CN116830316A

CN116830316A - 硫化物固体电解质、硫化物固体电解质的元素选择方法、硫化物固体电解质的制造方法、蓄电元件、电子设备和汽车

Info

Publication number: CN116830316A
Application number: CN202180082818.0A
Authority: CN
Inventors: 福嶋晃弘; 西井克弥
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2021-12-09
Publication date: 2023-09-29
Also published as: CN116802849A

Abstract

本发明的一个方式为一种硫化物固体电解质，在使用CuKα射线而得的X射线衍射图中，在19.9°±0.5°的范围和23.6°±0.5°的范围具有衍射峰，含有1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X，上述二价元素A和上述卤族元素X是由这些元素构成的化合物A_0.5X的水合能大于LiI的水合能的组合。

Description

硫化物固体电解质、硫化物固体电解质的元素选择方法、硫化物固体电解质的制造方法、蓄电元件、电子设备和汽车

技术领域

本发明涉及硫化物固体电解质、硫化物固体电解质的元素选择方法、硫化物固体电解质的制造方法、蓄电元件、电子设备和汽车。

背景技术

锂离子二次电池由于能量密度高而多被用于个人计算机、通信终端等电子设备、汽车等。上述锂离子二次电池一般具有由隔离件进行电隔离的一对电极和介设于该电极间的非水电解质，且构成为通过在两电极间进行锂离子的授受来充放电。另外，作为锂离子二次电池以外的蓄电元件，还广泛普及有锂离子电容器等电容器。

近年来，提出了一种使用硫化物固体电解质等固体电解质来代替在有机溶剂等液体中溶解有电解质盐的非水电解液作为非水电解质的蓄电元件。作为硫化物固体电解质之一，在专利文献1中记载了一种硫化物固体电解质，其特征在于，具有Li、A(A为P、Si、Ge、Al和B中的至少1种)、X(X为卤素)和S，且为玻璃陶瓷，在使用CuKα射线的X射线衍射测定中，在2θ＝20.2°、23.6°处具有峰。在专利文献1中具体合成了由xLiI·(100－x)(0.75Li₂S·0.25P₂S₅)表示的组成的硫化物固体电解质，并对离子传导率等进行了评价。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013－016423号公报

发明内容

已知在使用CuKα射线而得的X射线衍射图中在19.9°±0.5°的范围和23.6°±0.5°的范围具有衍射峰的特定的晶体结构为高离子传导率相(HICP：High Ion ConductionPhase)。然而，本发明人等发现包含HICP的硫化物固体电解质容易进行水合，即便在放置于水分量少的干燥空气气氛下的情况下，也容易通过与空气中所含的水分进行水合而使离子传导率降低。

本发明是基于如上所述的情况而作出的，其目的在于提供一种包含HICP且具有良好的耐水性的硫化物固体电解质、选择适于得到这样的硫化物固体电解质的元素的方法、这样的硫化物固体电解质的制造方法、使用这样的硫化物固体电解质的蓄电元件、使用这样的蓄电元件的电子设备以及使用这样的蓄电元件的汽车。

为了解决上述课题而作出的本发明的一个方式为一种硫化物固体电解质(α)，在使用CuKα射线而得的X射线衍射图中，在19.9°±0.5°的范围和23.6°±0.5°的范围具有衍射峰，含有1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X，上述二价元素A和上述卤族元素X是由这些元素构成的化合物A_0.5X的水合能大于LiI的水合能的组合。

本发明的其他一个方式为一种硫化物固体电解质的元素选择方法，具备：选择含有1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X的硫化物固体电解质中的上述二价元素A和卤族元素X，在上述选择中，选择通过第一性原理计算而求出的、由上述二价元素A和上述卤族元素X构成的化合物A_0.5X的水合能大于LiI的水合能的组合。

本发明的其他一个方式为一种硫化物固体电解质(β)，在使用CuKα射线而得的X射线衍射图中，在19.9°±0.5°的范围和23.6°±0.5°的范围具有衍射峰，含有通过本发明的一个方式的元素选择方法而选择出的1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X。

本发明的其他一个方式为一种硫化物固体电解质的制造方法(α)，具备：对含有通过本发明的一个方式的元素选择方法而选择出的1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X的组合物进行处理。

本发明的其他一个方式为一种硫化物固体电解质的制造方法(β)，具备：对含有1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X的组合物进行处理，上述二价元素A和上述卤族元素X是由这些元素构成的化合物A_0.5X的水合能大于LiI的水合能的组合。

本发明的其他一个方式为一种蓄电元件，含有本发明的一个方式的硫化物固体电解质(α)或硫化物固体电解质(β)。

本发明的其他一个方式为一种电子设备，具备本发明的一个方式的蓄电元件。

本发明的其他一个方式为一种汽车，具备本发明的一个方式的蓄电元件。

根据本发明的任一方式，能够提供一种包含HICP且具有良好的耐水性的硫化物固体电解质、选择适于得到这样的硫化物固体电解质的元素的方法、这样的硫化物固体电解质的制造方法、使用这样的硫化物固体电解质的蓄电元件、使用这样的蓄电元件的电子设备以及使用这样的蓄电元件的汽车。

附图说明

图1为作为本发明的蓄电元件的一个实施方式的全固体电池的截面示意图。

图2为表示集合多个本发明的一个实施方式的蓄电元件而构成的蓄电装置的概略图。

图3为实施例1～6和比较例1的各硫化物固体电解质的X射线衍射图。

图4为实施例2和比较例3的各硫化物固体电解质的X射线衍射图。

图5为参考例1和参考例2的各硫化物固体电解质的X射线衍射图。

具体实施方式

首先，对由本说明书公开的硫化物固体电解质、硫化物固体电解质的元素选择方法、硫化物固体电解质的制造方法、蓄电元件、电子设备和汽车的概要进行说明。

本发明的一个方式的硫化物固体电解质为一种硫化物固体电解质(α)，在使用CuKα射线而得的X射线衍射图中，在19.9°±0.5°的范围和23.6°±0.5°的范围具有衍射峰，含有1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X，上述二价元素A和上述卤族元素X是由这些元素构成的化合物A_0.5X的水合能大于LiI的水合能的组合。

