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JP7777424B2 - Inorganic solid electrolyte dispersion and method for producing inorganic solid electrolyte dispersion - Google Patents
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JP7777424B2 - Inorganic solid electrolyte dispersion and method for producing inorganic solid electrolyte dispersion - Google Patents

Inorganic solid electrolyte dispersion and method for producing inorganic solid electrolyte dispersion

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JP7777424B2 JP2021179732A JP2021179732A JP7777424B2 JP 7777424 B2 JP7777424 B2 JP 7777424B2 JP 2021179732 A JP2021179732 A JP 2021179732A JP 2021179732 A JP2021179732 A JP 2021179732A JP 7777424 B2 JP7777424 B2 JP 7777424B2
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Description

本発明は、無機固体電解質分散体及び無機固体電解質分散体の製造方法に関する。 The present invention relates to an inorganic solid electrolyte dispersion and a method for producing an inorganic solid electrolyte dispersion.

従来、リチウムイオン電池等の電池(液体電解質材を用いた電池)は、正極材(Ni、Mn、Co、LiCoO等)と負極材(グラファイト等)をセパレータ(多孔質樹脂)で区切り、隙間に液状のバインダ(高分子材料)を介在させる構造になっている。これまで、正極材、負極材、セパレータ、バインダ自体の改良や、電池としてのパッケージ方法の改良等が鋭意研究されている。 Conventionally, batteries such as lithium-ion batteries (batteries using liquid electrolyte materials) have a structure in which a positive electrode material (Ni, Mn, Co, LiCoO2 , etc. ) and a negative electrode material (graphite, etc.) are separated by a separator (porous resin), with a liquid binder (polymer material) sandwiched between them. To date, extensive research has been conducted into improvements to the positive electrode material, negative electrode material, separator, and binder themselves, as well as improvements to the battery packaging method.

近年、そうした液体を前提とした液体電解質材に対して、液体のバインダ(電解質材)に代わり、無機固体電解質を用いることで、セパレータが不要で、電気を発生させるために正極材と負極材を往来する電荷の移動の自由度を高め、電流の出力効率を向上させる取り組みがなされている。正極材、負極材、無機固体電解質を用いた電池は、すべて固体で構成されることから全固体電池と言われる。全固体電池に用いられる無機固体電解質としては、酸化物系固体電解質と硫化物系固体電解質が検討されている。 In recent years, efforts have been made to use inorganic solid electrolytes instead of liquid binders (electrolyte materials) in liquid electrolyte materials, which require a liquid. This eliminates the need for separators, increases the degree of freedom for charge movement between the positive and negative electrode materials to generate electricity, and improves current output efficiency. Batteries that use positive and negative electrode materials and inorganic solid electrolytes are called all-solid-state batteries because they are all composed of solids. Oxide-based solid electrolytes and sulfide-based solid electrolytes are being considered as inorganic solid electrolytes for use in all-solid-state batteries.

例えば、特許文献1においては、無機固体電解質と酸変性セルロースナノファイバーとを組合せた固体電解質組成物が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a solid electrolyte composition that combines an inorganic solid electrolyte with acid-modified cellulose nanofibers.

特許第6714172号公報Patent No. 6714172

特許文献1のように固体電解質材料に種々の改良、改善を行い、電池特性の向上を目指す検討が多い中、全固体電池を製造する際の生産性を高めるための固体電解質材料についての検討はまだ多くはなされていない。 While there has been much research into improving battery characteristics by making various modifications and improvements to solid electrolyte materials, as in Patent Document 1, there has not yet been much research into solid electrolyte materials that can increase productivity when manufacturing all-solid-state batteries.

例えば、電池特性の向上が期待される固体電解質材料であっても、これを電極材料等に塗布ための塗布液(無機固体電解質分散体)中で固体電解質材料の分散性が均一でなかったり、塗布液作製直後から塗布するまでの一定時間の保管で分散性が低下したりすると、全固体電池を製造する際の生産性を下げてしまうことがある。 For example, even if a solid electrolyte material is expected to improve battery characteristics, if the solid electrolyte material is not uniformly dispersed in the coating liquid (inorganic solid electrolyte dispersion) used to apply it to electrode materials, etc., or if the dispersibility deteriorates during storage for a certain period of time between immediately after preparation of the coating liquid and application, this can reduce productivity when manufacturing all-solid-state batteries.

そこで、本発明では、無機固体電解質分散体中の無機固体電解質が均一分散性を有し、かつ、長期分散保持性をも有する無機固体電解質分散体及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide an inorganic solid electrolyte dispersion in which the inorganic solid electrolyte is uniformly dispersed and can maintain its dispersion for a long period of time, as well as a method for producing the same.

上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明者らは下記本発明に想到し当該課題を解決できることを見出した。すなわち、本発明は下記のとおりである。 As a result of extensive research to solve the above problems, the inventors have come up with the following invention and found that it is possible to solve the above problems. Specifically, the present invention is as follows:

[1] 全固体電池の固体電解質に用いられる無機固体電解質粉末が溶媒中に分散してなる無機固体電解質分散体であって、レーザ回折式粒度分布測定法により測定される体積基準の粒度分布から得られる前記無機固体電解質粉末のメジアン径(D50)が6.5μm以下であり、前記メジアン径(D50)を基準としたときの標準偏差(σ50)が3.5μm以下である、無機固体電解質分散体。
[2] 前記無機固体電解質分散体のうち、ジルコニアの含有量が23質量%以下である[1]に記載の無機固体電解質分散体。
[3] 湿式微粒化装置を用いて、[1]又は[2]に記載の無機固体電解質分散体を製造する無機固体電解質分散体の製造方法。
[4] 前記湿式微粒化装置のチャンバー及びノズルがセラミック製である[3]に記載の無機固体電解質分散体の製造方法。
[1] An inorganic solid electrolyte dispersion obtained by dispersing an inorganic solid electrolyte powder used for a solid electrolyte of an all-solid-state battery in a solvent, wherein the inorganic solid electrolyte powder has a median diameter (D50) of 6.5 μm or less, as obtained from a volume-based particle size distribution measured by a laser diffraction particle size distribution measurement method, and a standard deviation (σ50) based on the median diameter (D50) of 3.5 μm or less.
[2] The inorganic solid electrolyte dispersion according to [1], wherein the content of zirconia in the inorganic solid electrolyte dispersion is 23 mass % or less.
[3] A method for producing an inorganic solid electrolyte dispersion, comprising producing the inorganic solid electrolyte dispersion according to [1] or [2] using a wet atomization device.
[4] The method for producing an inorganic solid electrolyte dispersion according to [3], wherein the chamber and nozzle of the wet atomization device are made of ceramic.

本発明によれば、無機固体電解質分散体中の無機固体電解質が均一分散性を有し、かつ、長期分散保持性をも有する無機固体電解質分散体及びその製造方法を提供することができる。 The present invention provides an inorganic solid electrolyte dispersion in which the inorganic solid electrolyte is uniformly dispersed and retains its dispersion for a long period of time, as well as a method for producing the same.

