本発明は、Liイオン伝導性が高い硫化物固体電解質材料に関する。 The present invention relates to a sulfide solid electrolyte material having high Li ion conductivity.
近年、二次電池は、パソコン、ビデオカメラ、及び携帯電話等の電源として、あるいは自動車や電力貯蔵用の電源として、なくてはならない重要な構成要素となってきている。 In recent years, a secondary battery has become an indispensable component as a power source for personal computers, video cameras, mobile phones, and the like, or as a power source for automobiles and power storage.
二次電池の中でも特にリチウムイオン二次電池またはリチウム二次電池は、他の二次電池よりも容量密度が高く、高電圧での動作が可能という特徴を有している。そのため、小型軽量化を図りやすい二次電池として情報関連機器や通信機器に使用されており、近年、低公害車としての電気自動車やハイブリッド自動車用の高出力且つ高容量のリチウムイオン二次電池の開発が進められている。 Among secondary batteries, a lithium ion secondary battery or a lithium secondary battery has a feature that it has a higher capacity density than other secondary batteries and can operate at a high voltage. Therefore, it is used in information-related equipment and communication equipment as secondary batteries that are easy to reduce in size and weight. In recent years, high-output and high-capacity lithium-ion secondary batteries for electric vehicles and hybrid vehicles as low-pollution vehicles have been used. Development is underway.
リチウムイオン二次電池またはリチウム二次電池には、正極層及び負極層と、これらの間に配置されるリチウム塩を含む電解質とが備えられ、電解質は、非水系の液体又は固体によって構成される。電解質に非水系の液体電解質が用いられる場合には、電解液が正極層の内部へと浸透するため、正極層を構成する正極活物質と電解質との界面が形成されやすく、性能を向上させやすい。ところが、広く用いられている電解液は可燃性であるため、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等の安全性を確保するためのシステムを搭載する必要がある。これに対し、液体電解質を固体電解質層に変えて、電池を全固体化した全固体電池は、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おり、開発が進められている。 A lithium ion secondary battery or a lithium secondary battery includes a positive electrode layer and a negative electrode layer, and an electrolyte containing a lithium salt disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, and the electrolyte is constituted by a non-aqueous liquid or solid. . When a non-aqueous liquid electrolyte is used for the electrolyte, the electrolyte solution penetrates into the positive electrode layer, so that an interface between the positive electrode active material constituting the positive electrode layer and the electrolyte is easily formed, and performance is easily improved. . However, since widely used electrolytes are flammable, it is necessary to install a system for ensuring safety such as attachment of a safety device that suppresses temperature rise at the time of short circuit and prevention of short circuit. In contrast, an all-solid battery in which the liquid electrolyte is changed to a solid electrolyte layer to make the battery all solid does not use a flammable organic solvent in the battery, so the safety device can be simplified and the manufacturing cost and production can be simplified. It is thought that it is excellent in performance, and development is underway.
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。硫化物固体電解質材料は、Liイオン伝導性が高いため、電池の高出力化を図る上で有用であり、従来から種々の研究がなされている。例えば、特許文献1においては、LiI−Li2S−P2S5系の硫化物ガラスを熱処理し、ガラスセラミックスを得ることが記載されている。 A sulfide solid electrolyte material is known as a solid electrolyte material used for such a solid electrolyte layer. Since the sulfide solid electrolyte material has high Li ion conductivity, it is useful for increasing the output of the battery, and various studies have been made heretofore. For example, Patent Document 1 describes that LiI—Li 2 S—P 2 S 5 -based sulfide glass is heat-treated to obtain glass ceramics.
特許文献1において得られるLiI−Li2S−P2S5系の硫化物ガラスを熱処理して得られたガラスセラミックスは、所定のLiイオン伝導度を有するものの、依然として、さらに改良されたLiイオン伝導度を有する硫化物固体電解質材料が望まれている。 Although the glass ceramic obtained by heat-treating the LiI—Li 2 S—P 2 S 5 sulfide glass obtained in Patent Document 1 has a predetermined Li ion conductivity, it is still improved Li ions. A sulfide solid electrolyte material having conductivity is desired.
本発明は、LiI−LiX−Li2S−P2S5硫化物固体電解質(式中、XはCl、F、またはBrである)の製造方法であって、
LiI、LiX(式中、XはCl、F、またはBrである)、Li2S、及びP2S5を含む原料組成物を非晶質化して硫化物ガラスを得ること、
硫化物ガラスの核生成温度で、硫化物ガラスを熱処理すること、並びに
熱処理した硫化物ガラスを、硫化物ガラスの結晶成長温度で熱処理すること、
を含む製造方法である。
The present invention, LiI-LiX-Li 2 S -P 2 S 5 sulfide solid electrolyte (wherein, X is Cl, F or Br,) a process for the preparation of,
Amorphizing a raw material composition containing LiI, LiX (wherein X is Cl, F, or Br), Li 2 S, and P 2 S 5 to obtain a sulfide glass;
Heat treating the sulfide glass at the nucleation temperature of the sulfide glass, and heat treating the heat treated sulfide glass at the crystal growth temperature of the sulfide glass;
It is a manufacturing method containing.
本発明により、従来よりも高いLiイオン伝導度を有する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 material having a higher Li ion conductivity than before can be obtained.
従来、硫化物固体電解質であるLiI−Li2S−P2S5ガラスは、Liイオン伝導性に優れる材料として知られているが、これ以上のLiイオン伝導性の向上は難しかった。 Conventionally, LiI—Li 2 S—P 2 S 5 glass, which is a sulfide solid electrolyte, is known as a material excellent in Li ion conductivity, but it has been difficult to improve Li ion conductivity beyond this.
そこで、本発明者は、Liイオン伝導性のさらなる向上を目的として鋭意研究したところ、LiI−Li2S−P2S5ガラスには、高Liイオン伝導相及び低Liイオン伝導相が存在することが分かった。そして、LiI−Li2S−P2S5非晶質ガラスについて行った示差熱分析において、高Liイオン伝導相の発熱ピークよりも高温側に存在する微小な発熱ピークが、高Liイオン伝導相よりLiイオン伝導性が低い低Liイオン伝導相の発熱ピークであることを見出した。 Accordingly, the present inventors have revealed that an extensive investigation for the purpose of further improving the Li-ion conductivity, the LiI-Li 2 S-P 2 S 5 glass, there is high Li ion conductive phase and low Li-ion conducting phase I understood that. Then, in the differential thermal analysis performed on LiI-Li 2 S-P 2 S 5 amorphous glass, small exothermic peaks present in the high temperature side than the exothermic peak of the high Li ion conductive phase is, high Li ion conductive phase It has been found that this is an exothermic peak of a low Li ion conducting phase with lower Li ion conductivity.
高Liイオン伝導相及び低Liイオン伝導相の両伝導相の生成温度範囲が近く、また、低Liイオン伝導相の生成温度範囲が広いため、低Liイオン伝導相の生成を抑制しつつ、高Liイオン伝導相の結晶性を高めることは困難であった。 The generation temperature range of both the high Li ion conduction phase and the low Li ion conduction phase is close, and the generation temperature range of the low Li ion conduction phase is wide. It has been difficult to increase the crystallinity of the Li ion conducting phase.
これに対して、硫化物固体電解質の組成を鋭意研究し、低Liイオン伝導相の生成温度範囲を高温側にシフトさせることによって、低Liイオン伝導相の生成を低減または抑制しつつ、高Liイオン伝導相の結晶性を高くできることを見出した。これにより、低Liイオン伝導相の生成を抑制しつつ、高Liイオン伝導相の結晶性を高めることができることが分かった。 In contrast, by intensively studying the composition of the sulfide solid electrolyte and shifting the generation temperature range of the low Li ion conduction phase to the high temperature side, while reducing or suppressing the generation of the low Li ion conduction phase, the high Li Li It has been found that the crystallinity of the ion conduction phase can be increased. Thereby, it turned out that the crystallinity of a high Li ion conduction phase can be improved, suppressing the production | generation of a low Li ion conduction phase.
さらに、低Liイオン伝導相の発熱ピークを高温側にシフトさせることにより、高Liイオン伝導相の発熱ピーク(高Liイオン伝導相の結晶化温度)の直前にガラス転移点(Tg)の吸熱ピークがみられるようになり、このガラス転移点(Tg)付近で熱処理を行い、次いで、高Liイオン伝導相の結晶成長温度に昇温して熱処理をする2段階熱処理を行うことによって、高Liイオン伝導相の結晶性をさらに向上することができ、Liイオン伝導度をさらに向上できることが分かった。ガラス転移点(Tg)がみられない組成では、同様の2段階熱処理をしても、高Liイオン伝導相の結晶性向上効果は得られない。 Further, by shifting the exothermic peak of the low Li ion conducting phase to the high temperature side, the endothermic peak of the glass transition point (Tg) immediately before the exothermic peak of the high Li ion conducting phase (crystallization temperature of the high Li ion conducting phase). By carrying out a heat treatment in the vicinity of the glass transition point (Tg), and then performing a two-step heat treatment in which the temperature is raised to the crystal growth temperature of the high Li ion conduction phase, It was found that the crystallinity of the conductive phase can be further improved and the Li ion conductivity can be further improved. In the composition in which the glass transition point (Tg) is not observed, the effect of improving the crystallinity of the high Li ion conduction phase cannot be obtained even if the same two-step heat treatment is performed.