该硫化物固体电解质(α)包含在使用CuKα射线而得的X射线衍射图中在19.9°±0.5°的范围和23.6°±0.5°的范围具有衍射峰的特定的晶体结构即HICP(HICP：High IonConduction Phase)，且具有良好的耐水性。产生这样的效果的理由尚不明确，但推测了以下理由。认为专利文献1等中记载的以往的Li₂S－P₂S₅－LiI系固体电解质等包含HICP的硫化物固体电解质的耐水性低是受到来自LiI或与LiI相关的部分容易进行水合等影响。与此相对，该硫化物固体电解质(α)中含有作为化合物A_0.5X的水合能大于LiI的水合能的组合的二价元素A和卤族元素X。因此，推测该硫化物固体电解质(α)不易进行水合，发挥良好的耐水性。应予说明，该硫化物固体电解质(α)并不限定于原料中使用化合物A_0.5X的硫化物固体电解质。

应予说明，“在使用CuKα射线而得的X射线衍射图中在19.9°±0.5°的范围和23.6°±0.5°的范围具有衍射峰”可以通过使用CuKα射线的粉末X射线衍射测定来确认。粉末X射线衍射测定通过以下的步骤来进行。在露点－50℃以下的氩气氛下，将供于测定的硫化物固体电解质粉末填充在气密性的X射线衍射测定用试样架中。使用X射线衍射装置(Rigaku公司的“MiniFlex II”)进行粉末X射线衍射测定。射线源为CuKα射线，管电压为30kV，管电流为15mA，衍射X射线通过厚度30μm的Kβ过滤器，利用高速一维检测器(型号：D/teX Ultra2)进行检测。取样宽度为0.01°，扫描速度为5°/min，发散狭缝宽度为0.625°，受光狭缝宽度为13mm(OPEN)，散射狭缝宽度为8mm。

“二价元素”是指能够成为二价阳离子的元素。二价元素只要能够成为二价阳离子，则也可以是能够成为其他价数的离子的元素。

化合物A_0.5X和LiI的“水合能”是作为后述的本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质的元素选择方法的说明而记载的、通过第一性原理计算而求出的值。

该硫化物固体电解质(α)中，上述二价元素A和上述卤族元素X优选是由这些元素构成的化合物A_0.5X的水合能为－4meV/atom以上的组合。

该硫化物固体电解质(α)中，上述二价元素A和上述卤族元素X优选是由这些元素构成的化合物A_0.5X的水合能为0meV/atom以上的组合。

该硫化物固体电解质(α)中，上述二价元素A和上述卤族元素X优选是由这些元素构成的化合物A_0.5X的水合能为2meV/atom以上的组合。

该硫化物固体电解质(α)中，上述二价元素A和上述卤族元素X优选是由这些元素构成的化合物A_0.5X的水合能为4meV/atom以上的组合。

该硫化物固体电解质(α)中，上述二价元素A和上述卤族元素X也可以是由这些元素构成的化合物A_0.5X的水合能为200meV/atom以下的组合。

该硫化物固体电解质(α)优选满足下述a～c中的任一者。

a：上述二价元素A为选自Ca、Sr、Ba、Mn和Zn中的1种或2种以上的元素，上述卤族元素X为选自F、Cl、Br和I中的1种或2种以上的元素。

b：上述二价元素A为Mg，上述卤族元素X为F。

c：上述二价元素A为Cu，上述卤族元素X为选自Cl、Br和I中的1种或2种以上的元素。

上述a～c为通过后述的第一性原理计算而求出的化合物A_0.5X的水合能大于LiI的水合能的二价元素A与卤族元素X的组合。因此，该硫化物固体电解质(α)满足a～c中的任一者时耐水性变得更良好。

该硫化物固体电解质(α)优选满足下述a1或a2中的任一者。

a1：上述二价元素A为选自Ca、Ba、Mn和Zn中的1种或2种以上的元素，上述卤族元素X为选自F、Cl、Br和I中的1种或2种以上的元素。

a2：上述二价元素A为Sr，上述卤族元素X为选自F、Cl和Br中的1种或2种以上的元素。

上述a1和a2是通过第一性原理计算而求出的化合物A_0.5X的水合能为0meV/atom以上的二价元素A与卤族元素X的组合(参照表3)。因此，二价元素A和卤族元素X为这些组合时，该硫化物固体电解质(α)的耐水性变得更良好。

该硫化物固体电解质(α)优选含有I。如果包含HICP的硫化物固体电解质含有I，则存在离子传导率变高的趋势。因此，该硫化物固体电解质(α)含有I时，存在离子传导率变得更良好的情况。

该硫化物固体电解质(α)优选进一步含有Li、上述二价元素A与上述Li的含量的摩尔比为0.001以上，上述卤族元素X与上述二价元素A的含量的摩尔比为2以上。以这样的比率含有Li、二价元素A和卤族元素X时，耐水性变得更良好。

该硫化物固体电解质(α)优选上述二价元素A与上述Li的含量的摩尔比为0.018以上。以这样的比率含有Li、二价元素A和卤族元素X时，该硫化物固体电解质(α)的耐水性变得更良好。

该硫化物固体电解质(α)优选由下述式1表示。

(100-y-z-z')[xLj₂S·(1-x)P₂S₅]·yA_0.5X·zLiI·z’LiX’·wY…1

上述式1中，A为上述二价元素A。X为上述卤族元素X。X’为I以外的卤族元素。Y为除Li、P、S、I、A、X和X’以外的1种或2种以上的元素。x为0.5～0.8的数。y为大于0且为30以下的数。z为0～30的数。z’为0～30的数。w为0～20的数。

该硫化物固体电解质(α)由这样的组成构成时，耐水性变得更良好。

上述式1中，优选上述z与上述y之比(z/y)为0～10。在这样的情况下，可以说来自容易进行水合的LiI或与其相关的部分充分置换成来自难以进行水合的化合物A_0.5X或与其相关的部分，存在耐水性进一步提高的趋势。

该硫化物固体电解质(α)优选含有P，且上述二价元素A的含量与上述P的含量的摩尔比为0.01～0.4。

该硫化物固体电解质(α)优选含有P和Li，且上述Li的含量与上述P的含量的摩尔比为1～5。

该硫化物固体电解质(α)优选含有P和S，且上述S的含量与上述P的含量的摩尔比为2～6。

该硫化物固体电解质(α)优选含有P，上述卤族元素X的含量与上述P的含量的摩尔比为0.1～2。

该硫化物固体电解质(α)优选25℃时的离子传导率为1mS/cm以上。

该硫化物固体电解质(α)优选使用CuKα射线而得的X射线衍射图中的位于19.9°±0.5°的范围的衍射峰为衍射强度最强的衍射峰、衍射强度第2强的射峰、衍射强度第3强的射峰或衍射强度第4强的射峰。如上所述，19.9°±0.5°的范围的衍射峰来自HICP。因此，在这样的情况下，可以说在该固体电解质(α)中充分形成了HICP，能够发挥高离子传导率。