本実施形態の湿式微粒化装置の概略構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a wet atomization device according to the present embodiment. 電子顕微鏡写真であり、(a)は未処理の無機固体電解質分散体(酸化物系)の電子顕微鏡写真であり、(b)は微粒化装置で50パス処理した無機固体電解質分散体(酸化物系)の電子顕微鏡写真である。1A and 1B are electron microscope photographs, in which (a) is an electron microscope photograph of an untreated inorganic solid electrolyte dispersion (oxide-based), and (b) is an electron microscope photograph of an inorganic solid electrolyte dispersion (oxide-based) that has been treated with a microparticle treatment device for 50 passes. 沈殿状況を示す写真であり、(a)は未処理の無機固体電解質分散体(酸化物系)の沈殿状況を示す写真であり、(b)は微粒化装置で20パス処理し、48時間経過後の無機固体電解質分散体(酸化物系)の写真である。Photographs showing the state of precipitation, where (a) is a photograph showing the state of precipitation in an untreated inorganic solid electrolyte dispersion (oxide-based), and (b) is a photograph of an inorganic solid electrolyte dispersion (oxide-based) after 20 passes through a microparticle processing device and 48 hours have passed. 電子顕微鏡写真であり、(a)は未処理の無機固体電解質分散体(硫化物系)の電子顕微鏡写真であり、(b)は微粒化装置で20パス処理した場合の無機固体電解質分散体(硫化物系)の電子顕微鏡写真である。1A and 1B are electron microscope photographs of an untreated inorganic solid electrolyte dispersion (sulfide-based), and FIG. 1B is an electron microscope photograph of an inorganic solid electrolyte dispersion (sulfide-based) after 20 passes through a microparticle processing device.

以下、本発明を実施するための形態(本実施形態)を説明する。 The following describes an embodiment of the present invention.

[無機固体電解質分散体]
本実施形態に係る無機固体電解質分散体は、全固体電池の固体電解質材に用いられる無機固体電解質粉末が溶媒中に分散してなる。
[Inorganic solid electrolyte dispersion]
The inorganic solid electrolyte dispersion according to this embodiment is prepared by dispersing an inorganic solid electrolyte powder used as a solid electrolyte material for an all-solid-state battery in a solvent.

(無機固体電解質粉末)
本実施形態に係る無機固体電解質粉末における無機固体電解質とは、無機の固体電解質のことであり、固体電解質とは、その内部においてイオンを移動させることができる固体状の電解質をいう。主たるイオン伝導性材料として有機物を含むものではないため、有機固体電解質(ポリエチレンオキシド(PEO)等に代表される高分子電解質、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)などに代表される有機電解質塩)とは明確に区別される。また、無機固体電解質は定常状態では固体であるため、通常カチオン及びアニオンに解離又は遊離していない。この点で、電解液、又は、ポリマー中でカチオン及びアニオンが解離若しくは遊離している無機電解質塩(LiPF、LiBF、LiFSI、LiCl等)とも明確に区別される。無機固体電解質は周期表第一族若しくは第二族に属する金属のイオンの伝導性を有するものであれば特に限定されず電子伝導性を有さないものが一般的である。
(Inorganic solid electrolyte powder)
The inorganic solid electrolyte in the inorganic solid electrolyte powder according to this embodiment refers to an inorganic solid electrolyte, and a solid electrolyte refers to a solid electrolyte capable of transferring ions therein. Because it does not contain an organic substance as the main ion-conducting material, it is clearly distinguished from organic solid electrolytes (polymer electrolytes such as polyethylene oxide (PEO) and organic electrolyte salts such as lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI)). Furthermore, because inorganic solid electrolytes are solid in a steady state, they are typically not dissociated or liberated into cations and anions. In this respect, they are also clearly distinguished from electrolytic solutions or inorganic electrolyte salts in which cations and anions are dissociated or liberated in a polymer (LiPF 6 , LiBF 4 , LiFSI, LiCl, etc.). The inorganic solid electrolyte is not particularly limited as long as it has ionic conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table, but generally does not have electronic conductivity.

無機固体電解質粉末は、レーザ回折式粒度分布測定法により測定される体積基準の粒度分布から得られるメジアン径(D50)が6.5μm以下であり、5μm以下であることが好ましく、3.5μm以下μmであることがより好ましく、2.5μm以下μmであることがさらに好ましく、なかでも、2μm以下であることが好ましく、1μm以下であることがより好ましい。また、実際的には、当該メジアン径(D50)は0.1μm以上となる。 The inorganic solid electrolyte powder has a median diameter (D50) obtained from the volume-based particle size distribution measured by a laser diffraction particle size distribution measurement method of 6.5 μm or less, preferably 5 μm or less, more preferably 3.5 μm or less, and even more preferably 2.5 μm or less, and preferably 2 μm or less, and more preferably 1 μm or less. Furthermore, in practice, the median diameter (D50) is 0.1 μm or more.

また、上記メジアン径(D50)を基準としたときの標準偏差(σ50)は3.5μm以下であり、2μm以下であることが好ましく、下限は実際的には0.1μm程度である。
標準偏差(σ50)が3.5μmを超えると、均一分散性が得られ難くなったり、長期分散保持性が低下しやすくなったりすることがある。
Furthermore, the standard deviation (σ50) based on the median diameter (D50) is 3.5 μm or less, preferably 2 μm or less, with the lower limit being practically about 0.1 μm.
If the standard deviation (σ50) exceeds 3.5 μm, it may become difficult to obtain uniform dispersion, and the long-term dispersion retention may be easily reduced.

無機固体電解質は、(i)酸化物系無機固体電解質と、(ii)硫化物系無機固体電解質とが代表例として挙げられ、高いイオン伝導度と粒子間界面接合の容易さの点では、硫化物系無機固体電解質が好ましい。また、低コストの点では、酸化物系固体電解質が好ましい。本実施形態に係る全固体電池が全固体リチウムイオン二次電池である場合、無機固体電解質はリチウムイオンのイオン伝導度を有することが好ましい。 Typical examples of inorganic solid electrolytes include (i) oxide-based inorganic solid electrolytes and (ii) sulfide-based inorganic solid electrolytes. Sulfide-based inorganic solid electrolytes are preferred in terms of high ionic conductivity and ease of interparticle interface bonding. Oxide-based solid electrolytes are also preferred in terms of low cost. When the all-solid-state battery according to this embodiment is an all-solid-state lithium-ion secondary battery, the inorganic solid electrolyte preferably has the ionic conductivity of lithium ions.

(i)酸化物系無機固体電解質
酸化物系無機固体電解質は、酸素原子(O)を含有し、かつ、周期表第一族若しくは第二族に属する金属のイオン伝導性を有し、かつ、電子絶縁性を有する化合物が好ましい。酸化物系無機固体電解質は、イオン伝導度として、1×10-6S/cm以上であることが好ましく、5×10-6S/cm以上であることがより好ましく、1×10-5S/cm以上であることが特に好ましい。上限は特に制限されないが、1×10-1S/cm以下であることが実際的である。
(i) Oxide-based inorganic solid electrolyte The oxide-based inorganic solid electrolyte is preferably a compound that contains oxygen atoms (O), has the ionic conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table, and has electronic insulation. The oxide-based inorganic solid electrolyte preferably has an ionic conductivity of 1×10 −6 S/cm or more, more preferably 5×10 −6 S/cm or more, and particularly preferably 1×10 −5 S/cm or more. There is no particular upper limit, but a practical value is 1×10 −1 S/cm or less.