すなわち、本発明は、LiI−LiX−Li2S−P2S5硫化物固体電解質材料(式中、XはCl、F、またはBrである)の製造方法であって、LiI、LiX(式中、XはCl、F、またはBrである)、Li2S、及びP2S5を含む原料組成物を非晶質化して硫化物ガラスを得ること、硫化物ガラスの核生成温度で、硫化物ガラスを熱処理すること、並びに熱処理した硫化物ガラスを、硫化物ガラスの結晶成長温度で熱処理すること、を含む製造方法を対象とする。 That is, the present invention is a method for producing a LiI—LiX—Li 2 S—P 2 S 5 sulfide solid electrolyte material (wherein X is Cl, F, or Br), which comprises LiI, LiX (formula Wherein X is Cl, F, or Br), a raw material composition containing Li 2 S, and P 2 S 5 is amorphized to obtain a sulfide glass, and at the nucleation temperature of the sulfide glass, The present invention is directed to a manufacturing method including heat-treating sulfide glass and heat-treating the heat-treated sulfide glass at a crystal growth temperature of sulfide glass.
図1に、本発明に係る方法における2段階熱処理プロファイルの一例を示す。図1は、第1の温度T1である核生成温度まで昇温して所定時間保持し、次いで、第2の温度T2である結晶成長温度まで昇温して所定時間保持した後、自然冷却するプロファイルを示す。 FIG. 1 shows an example of a two-stage heat treatment profile in the method according to the present invention. In FIG. 1, the temperature is raised to the nucleation temperature that is the first temperature T 1 and held for a predetermined time, and then the temperature is raised to the crystal growth temperature that is the second temperature T 2 and held for a predetermined time. The cooling profile is shown.
本発明に係る製造方法においては、LiI、LiX(式中、XはCl、F、またはBrである)、Li2S、及びP2S5を含む原料組成物を用いる。 In the production method according to the present invention, a raw material composition containing LiI, LiX (wherein X is Cl, F, or Br), Li 2 S, and P 2 S 5 is used.
従来のLiI−Li2S−P2S5ガラス等のaLiX・(100−a)(0.75Li2S・0.25P2S5)ガラス(XはI、Cl、F、またはBr)は、Liイオン伝導性に優れる材料として知られているが、上記のように、本発明者は、aLiX・(100−a)(0.75Li2S・0.25P2S5)ガラスには、高Liイオン伝導相だけでなく、低Liイオン伝導相も含まれ、ほぼ同じ温度域で、高Liイオン伝導相及び低Liイオン伝導相の両相が生成するため、さらなるLiイオン伝導度の向上が難しかったことを突き止めた。 ALiX · (100-a) (0.75Li 2 S · 0.25P 2 S 5 ) glass (X is I, Cl, F, or Br) such as conventional LiI—Li 2 S—P 2 S 5 glass Although it is known as a material excellent in Li ion conductivity, as described above, the present inventor considered that aLiX. (100-a) (0.75Li 2 S.0.25P 2 S 5 ) glass has In addition to the high Li ion conduction phase, the low Li ion conduction phase is also included, and both the high Li ion conduction phase and the low Li ion conduction phase are generated at almost the same temperature range, thus further improving the Li ion conductivity. I found out that it was difficult.
そして、LiI−Li2S−P2S5系材料にLiX(式中、XはCl、F、またはBrである)を加えることによって、低Liイオン伝導相が生成する温度域を高温側にシフトさせることができ、それにより、低Liイオン伝導相の生成量を低減させるか、または低Liイオン伝導相を生成させることなく高Liイオン伝導相だけを生成することができることを見出した。 Then, by adding LiX (wherein X is Cl, F, or Br) to the LiI—Li 2 S—P 2 S 5 series material, the temperature range in which the low Li ion conduction phase is generated is increased to the high temperature side. It has been found that it can be shifted, thereby reducing the amount of low Li ion conducting phase produced, or producing only a high Li ion conducting phase without producing a low Li ion conducting phase.
また、低Liイオン伝導相が生成する温度域を高温側にシフトさせることにより、高Liイオン伝導相の発熱ピーク(高Liイオン伝導相の結晶化温度)の低温側にガラス転移点(Tg)の吸熱ピークがみられるようになった。このガラス転移点(Tg)付近で熱処理を行い、次いで、高Liイオン伝導相の結晶化温度に昇温して熱処理をすることによって、高Liイオン伝導相の結晶性をさらに向上することができ、Liイオン伝導度をさらに向上できることが分かった。 Further, by shifting the temperature range where the low Li ion conduction phase is generated to the high temperature side, the glass transition point (Tg) on the low temperature side of the exothermic peak of the high Li ion conduction phase (crystallization temperature of the high Li ion conduction phase). An endothermic peak was observed. The crystallinity of the high Li ion conduction phase can be further improved by performing a heat treatment near the glass transition point (Tg) and then raising the temperature to the crystallization temperature of the high Li ion conduction phase. It was found that the Li ion conductivity can be further improved.
ガラス転移点がみられる組成系において、ガラス転移点(Tg)付近で熱処理を行うと、結晶核が生成し、次いでそれよりも高い温度の結晶成長温度で熱処理すると、結晶成長が促進され、結晶性を向上することができると考えられる。このように、ガラス転移点がみられる組成系について、多段焼成をすることによって、結晶性を向上することが可能になり、リチウムイオン伝導性を向上することができる。 In a composition system in which a glass transition point is observed, when a heat treatment is performed near the glass transition point (Tg), crystal nuclei are formed, and then heat treatment at a crystal growth temperature higher than that promotes crystal growth. It is thought that the property can be improved. Thus, by performing multi-stage firing on a composition system in which a glass transition point is observed, crystallinity can be improved and lithium ion conductivity can be improved.
上記のように低Liイオン伝導相が生成する温度域を高温側にシフトさせ、高Liイオン伝導相が生成する温度域との差を大きくすることは、X線回折測定及び示差熱分析による分析結果を用いて、次のように表すこともできる。 As described above, the temperature range where the low Li ion conduction phase is generated is shifted to the high temperature side, and the difference from the temperature range where the high Li ion conduction phase is generated is to be analyzed by X-ray diffraction measurement and differential thermal analysis. Using the result, it can also be expressed as follows.
本発明に係る方法で用いられるLiI、Li2S、P2S5、及びLiX(式中、XはCl、F、またはBrである)を含む原料を非晶質化して得られる硫化物ガラスを熱処理すると、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=20.2°及び23.6°にピークを有する高Liイオン伝導相及び2θ=21.0°及び28.0°にピークを有する低Liイオン伝導相を有し得る。本明細書においては、2θ=20.2°及び23.6°にピークを有する高Liイオン伝導相をc1、及び2θ=21.0°及び28.0°にピークを有する低Liイオン伝導相をcxといい、並びに示差熱分析におけるc1の発熱ピークの温度をTc1、及びcxの発熱ピークの温度をTcxともいう。 Sulfide glass obtained by amorphizing a raw material containing LiI, Li 2 S, P 2 S 5 , and LiX (wherein X is Cl, F, or Br) used in the method according to the present invention. Is heat-treated, a high Li ion conducting phase having peaks at 2θ = 20.2 ° and 23.6 ° and peaks at 2θ = 21.0 ° and 28.0 ° in X-ray diffraction measurement using CuKα rays It can have a low Li ion conducting phase. In the present specification, a high Li ion conducting phase having peaks at 2θ = 20.2 ° and 23.6 ° is c1, and a low Li ion conducting phase having peaks at 2θ = 21.0 ° and 28.0 °. Is called cx, and the temperature of the exothermic peak of c1 in the differential thermal analysis is also called T c1 , and the temperature of the exothermic peak of cx is also called T cx .
本発明に係る方法において、LiI、Li2S、P2S5、及びLiX(式中、XはCl、F、またはBrである)を含む原料を非晶質化して得られる硫化物ガラスについて示差熱分析を行うと、LiI−Li2S−P2S5ガラスよりも、Tcxが高温側にみられ、TcxとTc1との温度差が大きい結果が得られた。 In the method according to the present invention, a sulfide glass obtained by amorphizing a raw material containing LiI, Li 2 S, P 2 S 5 , and LiX (wherein X is Cl, F, or Br) When differential thermal analysis was performed, T cx was found on the higher temperature side than LiI-Li 2 S—P 2 S 5 glass, and a result of a large temperature difference between T cx and T c1 was obtained.
本発明に係る方法において生成する硫化物ガラスのTc1とTcxの温度差は、好ましくはTcx−Tc1≧55℃、より好ましくはTcx−Tc1≧60℃、さらに好ましくはTcx−Tc1≧65℃、さらにより好ましくはTcx−Tc1≧70℃の関係を満たす。TcxとTc1の温度差が上記範囲を満たすことにより、Liイオン伝導性がより高い硫化物固体電解質材料を得ることができる。 The temperature difference between T c1 and T cx of the sulfide glass produced in the method according to the present invention is preferably T cx −T c1 ≧ 55 ° C., more preferably T cx −T c1 ≧ 60 ° C., and more preferably T cx. −T c1 ≧ 65 ° C., even more preferably T cx −T c1 ≧ 70 ° C. When the temperature difference between T cx and T c1 satisfies the above range, a sulfide solid electrolyte material with higher Li ion conductivity can be obtained.
Tc1、Tcx、及びTgの値は、LiI、Li2S、P2S5、及びLiX(式中、XはCl、F、またはBrである)を含む硫化物ガラスの組成によって異なり得るが、Tc1の値は170℃〜200℃程度であり、TgはTc1の低温側近傍の温度範囲であって例えば150〜170℃であり、Tcxは例えば230℃以上であることが好ましく、260℃以上であることがより好ましい。 The values of T c1 , T cx , and T g depend on the composition of the sulfide glass containing LiI, Li 2 S, P 2 S 5 , and LiX (where X is Cl, F, or Br). Although the value of T c1 is about 170 ° C. to 200 ° C., T g is a temperature range near the low temperature side of T c1 , for example, 150 to 170 ° C., and T cx is, for example, 230 ° C. or more. Is preferable, and it is more preferable that it is 260 degreeC or more.