该硫化物固体电解质(α)优选离子传导率的活化能为0.34eV以下。离子传导率的活化能表示离子传导率的温度依赖性的高低。通过该硫化物固体电解质(α)具有这样的离子传导率的活化能，从而从高温到低温的宽温度范围内的离子传导率变得良好。

本发明的其他一个方式的硫化物固体电解质的元素选择方法具备：选择含有1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X的硫化物固体电解质中的上述二价元素A和卤族元素X，在上述选择中，选择通过第一性原理计算而求出的由上述二价元素A和上述卤族元素X构成的化合物A_0.5X的水合能大于LiI的水合能的组合。

根据该元素选择方法，能够有效地选择适于得到具有良好的耐水性的硫化物固体电解质的二价元素A和卤族元素X。

本发明的其他一个方式的硫化物固体电解质为一种硫化物固体电解质(β)，在使用CuKα射线而得的X射线衍射图中，在19.9°±0.5°的范围和23.6°±0.5°的范围具有衍射峰，含有通过本发明的一个方式的元素选择方法而选择出的1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X。

出于与上述该硫化物固体电解质(α)同样的理由，该硫化物固体电解质(β)包含HICP，且具有良好的耐水性。

本发明的其他一个方式的硫化物固体电解质的制造方法是一种硫化物固体电解质的制造方法(α)，具备：对含有通过本发明的一个方式的元素选择方法而选择出的1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X的组合物进行处理。

根据该制造方法(α)，能够制造具有良好的耐水性的硫化物固体电解质。

应予说明，“组合物”是指将2种以上的化合物或单质(以下，也将化合物和单质统一称为化合物等。)混合而成的混合物。只要组合物整体、即组合物中含有的任一化合物等中含有二价元素A和卤族元素X即可。另外，组合物中也可以含有不包含二价元素A和卤族元素X的化合物等。

本发明的其他一个方式的硫化物固体电解质的制造方法是一种硫化物固体电解质的制造方法(β)，具备：对含有1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X的组合物进行处理，上述二价元素A和上述卤族元素X是由这些元素构成的化合物A_0.5X的水合能大于LiI的水合能的组合。

根据该制造方法(β)，能够制造具有良好的耐水性的硫化物固体电解质。

该该制造方法(α)和制造方法(β)中，有时优选上述组合物不包含卤化锂。通过使用这样的组合物，存在能够制造耐水性更良好的硫化物固体电解质的情况。

本发明的一个方式的蓄电元件是含有本发明的一个方式的硫化物固体电解质(α)或硫化物固体电解质(β)的蓄电元件。该蓄电元件由于使用了包含HICP且具有良好的耐水性的硫化物固体电解质，因此在制造工序中等即便暂时在空气气氛下暴露包含HICP的硫化物固体电解质的情况下，也会抑制硫化物固体电解质与空气中的水的反应，发挥良好的蓄电元件性能。

本发明的一个方式的电子设备是具备本发明的一个方式的蓄电元件的电子设备。该电子设备由于具备使用了包含HICP且具有良好的耐水性的硫化物固体电解质的蓄电元件，因此发挥良好的电子设备性能。

本发明的一个方式的汽车是具备本发明的一个方式的蓄电元件的汽车。该汽车由于具备使用了包含HICP且具有良好的耐水性的硫化物固体电解质的蓄电元件，因此发挥良好的汽车性能。

以下，对本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质、硫化物固体电解质的元素选择方法、硫化物固体电解质的制造方法、蓄电元件、蓄电装置以及其他实施方式进行详述。应予说明，各实施方式中使用的各构成部件(各构成要素)的名称有时与背景技术中使用的各构成部件(各构成要素)的名称不同。

＜硫化物固体电解质＞

(晶体结构)

本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质包含HICP作为晶体结构。即，该硫化物固体电解质在使用CuKα射线而得的X射线衍射图中在衍射角2θ为19.9°±0.5°的范围和23.6°±0.5°的范围具有衍射峰。上述19.9°±0.5°的范围的衍射峰更优选存在于19.9±0.4°的范围，进一步优选存在于19.9±0.3°的范围。

该硫化物固体电解质可以进一步包含HICP以外的晶体结构。作为其他晶体结构，可举出LGPS型、硫银锗矿型(argyrodite-type)、Li₇P₃S₁₁、Thio－LISICON系等。该硫化物固体电解质也可以具有非晶部分。

该硫化物固体电解质优选不包含在使用CuKα射线而得的X射线衍射图中在衍射角2θ为21.0°±0.5°的范围和28.0°±0.5°的范围具有衍射峰的离子传导率低的相(LICP：LowIon Conduction Phase)，或者LICP与HICP相比相对较少。在这样的情况下，有可能该硫化物固体电解质的离子传导率进一步提高。

该硫化物固体电解质优选在使用CuKα射线而得的X射线衍射图中衍射强度最强的衍射峰、衍射强度第2强的射峰、衍射强度第3强的射峰或衍射强度第4强的射峰中的任一者位于19.9°±0.5°的范围，更优选衍射强度最强的衍射峰、衍射强度第2强的射峰或衍射强度第3强的射峰中的任一者位于19.9°±0.5°的范围，进一步优选衍射强度最强的衍射峰或衍射强度第2强的射峰位于19.9°±0.5°的范围。如上所述，19.9°±0.5°的范围的衍射峰来自HICP。因此，在这样的情况下，可以说在该硫化物固体电解质中充分形成了HICP，能够发挥高离子传导率。

(组成)

本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质含有1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X。

本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质中，上述二价元素A和上述卤族元素X是由这些元素构成的化合物A_0.5X的水合能大于LiI的水合能的组合。化合物A_0.5X和LiI的水合能通过后面进行详述的第一性原理计算而求出，LiI的水合能为－11.5meV/atom。因此，只要是化合物A_0.5X的水合能大于－11.5meV/atom的二价元素A与卤族元素X的组合即可。作为二价元素A与卤族元素X的组合，优选化合物A_0.5X的水合能为－4meV/atom以上、0meV/atom以上、2meV/atom以上、进一步为4meV/atom以上的组合。另一方面，化合物A_0.5X的水合能的上限例如可以为200meV/atom，也可以为100meV/atom。

应予说明，二价元素A和卤族元素X中的一者或两者可以由2种以上的元素构成。例如，二价元素A由A1和A2构成，A1与A2的摩尔比为a1：a2，卤族元素X由X1和X2构成，X1与X2的摩尔比为x1：x2时，只要是(A1_a1A2_a2)_0.5(X1_x1X2_x2)的水合能大于LiI的水合能的组合即可。