具体的な化合物例としては、例えばLixaLayaTiO〔xa=0.3~0.7、ya=0.3~0.7〕(LLT)、LixbLaybZrzbMbbmbnb(MbbはAl、Mg、Ca、Sr、V、Nb、Ta、Ti、Ge、In、Snの少なくとも1種以上の元素でありxbは5≦xb≦10を満たし、ybは1≦yb≦4を満たし、zbは1≦zb≦4を満たし、mbは0≦mb≦2を満たし、nbは5≦nb≦20を満たす。)、LixcycMcczcnc(MccはC、S、Al、Si、Ga、Ge、In、Snの少なくとも1種以上の元素でありxcは0<xc≦5を満たし、ycは0<yc≦1を満たし、zcは0<zc≦1を満たし、ncは0<nc≦6を満たす。)、Lixd(Al,Ga)yd(Ti,Ge)zdSiadmdnd(ただし、1≦xd≦3、0≦yd≦1、0≦zd≦2、0≦ad≦1、1≦md≦7、3≦nd≦13)、Li(3-2xe)MeexeDeeO(xeは0以上0.1以下の数を表し、Meeは2価の金属原子を表す。Deeはハロゲン原子又は2種以上のハロゲン原子の組み合わせを表す。)、LixfSiyfzf(1≦xf≦5、0<yf≦3、1≦zf≦10)、Lixgygzg(1≦xg≦3、0<yg≦2、1≦zg≦10)、LiBO-LiSO、LiO-B-P、LiO-SiO、LiBaLaTa12、LiPO(4-3/2w)(wはw<1)、LISICON(Lithiumsuperionicconductor)型結晶構造を有するLi3.5Zn0.25GeO、ペロブスカイト型結晶構造を有するLa0.55Li0.35TiO、NASICON(Natriumsuperionicconductor)型結晶構造を有するLiTi12、Li1+xh+yh(Al,Ga)xh(Ti,Ge)2-xhSiyh3-yh12(ただし、0≦xh≦1、0≦yh≦1)、ガーネット型結晶構造を有するLiLaZr12(LLZ)、Li6.25LaZrAl0.2512(LLZO)等が挙げられる。またLi、P及びOを含むリン化合物も望ましい。例えばリン酸リチウム(LiPO)、リン酸リチウムの酸素の一部を窒素で置換したLiPON、LiPOD1(D1は、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ru、Ag、Ta、W、Pt、Au等から選ばれた少なくとも1種)等が挙げられる。また、LiA1ON(A1は、Si、B、Ge、Al、C、Ga等から選ばれた少なくとも1種)等も好ましく用いることができる。 Specific examples of the compound include Li xa La ya TiO 3 [xa=0.3 to 0.7, ya=0.3 to 0.7] (LLT), Li xb La yb Zr zb Mbb mb O nb (Mbb is at least one element selected from Al, Mg, Ca, Sr, V, Nb, Ta, Ti, Ge, In, and Sn, xb satisfies 5≦xb≦10, yb satisfies 1≦yb≦4, zb satisfies 1≦zb≦4, mb satisfies 0≦mb≦2, and nb satisfies 5≦nb≦20), and Li xc B yc Mcc zc O nc (Mcc is at least one element selected from C, S, Al, Si, Ga, Ge, In, and Sn, xc satisfies 0<xc≦5, yc satisfies 0<yc≦1, zc satisfies 0<zc≦1, and nc satisfies 0<nc≦6.), Li xd (Al,Ga) yd (Ti,Ge) zd Si ad P md O nd (wherein 1≦xd≦3, 0≦yd≦1, 0≦zd≦2, 0≦ad≦1, 1≦md≦7, 3≦nd≦13), Li (3-2xe) Mee xe DeeO (xe is a number of 0 or more and 0.1 or less, Mee is a divalent metal atom, and Dee is a halogen atom or a combination of two or more halogen atoms.), Li xf Si yf O zf (1≦xf≦5, 0<yf≦3, 1≦zf≦10), Li xg S yg O zg (1≦xg≦3, 0<yg≦2, 1≦zg≦10), Li 3 BO 3 -Li 2 SO 4 , Li 2 O-B 2 O 3 -P 2 O 5 , Li 2 O-SiO 2 , Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12 , Li 3 PO (4-3/2w) N w (w is w<1), Li 3.5 Zn 0.25 GeO 4 having a LISICON (lithium superionic conductor) type crystal structure, La 0.55 Li having a perovskite type crystal structure 0.35TiO 3 , LiTi 2 P 3 O 12 and Li 1+xh+yh (Al,Ga) xh (Ti,Ge) 2-xh Si yh P 3-yh O 12 (where 0≦xh≦1, 0≦yh≦1) having a NASICON (sodium superionic conductor) type crystal structure, Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZ) and Li 6.25 La 3 Zr 2 Al 0.25 O 12 (LLZO) having a garnet type crystal structure, etc. Phosphorus compounds containing Li, P, and O are also desirable. Examples include lithium phosphate ( Li3PO4 ), LiPON in which some of the oxygen in lithium phosphate is substituted with nitrogen, LiPOD1 (D1 is at least one selected from Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, Ag, Ta, W, Pt, Au, etc.), etc. Also preferably used is LiAlON (A1 is at least one selected from Si, B, Ge, Al, C, Ga, etc.).

(ii)硫化物系無機固体電解質
硫化物系無機固体電解質は、硫黄原子(S)を含有し、かつ、周期表第一族若しくは第二族に属する金属のイオン伝導性を有し、かつ、電子絶縁性を有する化合物が好ましい。硫化物系無機固体電解質は、元素として少なくともLi、S及びPを含有し、リチウムイオン伝導性を有しているものが好ましいが、目的又は場合に応じて、Li、S及びP以外の他の元素を含んでもよい。
(ii) Sulfide-Based Inorganic Solid Electrolyte The sulfide-based inorganic solid electrolyte is preferably a compound that contains a sulfur atom (S), has the ionic conductivity of a metal belonging to Group 1 or 2 of the periodic table, and has electronic insulation. The sulfide-based inorganic solid electrolyte preferably contains at least Li, S, and P as elements and has lithium ion conductivity, but may contain elements other than Li, S, and P depending on the purpose or case.

硫化物系無機固体電解質としては、例えば、下記式(1)で示される組成を満たすリチウムイオン伝導性硫化物系無機固体電解質が挙げられる。 An example of a sulfide-based inorganic solid electrolyte is a lithium ion conductive sulfide-based inorganic solid electrolyte that satisfies the composition shown in formula (1) below.

a1b1c1d1e1・・・式(1)
式中、LはLi、Na及びKから選択される元素を示し、Liが好ましい。Mは、B、Zn、Sn、Si、Cu、Ga、Sb、Al及びGeから選択される元素を示す。Aは、I、Br、Cl及びFから選択される元素を示す。a1~e1は各元素の組成比を示し、a1:b1:c1:d1:e1は1~12:0~5:1:2~12:0~10を満たす。a1は1~9が好ましく、1.5~7.5がより好ましい。b1は0~3が好ましく、0~1がより好ましい。d1は2.5~10が好ましく、3.0~8.5がより好ましい。e1は0~5が好ましく、0~3がより好ましい。
L a1 M b1 P c1 S d1 A e1 ...Formula (1)
In the formula, L represents an element selected from Li, Na, and K, and Li is preferred. M represents an element selected from B, Zn, Sn, Si, Cu, Ga, Sb, Al, and Ge. A represents an element selected from I, Br, Cl, and F. a1 to e1 represent the composition ratio of each element, and a1:b1:c1:d1:e1 satisfies the ratio of 1-12:0-5:1:2-12:0-10. a1 is preferably 1-9, and more preferably 1.5-7.5. b1 is preferably 0-3, and more preferably 0-1. d1 is preferably 2.5-10, and more preferably 3.0-8.5. e1 is preferably 0-5, and more preferably 0-3.

各元素の組成比は、下記のように、硫化物系無機固体電解質を製造する際の原料化合物の配合比を調整することにより制御できる。 The composition ratio of each element can be controlled by adjusting the compounding ratio of the raw material compounds when producing the sulfide-based inorganic solid electrolyte, as shown below.