示差熱分析は、TG−DTA装置を用いて行うことができる。Tc1、Tcx、及びTc2は、ピークトップの温度として検出でき、Tgは、Tc1の低温側のバックグラウンドと吸熱ピークの変曲点での接線との交点の温度として検出することができる。変曲点とは、上に凸の曲線が下に凸の曲線に変わる点である。 Differential thermal analysis can be performed using a TG-DTA apparatus. T c1 , T cx , and T c2 can be detected as the temperature of the peak top, and T g is detected as the temperature of the intersection of the background on the low temperature side of T c1 and the tangent at the inflection point of the endothermic peak. Can do. The inflection point is a point where an upward convex curve changes to a downward convex curve.
本発明において用いられる原料組成物において、LiI及びLiX(式中、XはCl、F、またはBrである)の合計量の割合は、原料組成物全体に対して、好ましくは10mol%〜30mol%の範囲内であり、より好ましくは15mol%〜25mol%の範囲内である。LiI及びLiXの合計量の割合が上記範囲内にあることによって、Tc1とTcxの温度差をより大きくすることができ、低Liイオン伝導相の形成をより抑制して、Liイオン伝導度をより高くすることができる。 In the raw material composition used in the present invention, the ratio of the total amount of LiI and LiX (wherein X is Cl, F, or Br) is preferably 10 mol% to 30 mol% with respect to the entire raw material composition. More preferably, it is in the range of 15 mol% to 25 mol%. When the ratio of the total amount of LiI and LiX is within the above range, the temperature difference between T c1 and T cx can be further increased, the formation of a low Li ion conduction phase is further suppressed, and the Li ion conductivity is increased. Can be made higher.
本発明において用いられる原料組成物において、LiI及びLiX(式中、XはCl、F、またはBrである)の合計に対するLiXの割合(LiX/(LiI+LiX))は、特に限定されるものではないが、好ましくは1mol%〜99mol%の範囲内であり、より好ましくは5mol%〜75mol%の範囲内であり、さらに好ましくは25mol%〜50mol%の範囲内である。LiXの割合が上記範囲内であることにより、Tcx及びTc1の差をより大きくすることができる。そのメカニズムは必ずしも明らかではないが、Iの一部を、イオン半径が小さいCl、F、またはBrで置換することにより、低Liイオン伝導相の結晶構造に適合しにくくなったためであると推測される。 In the raw material composition used in the present invention, the ratio of LiX to the total of LiI and LiX (where X is Cl, F, or Br) (LiX / (LiI + LiX)) is not particularly limited. Is preferably in the range of 1 mol% to 99 mol%, more preferably in the range of 5 mol% to 75 mol%, and still more preferably in the range of 25 mol% to 50 mol%. When the ratio of LiX is within the above range, the difference between T cx and T c1 can be further increased. The mechanism is not necessarily clear, but it is presumed that it became difficult to conform to the crystal structure of the low Li ion conduction phase by substituting a part of I with Cl, F, or Br having a small ionic radius. The
本発明において、LiXは、好ましくはLiBrであるが、LiClまたはLiFであってもよい。LiXがLiBrであるときに、示差熱分析によりガラス転移点Tgの吸熱ピークをより明確に検出することができ、より高いLiイオン伝導率を得ることができる。 In the present invention, LiX is preferably LiBr, but may be LiCl or LiF. When LiX is LiBr, the endothermic peak at the glass transition point Tg can be detected more clearly by differential thermal analysis, and higher Li ion conductivity can be obtained.
Li2S及びP2S5の合計に対するLi2Sの割合(Li2S/(Li2S+P2S5))は、好ましくは75mol%〜79mol%の範囲内、より好ましくは76mol%〜78mol%の範囲内である。Li2Sの割合が上記範囲内にあることにより、Tcx及びTc1の差をより大きくすることができる。そのメカニズムは必ずしも明らかではないが、Li2SがPS4ユニットに対して少し余る組成になることで、LiI及びLi2Sの間で相互作用が生じ、低Liイオン伝導相の結晶構造を実現しにくい状態になったためであると推測される。 The ratio of Li 2 S to the total of Li 2 S and P 2 S 5 (Li 2 S / (Li 2 S + P 2 S 5 )) is preferably in the range of 75 mol% to 79 mol%, more preferably 76 mol% to 78 mol. %. When the ratio of Li 2 S is within the above range, the difference between T cx and T c1 can be further increased. The mechanism is not necessarily clear, but Li 2 S has a slightly surplus composition with respect to the PS 4 unit, resulting in an interaction between LiI and Li 2 S, realizing a crystal structure of a low Li ion conducting phase. It is presumed that it was difficult to do.
本発明に係る方法により得られる硫化物固体電解質材料は、a(LiI・LiX)・(1−a)(bLi2S・(1−b)P2S5)(式中、XはCl、F、またはBrである)の組成を有することができる。aが上記LiI及びLiXの合計量の割合に該当し、bが上記Li2Sの割合に該当する。 The sulfide solid electrolyte material obtained by the method according to the present invention includes a (LiI · LiX) · (1-a) (bLi 2 S · (1-b) P 2 S 5 ) (wherein X is Cl, F or Br). a corresponds to the ratio of the total amount of LiI and LiX, and b corresponds to the ratio of Li 2 S.
Tcxの発熱ピークを高温側にシフトさせると、β−Li3PS4結晶相の発熱ピークと重複し得る。本明細書においては、β−Li3PS4結晶相の発熱ピークの温度をTc2とも称する。本発明において、Tcxの発熱ピークと、Tc2の発熱ピークとが重複する場合、Tcxとして、近似的にTc2を用いることができる。この場合、例えばTcx−Tc1の値を、Tc2−Tc1の値として近似することができる。 If the exothermic peak of T cx is shifted to the high temperature side, it may overlap with the exothermic peak of the β-Li 3 PS 4 crystal phase. In the present specification, the temperature of the exothermic peak of the β-Li 3 PS 4 crystal phase is also referred to as T c2 . In the present invention, when the exothermic peak of T cx and the exothermic peak of T c2 overlap, T c2 can be approximately used as T cx . In this case, for example, the value of T cx −T c1 can be approximated as the value of T c2 −T c1 .
(非晶質化工程)
本発明に係る方法は、LiI、LiX(式中、XはCl、F、またはBrである)、Li2S、及びP2S5を含む原料組成物を非晶質化することを含む。本発明における非晶質化工程は、Li2S、P2S5、LiI、及びLiX(式中、XはCl、F、またはBrである)を含む原料組成物を非晶質化し、硫化物ガラスを得る工程である。
(Amorphization process)
The method according to the present invention includes amorphizing a raw material composition containing LiI, LiX (wherein X is Cl, F, or Br), Li 2 S, and P 2 S 5 . In the amorphization step of the present invention, the raw material composition containing Li 2 S, P 2 S 5 , LiI, and LiX (wherein X is Cl, F, or Br) is amorphized and sulfided. This is a process for obtaining a physical glass.
本明細書において、硫化物ガラスとは、原料組成物を非晶質化して合成した材料をいい、粉末X線回折(XRD)測定等において結晶としての周期性が観測されない厳密な「ガラス」のみならず、後述するメカニカルミリング等により非晶質化して合成した材料全般を意味する。したがって、原料組成物を非晶質化して得られる硫化物ガラスは、粉末X線回折測定等において原料(LiI等)に由来するピークがみられないことが好ましいが、原料に由来するピークが一部観察されても、全体が非晶質化されていればよい。図6に、原料組成物を非晶質化して合成した硫化物ガラスの粉末X線回折プロファイルの一例を示す。図6の組成Aは、LiI、LiBr、Li2S、及びP2S5を原料組成物として非晶質化して得られた硫化物ガラスであり、組成Bは、LiI、Li2S、及びP2S5を原料組成物として非晶質化して得られた硫化物ガラスである。図6に示すようにプロファイルに明確な結晶ピークがみられなければ、全体が非晶質化されていると判断できる。 In this specification, the sulfide glass refers to a material synthesized by amorphizing a raw material composition, and only a strict “glass” in which periodicity as a crystal is not observed in powder X-ray diffraction (XRD) measurement or the like. In other words, it means all materials synthesized by amorphization by mechanical milling described later. Therefore, the sulfide glass obtained by amorphizing the raw material composition preferably has no peak derived from the raw material (LiI or the like) in powder X-ray diffraction measurement or the like, but the peak derived from the raw material is one. Even if a part is observed, it is sufficient that the whole is amorphous. FIG. 6 shows an example of a powder X-ray diffraction profile of sulfide glass synthesized by amorphizing the raw material composition. The composition A in FIG. 6 is a sulfide glass obtained by amorphization using LiI, LiBr, Li 2 S, and P 2 S 5 as a raw material composition, and the composition B has LiI, Li 2 S, and This is a sulfide glass obtained by amorphizing P 2 S 5 as a raw material composition. If no clear crystal peak is observed in the profile as shown in FIG. 6, it can be determined that the whole is amorphous.