作为二价元素A，可举出Mg、Ca、Sr、Ba等第二族元素(碱土金属元素)、以及Mn、Cu、Zn等。作为二价元素A，也有时优选第二族元素，也有时优选第四周期元素(Ca、Mn、Cu、Zn等)。作为二价元素A，也有时优选Ca、Ba、Mn和Zn。

应予说明，使用Li以外的1价元素(能够成为Li以外的一价阳离子的元素)代替二价元素A时，有时根据制造方法而残留包含作为原料使用的一价元素的化合物的晶体结构而导致所得到的硫化物固体电解质的性能降低。与此相对，包含二价元素A的化合物例如通过机械研磨处理等而容易破坏晶体结构，因此难以残留作为原料使用的化合物的晶体结构，能够抑制所得到的硫化物固体电解质的性能降低。

作为卤族元素X，可举出F、Cl、Br、I等，优选Br和I，更优选I。

该硫化物固体电解质中，上述二价元素A与上述卤族元素X的组合优选满足下述a～c中的任一者。

b：上述二价元素A为Mg，上述卤族元素X为F。

上述a～c为通过第一性原理计算而求出的化合物A_0.5X的水合能大于LiI的水合能(－11.5meV/atom)的二价元素A与卤族元素X的组合(参照表3)。

上述a优选为以下的a1或a2。

上述a1、a2、b和c为通过第一性原理计算而求出的化合物A_0.5X的水合能为0meV/atom以上的二价元素A与卤族元素X的组合(参照表3)。因此，二价元素A和卤族元素X为这些组合时，该硫化物固体电解质的耐水性变得更良好。

上述a1中，上述卤族元素X包含F时(例如X中包含F大于0摩尔％，例如1摩尔％以上、典型而言为3摩尔％以上且包含小于50摩尔％、例如40摩尔％以下、典型而言为20摩尔％以下的情况)，优选上述二价元素A为Ca、Ba和Mn中的1种或2种元素。其中，优选Ca或Ba或者Ca与Ba这2种的组合，优选上述元素的含有率高的组成。特别优选A为Ca，或者Ca的含有率高(例如A中包含Ca为50摩尔％以上、例如75摩尔％以上、典型而言为90摩尔％以上)。

上述a1中，上述卤族元素X包含Cl时(例如X中包含Cl大于0摩尔％、例如1摩尔％以上、典型而言为3摩尔％以上且包含小于50摩尔％、例如40摩尔％以下、典型而言为20摩尔％以下的情况)，优选上述二价元素A为Ba、Mn和Zn中的1种或2种元素。其中，优选Ba或Zn或者Ba与Zn这2种的组合，优选上述元素的含有率高的组成。特别优选A为Zn，或者Zn的含有率高(例如A中包含Zn为50摩尔％以上、例如75摩尔％以上、典型而言为90摩尔％以上)。

上述a1中，上述卤族元素X包含Br时(例如X中包含Br为10摩尔％以上、例如30摩尔％以上、典型而言为50摩尔％以上的情况)，优选上述二价元素A为Ba、Mn和Zn中的1种或2种元素。其中，优选Mn或Zn或者Mn与Zn这2种的组合，优选上述元素的含有率高的组成。特别优选A为Zn，或者Zn的含有率高(例如A中包含Zn为50摩尔％以上、例如75摩尔％以上、典型而言为90摩尔％以上)。

上述a1中，上述卤族元素X包含I时(例如X中包含I为10摩尔％以上、例如30摩尔％以上、典型而言为50摩尔％以上的情况)，优选上述二价元素A为Ca、Mn和Zn中的1种或2种元素。其中，优选Mn或Ca或者Mn与Ca这2种的组合，优选上述元素的含有率高的组成。特别优选A为Ca，或者Ca的含有率高(例如A中包含Ca为50摩尔％以上、例如75摩尔％以上、典型而言为90摩尔％以上)。

上述a2中，上述二价元素A包含Sr时(例如A中包含Sr为30摩尔％以上、例如50摩尔％以上、典型而言为75摩尔％以上的情况)，上述卤族元素X优选为Br或者Br与F和/或Cl的组合，优选Br的含有率高(例如X中包含Br为50摩尔％以上、例如60摩尔％以上、典型而言为70摩尔％以上)。

上述b中，上述二价元素A包含Mg时(例如A中包含Mg为30摩尔％以上、例如50摩尔％以上、典型而言为75摩尔％以上的情况)，优选上述卤族元素X为F，或者F的含有率高(例如X中包含F为10摩尔％以上、例如30摩尔％以上、典型而言为50摩尔％以上)。

上述c中，上述二价元素A包含Cu时(例如A中包含Cu为30摩尔％以上、例如50摩尔％以上、典型而言为75摩尔％以上的情况)，上述卤族元素X优选Br或I或者Br与I这2种的组合，优选上述元素的含有率高的组成。特别优选X为Br，或者Br的含有率高(例如X中包含Br为50摩尔％以上、例如60摩尔％以上、典型而言为70摩尔％以上)。

该硫化物固体电解质中，上述卤族元素X优选至少包含I。包含HICP的硫化物固体电解质如果含有I，则存在离子传导率变高的趋势。因此，上述卤族元素X含有I时，存在离子传导率变得更良好的情况。

该硫化物固体电解质中，上述卤族元素X优选包含Br。包含HICP的硫化物固体电解质如果含有Br，则存在离子传导率变高的情况。

该硫化物固体电解质中，上述卤族元素X更优选含有Br和I。包含HICP的硫化物固体电解质如果含有Br和I，则存在离子传导率变高的趋势。因此，上述卤族元素X含有Br和I时，存在离子传导率变得更良好的情况。

该硫化物固体电解质中，I的含量与卤族元素X的含量的摩尔比(I/X)的下限也有时优选为0.1以上，更优选为0.2以上，进一步优选为0.3以上，更进一步优选为0.4以上。通过如此设定上述摩尔比(I/X)的下限，HICP变得容易析出，存在离子传导率提高的情况。通过使上述摩尔比(I/X)为上述上限以下，HICP变得容易析出，存在离子传导率提高的情况。上述摩尔比(I/X)的上限例如可以为1.0以下，也可以为0.9以下，也可以为0.8以下，也可以为0.7以下。

该硫化物固体电解质中，Br和I的合计含量与卤族元素X的含量的摩尔比((Br+I)/X)的下限也有时优选为0.5以上，更优选为0.6以上，进一步优选为0.7以上，更进一步优选为0.8以上。通过如此设定上述摩尔比((Br+I)/X)的下限，HICP变得容易析出，存在离子传导率提高的情况。上述摩尔比((Br+I)/X)的上限例如可以为1.0以下。