硫化物系無機固体電解質は、非結晶(ガラス)であっても結晶化(ガラスセラミックス化)していてもよく、一部のみが結晶化していてもよい。例えば、Li、P及びSを含有するLi-P-S系ガラス、又はLi、P及びSを含有するLi-P-S系ガラスセラミックスを用いることができる。
硫化物系無機固体電解質は、例えば硫化リチウム(LiS)、硫化リン(例えば五硫化二燐(P))、単体燐、単体硫黄、硫化ナトリウム、硫化水素、ハロゲン化リチウム(例えばLiI、LiBr、LiCl)及び上記Mであらわされる元素の硫化物(例えばSiS、SnS、GeS)の中の少なくとも2つ以上の原料の反応により製造することができる。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte may be amorphous (glass) or crystallized (glass-ceramic), or may be only partially crystallized. For example, a Li-P-S-based glass containing Li, P, and S, or a Li-P-S-based glass-ceramic containing Li, P, and S can be used.
The sulfide-based inorganic solid electrolyte can be produced by reacting at least two or more raw materials selected from the group consisting of lithium sulfide (Li 2 S), phosphorus sulfide (e.g., diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 )), elemental phosphorus, elemental sulfur, sodium sulfide, hydrogen sulfide, lithium halides (e.g., LiI, LiBr, LiCl), and sulfides of the elements represented by M above (e.g., SiS 2 , SnS, GeS 2 ).

Li-P-S系ガラス及びLi-P-S系ガラスセラミックスにおける、LiSとPとの比率は、LiS:Pのモル比で、好ましくは60:40~90:10、より好ましくは68:32~78:22である。LiSとPとの比率をこの範囲にすることにより、リチウムイオン伝導度を高いものとすることができる。具体的には、リチウムイオン伝導度を好ましくは1×10-4S/cm以上、より好ましくは1×10-3S/cm以上とすることができる。上限は特にないが、1×10-1S/cm以下であることが実際的である。 In the Li-P-S-based glass and Li-P-S-based glass ceramics, the ratio of Li 2 S to P 2 S 5 , in terms of the molar ratio of Li 2 S:P 2 S 5 , is preferably 60:40 to 90:10, more preferably 68:32 to 78:22. By setting the ratio of Li 2 S to P 2 S 5 within this range, it is possible to increase the lithium ion conductivity. Specifically, it is possible to preferably achieve a lithium ion conductivity of 1×10 −4 S/cm or more, more preferably 1×10 −3 S/cm or more. There is no particular upper limit, but a practical upper limit is 1×10 −1 S/cm or less.

具体的な硫化物系無機固体電解質の例として、原料の組み合わせ例を下記に示す。例えば、LiS-P、LiS-P-LiCl、LiS-P-HS、LiS-P-HS-LiCl、LiS-LiI-P、LiS-LiI-LiO-P、LiS-LiBr-P、LiS-LiO-P、LiS-LiPO-P、LiS-P-P、LiS-P-SiS、LiS-P-SiS-LiCl、LiS-P-SnS、LiS-P-Al、LiS-GeS、LiS-GeS-ZnS、LiS-Ga、LiS-GeS-Ga、LiS-GeS-P、LiS-GeS-Sb、LiS-GeS-Al、LiS-SiS、LiS-Al、LiS-SiS-Al、LiS-SiS-P、LiS-SiS-P-LiI、LiS-SiS-LiI、LiS-SiS-LiSiO、LiS-SiS-LiPO、Li10GeP12、Li10SnP12などが挙げられる。ただし、各原料の混合比は問わない。このような原料組成物を用いて硫化物系無機固体電解質料を合成する方法としては、例えば非晶質化法を挙げることができる。非晶質化法としては、例えば、メカニカルミリング法、溶液法及び溶融急冷法を挙げられる。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。 As specific examples of sulfide-based inorganic solid electrolytes, examples of combinations of raw materials are shown below. For example, Li 2 S-P 2 S 5 , Li 2 S-P 2 S 5 -LiCl, Li 2 S-P 2 S 5 -H 2 S, Li 2 S-P 2 S 5 -H 2 S-LiCl, Li 2 S-LiI-P 2 S 5 , Li 2 S-LiI-Li 2 O-P 2 S 5 , Li 2 S-LiBr-P 2 S 5 , Li 2 S-Li 2 OP 2 S 5 , Li 2 S-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , Li 2 S-P 2 S 5 -P 2 O 5 , Li 2 SP 2 S 5 -SiS 2 , Li 2 S-P 2 S 5 -SiS 2 -LiCl, Li 2 S-P 2 S 5 -SnS, Li 2 S-P 2 S 5 -Al 2 S 3 , Li 2 S-GeS 2 , Li 2 S-GeS 2 -ZnS , Li2S - Ga2S3 , Li2S - GeS2 - Ga2S3 , Li2S - GeS2 - P2S5 , Li2S - GeS2 - Sb2S5 , Li2S - GeS2 - Al2S3 , Li 2 S-SiS 2 , Li 2 S-Al 2 Examples of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material include Li2S -SiS2- Al2S3 , Li2S - SiS2 - P2S5 , Li2S- SiS2 -P2S5- LiI , Li2S -SiS2 - LiI , Li2S - SiS2 - Li4SiO4 , Li2S - SiS2 - Li3PO4 , Li10GeP2S12 , and Li10SnP2S12 . However, the mixing ratio of each raw material is not important. Examples of methods for synthesizing a sulfide -based inorganic solid electrolyte material using such a raw material composition include an amorphization method. Examples of amorphization methods include mechanical milling, solution processing, and melt quenching. This is because processing can be carried out at room temperature, and the manufacturing process can be simplified.

(溶媒)
無機固体電解質材分散体における無機固体電解質粉末は溶媒中に分散してなる。当該溶媒は、非水分散媒を含有することが好ましい。無機固体電解質材分散体が非水分散媒を含有すると、無機固体電解質粒子の分解、劣化を防止できたり、粒子の表面酸化を抑えたりすることができる。また、無機固体電解質粒子とともにバイオマスナノファイバーを混合する際に、これらが均一に混合されやすくなる。
(solvent)
In the inorganic solid electrolyte material dispersion, the inorganic solid electrolyte powder is dispersed in a solvent. The solvent preferably contains a non-aqueous dispersion medium. When the inorganic solid electrolyte material dispersion contains a non-aqueous dispersion medium, decomposition and deterioration of the inorganic solid electrolyte particles can be prevented, and surface oxidation of the particles can be suppressed. Furthermore, when biomass nanofibers are mixed with the inorganic solid electrolyte particles, they are more likely to be mixed uniformly.

本実施形態において、無機固体電解質材分散体のおける溶媒が非水分散媒を含有するとは、当該溶媒が非水分散媒のみを含有する(水分散媒を含有しない)形態に加えて、水分散媒を含有する形態を包含する。ただし、水分散媒を含有する形態において、溶媒中の含水量は50ppmを越えることはない。 In this embodiment, when the solvent in the inorganic solid electrolyte material dispersion contains a non-aqueous dispersion medium, this includes not only a form in which the solvent contains only a non-aqueous dispersion medium (no aqueous dispersion medium), but also a form in which the solvent contains an aqueous dispersion medium. However, when the solvent contains an aqueous dispersion medium, the water content in the solvent does not exceed 50 ppm.

非水分散媒とは、通常、水以外の非水分散媒をいい、溶媒中の含水量は50ppm以下であれば水を含有した非水分散媒(水と非水分散媒との混合分散物)を包含する意味である。 A non-aqueous dispersion medium usually refers to a non-aqueous dispersion medium other than water, and includes non-aqueous dispersion mediums containing water (mixed dispersions of water and non-aqueous dispersion mediums) as long as the water content in the solvent is 50 ppm or less.