原料組成物を非晶質化する方法としては、例えば、メカニカルミリング及び溶融急冷法を挙げることができ、メカニカルミリングがより好ましい。メカニカルミリングは、常温での処理が可能であり、製造工程の簡略化を図ることができるからである。溶融急冷法は、反応雰囲気や反応容器に制限があるものの、メカニカルミリングは、目的とする組成の硫化物ガラスを簡便に合成できるという利点がある。メカニカルミリングは、乾式メカニカルミリングであってもよく、湿式メカニカルミリングであってもよいが、湿式メカニカルミリングが好ましい。湿式メカニカルミリングによれば、容器等の壁面に原料組成物が固着することを防止でき、より非晶質性の高い硫化物ガラスを得ることができるからである。 Examples of the method for amorphizing the raw material composition include mechanical milling and melt quenching, and mechanical milling is more preferable. This is because mechanical milling can be performed at room temperature, and the manufacturing process can be simplified. Although the melting and quenching method has limitations on the reaction atmosphere and reaction vessel, mechanical milling has an advantage that a sulfide glass having a desired composition can be easily synthesized. The mechanical milling may be dry mechanical milling or wet mechanical milling, but wet mechanical milling is preferable. This is because wet mechanical milling can prevent the raw material composition from adhering to the wall surface of a container or the like, and a sulfide glass with higher amorphousness can be obtained.
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、振動ミル、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、ボールミルがより好ましく、遊星型ボールミルがさらに好ましい。これらのメカニカルミリングにより、所望の硫化物ガラスを効率良く得ることができるからである。 Mechanical milling is not particularly limited as long as the raw material composition is mixed while applying mechanical energy, and examples thereof include a ball mill, a vibration mill, a turbo mill, a mechanofusion, and a disk mill. A ball mill is more preferable, and a planetary ball mill is more preferable. This is because the desired sulfide glass can be efficiently obtained by these mechanical milling.
メカニカルミリングの各種条件は、所望の硫化物ガラスを得ることができるように設定することができる。例えば、遊星型ボールミルを用いる場合、容器に原料組成物及び粉砕用ボールを加え、所定の回転数及び時間で処理を行う。一般的に、回転数が大きいほど、硫化物ガラス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ガラスへの転化率は高くなる。 Various conditions of mechanical milling can be set so that a desired sulfide glass can be obtained. For example, when a planetary ball mill is used, the raw material composition and grinding balls are added to the container, and the treatment is performed at a predetermined rotation speed and time. In general, the larger the number of revolutions, the faster the generation rate of sulfide glass, and the longer the treatment time, the higher the conversion rate from the raw material composition to sulfide glass.
遊星型ボールミルを行う際の台盤回転数は、例えば200rpm〜500rpmの範囲内であり、好ましくは250rpm〜400rpmの範囲内である。また、遊星型ボールミルを行う際の処理時間は、例えば1時間〜100時間の範囲内であり、好ましくは1時間〜50時間の範囲内である。 The rotation speed of the base plate when performing the planetary ball mill is, for example, in the range of 200 rpm to 500 rpm, and preferably in the range of 250 rpm to 400 rpm. Moreover, the processing time when performing the planetary ball mill is, for example, in the range of 1 hour to 100 hours, and preferably in the range of 1 hour to 50 hours.
ボールミルに用いられる容器及び粉砕用ボールの材料としては、例えばZrO2及びAl2O3等を挙げることができる。粉砕用ボールの粒径は、例えば1mm〜20mmの範囲内である。 Examples of the material for the container and ball for grinding used in the ball mill include ZrO 2 and Al 2 O 3 . The particle diameter of the grinding balls is, for example, in the range of 1 mm to 20 mm.
湿式メカニカルミリングに用いられる液体としては、原料組成物との反応で硫化水素を発生しない性質を有するものであることが好ましい。硫化水素は、液体の分子から解離したプロトンが、原料組成物や硫化物ガラスと反応することによって発生する。そのため、上記液体は、硫化水素が発生しない程度の非プロトン性を有していることが好ましい。また、非プロトン性液体は、通常、極性の非プロトン性液体と、無極性の非プロトン性液体とに大別することができる。 The liquid used for wet mechanical milling preferably has a property that does not generate hydrogen sulfide by reaction with the raw material composition. Hydrogen sulfide is generated when protons dissociated from liquid molecules react with the raw material composition or sulfide glass. Therefore, it is preferable that the liquid has an aprotic property that does not generate hydrogen sulfide. In addition, aprotic liquids can be broadly classified into polar aprotic liquids and nonpolar aprotic liquids.
極性の非プロトン性液体としては、特に限定されるものではないが、例えばアセトン等のケトン類;アセトニトリル等のニトリル類;N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)等のアミド類;ジメチルスルホキシド(DMSO)等のスルホキシド類等を挙げることができる。 Although it does not specifically limit as a polar aprotic liquid, For example, Ketones, such as acetone; Nitriles, such as acetonitrile; Amides, such as N, N- dimethylformamide (DMF); Dimethyl sulfoxide (DMSO) And the like.
無極性の非プロトン性液体の一例としては、常温(25℃)で液体のアルカンを挙げることができる。アルカンは、鎖状アルカンであってもよく、環状アルカンであってもよい。鎖状アルカンの炭素数は、例えば5以上であることが好ましい。一方、鎖状アルカンの炭素数の上限は、常温で液体であれば特に限定されるものではない。鎖状アルカンの具体例としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、パラフィン等を挙げることができる。なお、鎖状アルカンは、分岐を有するものであってもよい。一方、環状アルカンの具体例としては、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロパラフィン等を挙げることができる。 An example of a nonpolar aprotic liquid is alkane that is liquid at room temperature (25 ° C.). The alkane may be a chain alkane or a cyclic alkane. The chain alkane preferably has, for example, 5 or more carbon atoms. On the other hand, the upper limit of the carbon number of the chain alkane is not particularly limited as long as it is liquid at room temperature. Specific examples of the chain alkane include pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, and paraffin. The chain alkane may have a branch. On the other hand, specific examples of the cyclic alkane include cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, and cycloparaffin.
また、無極性の非プロトン性液体の別の例としては、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;ジエチルエーテル、ジメチルエーテル等の鎖状エーテル類;テトロヒドロフラン等の環状エーテル類;クロロホルム、塩化メチル、塩化メチレン等のハロゲン化アルキル類;酢酸エチル等のエステル類;フッ化ベンゼン、フッ化ヘプタン、2,3−ジハイドロパーフルオロペンタン、1,1,2,2,3,3,4−ヘプタフルオロシクロペンタン等のフッ素系化合物を挙げることができる。なお、上記液体の添加量は、特に限定されるものではなく、所望の硫化物固体電解質材料を得ることができる程度の量であればよい。 Other examples of nonpolar aprotic liquids include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene; chain ethers such as diethyl ether and dimethyl ether; cyclic ethers such as tetrohydrofuran; chloroform Alkyl halides such as methyl chloride and methylene chloride; esters such as ethyl acetate; fluorinated benzene, heptane fluoride, 2,3-dihydroperfluoropentane, 1,1,2,2,3,3 Fluorine compounds such as 4-heptafluorocyclopentane can be exemplified. In addition, the addition amount of the said liquid is not specifically limited, What is necessary is just the quantity which can obtain a desired sulfide solid electrolyte material.
(核生成温度における熱処理工程)
本発明に係る方法は、LiI、LiX(式中、XはCl、F、またはBrである)、Li2S、及びP2S5を含む原料組成物を非晶質化した硫化物ガラスを、核生成温度で熱処理することを含む。非晶質化した硫化物ガラスを核生成温度で熱処理することは、非晶質化した硫化物ガラスをガラス転移点(Tg)付近において熱処理することによって行われる。核生成温度で熱処理することは、非晶質化した硫化物ガラスを、好ましくは、ガラス転移点Tgの±20℃の範囲の第1の温度T1で熱処理することによって行う。
(Heat treatment process at nucleation temperature)
According to the method of the present invention, a sulfide glass obtained by amorphizing a raw material composition containing LiI, LiX (wherein X is Cl, F, or Br), Li 2 S, and P 2 S 5 is used. Heat treatment at the nucleation temperature. The heat treatment of the amorphized sulfide glass at the nucleation temperature is performed by heat-treating the amorphized sulfide glass near the glass transition point (Tg). The heat treatment at the nucleation temperature is preferably performed by heat-treating the amorphized sulfide glass at a first temperature T 1 in the range of ± 20 ° C. of the glass transition point Tg.
第1の温度T1の下限は、より好ましくはTg−15℃、さらに好ましくはTg−10℃、さらにより好ましくはTg−5℃である。また、第1の温度T1の上限は、より好ましくはTg+15℃、さらに好ましくはTg+10℃、さらにより好ましくはTg+5℃である。例えば、第1の温度T1は、Tg−20℃≦T1≦Tg+10℃の範囲内にある温度である。第1の温度T1を上記の温度範囲内にすることによって、最終的に結晶性の高い高Liイオン伝導相が得られ、高いLiイオン伝導度を有する硫化物固体電解質材料を得ることができる。 The lower limit of the first temperature T 1 is more preferably Tg-15 ° C, still more preferably Tg-10 ° C, and still more preferably Tg-5 ° C. Further, the upper limit of the first temperature T 1 is more preferably Tg + 15 ° C., further preferably Tg + 10 ° C., and still more preferably Tg + 5 ° C. For example, the first temperature T 1 is a temperature in the range of Tg−20 ° C. ≦ T 1 ≦ Tg + 10 ° C. By setting the first temperature T 1 within the above temperature range, a high Li ion conductive phase with high crystallinity can be finally obtained, and a sulfide solid electrolyte material having high Li ion conductivity can be obtained. .