该硫化物固体电解质包含Br和I时，Br与Br和I的合计含量的摩尔比(Br/(Br+I))的下限只要大于0即可，也有时优选为0.1以上，更优选为0.2以上，进一步优选为0.3以上。通过如此设定上述摩尔比(Br/(Br+I))的下限，HICP变得容易析出，存在离子传导率提高的情况。上述摩尔比(Br/(Br+I))的上限可以小于1.0，也可以为0.9以下，也可以为0.8以下，也可以为0.7以下。通过如此设定上述摩尔比(Br/(Br+I))的上限，HICP变得容易析出，存在离子传导率提高的情况。

该硫化物固体电解质中，卤族元素X可以实质上不包含Cl。应予说明，实质上不包含Cl是指至少不有意地含有Cl。

另外，该硫化物固体电解质中，卤族元素可以包含Cl，该情况下，Cl的含量与卤族元素X的含量的摩尔比(Cl/X)的下限可以大于0，也可以为0.01以上，也可以为0.05以上。通过使上述摩尔比(Cl/X)为上述下限以上，存在耐水性变得更良好的情况。上述摩尔比(Cl/X)的上限例如可以为0.3，也可以为0.2，也可以为0.1。通过使上述摩尔比(Cl/X)为上述上限以下，HICP变得容易析出，存在离子传导率提高的情况。

该硫化物固体电解质中，卤族元素X可以实质上不包含F。应予说明，实质上不包含F是指至少不有意地含有F。

另外，该硫化物固体电解质中，卤族元素X可以包含F，该情况下，F的含量与卤族元素X的含量的摩尔比(F/X)的下限可以大于0，也可以为0.01以上，也可以为0.05以上。通过使上述摩尔比(F/X)为上述下限以上，存在耐水性变得更良好的情况。上述摩尔比(F/X)的上限例如可以为0.3，也可以为0.2，也可以为0.1。通过使上述摩尔比(F/X)为上述上限以下，HICP变得容易析出，存在离子传导率提高的情况。

该硫化物固体电解质中的卤族元素X优选仅由I构成，或者仅由Br和I构成。通过使该硫化物固体电解质中的卤族元素X为这样的组成，HICP变得容易析出，存在离子传导率提高的情况。

该硫化物固体电解质优选进一步含有Li。该硫化物固体电解质中，二价元素A与Li的含量的摩尔比(A/Li)的下限优选为0.001，更优选为0.005，进一步优选为0.010，更进一步优选为0.018。摩尔比(A/Li)为上述下限以上时，含有足够量的二价元素A，存在耐水性等进一步提高的趋势。上述摩尔比(A/Li)的上限例如为0.5，优选为0.3，更优选为0.2，进一步优选为0.1。通过使摩尔比(A/Li)为上述上限以下，总阳离子中的锂离子的含有比例相对提高，存在离子传导率提高的趋势。摩尔比(A/Li)可以为上述任一下限以上且为上述任一上限以下。

该硫化物固体电解质中，卤族元素X与二价元素A的含量的摩尔比(X/A)的下限也有时优选为2，更优选为3。摩尔比(X/A)为上述下限以上时，含有足够量的卤族元素X，存在离子传导率等进一步提高的趋势。另外，制造该硫化物固体电解质时，可以适当使用化合物A_0.5X作为原料，该情况下，所得到的硫化物固体电解质中的上述摩尔比(X/A)为2以上。上述摩尔比(X/A)的上限例如可以为20，也可以为10。摩尔比(X/A)可以为上述任一下限以上且为上述任一上限以下。

该硫化物固体电解质通常进一步含有P和S。以下，对以P的含量为基准的各元素的适当的含量之比进行记载。

该硫化物固体电解质中，二价元素A的含量与P的含量的摩尔比(A/P)优选为0.01～0.4，更优选为0.03～0.3，进一步优选为0.05～0.2。通过使摩尔比(A/P)为上述下限以上，含有足够量的二价元素A，存在耐水性等提高的趋势。通过使摩尔比(A/P)为上述上限以下，总阳离子中的锂离子的含有比例相对提高，存在离子传导率提高的趋势。

该硫化物固体电解质中，Li的含量与P的含量的摩尔比(Li/P)优选为1～5，更优选为2～4.5，进一步优选为2.5～4。通过使摩尔比(Li/P)为上述下限以上，HICP变得容易析出。另外，通过使摩尔比(Li/P)为上述上限以下，Li₂S的析出得到抑制，存在空气气氛下暴露时的硫化氢产生量等减少的趋势。

该硫化物固体电解质中，S的含量与P的含量的摩尔比(S/P)优选为2～6，更优选为3～5，进一步优选为3.5～4.5。通过使摩尔比(S/P)为上述范围，HICP变得容易析出，离子传导率提高。

该硫化物固体电解质中，卤族元素X与P的含量的摩尔比(X/P)优选为0.1～2，更优选为0.2～1.5，进一步优选为0.3～1。通过使摩尔比(X/P)为上述下限以上，HICP变得容易析出，存在离子传导率提高的情况。另外，通过使摩尔比(X/P)为上述上限以下，变得不易残留卤化锂的结晶相，存在离子传导率提高的情况。

该硫化物固体电解质可以进一步含有除二价元素A、卤族元素X、Li、P和S以外的其他元素。作为其他元素，可以举出氮、铝、硼、硅等。其他元素也包含上述二价元素A以外的二价元素(成为与上述卤族元素X一起构成的化合物B_0.5X的水合能小于LiI的水合能的组合的二价元素；以下称为“二价元素B”)和上述卤族元素X以外的卤族元素。其中，该硫化物固体电解质中的上述其他元素的含量与P的含量的摩尔比例如有时优选小于0.1，有时更优选小于0.01，也可以实质上不含有。硫化物固体电解质中所含的上述二价元素B的含量与二价元素的总含量(上述二价元素A与上述二价元素B的合计含量)的摩尔比例如可以为0以上且小于0.5。上述二价元素B的含量的摩尔比优选为0.4以下，更优选为0.3以下，进一步优选为0.2以下。由此能够消除或缓和因含有该二价元素B而引起的不良情况。一些方式中，上述二价元素B的含量的摩尔比可以为0.1以下，也可以为0.05以下(例如为0.01以下、典型而言为0.005以下)。在此公开的硫化物固体电解质可优选以实质上不包含上述二价元素B的方式实施。应予说明，硫化物固体电解质实质上不包含二价元素B是指至少不有意地含有二价元素B。