このような非水分散媒としては、無機固体電解質材分散体に含まれる各成分を分散させるものであればよく、例えば、各種の有機溶媒が挙げられる。非水分散媒として使用できる有機溶媒としては、アルコール化合物溶媒、エーテル化合物溶媒、アミド化合物溶媒、アミノ化合物溶媒、ケトン化合物溶媒、芳香族化合物溶媒、脂肪族化合物溶媒、ニトリル化合物溶媒、エステル化合物溶媒等が挙げられる。中でも、アミド化合物溶媒、炭化水素化合物溶媒(芳香族化合物溶媒及び脂肪族化合物溶媒)、エーテル化合物溶媒、ケトン化合物溶媒、エステル化合物溶媒が好ましい。 Such a non-aqueous dispersion medium may be any medium capable of dispersing the components contained in the inorganic solid electrolyte material dispersion, and examples thereof include various organic solvents. Organic solvents that can be used as non-aqueous dispersion media include alcohol compound solvents, ether compound solvents, amide compound solvents, amino compound solvents, ketone compound solvents, aromatic compound solvents, aliphatic compound solvents, nitrile compound solvents, and ester compound solvents. Among these, amide compound solvents, hydrocarbon compound solvents (aromatic compound solvents and aliphatic compound solvents), ether compound solvents, ketone compound solvents, and ester compound solvents are preferred.

アルコール化合物溶媒としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、1-プロピルアルコール、2-プロピルアルコール、2-ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,6-ヘキサンジオール、シクロヘキサンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオールが挙げられる。 Examples of alcohol compound solvents include methyl alcohol, ethyl alcohol, 1-propyl alcohol, 2-propyl alcohol, 2-butanol, ethylene glycol, propylene glycol, 1,6-hexanediol, cyclohexanediol, 1,3-butanediol, and 1,4-butanediol.

エーテル化合物溶媒としては、アルキレングリコール(トリエチレングリコール等)、アルキレングリコールモノアルキルエーテル(エチレングリコールモノメチルエーテル等)、アルキレングリコールジアルキルエーテル(エチレングリコールジメチルエーテル等)、ジアルキルエーテル(ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル等)、環状エーテル(テトラヒドロフラン、ジオキサン(1,2-、1,3-及び1,4-の各異性体を含む)等)が挙げられる。 Examples of ether compound solvents include alkylene glycols (such as triethylene glycol), alkylene glycol monoalkyl ethers (such as ethylene glycol monomethyl ether), alkylene glycol dialkyl ethers (such as ethylene glycol dimethyl ether), dialkyl ethers (such as diisopropyl ether and dibutyl ether), and cyclic ethers (such as tetrahydrofuran and dioxane (including the 1,2-, 1,3-, and 1,4-isomers)).

アミド化合物溶媒としては、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、2-ピロリジノン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、2-ピロリジノン、ε-カプロラクタム、ホルムアミド、N-メチルホルムアミド、アセトアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルプロパンアミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミドなどが挙げられる。 Examples of amide compound solvents include N,N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, 2-pyrrolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 2-pyrrolidinone, ε-caprolactam, formamide, N-methylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpropanamide, and hexamethylphosphoric triamide.

アミノ化合物溶媒としては、例えば、トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、トリブチルアミンなどが挙げられる。
ケトン化合物溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、ジプロピルケトン、ジブチルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、イソブチルプロピルケトン、sec-ブチルプロピルケトン、ペンチルプロピルケトン、ブチルプロピルケトンなどが挙げられる。
Examples of the amino compound solvent include triethylamine, diisopropylethylamine, and tributylamine.
Examples of ketone compound solvents include acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, cycloheptanone, dipropyl ketone, dibutyl ketone, diisopropyl ketone, diisobutyl ketone, isobutyl propyl ketone, sec-butyl propyl ketone, pentyl propyl ketone, and butyl propyl ketone.

芳香族化合物溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレンなどが挙げられる。
脂肪族化合物溶媒としては、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、シクロヘキサン、シクロオクタン、パラフィン、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油などが挙げられる。
ニトリル化合物溶媒としては、例えば、アセトニトリル、プロピロニトリル、イソブチロニトリルなどが挙げられる。
エステル化合物溶媒としては、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酪酸プロピル、酪酸イソプロピル、酪酸ブチル、酪酸イソブチル、ペンタン酸ブチル、イソ酪酸エチル、イソ酪酸プロピル、イソ酪酸イソプロピル、イソ酪酸イソブチル、ピバル酸プロピル、ピバル酸イソプロピル、ピバル酸ブチル、ピバル酸イソブチルなどが挙げられる。
Examples of aromatic compound solvents include benzene, toluene, and xylene.
Examples of the aliphatic compound solvent include hexane, heptane, octane, decane, cyclohexane, cyclooctane, paraffin, gasoline, naphtha, kerosene, and diesel.
Examples of nitrile compound solvents include acetonitrile, propylonitrile, and isobutyronitrile.
Examples of ester compound solvents include ethyl acetate, butyl acetate, propyl acetate, propyl butyrate, isopropyl butyrate, butyl butyrate, isobutyl butyrate, butyl pentanoate, ethyl isobutyrate, propyl isobutyrate, isopropyl isobutyrate, isobutyl isobutyrate, propyl pivalate, isopropyl pivalate, butyl pivalate, and isobutyl pivalate.

溶媒に含有される非水分散媒は、1種であっても、2種以上であってもよく、2種以上であることが好ましい。
溶媒が2種以上の非水分散媒を含有する場合、炭化水素化合物溶媒、エーテル化合物溶媒、ケトン化合物溶媒及びエステル化合物溶媒からなる群から選択される2種以上の非水分散媒の組み合わせが好ましい。
The non-aqueous dispersion medium contained in the solvent may be one type or two or more types, and preferably two or more types.
When the solvent contains two or more non-aqueous dispersion media, a combination of two or more non-aqueous dispersion media selected from the group consisting of hydrocarbon compound solvents, ether compound solvents, ketone compound solvents and ester compound solvents is preferred.

無機固体電解質材分散体中の無機固体電解質粉末の含有量は、生産性を考慮すると、1~20質量%であることが好ましく、1~15質量%がより好ましく、1~10質量%がさらに好ましい。 Taking productivity into consideration, the content of inorganic solid electrolyte powder in the inorganic solid electrolyte material dispersion is preferably 1 to 20 mass%, more preferably 1 to 15 mass%, and even more preferably 1 to 10 mass%.

また、無機固体電解質材分散体には、バイオマスナノファイバーを添加することもできる。バイオマスナノファイバーとしては、セルロースナノファイバー、キチンナノファイバー、キトサンナノファイバー、シルクナノファイバー等である。バイオマスナノファイバーの平均繊維径は、10~100nmであることが好ましく、10~40nmであることがより好ましく、10~25nmであることがさらに好ましい。バイオマスナノファイバーの平均長さは、0.5~100μmであることが好ましく、1~30μmであることがより好ましい。 Biomass nanofibers can also be added to the inorganic solid electrolyte material dispersion. Examples of biomass nanofibers include cellulose nanofibers, chitin nanofibers, chitosan nanofibers, and silk nanofibers. The average fiber diameter of the biomass nanofibers is preferably 10 to 100 nm, more preferably 10 to 40 nm, and even more preferably 10 to 25 nm. The average length of the biomass nanofibers is preferably 0.5 to 100 μm, and more preferably 1 to 30 μm.

[無機固体電解質分散体の製造方法]
本実施形態に係る無機固体電解質分散体の製造方法は、湿式微粒化装置を用いて、既述の本発明の無機固体電解質水分散体を製造する方法である。
[Method of producing inorganic solid electrolyte dispersion]
The method for producing an inorganic solid electrolyte dispersion according to this embodiment is a method for producing the above-described inorganic solid electrolyte aqueous dispersion of the present invention using a wet atomization apparatus.