第1の温度T1における熱処理は、第1の温度T1まで昇温し、第1の温度T1の範囲内にて、好ましくは1時間以上、より好ましくは5時間以上、さらに好ましくは10時間以上、さらにより好ましくは20時間以上、保持することを含む。保持時間が長いほど、第1の温度T1を低くすることができ、Tcxから遠ざけることができる。TcxとTc1の温度差が十分に大きいときは、第1の温度T1を高くして保持時間を短くしてもよい。 Heat treatment at the first temperature T 1 of the first raised to temperatures T 1, in the first range of temperatures T 1, preferably 1 hour or more, more preferably 5 hours or more, more preferably 10 Holding for more than 20 hours, even more preferably more than 20 hours. The longer the holding time, the lower the first temperature T 1 can be, and away from T cx . When the temperature difference between T cx and T c1 is sufficiently large, the first temperature T 1 may be increased to shorten the holding time.
第1の温度T1の保持は、硫化物ガラスを核生成することができる温度範囲、より具体的には、硫化物ガラスのガラス転移点(Tg)付近の温度範囲、好ましくはガラス転移点Tgの±20℃の範囲、より好ましくは、上記第1の温度T1の上下限範囲内であれば、同じ温度に保持してもよく、または異なる温度で保持してもよい。例えば、Tg−5℃で所定時間保持してもよく、またはTg−20℃の温度からTg+10℃の温度まで所定時間をかけて昇温してもよい。第1の温度における保持時間の上限は、特に限定されるものではないが、例えば100時間以内、または50時間以内にすることができる。 The first temperature T 1 is maintained within a temperature range in which the sulfide glass can be nucleated, more specifically, a temperature range near the glass transition point (Tg) of the sulfide glass, preferably the glass transition point Tg. As long as it is within the range of ± 20 ° C., and more preferably within the upper and lower limits of the first temperature T 1 , they may be held at the same temperature or at different temperatures. For example, you may hold | maintain for a predetermined time at Tg-5 degreeC, or you may heat up over a predetermined time from the temperature of Tg-20 degreeC to the temperature of Tg + 10 degreeC. The upper limit of the holding time at the first temperature is not particularly limited, but can be, for example, within 100 hours or within 50 hours.
核生成温度における熱処理は、Arガス雰囲気等の不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気(特に真空中)で行うことが好ましい。硫化物固体電解質の劣化(例えば酸化)を防止できるからである。熱処理の方法は特に限定されるものではないが、例えば、焼成炉を用いる方法を挙げることができる。 The heat treatment at the nucleation temperature is preferably performed in an inert gas atmosphere such as an Ar gas atmosphere or a reduced pressure atmosphere (particularly in a vacuum). This is because deterioration (for example, oxidation) of the sulfide solid electrolyte can be prevented. The method for the heat treatment is not particularly limited, and examples thereof include a method using a firing furnace.
(結晶成長温度における熱処理工程)
本発明に係る方法は、硫化物ガラスを核生成温度で熱処理した後に、結晶成長温度で熱処理することを含む。結晶成長温度で熱処理することは、好ましくは、(Tc1−20℃)以上及び(Tcx−40℃)以下の第2の温度T2にて熱処理することを含む。
(Heat treatment process at crystal growth temperature)
The method according to the present invention includes heat-treating a sulfide glass at a nucleation temperature and then heat-treating at a crystal growth temperature. The heat treatment at the crystal growth temperature preferably includes a heat treatment at a second temperature T 2 of (T c1 −20 ° C.) or more and (T cx −40 ° C.) or less.
第2の温度T2の下限は、より好ましくはTc1−15℃、さらに好ましくはTc1−10℃、さらにより好ましくはTc1−5℃である。また、第2の温度T2の上限は、より好ましくはTcx−50℃、さらに好ましくはTcx−60℃、さらにより好ましくはTcx−70℃である。例えば、第2の温度T2は、Tc1−10℃≦T2≦Tcx−50℃の範囲内にある式を満たす温度である。第2の温度T2を上記の温度範囲内にすることによって、硫化物固体電解質の高Liイオン伝導相の結晶性をより高めることができる。 The lower limit of the second temperature T 2 is more preferably T c1 −15 ° C., further preferably T c1 −10 ° C., and still more preferably T c1 −5 ° C. Further, the upper limit of the second temperature T 2 is more preferably T cx −50 ° C., further preferably T cx −60 ° C., and still more preferably T cx −70 ° C. For example, the second temperature T 2 is a temperature satisfying an expression in the range of T c1 −10 ° C. ≦ T 2 ≦ T cx −50 ° C. By setting the second temperature T 2 within the above temperature range, the crystallinity of the high Li ion conducting phase of the sulfide solid electrolyte can be further increased.
第2の温度T2における熱処理は、第2の温度T2まで昇温し、第2の温度T2の範囲内にて、好ましくは1時間以上、より好ましくは5時間以上、さらに好ましくは10時間以上、さらにより好ましくは20時間以上、保持することを含む。保持時間が長いほど、第2の温度T2を低くすることができ、Tcxから遠ざけることができる。TcxとTc1の温度差が十分に大きいときは、第2の温度T2を高くして保持時間を短くしてもよい。 Heat treatment in the second temperature T 2, the second raised to temperature T 2, in a second range of temperature T 2, preferably 1 hour or more, more preferably 5 hours or more, more preferably 10 Holding for more than 20 hours, even more preferably more than 20 hours. The longer the holding time, the lower the second temperature T 2 can be, and away from T cx . When the temperature difference between T cx and T c1 is sufficiently large, the second temperature T 2 may be increased to shorten the holding time.
第2の温度T2の保持は、高イオン伝導相の結晶成長を行うことができる温度範囲、好ましくは上記第1の温度T2の上下限範囲内であれば、同じ温度に保持してもよく、または異なる温度で保持してもよい。例えば、Tc1−5℃で所定時間保持してもよく、またはTc1−10℃の温度からTcx−50℃の温度まで所定時間をかけて昇温してもよい。第2の温度における保持時間の上限は、特に限定されるものではないが、例えば100時間以内、または50時間以内にすることができる。 The second temperature T 2 can be maintained at the same temperature as long as it is within a temperature range in which crystal growth of a high ion conduction phase can be performed, preferably within the upper and lower limits of the first temperature T 2. May be kept at different temperatures. For example, the temperature may be maintained at T c1 −5 ° C. for a predetermined time, or the temperature may be increased from a temperature of T c1 −10 ° C. to a temperature of T cx −50 ° C. over a predetermined time. The upper limit of the holding time at the second temperature is not particularly limited, but can be, for example, within 100 hours or within 50 hours.
結晶成長温度における熱処理は、Arガス雰囲気等の不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気(特に真空中)で行うことが好ましい。硫化物固体電解質の劣化(例えば酸化)を防止できるからである。熱処理の方法は特に限定されるものではないが、例えば、焼成炉を用いる方法を挙げることができる。 The heat treatment at the crystal growth temperature is preferably performed in an inert gas atmosphere such as an Ar gas atmosphere or a reduced pressure atmosphere (particularly in a vacuum). This is because deterioration (for example, oxidation) of the sulfide solid electrolyte can be prevented. The method for the heat treatment is not particularly limited, and examples thereof include a method using a firing furnace.
(硫化物固体電解質材料)
本発明に係る方法により得られる硫化物固体電解質材料は、LiI−LiX−Li2S−P2S5硫化物固体電解質材料(式中、XはCl、F、またはBrである)であり、ガラスセラミックスである。本明細書において、ガラスセラミックスとは、硫化物ガラスを結晶化した材料をいう。ガラスセラミックスであるか否かは、例えばX線回折法により確認することができる。
(Sulfide solid electrolyte material)
Sulfide solid electrolyte material obtained by the method according to the present invention is a LiI-LiX-Li 2 S- P 2 S 5 sulfide solid electrolyte material (wherein, X is Cl, F or Br,), Glass ceramics. In this specification, glass ceramics refers to a material obtained by crystallizing sulfide glass. Whether it is glass ceramics can be confirmed by, for example, an X-ray diffraction method.
本発明に係る方法により得られる硫化物固体電解質材料は、X線回折測定において、LiIのピークを有していてもよく、有していなくてもよいが、後者が好ましい。Liイオン伝導性が高いからである。この点については、LiX(式中、XはCl、F、またはBrである)についても同様である。 The sulfide solid electrolyte material obtained by the method according to the present invention may or may not have a LiI peak in X-ray diffraction measurement, but the latter is preferred. This is because the Li ion conductivity is high. The same applies to LiX (wherein X is Cl, F, or Br).
本発明に係る方法により得られる硫化物固体電解質材料は、CuKα線を用いたX線回折測定において、2θ=20.2°、23.6°にピークを有し、かつ、2θ=21.0°及び28.0°のピークが低いか、または2θ=21.0°及び28.0°のピークを有しない。 The sulfide solid electrolyte material obtained by the method according to the present invention has peaks at 2θ = 20.2 ° and 23.6 ° in X-ray diffraction measurement using CuKα rays, and 2θ = 21.0. The peaks at ° and 28.0 ° are low or have no peaks at 2θ = 21.0 ° and 28.0 °.