另外，关于上述其他元素，如上所述在原料中使用包含Li以外的一价元素的化合物时，有时根据制造方法而残留原料中使用的包含一价元素的化合物的晶体结构而导致所得到的硫化物固体电解质的性能降低。或者，在原料中使用包含一价元素的化合物时，也存在为了使包含一价元素的化合物的晶体结构消失而使处理时间变长的情况。因此，该硫化物固体电解质存在优选在原料中不使用包含Li以外的一价元素的化合物的情况。因此，该硫化物固体电解质存在优选实质上不包含Li以外的一价元素的趋势，存在优选实质上不包含Li以外的碱金属元素的趋势。例如，该硫化物固体电解质中的Li以外的一价元素或Li以外的碱金属元素的含量与P的含量的摩尔比例如有时优选小于0.1，有时更优选小于0.01，有时进一步优选为0。

本发明的一个实施方式中，硫化物固体电解质可以由下述式1表示。

(100-y-z-z')[xLi₂S·(1-x)P₂S₅]·yA_0.5X·zLiI·z'LjX'·wY…1

应予说明，上述式1为表示各元素Li、P、S、I、A、X、X’和Y的含有比例的式子(组成式)，并非特定作为原料的化合物。

作为上述A，可举出Mg、Ca、Sr、Ba、Mn、Cu、Zn等，优选Ca、Ba、Mn和Zn。

作为上述X，可举出F、Cl、Br、I等，优选I。

作为上述X’，可举出F、Cl、Br等。

作为上述Y，可举出B、N、O、Na、Al、Si、Ge、Se、Sn、Sb、Bi等，优选B、N、O、Al和Si。

上述x优选为0.6～0.78，更优选为0.65～0.76。

上述y优选为1～30，更优选为2～25，进一步优选为3～20。

上述z优选为0～20，更优选为15以下，进一步优选为10以下。上述z也有时优选为10以上。

上述y与上述z的和(y+z)也有时优选为1～30，更优选为5～27，进一步优选为10～25。

上述z’也有时优选为0～20，更优选为15以下，进一步优选为10以下。

上述y、上述z与上述z’的和(y+z+z’)也有时优选为1～30，更优选为5～27，进一步优选为10～25。

上述w可以为0～10，也可以为0～5，也可以为0。

该硫化物固体电解质由这样的组成构成时，存在离子传导率和耐水性变得更良好的趋势。

上述z与上述y之比(z/y)优选为0～10，更优选为5以下，进一步优选为3以下。在这样的情况下，可以说来自容易进行水合的LiI或与其相关的部分充分置换成来自不易进行水合化合物A_0.5X或与其相关的部分，存在耐水性进一步提高的趋势。

(物性、用途等)

作为该硫化物固体电解质的25℃时的离子传导率的下限，优选为0.5mS/cm，更优选为1mS/cm，进一步优选为1.5mS/cm。通过该硫化物固体电解质的25℃时的离子传导率为上述下限以上，能够进一步改善具备该硫化物固体电解质的蓄电元件的充放电性能。上述离子传导率的上限没有特别限定，例如为20mS/cm，可以为10mS/cm。

应予说明，该硫化物固体电解质的离子传导率通过以下的方法测定交流阻抗而求出。在露点－50℃以下的氩气氛下，将120mg试样粉末投入到内径10mm的粉体成型器中后，使用油压机以50MPa以下进行单轴加压成型。压力释放后，在试样的上表面投入120mg的SUS316L粉末作为集电体后，再次使用油压机以50MPa以下进行单轴加压成型。接下来，向试样的下表面投入120mg的SUS316L粉末作为集电体后，以360MPa进行5min单轴加压成型，由此得到离子传导率测定用颗粒。将该离子传导率测定用颗粒插入到宝泉公司制HS电池单元内，在规定温度下进行交流阻抗测定。测定条件为施加电压振幅20mV、频率范围1MHz～100mHz、测定温度25℃。

作为该硫化物固体电解质的离子传导率的活化能的上限，优选为0.34eV，更优选为0.33eV，进一步优选为0.32eV。通过该硫化物固体电解质的离子传导率的活化能为上述上限以下，从高温到低温的宽温度范围内的该硫化物固体电解质的离子传导率变得良好。上述活化能的下限例如可以为0.20eV，也可以为0.25eV。

应予说明，该硫化物固体电解质的离子传导率的活化能通过以下的方法而求出。将测定温度变更为－30℃、－20℃、－10℃、0℃和25℃，除此以外，与上述离子传导率中的方法同样地测定各测定温度下的交流阻抗。由测定结果求出各测定温度下的离子传导率，根据相对于温度的倒数的离子传导率的阿伦尼乌斯曲线的直线的倾斜算出离子传导率的活化能。

该硫化物固体电解质的形状没有特别限定，通常为粒状、块状等。该硫化物固体电解质可以适当地作为锂离子二次电池等蓄电元件、特别是锂离子蓄电元件的电解质使用。其中，可以特别适当地作为全固体电池的电解质使用。应予说明，该硫化物固体电解质在蓄电元件中的正极层、隔离层、负极层等中均可以使用。

＜硫化物固体电解质的元素选择方法＞

本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质的元素选择方法具备：选择含有1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X的硫化物固体电解质中的上述二价元素A和卤族元素X，在上述选择中，选择通过第一性原理计算而求出的由上述二价元素A和上述卤族元素X构成的化合物A_0.5X的水合能大于LiI的水合能的组合。

第一性原理计算是非经验性地进行物性预测的计算方法，是可以计算包含原子序数和空间坐标已知的原子的模型的总能量、以及电子的能带结构的方法。计算方法进行大致划分时，存在“波函数理论”体系和“密度泛函数理论”体系这二种。本说明书中使用的计算方法基于密度泛函数理论。

在第一性原理计算时，例如，可以使用计算软件Vienna Ab－initio SimulationPackage(VASP)。计算条件如下。k点以k－resolution的值为1000±200的方式进行设定。k－resolution是晶胞中的原子数与a、b、c轴向的k点的积。作为计算对象的物质包含过渡金属元素(稳定的价数的阳离子的状态下3d轨道不闭轨，3d轨道中存在电子的过渡金属元素)时，设定Hubbard的Ueff值。Hubbard的Ueff值使用晶体结构数据库“材料专案”(https：//materialsproject.org/#search/materials)中注册的值。

平面波基函数的截断能量：520eV

交换相关相互作用的近似法：GGA+U

伪电位：PAW(PBEsol)

k点：k－resolution＝1000±200

能量smearing：高斯法

后述的表3等中示出的计算结果是使用上述计算软件并基于上述条件而得到的。

作为基于第一性原理计算的水合能的计算方法，以下对算出“基于水和反应的总能量的变化量”(水合能)的步骤进行详述。

LiI+H₂O→LiI·H₂O···i

A_0.5X+H₂O→A_0.5X·H₂O···ii

(A＝Mg、Ca、Sr、Ba、Mn、Cu、Zn X＝F、Cl、Br、I)