(湿式微粒化装置)
図1は、本実施形態にて使用される湿式微粒化装置の概略構成を示す模式図である。
当該湿式微粒化装置1は、図1に示すように、原料タンク2と、給液ポンプ3と、増圧機4と、高圧フィルタ5と、チャンバー6と、熱交換器7とを有する。原料タンク2は、スラリー状の無機固体電解質粉末を貯留する。給液ポンプ3は、原料タンク2の無機固体電解質粉末を増圧機4に供給する。増圧機4は、給液ポンプ3から供給された無機固体電解質粉末を加圧する。高圧フィルタ5は、加圧された無機固体電解質粉末の粗大粒子をフィルタ処理する。チャンバー6は、無機固体電解質粉末をノズル(不図示)から噴射圧力100~245MPa、噴射速度440~700m/sで高圧噴射することで、微粒化処理を行う。
(Wet type atomization device)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the general configuration of a wet atomization device used in this embodiment.
As shown in Fig. 1, the wet atomization apparatus 1 has a raw material tank 2, a liquid supply pump 3, a pressure intensifier 4, a high-pressure filter 5, a chamber 6, and a heat exchanger 7. The raw material tank 2 stores inorganic solid electrolyte powder in a slurry state. The liquid supply pump 3 supplies the inorganic solid electrolyte powder from the raw material tank 2 to the pressure intensifier 4. The pressure intensifier 4 pressurizes the inorganic solid electrolyte powder supplied from the liquid supply pump 3. The high-pressure filter 5 filters out coarse particles from the pressurized inorganic solid electrolyte powder. The chamber 6 performs atomization by high-pressure spraying of the inorganic solid electrolyte powder from a nozzle (not shown) at a spray pressure of 100 to 245 MPa and a spray velocity of 440 to 700 m/s.

また、無機固体電解質粉末を処理するための湿式微粒化装置1には、通常の原料を処理する場合よりも高い密閉性が求められる。酸化物系固体電解質材分散体を処理する場合等、無機固体電解質粉末を酸化させないように、密閉性が求められる。さらに、硫化物系固体電解質分散体を処理する場合等、無機固体電解質粉末(酸化物系)が湿気または水分と反応することで毒性の高い気体が発生したとしても外部に放出しないように、密閉性が求められる。また、無機固体電解質粉末(硫化物系)を処理する場合等、内部の気体管理が必要なケースもある。そのため、湿式微粒化装置1には、密閉性を確保しながら、内部の気体を循環させる構造が求められる。 In addition, the wet atomization apparatus 1 used to process inorganic solid electrolyte powder requires a higher level of airtightness than when processing ordinary raw materials. When processing an oxide-based solid electrolyte material dispersion, for example, airtightness is required to prevent the inorganic solid electrolyte powder from oxidizing. Furthermore, when processing a sulfide-based solid electrolyte dispersion, for example, airtightness is required to prevent the release of highly toxic gases to the outside even if they are generated when the inorganic solid electrolyte powder (oxide-based) reacts with moisture or water. Furthermore, when processing inorganic solid electrolyte powder (sulfide-based), internal gas management may be required. Therefore, the wet atomization apparatus 1 requires a structure that circulates the internal gas while ensuring airtightness.

本実施形態の湿式微粒化装置1は、グローブボックス等で湿式微粒化装置1を覆うことによって、気閉性が確保される。さらに、湿式微粒化装置1は、不活性ガス供給部8aと、ガス循環精製部9とを備えることが可能でこれにより、グローブボックス内の気体の安全性を確保することもできる。不活性ガス等の通気や量を調整するための酸素濃度計14と水分濃度計15が設けられていてもよい。 The wet atomization apparatus 1 of this embodiment is airtight by covering it with a glove box or the like. Furthermore, the wet atomization apparatus 1 can be equipped with an inert gas supply unit 8a and a gas circulation purification unit 9, thereby ensuring the safety of the gas within the glove box. An oxygen concentration meter 14 and a moisture concentration meter 15 may also be provided to adjust the ventilation and amount of inert gas, etc.

さらに、チャンバー6およびノズル(不図示)は、従来のステンレス等の金属製ではなく、セラミック製のものを使用することが好ましい。これにより、ステンレス等の金属と較べて、摩耗性や耐溶剤性の優れており、コンタミを極小化できる。その結果、無機固体電解質材分散体のうち、ジルコニアの含有量が23質量%以下である分散体が得られる。
なお、チャンバー6としては、ノズルからボールに向けて無機固体電解質粉末を衝突させることで微粒化する方式や、2つ以上のノズルから無機固体電解質粉末同士を衝突させることで微粒化する方式を用いることができる。
Furthermore, it is preferable to use ceramics for the chamber 6 and the nozzle (not shown) instead of conventional metals such as stainless steel. This provides superior abrasion resistance and solvent resistance compared to metals such as stainless steel, and minimizes contamination. As a result, a dispersion containing zirconia at a content of 23 mass% or less can be obtained.
The chamber 6 may be a system in which inorganic solid electrolyte powder is atomized by colliding it from a nozzle toward a ball, or a system in which inorganic solid electrolyte powder is atomized by colliding it with other inorganic solid electrolyte powders from two or more nozzles.

(湿式微粒化装置を用いた無機固体電解質分散体の製造方法)
湿式微粒化装置を用いた無機固体電解質分散体の製造方法の詳細を以下に説明する。
(Method for producing inorganic solid electrolyte dispersion using a wet atomization device)
The method for producing an inorganic solid electrolyte dispersion using a wet atomization device will be described in detail below.

グローブボックス等で仕切られた湿式微粒化装置1内において、原料タンク2に無機固体電解質粉末及び溶媒を混合して投入する。
次に、原料タンク2の無機固体電解質粉末は、給液ポンプ3を介して、増圧機4の増圧室に供給される。供給された無機固体電解質粉末は、増圧機4によって加圧される。加圧された無機固体電解質粉末は、高圧フィルタ5を通った後、チャンバー6に供給され、噴射される。なお、微粒化処理を必要な回数、例えば1~50回程度、好ましくは1~40回程度、より好ましくは1~30回程度、さらに好ましくは1~20回程度、特に好ましくは1~10回程度繰り返すこともできる。
In a wet-type atomization apparatus 1 partitioned by a glove box or the like, a mixture of inorganic solid electrolyte powder and a solvent is charged into a raw material tank 2 .
Next, the inorganic solid electrolyte powder in the raw material tank 2 is supplied to the pressure boosting chamber of the pressure booster 4 via the liquid supply pump 3. The supplied inorganic solid electrolyte powder is pressurized by the pressure booster 4. The pressurized inorganic solid electrolyte powder passes through a high-pressure filter 5, and is then supplied to a chamber 6 and sprayed. The atomization treatment can be repeated a required number of times, for example, about 1 to 50 times, preferably about 1 to 40 times, more preferably about 1 to 30 times, even more preferably about 1 to 20 times, and particularly preferably about 1 to 10 times.

[全固体電池の製造方法]
本実施形態の無機固体電解質分散体を用いた全固体電池の製造方法は、無機固体電解質分散体を用いた固体電解質含有層を形成する工程を有する限り、特に限定されない。固体電解質含有層は、例えば、当該分散体を基材に塗工して塗工層を形成した後、乾燥して形成することができる。
[Method of manufacturing all-solid-state battery]
The method for producing an all-solid-state battery using the inorganic solid electrolyte dispersion of this embodiment is not particularly limited as long as it includes a step of forming a solid electrolyte-containing layer using the inorganic solid electrolyte dispersion. The solid electrolyte-containing layer can be formed, for example, by applying the dispersion to a substrate to form a coating layer, and then drying the coating layer.