本発明に係る方法により得られる硫化物固体電解質材料は、CuKα線を用いたX線回折測定において、2θ=20.2°及び23.6°にピークを有する高Liイオン伝導相を備え、且つその結晶性が高いことから、高いLiイオン伝導性を有する。さらに、本発明に係る方法により得られる硫化物固体電解質材料は、低Liイオン伝導相の存在を示す2θ=21.0°及び28.0°のピークが低いか、または2θ=21.0°及び28.0°のピークを有しないことにおいても、高いLiイオン伝導性を有する。2θ=20.2°及び23.6°にピークを有し、2θ=21.0°及び28.0°のピークを有しないことが特に好ましく、この場合、本発明に係る方法により得られる硫化物固体電解質材料は、高Liイオン伝導相を単相として有し、高いLiイオン伝導性を得ることができる。 The sulfide solid electrolyte material obtained by the method according to the present invention has a high Li ion conducting phase having peaks at 2θ = 20.2 ° and 23.6 ° in X-ray diffraction measurement using CuKα rays, and Because of its high crystallinity, it has high Li ion conductivity. Furthermore, the sulfide solid electrolyte material obtained by the method according to the present invention has low peaks at 2θ = 21.0 ° and 28.0 ° indicating the presence of a low Li ion conducting phase, or 2θ = 21.0 °. And it has high Li ion conductivity even in the absence of the 28.0 ° peak. It is particularly preferred that the peaks at 2θ = 20.2 ° and 23.6 ° have no peaks at 2θ = 21.0 ° and 28.0 °, in which case the sulfurization obtained by the method according to the invention The solid electrolyte material has a high Li ion conduction phase as a single phase, and can obtain high Li ion conductivity.
本発明に係る方法により得られる硫化物固体電解質材料においては、2θ=20.2°におけるピークの半値幅は、好ましくは0.64°以下、より好ましくは0.57°以下、さらに好ましくは0.47°以下である。硫化物固体電解質がこのような半値幅を有する2θ=20.2°におけるピークを有する場合、より高い結晶性を有する高イオン伝導相が存在することを意味し、より高いLiイオン伝導度を有する硫化物固体電解質が得られていることを示す。ここで、上記半値幅は、2θ=20.2°のピークの半値全幅(FWHM)をいう。 In the sulfide solid electrolyte material obtained by the method according to the present invention, the half width of the peak at 2θ = 20.2 ° is preferably 0.64 ° or less, more preferably 0.57 ° or less, and further preferably 0. .47 ° or less. When the sulfide solid electrolyte has a peak at 2θ = 20.2 ° having such a half-width, it means that a high ion conductive phase having higher crystallinity exists and has a higher Li ion conductivity. It shows that a sulfide solid electrolyte is obtained. Here, the half width refers to the full width at half maximum (FWHM) of the peak at 2θ = 20.2 °.
粉末X線回折分析において、ピークの位置は、ピークトップから読み取る。本明細書において、2θ=20.2°のピークとは、厳密な2θ=20.2°のピークのみならず、2θ=20.2°±0.5°の範囲内にあるピークをいう。結晶の状態によって、ピークの位置が多少前後する可能性があるため、上記のように定義する。同様に、2θ=23.6°のピークとは、厳密な2θ=23.6°のピークのみならず、2θ=23.6°±0.5°の範囲内にあるピークをいう。また、高Liイオン伝導相は、2θ=20.2°、23.6°の他に、通常、2θ=29.4°、37.8°、41.1°、47.0°にピークを有する。これらのピーク位置についても、±0.5°の範囲内で前後していてもよい。 In the powder X-ray diffraction analysis, the peak position is read from the peak top. In the present specification, the peak at 2θ = 20.2 ° means not only a strict peak at 2θ = 20.2 ° but also a peak within a range of 2θ = 20.2 ° ± 0.5 °. Depending on the crystal state, the position of the peak may slightly move back and forth, so it is defined as above. Similarly, the peak at 2θ = 23.6 ° is not only a strict peak at 2θ = 23.6 °, but also a peak within a range of 2θ = 23.6 ° ± 0.5 °. In addition to the 2θ = 20.2 ° and 23.6 °, the high Li ion conduction phase usually has peaks at 2θ = 29.4 °, 37.8 °, 41.1 °, 47.0 °. Have. These peak positions may also move back and forth within a range of ± 0.5 °.
同様に、2θ=21.0°のピークとは、厳密な2θ=21.0°のピークのみならず、2θ=21.0°±0.5°の範囲内にあるピークをいう。結晶の状態によって、ピークの位置が多少前後する可能性があるため、上記のように定義する。同様に、2θ=28.0°のピークとは、厳密な2θ=28.0°のピークのみならず、2θ=28.0°±0.5°の範囲内にあるピークをいう。また、低Liイオン伝導相は、2θ=21.0°、28.0°の他に、通常、2θ=32.0°、33.4°、38.7°、42.8°、44.2°にピークを有する。これらのピーク位置についても、±0.5°の範囲内で前後していてもよい。 Similarly, the peak at 2θ = 21.0 ° is not only a strict peak at 2θ = 21.0 ° but also a peak within a range of 2θ = 21.0 ° ± 0.5 °. Depending on the crystal state, the position of the peak may slightly move back and forth, so it is defined as above. Similarly, the peak at 2θ = 28.0 ° is not only a strict peak at 2θ = 28.0 ° but also a peak within a range of 2θ = 28.0 ° ± 0.5 °. In addition to 2θ = 21.0 ° and 28.0 °, the low Li ion conducting phase is usually 2θ = 32.0 °, 33.4 °, 38.7 °, 42.8 °, 44. It has a peak at 2 °. These peak positions may also move back and forth within a range of ± 0.5 °.
本発明に係る方法により得られる硫化物固体電解質材料において、2θ=21.0°のピーク強度に対する2θ=20.2°のピーク強度I20.2/I21.0が好ましくは2.5以上であり、より好ましくは2.7以上であり、さらに好ましくは5以上であり、さらにより好ましくは10以上であり、特に好ましくは、2θ=21.0°及び28.0°にピークが確認されない。 In the sulfide solid electrolyte material obtained by the method according to the present invention, the peak intensity I20.2 / I21.0 of 2θ = 20.2 ° with respect to the peak intensity of 2θ = 21.0 ° is preferably 2.5 or more. More preferably, it is 2.7 or more, more preferably 5 or more, still more preferably 10 or more, and particularly preferably, no peaks are observed at 2θ = 21.0 ° and 28.0 °.
本発明に係る方法により得られる硫化物固体電解質材料において、I21.0/I20.2は、好ましくは0.4以下であり、より好ましくは0.37以下であり、さらに好ましくは0.2以下であり、さらにより好ましくは0.1以下である。なおI21.0/I20.2 はI20.2/I21.0と逆数の関係にある。 In the sulfide solid electrolyte material obtained by the method according to the present invention, I21.0 / I20.2 is preferably 0.4 or less, more preferably 0.37 or less, and further preferably 0.2 or less. And even more preferably 0.1 or less. I21.0 / I20.2 has a reciprocal relationship with I20.2 / I21.0.
本発明係る方法により得られる硫化物固体電解質材料は、Liイオン伝導性が高く、常温におけるLiイオン伝導度は、好ましくは1×10-4S/cm以上であり、より好ましくは1×10-3S/cm以上である。 The sulfide solid electrolyte material obtained by the method according to the present invention has high Li ion conductivity, and Li ion conductivity at room temperature is preferably 1 × 10 −4 S / cm or more, more preferably 1 × 10 −. 3 S / cm or more.
本発明に係る方法により得られる硫化物固体電解質材料は、Liイオン伝導性を必要とする任意の用途に用いることができる。中でも、上記硫化物固体電解質材料は、好ましくは電池に用いられ、より好ましくは全固体電池に用いられる。 The sulfide solid electrolyte material obtained by the method according to the present invention can be used for any application that requires Li ion conductivity. Among these, the sulfide solid electrolyte material is preferably used for a battery, and more preferably used for an all-solid battery.
本発明に係る方法により得られる硫化物固体電解質材料を用いて、全固体電池を作製することができる。全固体電池は、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、上記正極活物質層及び上記負極活物質層の間に形成された固体電解質層と、を有し、上記正極活物質層、上記負極活物質層、及び上記固体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ができる。 An all-solid battery can be produced using the sulfide solid electrolyte material obtained by the method according to the present invention. The all solid state battery 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, a solid electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, And at least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer can contain the sulfide solid electrolyte material described above.
本発明に係る方法により得られる硫化物固体電解質材料を用いることにより、Liイオン伝導性が高い全固体電池を得ることができる。そのため、電池の高出力化を図ることができる。 By using the sulfide solid electrolyte material obtained by the method according to the present invention, an all-solid battery having high Li ion conductivity can be obtained. As a result, the output of the battery can be increased.
図5は、全固体電池の一例を示す断面模式図である。図5に示される全固体電池100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及び負極活物質層2の間に形成された固体電解質層3と、正極活物質層1の集電を行う正極集電体4と、負極活物質層2の集電を行う負極集電体5と、これらの部材を収納する電池ケース6とを有するものである。正極活物質層1、負極活物質層2、及び固体電解質層3の少なくとも一つが、本発明に係る方法により得られる硫化物固体電解質材料を含有することができる。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of an all-solid battery. An all
正極活物質層1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、及び結着材の少なくとも一つをさらに含有していてもよい。固体電解質材料として、本発明に係る方法により得られる硫化物固体電解質材料を用いることができる。 The positive electrode active material layer 1 is a layer containing at least a positive electrode active material, and may further contain at least one of a solid electrolyte material, a conductive material, and a binder as necessary. As the solid electrolyte material, a sulfide solid electrolyte material obtained by the method according to the present invention can be used.
正極活物質層1における硫化物固体電解質材料の含有量は、好ましくは0.1体積%〜80体積%の範囲内、より好ましくは1体積%〜60体積%の範囲内、さらに好ましくは10体積%〜50体積%の範囲内である。 The content of the sulfide solid electrolyte material in the positive electrode active material layer 1 is preferably in the range of 0.1% by volume to 80% by volume, more preferably in the range of 1% by volume to 60% by volume, and further preferably 10% by volume. % To 50% by volume.