根据上述式i或式ii按照以下的步骤(1)～(4)求出基于水和反应的总能量的变化量。即，求出卤化物(LiI或A_0.5X)与水以1：1的摩尔比进行水合反应时的总能量变化量，将其作为水合能。

(1)卤化物(LiI或A_0.5X)的总能量的算出

通过第一性原理计算来计算卤化物的固体的状态的总能量。卤化物的晶体结构使用晶体结构数据库“材料专案”(https：//materialsproject.org/#search/materials)中注册的表1中记载的ID编号的晶体结构。

[表1]

(2)水的总能量的算出

同样地通过第一性原理计算来计算水的固体状态的总能量。水的晶体结构使用“材料专案(Materials Project)”中注册的水的晶体结构(ID编号：mp－697111)。

(3)水合物(LiI·H₂O或A_0.5X·H₂O)的总能量的算出

同样地通过第一性原理计算来计算水合物的固体状态的总能量。水合物的晶体结构使用“材料专案”中注册的表2中记载的ID编号的晶体结构。

[表2]

(4)水合能的算出

根据上述(1)和(2)中算出的卤化物的总能量和水的总能量的和与上述(3)中算出的水合物的总能量之差而求出基于水合反应的总能量的变化量、即水合能。将计算结果示于表3。

[表3]

表3中的No.1、5～20和22～28的各卤化物的基于水合反应的总能量的变化量(各卤化物的水合能)大于LiI的基于水合反应的能量的变化量(LiI的水合能)。

应予说明，对于LiI以外的碱金属的卤化物，也可以按照与上述LiI同样地步骤求出水合能。表1～表3中作为No.29～32一并示出卤化钾的例子。

在使用CuKα射线而得的X射线衍射图中，在19.9°±0.5°的范围和23.6°±0.5°的范围具有衍射峰，含有通过该元素选择方法而选择出的1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X的硫化物固体电解质(β)也为本发明的一个实施方式。这样的硫化物固体电解质(β)的具体方式和优选方式与作为“本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质”所上述的硫化物固体电解质同样。

＜硫化物固体电解质的制造方法＞

本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质的制造方法具备：对含有通过本发明的一个实施方式的元素选择方法而选择出的1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X的组合物进行处理。本发明的其他一个实施方式的硫化物固体电解质的制造方法具备：对含有1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X的组合物进行处理，上述二价元素A和上述卤族元素X是由这些元素构成的化合物A_0.5X的水合能大于LiI的水合能的组合。

(组合物)

该制造方法中作为原料使用的组合物除了二价元素A和卤族元素X以外，通常还包含Li、P和S。上述组合物为通常包含Li、P、S、二价元素A和卤族元素X中的至少1种元素的2种以上化合物等的混合物。只要上述组合物(混合物)中含有的任一化合物等中包含Li、P、S、二价元素A和卤族元素X即可。也可以在1种化合物中包含Li、P、S、二价元素A和卤族元素X中的2种以上元素。例如可举出作为包含Li和S的化合物而后述的Li₂S、作为包含P和S的化合物而后述的P₂S₅、作为包含二价元素A和卤族元素X的化合物而后述的二价元素A的卤化物(A_0.5X)等。上述组合物可以含有不包含Li、P、S、二价元素A和卤族元素X中的任一元素的化合物等。上述组合物可以包含化合物A_0.5X，也可以不包含化合物A_0.5X。

作为包含Li的化合物等，例如可举出Li₂S、Li₂O、Li₃N、Li₂CO₃、金属锂等。此外，也可以为后述的卤化锂等。这些之中，优选Li₂S。包含Li的化合物等可以单独使用1种，也可以混合使用2种以上。

作为包含P的化合物等，例如可举出P₂S₃、P₂S₅、P₂O₅、P₃N₅、单质磷等。这些之中，优选P₂S₃和P₂S₅，更优选P₂S₅。包含P的化合物等可以单独使用1种，也可以混合使用2种以上。

作为包含S的化合物等，例如可举出Li₂S、P₂S₃、P₂S₅、Al₂S₃、MgS、SiS₂、单质硫等。这些之中，优选Li₂S、P₂S₃和P₂S₅，更优选Li₂S和P₂S₅。包含S的化合物等可以单独使用1种，也可以混合使用2种以上。

作为包含二价元素A的化合物等，可举出二价元素A的卤化物(A_0.5X)、氧化物、氮化物等，优选卤化物。作为二价元素A的卤化物(A_0.5X)，可举出表3中记载的No.1、5～20和22～28的各卤化物。包含二价元素A的化合物等可以单独使用1种，也可以混合使用2种以上。

作为包含卤素的化合物等，除了上述二价元素A的卤化物(A_0.5X)以外，还可举出LiF、LiCl、LiBr、LiI、MgCl₂、MgBr₂、MgI₂、Br₂、I₂等。这些之中，也有时优选二价元素A的卤化物和LiI，更优选二价元素A的卤化物。作为包含卤素的化合物等，也有时优选不含有卤化锂。包含卤素的化合物等可以单独使用1种，也可以混合使用2种以上。

例如作为一个实施方式，上述组合物可以为包含Li₂S、P₂S₅和A_0.5X的组合物或包含Li₂S、P₂S₅、A_0.5X和LiI的组合物。

上述组合物中，A_0.5X的含量与A_0.5X和LiI的合计含量的摩尔比优选为0.01～1，更优选为0.1以上，进一步优选为0.3以上。在这样的情况下，容易得到将容易进行水合的LiI充分置换成A_0.5X的硫化物固体电解质。

上述组合物中的各元素的具体的含量和优选含量与上述本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质中的各元素的具体的含量和优选含量同样。

(处理工序)

该制造方法中，对上述组合物进行处理，得到硫化物固体电解质。作为上述处理，可举出利用机械研磨等得到中间体，并对该中间体进行加热的方法等。应予说明，得到中间体的方法并不限定于此，可以进行机械研磨以外的方法、例如熔融骤冷法等。

机械研磨可以为干式和湿式中的任一种，但为了能够将原料的化合物等更均匀地混合，优选湿式。作为机械研磨，例如可举出容器驱动型磨机、介质搅拌磨机、基于高速旋转粉碎机等的研磨、辊磨机、喷射磨机等。作为容器驱动型磨机，例如可举出旋转磨机、振动磨机、行星式磨机等。作为介质搅拌磨机，例如可举出磨碎机、珠磨机等。作为基于高速旋转粉碎机的研磨机，例如可举出锤磨机、针磨机等。这些之中，优选容器驱动型磨机，特别优选行星式磨机。