ここで、本実施形態の無機固体電解質分散体は当該分散体中の無機固体電解質粒子が均一分散性を有するため塗工の際に無機固体電解質粒子の濃度の偏りが生じにくい。また、長期分散保持性をも有するため、当該分散体作製後、塗工までにある程度の時間が経過しても再分散処理が不要である。その結果、全固体電池を製造する際の生産性を向上させることができる。 The inorganic solid electrolyte dispersion of this embodiment has uniformly dispersed inorganic solid electrolyte particles in the dispersion, making it less likely for the concentration of inorganic solid electrolyte particles to become uneven during coating. Furthermore, because the dispersion maintains its dispersion for a long period of time, re-dispersion is not required even if a certain amount of time has passed between the preparation of the dispersion and coating. As a result, productivity can be improved when manufacturing all-solid-state batteries.

塗工に用いられる基材としては、例えば、集電体及び転写シートが挙げられる。転写シートとしては、例えば、フッ素系樹脂シート等の樹脂シートおよび金属シートが挙げられる。塗工方法としては、例えば、ドクターブレード法、ダイコート法、グラビアコート法、スプレー塗工法、静電塗工法、バー塗工法等の一般的な方法が挙げられる。 Substrates used for coating include, for example, current collectors and transfer sheets. Transfer sheets include, for example, resin sheets such as fluorine-based resin sheets and metal sheets. Coating methods include common methods such as doctor blade coating, die coating, gravure coating, spray coating, electrostatic coating, and bar coating.

乾燥温度は、例えば40℃以上であり、60~220℃であることが好ましい。塗工層の乾燥方法としては、例えば、温風・熱風乾燥、赤外線乾燥、減圧乾燥、誘電加熱乾燥等の一般的な方法が挙げられる。乾燥雰囲気としては、例えば、Arガス雰囲気及び窒素ガス雰囲気等の不活性ガス雰囲気が挙げられる。また、乾燥は、大気圧下で行ってもよく、減圧下で行ってもよい。 The drying temperature is, for example, 40°C or higher, and preferably 60 to 220°C. Examples of methods for drying the coating layer include common methods such as warm air/hot air drying, infrared drying, reduced pressure drying, and dielectric heating drying. Examples of drying atmospheres include inert gas atmospheres such as Ar gas atmospheres and nitrogen gas atmospheres. Furthermore, drying may be carried out under atmospheric pressure or reduced pressure.

(実験例A:比較例1,2、実施例1~5)
溶媒である有機溶剤(Nメチル2ピロリドン)に、無機固体電解質粒子(酸化物系)であるLLZO(Li6.25LaZrAl0.2512)を濃度5質量%となるように混合して、50mlの混合液とした。この混合液を、湿式微粒化装置(株式会社スギノマシン社製、装置名「スターバースト」、ただし、チャンバー及びノズルをセラミック製(ジルコニア製)とした)を用い、圧力200MPa、ノズル0.12mmで、パス回数を表1に示す回数で湿式微粒化処理を行い、無機固体電解質水分散体を作製した。また、比較のために湿式微粒化処理をしない混合液(パス回数:0)も作製しておいた。
(Experimental Example A: Comparative Examples 1 and 2, Examples 1 to 5)
LLZO ( Li6.25La3Zr2Al0.25O12 ), an inorganic solid electrolyte particle (oxide-based), was mixed with an organic solvent (N- methyl - 2 - pyrrolidone ) to a concentration of 5% by mass to prepare a 50 ml mixed solution. This mixed solution was subjected to wet atomization using a wet atomization apparatus (manufactured by Sugino Machine Co., Ltd., named "Starburst" except that the chamber and nozzle were made of ceramic (zirconia)) at a pressure of 200 MPa, with a 0.12 mm nozzle, and the number of passes shown in Table 1 to produce an inorganic solid electrolyte aqueous dispersion. For comparison, a mixed solution (number of passes: 0) without wet atomization was also prepared.

次に、各分散体及び混合液の粒度分布をそれぞれ計測し、メジアン径(D50)及びその標準偏差(σ50)を求めた。測定機器として、株式会社堀場製作所製のレーザ回折/散乱式粒度分布測定装置「LA-960」を用いた。結果を表1に示す。
また、湿式微粒化処理直後の各分散体と混合液における無機固体電解質粒子の分散状態(均一分散性)を観察した。さらに、湿式微粒化処理後から48時間経過後の分散状態(長期分散保持性)も観察した。結果を表1に示す。
なお、各観察の評価指標は下記のとおりとした。
・均一分散性及び長期分散保持性
A:無機固体電解質粒子が分散していて、全体的に白濁した状態
B:中央部は無機固体電解質粒子が分散して白濁しているが、上部が少し透明になっているか、底部に少し固形分が溜まっていて、Aよりは良好に分散していない状態
C:無機固体電解質粒子が分散している層と分散していない透明な層に分離しており、Bよりも良好に分散していない状態
Next, the particle size distribution of each dispersion and mixed liquid was measured to determine the median diameter (D50) and its standard deviation (σ50). The measuring instrument used was a laser diffraction/scattering particle size distribution measuring device "LA-960" manufactured by Horiba, Ltd. The results are shown in Table 1.
The dispersion state (uniform dispersion) of the inorganic solid electrolyte particles in each dispersion and the mixed solution was observed immediately after the wet atomization treatment. Furthermore, the dispersion state (long-term dispersion retention) was also observed 48 hours after the wet atomization treatment. The results are shown in Table 1.
The evaluation criteria for each observation were as follows:
Uniform dispersion and long-term dispersion retention A: Inorganic solid electrolyte particles are dispersed, and the overall state is cloudy. B: The inorganic solid electrolyte particles are dispersed in the center and are cloudy, but the top is slightly transparent or a small amount of solid matter has accumulated at the bottom, resulting in a state in which the dispersion is not as good as A. C: The inorganic solid electrolyte particles are separated into a dispersed layer and a transparent undispersed layer, resulting in a state in which the dispersion is not as good as B.

ここで、湿式微粒化処理をしない混合液(比較例1)と、湿式微粒化処理で50パス処理した無機固体電解質分散体(実施例5)の電子顕微鏡写真を撮影した(両者は同一倍率とした)。電子顕微鏡としては、株式会社日立製作所製の電子顕微鏡「S-2380N」を用いた。
比較例1の顕微鏡写真では、図2(a)に示すとおり、粗大粒子が部分的に凝集していた。実施例5の顕微鏡写真では、図2(b)に示すとおり、均一に微細な粒子が分散していた。
Here, electron microscope photographs were taken (both at the same magnification) of a mixed solution that was not subjected to wet atomization treatment (Comparative Example 1) and an inorganic solid electrolyte dispersion that was subjected to 50 passes of wet atomization treatment (Example 5). The electron microscope used was an "S-2380N" electron microscope manufactured by Hitachi, Ltd.
In the micrograph of Comparative Example 1, as shown in Figure 2(a), coarse particles were partially aggregated, whereas in the micrograph of Example 5, as shown in Figure 2(b), fine particles were uniformly dispersed.

また、図3に示すように、比較例1の分散状態を示す写真(図3(a))及び実施例2で48時間経過後の分散状態を示す写真(図3(b))からもわかるように、実施例2では、48時間経過後も分散性を維持できていることがわかった。 Furthermore, as shown in Figure 3, which is a photograph showing the dispersion state of Comparative Example 1 (Figure 3(a)) and a photograph showing the dispersion state of Example 2 after 48 hours (Figure 3(b)), it was found that Example 2 was able to maintain its dispersibility even after 48 hours had passed.

(実験例B:比較例3、実施例6~10)
湿式微粒化処理における圧力を220Paとした以外は実験例Aと同様にして無機固体電解質水分散体を作製した。作製した各無機固体電解質水分散体について、実験例Aと同様にして粒度分布をそれぞれ計測し、メジアン径(D50)及びその標準偏差(σ50)を求めた。また、均一分散性及び長期分散保持性の評価を行った。結果を表2に示す。
(Experimental Example B: Comparative Example 3, Examples 6 to 10)
Inorganic solid electrolyte aqueous dispersions were prepared in the same manner as in Experimental Example A, except that the pressure in the wet atomization treatment was 220 Pa. For each of the prepared inorganic solid electrolyte aqueous dispersions, the particle size distribution was measured in the same manner as in Experimental Example A, and the median diameter (D50) and its standard deviation (σ50) were determined. In addition, the uniform dispersion and long-term dispersion retention were evaluated. The results are shown in Table 2.