正極活物質としては、特に限定されるものではないが、例えば、LiCoO2 、LiMnO2、LiNiO2、LiVO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等の岩塩層状型活物質、LiMn2O4、Li(Ni0.5Mn1.5)O4等のスピネル型活物質、LiFePO4、LiMnPO4、LiNiPO4、LiCuPO4等のオリビン型活物質等を挙げることができる。また、Li2FeSiO4、Li2MnSiO4等のSi含有酸化物を正極活物質として用いてもよい。
The positive electrode active material is not particularly limited. For example, a rock salt layered active material such as
正極活物質の形状としては、例えば粒子形状を挙げることができ、中でも真球状または楕円球状であることが好ましい。また、正極活物質が粒子形状である場合、その平均粒径は、例えば0.1μm〜50μmの範囲内であることが好ましい。また、正極活物質層における正極活物質の含有量は、例えば10体積%〜99体積%の範囲内であることが好ましく、20体積%〜99体積%の範囲内であることがより好ましい。 Examples of the shape of the positive electrode active material include a particle shape, and among them, a spherical shape or an elliptical shape is preferable. Moreover, when a positive electrode active material is a particle shape, it is preferable that the average particle diameter exists in the range of 0.1 micrometer-50 micrometers, for example. Further, the content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is, for example, preferably in the range of 10% by volume to 99% by volume, and more preferably in the range of 20% by volume to 99% by volume.
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。結着材としては、例えば、PTFE、PVDF等のフッ素含有結着材を挙げることができる。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。 Examples of the conductive material include acetylene black, ketjen black, and carbon fiber. Examples of the binder include fluorine-containing binders such as PTFE and PVDF. The thickness of the positive electrode active material layer is preferably in the range of 0.1 μm to 1000 μm, for example.
負極活物質層2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、及び結着材の少なくとも一つをさらに含有していてもよい。固体電解質材料として、本発明に係る方法により得られる硫化物固体電解質材料を用いることができる。
The negative electrode
負極活物質層2における硫化物固体電解質材料の含有量は、好ましくは0.1体積%〜80体積%の範囲内、より好ましくは1体積%〜60体積%の範囲内、特に、さらに好ましくは10体積%〜50体積%の範囲内である。
The content of the sulfide solid electrolyte material in the negative electrode
負極活物質としては、例えば、金属活物質及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、及び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。 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.
負極活物質層における負極活物質の含有量は、例えば10体積%〜99体積%の範囲内であることが好ましく、20体積%〜99体積%の範囲内であることがより好ましい。なお、導電化材及び結着材については、上述した正極活物質層に用いられるものと同様である。負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 content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is, for example, preferably in the range of 10% by volume to 99% by volume, and more preferably in the range of 20% by volume to 99% by volume. Note that the conductive material and the binder are the same as those used for the positive electrode active material layer described above. The thickness of the negative electrode active material layer is preferably in the range of 0.1 μm to 1000 μm, for example.
固体電解質層3は、正極活物質層1及び負極活物質層2の間に形成される層であり、固体電解質材料から構成される層である。固体電解質層に含まれる固体電解質材料として、本発明に係る方法により得られる硫化物固体電解質材料を用いることができる。
The
固体電解質層3における硫化物固体電解質材料の含有量は、所望の絶縁性が得られる割合であれば特に限定されるものではないが、好ましくは10体積%以上、より好ましくは50体積%以上であり、さらに好ましくは固体電解質層が、本発明に係る方法により得られる硫化物固体電解質材料のみから構成される。
The content of the sulfide solid electrolyte material in the
固体電解質層3は、結着材を含有していてもよい。結着材を含有することにより、可撓性を有する固体電解質層を得ることができるからである。結着材については、上述した正極活物質層に用いられるものと同様である。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。
The
正極集電体4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、及びカーボン等を挙げることができる。負極集電体5の材料としては、例えば、SUS、銅、ニッケル、及びカーボン等を挙げることができる。正極集電体4及び負極集電体5の厚さや形状等については、全固体電池の用途等に応じて適宜選択することができる。本発明に用いられる電池ケース6には、一般的な全固体電池の電池ケースを用いることができる。電池ケース6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。
Examples of the material of the positive electrode current collector 4 include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium, and carbon. Examples of the material of the negative electrode current collector 5 include SUS, copper, nickel, and carbon. The thickness, shape, and the like of the positive electrode current collector 4 and the negative electrode current collector 5 can be appropriately selected according to the application of the all-solid battery. As the
全固体電池は、一次電池であってもよく、二次電池であってもよいが、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。全固体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、及び角型等を挙げることができる。 The all solid state battery may be a primary battery or a secondary battery, but is preferably a secondary battery. This is because it can be repeatedly charged and discharged and is useful, for example, as a vehicle-mounted battery. Examples of the shape of the all solid state battery include a coin type, a laminate type, a cylindrical type, and a square type.
全固体電池の製造方法は、特に限定されるものではなく、一般的な全固体電池の製造方法と同様の方法を用いることができる。全固体電池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、及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。 The manufacturing method of an all-solid battery is not particularly limited, and a method similar to a general manufacturing method of an all-solid battery can be used. As an example of a method for producing an all-solid-state battery, a power generation element is manufactured by sequentially pressing 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 storing the power generation element in the battery case and caulking the battery case can be exemplified.
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。なお、特段の断りがない限り、秤量、合成、乾燥等の各操作は、Ar雰囲気下で行った。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Unless otherwise specified, each operation such as weighing, synthesis, and drying was performed in an Ar atmosphere.
(比較例1)
Li2S(日本化学工業製)、P2S5(アルドリッチ製)、LiI(日宝化学製)、及びLiBr(高純度化学製)を出発原料として、Li2Sを0.586g、P2S5を0.945g、LiIを0.284g、及びLiBrを0.185g秤量し、メノウ乳鉢で5分混合した。その混合物を遊星型ボールミルの容器(45cc、ZrO2製)に投入し、脱水ヘプタン(水分量30ppm以下、4g)を投入し、さらにZrO2ボール(φ=5mm、53g)を投入し、容器を完全に密閉した。この容器を遊星型ボールミル機(フリッチュ製P7)に取り付け、台盤回転数500rpmで、20時間メカニカルミリングを行った。その後、110℃で1時間乾燥することによりヘプタンを除去し、硫化物ガラスを得た。得られた硫化物ガラスの組成はモル表記で10LiI・10LiBr・80(0.75Li2S・0.25P2S5)(mol%)であり、この組成を組成Aとする。
(Comparative Example 1)
Starting from Li 2 S (manufactured by Nippon Kagaku Kogyo), P 2 S 5 (manufactured by Aldrich), LiI (manufactured by Nichiho Chemical), and LiBr (manufactured by high-purity chemical), 0.586 g of Li 2 S, P 2 0.95 g of S 5 , 0.284 g of LiI, and 0.185 g of LiBr were weighed and mixed for 5 minutes in an agate mortar. The mixture is put in a planetary ball mill container (45 cc, made of ZrO 2 ), dehydrated heptane (moisture content of 30 ppm or less, 4 g) is added, and ZrO 2 balls (φ = 5 mm, 53 g) are further charged. Completely sealed. This container was attached to a planetary ball mill (P7 made by Fritsch), and mechanical milling was performed for 20 hours at a base plate rotation speed of 500 rpm. Then, the heptane was removed by drying at 110 degreeC for 1 hour, and sulfide glass was obtained. The composition of the obtained sulfide glass is 10LiI · 10LiBr · 80 (0.75Li 2 S · 0.25P 2 S 5 ) (mol%) in terms of mole, and this composition is designated as composition A.
次に、得られた硫化物ガラス0.5gを石英管中に真空封入し、185℃で熱処理を行った。室温から185℃まで1℃/分で昇温し、185℃に到達後に10時間保持した後、自然冷却をして、ガラスセラミックスである硫化物固体電解質を得た。 Next, 0.5 g of the obtained sulfide glass was vacuum-sealed in a quartz tube, and heat treatment was performed at 185 ° C. The temperature was raised from room temperature to 185 ° C. at 1 ° C./min. After reaching 185 ° C. and held for 10 hours, it was naturally cooled to obtain a sulfide solid electrolyte as glass ceramic.
(実施例1)
比較例1と同様にして得られた硫化物ガラス0.5gを石英管中に真空封入し、図1に示した熱処理プロファイルにしたがって、室温から1℃/分で昇温して、第1の温度の150℃で5時間保持して、次いで1℃/分で昇温して、第2の温度の185℃で5時間保持した後、自然冷却をして、ガラスセラミックスである硫化物固体電解質を得た。
Example 1
0.5 g of the sulfide glass obtained in the same manner as in Comparative Example 1 was vacuum-sealed in a quartz tube, and the temperature was raised from room temperature at 1 ° C./min according to the heat treatment profile shown in FIG. Hold at a temperature of 150 ° C. for 5 hours, then raise the temperature at 1 ° C./min, hold at a second temperature of 185 ° C. for 5 hours, and then naturally cool to provide a sulfide solid electrolyte that is a glass ceramic Got.
(実施例2)
第1の温度を170℃としたこと以外は、実施例1と同様の方法で、ガラスセラミックスである硫化物固体電解質を得た。
(Example 2)
A sulfide solid electrolyte, which is a glass ceramic, was obtained in the same manner as in Example 1 except that the first temperature was 170 ° C.
(実施例3)
第1の温度を175℃としたこと以外は、実施例1と同様の方法で、ガラスセラミックスである硫化物固体電解質を得た。
(Example 3)
A sulfide solid electrolyte, which is a glass ceramic, was obtained in the same manner as in Example 1 except that the first temperature was 175 ° C.
(比較例2)
Li2S(日本化学工業製)、P2S5(アルドリッチ製)、及びLiI(日宝化学製)を出発原料として、Li2Sを0.558g、P2S5を0.900g、及びLiIを0.542g秤量して用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、硫化物ガラスを得た。得られた硫化物ガラスの組成はモル表記で20LiI・80(0.75Li2S・0.25P2S5)(mol%)であり、この組成を組成Bとする。次いで、実施例1と同様の方法で、硫化物固体電解質を得た。
(Comparative Example 2)
Starting from Li 2 S (manufactured by Nippon Kagaku Kogyo), P 2 S 5 (manufactured by Aldrich), and LiI (manufactured by Niho Chemical), 0.52 g of Li 2 S, 0.900 g of P 2 S 5 , and A sulfide glass was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.542 g of LiI was weighed and used. The composition of the obtained sulfide glass is 20LiI · 80 (0.75Li 2 S · 0.25P 2 S 5 ) (mol%) in terms of mole, and this composition is designated as composition B. Next, a sulfide solid electrolyte was obtained in the same manner as in Example 1.
実施例1〜3及び比較例1〜2における熱処理の温度条件を表1に示す。 Table 1 shows the temperature conditions of the heat treatment in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2.
(DTA測定)
組成A及びBの硫化物ガラスについてDTA分析を行い、Tc1、Tcx、Tc2、及びTgの測定を行った。Tc1、Tcx、及びTc2は、ピークトップの温度とし、Tgは、Tc1の低温側のバックグラウンドと吸熱ピークの変曲点での接線との交点の温度とした。測定にはTG−DTA装置(Thermo plus EVO、リガク製)を用いた。アルミ製の試料皿を用い、参照試料としてα−Al2O3粉末を用いた。測定試料を23mg用い、Arガス雰囲気において室温から400℃まで10℃/分で昇温し、DTA分析を行った。硫化物ガラスのDTA分析結果を図2に、Tc1、Tcx、Tc2、及びTgの測定結果を表2に示す。
(DTA measurement)
DTA analysis was performed on the sulfide glasses of compositions A and B, and T c1 , T cx , T c2 , and T g were measured. T c1 , T cx , and T c2 were the peak top temperatures, and T g was the temperature at the intersection of the low temperature side background of T c1 and the tangent at the inflection point of the endothermic peak. For the measurement, a TG-DTA apparatus (Thermo plus EVO, manufactured by Rigaku) was used. An aluminum sample pan was used, and α-Al 2 O 3 powder was used as a reference sample. Using 23 mg of the measurement sample, the temperature was raised from room temperature to 400 ° C. at 10 ° C./min in an Ar gas atmosphere, and DTA analysis was performed. FIG. 2 shows the DTA analysis result of the sulfide glass, and Table 2 shows the measurement results of T c1 , T cx , T c2 , and T g .
表2及び図2に示すように、組成Aの硫化物ガラスのTgは165℃付近であり、Tc1は190℃付近であり、Tc2は273℃付近であり、TcxはTc2に重なり、みられなかった。組成Bでは、Tgはみられず、Tcxが244℃付近にみられた。 As shown in Table 2 and FIG. 2, T g of the sulfide glass of composition A is around 165 ° C., T c1 is around 190 ° C., T c2 is around 273 ° C., and T cx is T c2 . Overlapping and not seen. In composition B, T g was not observed, and T cx was observed at around 244 ° C.
(粉末X線回折測定)
組成A及びBの硫化物ガラスについて、リガク製の粉末X線回折(XRD)装置(RINT-UltimaIII)を用いて、粉末X線回折分析を行った。ドーム状の冶具中に試料を設置し、Arガスの不活性雰囲気で2θ=10°〜60°の範囲で測定した。スキャンスピードは5°/分、サンプリング幅は0.02°とした。図6に、2θ=10°〜45°の範囲の測定したX線回折プロファイルを示す。組成A及びBの硫化物ガラスのX線回折プロファイルには、明確な結晶ピークがみられず、全体が非晶質化されていることが確認された。
(Powder X-ray diffraction measurement)
Powder X-ray diffraction analysis was performed on the sulfide glasses having compositions A and B using a powder X-ray diffraction (XRD) apparatus (RINT-UltimaIII) manufactured by Rigaku. A sample was placed in a dome-shaped jig and measured in the range of 2θ = 10 ° to 60 ° in an inert atmosphere of Ar gas. The scan speed was 5 ° / min and the sampling width was 0.02 °. FIG. 6 shows a measured X-ray diffraction profile in the range of 2θ = 10 ° to 45 °. In the X-ray diffraction profiles of the sulfide glasses having the compositions A and B, no clear crystal peak was observed, and it was confirmed that the whole was amorphous.
実施例1〜3及び比較例1〜2で得られた硫化物固体電解質材料について、上記と同様の条件で粉末X線回折分析を行った。図4に、2θ=10°〜45°の範囲の測定したX線回折プロファイルを示す。測定したX線回折プロファイルから、2θ=20.2°のピークの半値幅を求めた。2θ=20.2°のピークの半値幅を表3に示す。 The sulfide solid electrolyte materials obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were subjected to powder X-ray diffraction analysis under the same conditions as described above. FIG. 4 shows a measured X-ray diffraction profile in the range of 2θ = 10 ° to 45 °. The half width of the peak at 2θ = 20.2 ° was determined from the measured X-ray diffraction profile. Table 3 shows the full width at half maximum of the peak at 2θ = 20.2 °.
表3及び図4に示すように、2段階の熱処理を行った実施例1〜3で得られた硫化物固体電解質は、2θ=20.2°のピークの半値幅が0.64以下であり、結晶性が高いことが分かった。 As shown in Table 3 and FIG. 4, in the sulfide solid electrolytes obtained in Examples 1 to 3 subjected to the two-stage heat treatment, the half width of the peak at 2θ = 20.2 ° is 0.64 or less. It was found that the crystallinity was high.
(Liイオン伝導度測定)
実施例1〜3及び比較例1〜2で得られた硫化物固体電解質材料について、Liイオン伝導度の測定を行った。まず、試料を4ton/cm2の圧力でコールドプレスすることで、φ11.29mm、厚さ約500μmのペレットを作製した。次に、ペレットを、Arガスで充填した不活性雰囲気の容器内に設置して測定を行った。測定には、東陽テクニカ社製のソーラトロン(SI1260)を用いた。また、恒温槽で測定温度を25℃に調整した。その結果を表4及び図3に示す。
(Li ion conductivity measurement)
About the sulfide solid electrolyte material obtained by Examples 1-3 and Comparative Examples 1-2, Li ion conductivity was measured. First, the sample was cold-pressed at a pressure of 4 ton / cm 2 to produce a pellet of φ11.29 mm and a thickness of about 500 μm. Next, the pellets were placed in an inert atmosphere container filled with Ar gas, and measurement was performed. For the measurement, Solartron (SI1260) manufactured by Toyo Corporation was used. Moreover, the measurement temperature was adjusted to 25 ° C. in a thermostatic bath. The results are shown in Table 4 and FIG.
表4及び図3に示すように、2段階の熱処理を行った実施例1〜3で得られた硫化物固体電解質は、高いLiイオン伝導度を示した。 As shown in Table 4 and FIG. 3, the sulfide solid electrolytes obtained in Examples 1 to 3 that were subjected to the two-stage heat treatment exhibited high Li ion conductivity.
100 全固体電池
1 正極活物質層
2 負極活物質層
3 固体電解質層
4 正極集電体
5 負極集電体
6 電池ケース
DESCRIPTION OF
Claims (4)
LiI、LiX(式中、XはCl、F、またはBrである)、Li2S、及びP2S5を含む原料組成物を非晶質化して硫化物ガラスを得ること、
前記硫化物ガラスの核生成温度まで昇温し、前記核生成温度で保持して、前記硫化物ガラスを熱処理すること、並びに
前記熱処理した硫化物ガラスを、前記硫化物ガラスの結晶成長温度で熱処理すること、
を含み、
前記核生成温度で熱処理することが、前記硫化物ガラスのガラス転移点Tg±20℃の範囲内の温度T 1 で保持することを含む、
製造方法。 LiI-LiX-Li 2 S- P 2 S 5 sulfide solid electrolyte (wherein, X is Cl, F or Br,) a process for the preparation of,
Amorphizing a raw material composition containing LiI, LiX (wherein X is Cl, F, or Br), Li 2 S, and P 2 S 5 to obtain a sulfide glass;
Heating to the nucleation temperature of the sulfide glass and holding at the nucleation temperature to heat-treat the sulfide glass; and heat-treating the heat-treated sulfide glass at the crystal growth temperature of the sulfide glass To do,
Only including,
Heat-treating at the nucleation temperature includes holding at a temperature T 1 within a range of the glass transition point Tg ± 20 ° C. of the sulfide glass ;
Production method.
前記結晶成長温度で熱処理することが、(Tc1−20℃)以上且つ(Tcx−40℃)以下の範囲内の温度T2で保持することを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。 In an X-ray diffraction measurement using CuKα rays, a high Li ion conducting phase having peaks at 2θ = 20.2 ° and 23.6 ° is c1, and peaks at 2θ = 21.0 ° and 28.0 °. In the differential thermal analysis, when the low Li ion conduction phase is cx, the temperature of the exothermic peak of c1 is T c1, and the temperature of the exothermic peak of cx is T cx ,
Subjected to heat treatment in the crystal growth temperature, including (T c1 -20 ℃) or higher and (T cx -40 ℃) be maintained at a temperature T 2 within the range, any one of the claims 1-3 The production method according to item.
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