(実験例C:比較例4,5、実施例11~15)
溶媒である有機溶剤(酪酸ブチル)に、無機固体電解質粒子(硫化物系)であるLSPS(Li10SnP12)を濃度5質量%となるように混合して、20mlの混合液とした。この混合液を、湿式微粒化装置(株式会社スギノマシン社製、装置名「スターバースト」)を用い、圧力200MPa、ノズル0.12mmで、パス回数を表3に示す回数で湿式微粒化処理を行い、無機固体電解質水分散体を作製した。また、比較のために湿式微粒化処理をしない混合液(パス回数:0)も作製しておいた。
(Experimental Example C: Comparative Examples 4 and 5, Examples 11 to 15)
LSPS (Li 10 SnP 2 S 12 ), an inorganic solid electrolyte particle (sulfide-based), was mixed with an organic solvent (butyl butyrate) to a concentration of 5% by mass to prepare a 20 ml mixed solution. This mixed solution was subjected to wet atomization treatment using a wet atomization device (manufactured by Sugino Machine Co., Ltd., device name "Starburst") at a pressure of 200 MPa, with a nozzle of 0.12 mm, and for the number of passes shown in Table 3, to prepare an inorganic solid electrolyte aqueous dispersion. For comparison, a mixed solution (number of passes: 0) that was not subjected to wet atomization treatment was also prepared.

混合液及び作製した各無機固体電解質水分散体について、実験例Aと同様にして粒度分布をそれぞれ計測し、メジアン径(D50)及びその標準偏差(σ50)を求めた。また、均一分散性及び長期分散保持性の評価を行った。結果を表3に示す。 The particle size distribution of the mixed solution and each of the prepared inorganic solid electrolyte aqueous dispersions was measured in the same manner as in Experimental Example A, and the median diameter (D50) and its standard deviation (σ50) were determined. Furthermore, evaluations were conducted on uniform dispersion and long-term dispersion retention. The results are shown in Table 3.

ここで、湿式微粒化処理をしない混合液(比較例3)と、湿式微粒化処理で20パス処理した無機固体電解質分散体(実施例12)の電子顕微鏡写真を撮影した(両者は同一倍率とした)。電子顕微鏡としては、株式会社日立製作所製の電子顕微鏡「S-2380N」を用いた。
比較例3の顕微鏡写真では、図4(a)に示すとおり、粗大粒子が部分的に凝集していた。実施例5の顕微鏡写真では、図4(b)に示すとおり、均一に微細な粒子が分散していた。
Here, electron microscope photographs were taken (at the same magnification) of a mixed solution that was not subjected to wet atomization treatment (Comparative Example 3) and an inorganic solid electrolyte dispersion that was subjected to 20 passes of wet atomization treatment (Example 12). The electron microscope used was an "S-2380N" electron microscope manufactured by Hitachi, Ltd.
In the micrograph of Comparative Example 3, as shown in Figure 4(a), coarse particles were partially aggregated, whereas in the micrograph of Example 5, as shown in Figure 4(b), fine particles were uniformly dispersed.

以上から、本実施例の無機固体電解質分散体は、非凝集性(均一分散)、分散保持力の点で性能が向上していることがわかる。 From the above, it can be seen that the inorganic solid electrolyte dispersion of this example has improved performance in terms of non-aggregation (uniform dispersion) and dispersion retention.

(無機固体電解質分散体のコンタミ量の検証)
湿式微粒化装置は、セラミック製(ジルコニア製)のチャンバーとノズルを採用しており、処理前と処理後のジルコニア成分(Zr)の量を検証した。
実施例5の無機固体電解質分散体及び比較例1の混合液について、誘導結合プラズマ発光分光分析装置を用いて、セラミック成分(Zr)の量を計測した。
なお、誘導結合プラズマ発光分光分析装置としては、Algilent製のICP-OES 5110型を用いた。
その結果、比較例1の混合液のジルコニア量が20質量%であったのに対して、実施例5のジルコニア量は23質量%であった。測定の誤差を考慮すれば、これらのジルコニア量から、コンタミの極小化を達成できていることがわかる。
(Verification of the amount of contamination in inorganic solid electrolyte dispersion)
The wet atomization device employs a ceramic (zirconia) chamber and nozzle, and the amount of zirconia component (Zr) before and after treatment was verified.
The amount of ceramic component (Zr) in the inorganic solid electrolyte dispersion of Example 5 and the mixed solution of Comparative Example 1 was measured using an inductively coupled plasma optical emission spectrometer.
The inductively coupled plasma optical emission spectrometer used was an ICP-OES 5110 model manufactured by Algilent.
As a result, the amount of zirconia in the mixed solution of Comparative Example 1 was 20 mass %, while the amount of zirconia was 23 mass % in Example 5. Considering measurement errors, these zirconia amounts show that contamination was minimized.

以上、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることは言うまでもない。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and that modifications can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

1 湿式微粒化装置
2 原料タンク
3 給液ポンプ
4 増圧機
5 高圧フィルタ
6 チャンバー
7 熱交換器
8 不活性ガス供給源
9 ガス循環精製部
14 酸素濃度計
15 水分濃度計



REFERENCE SIGNS LIST 1 Wet atomization device 2 Raw material tank 3 Liquid supply pump 4 Pressure booster 5 High-pressure filter 6 Chamber 7 Heat exchanger 8 Inert gas supply source 9 Gas circulation purification section 14 Oxygen concentration meter 15 Moisture concentration meter



Claims (4)

全固体電池の固体電解質に用いられる無機固体電解質粉末が溶媒中に分散してなる無機固体電解質分散体であって、
レーザ回折式粒度分布測定法により測定される体積基準の粒度分布から得られる前記無機固体電解質粉末のメジアン径(D50)が0.75μm以上1.51μm以下であり、前記メジアン径(D50)を基準としたときの標準偏差(σ50)が3.5μm以下であり、前記無機固体電解質材分散体中の前記無機固体電解質粉末の含有量が1~20質量%である、無機固体電解質分散体。
An inorganic solid electrolyte dispersion obtained by dispersing an inorganic solid electrolyte powder used for a solid electrolyte of an all-solid-state battery in a solvent,
an inorganic solid electrolyte dispersion, wherein the inorganic solid electrolyte powder has a median diameter (D50) of 0.75 μm or more and 1.51 μm or less, the standard deviation (σ50) based on the median diameter (D50) being 3.5 μm or less, and the content of the inorganic solid electrolyte powder in the inorganic solid electrolyte material dispersion is 1 to 20 mass %.
前記無機固体電解質分散体のうち、ジルコニアの含有量が23質量%以下である請求項1に記載の無機固体電解質分散体。 The inorganic solid electrolyte dispersion according to claim 1, wherein the zirconia content of the inorganic solid electrolyte dispersion is 23 mass% or less. 湿式微粒化装置を用いて、請求項1又は2に記載の無機固体電解質分散体を製造する無機固体電解質分散体の製造方法。 A method for producing an inorganic solid electrolyte dispersion, comprising producing the inorganic solid electrolyte dispersion described in claim 1 or 2 using a wet atomization device. 前記湿式微粒化装置のチャンバー及びノズルがセラミック製である請求項3に記載の無機固体電解質分散体の製造方法。
4. The method for producing an inorganic solid electrolyte dispersion according to claim 3, wherein the chamber and nozzle of the wet atomization device are made of ceramic.
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