介由机械研磨等而得到的中间体可以具有晶体结构，优选为所谓硫化物玻璃。“硫化物玻璃”是指包含非晶结构的硫化物固体电解质。如果中间体为硫化物玻璃，则能够得到Li₂S等稳定性低的结晶相少、各元素高度分散的硫化物固体电解质。

加热对通过机械研磨等而得到的中间体进行加热(热处理)。由此，得到中间体的至少一部分结晶化为HICP的硫化物固体电解质。加热(热处理)可以在减压气氛下进行，也可以在非活性气体气氛下进行。作为上述加热的温度范围，例如优选为150℃以上且小于260℃，更优选为160℃～255℃，进一步优选为170℃～250℃。通过使加热温度为上述下限以上，结晶化充分进行，得到离子传导率足够高的硫化物固体电解质。另外，通过使加热温度为上述上限以下，LICP的析出得到抑制，得到离子传导率更高的硫化物固体电解质。

＜蓄电元件＞

作为本发明的蓄电元件的一个实施方式，以下，举出全固体电池作为具体例进行说明。图1所示的蓄电元件10为全固体电池，是将正极层1和负极层2介由隔离层3配置而成的二次电池。正极层1具有正极基材4和正极活性物质层5，正极基材4为正极层1的最外层。负极层2具有负极基材7和负极活性物质层6，负极基材7为负极层2的最外层。图1所示的蓄电元件10中，在负极基材7上依次层叠有负极活性物质层6、隔离层3、正极活性物质层5和正极基材4。

蓄电元件10在正极层1、负极层2和隔离层3的至少一层中含有本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质。更具体而言，在正极活性物质层5、负极活性物质层6和隔离层3的至少一层中含有本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质。蓄电元件10由于含有具有良好的耐水性的硫化物固体电解质，因此在制造过程中暴露于空气气氛下时等，硫化物固体电解质与水的反应也得到抑制，能够发挥良好的充放电性能。

蓄电元件10可以并用除本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质以外的其他固体电解质。作为其他固体电解质，可以举出除本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质以外的硫化物固体电解质、氧化物固体电解质、干式聚合物电解质、凝胶聚合物电解质、准固体电解质等，优选硫化物固体电解质。另外，可以在蓄电元件10的一个层中含有不同的多种固体电解质，也可以在每个层含有不同的固体电解质。

作为除本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质以外的硫化物固体电解质，例如可以举出Li₂S－P₂S₅、Li₂S－P₂S₅－LiI、Li₂S－P₂S₅－LiCl、Li₂S－P₂S₅－LiBr、Li₂S－P₂S₅－Li₂O、Li₂S－P₂S₅－Li₂O－LiI、Li₂S－P₂S₅－Li₃N、Li₂S－SiS₂、Li₂S－SiS₂－LiI、Li₂S－SiS₂－LiBr、Li₂S－SiS₂－LiCl、Li₂S－SiS₂－B₂S₃－LiI、Li₂S－SiS₂－P₂S₅－LiI、Li₂S－B₂S₃、Li₂S－P₂S₅－Z_mS_2n(其中，m、n为正数，Z为Ge、Zn、Ga中的任一者)、Li₂S－GeS₂、Li₂S－SiS₂－Li₃PO₄、Li₂S－SiS₂－Li_xMO_y(其中，x、y为正数，M为P、Si、Ge、B、Al、Ga、In中的任一者)、Li₁₀GeP₂S₁₂等。

[正极层]

正极层1具备正极基材4和层叠于该正极基材4的表面的正极活性物质层5。正极层1可以在正极基材4与正极活性物质层5之间具有中间层。中间层例如可以为包含导电剂和粘合剂的层等。

(正极基材)

正极基材4具有导电性。具有“导电性”将依据JIS－H－0505(1975年)测定的体积电阻率为10⁷Ω·m判定为阈值。作为正极基材4的材质，可使用铝、钛、钽、铟、不锈钢等金属或它们的合金。这些之中，从耐电位性、导电性高和成本的观点考虑，优选铝或铝合金。作为正极基材4，可举出箔、蒸镀膜等，从成本的观点考虑，优选箔。因此，作为正极基材4，优选铝箔或铝合金箔。作为铝或铝合金，可以例示JIS－H－4000(2014年)中规定的A1085P、A3003P等。

正极基材4的平均厚度优选为3μm～50μm，更优选为5μm～40μm，进一步优选为8μm～30μm，特别优选为10μm～25μm。通过使正极基材4的平均厚度为上述范围，能够提高正极基材4的强度，并且提高蓄电元件10的单位体积的能量密度。正极基材4和后述的负极基材7的“平均厚度”是指将规定面积的基材的质量除以基材的真密度和面积而得的值。

中间层为配置于正极基材4与正极活性物质层5之间的层。中间层通过包含碳粒子等导电剂来减少正极基材4与正极活性物质层5的接触电阻。中间层的构成没有特别限定，例如，包含粘合剂和导电剂。

(正极活性物质层)

正极活性物质层5包含正极活性物质。正极活性物质层5可以由包含正极活性物质的所谓正极合剂形成。正极活性物质层5可以含有包含正极活性物质和固体电解质的混合物或复合物。正极活性物质层5可以根据需要包含导电剂、粘合剂(粘结剂)、增稠剂、填料等任意成分。正极活性物质层5中可以实质上不含有这些各任意成分中的1种或2种以上。

作为正极活性物质层5中所含的正极活性物质，可以从锂离子二次电池、全固体电池通常所使用的公知的正极活性物质中适当地选择。作为上述正极活性物质，通常可使用能够吸留和放出锂离子的材料。例如，可举出具有α－NaFeO₂型晶体结构的锂过渡金属复合氧化物、具有尖晶石型晶体结构的锂过渡金属复合氧化物、聚阴离子化合物、硫族化合物、硫等。作为具有α－NaFeO₂型晶体结构的锂过渡金属复合氧化物，例如，可举出Li[Li_xNi_1-x]O₂(0≤x＜0.5)、Li[Li_xNi_γCO_(1-x-γ)]O₂(0≤x＜0.5，0＜γ＜1)、Li[Li_xNi_γMn_βCO_(1-x-γ-β]O₂(0≤x＜0.5，0＜γ，0＜β，0.5＜γ+β＜1)等。作为具有尖晶石型晶体结构的锂过渡金属复合氧化物，可举出Li_xMn₂O₄、Li_xNi_γMn_(2-γ)O₄等。作为聚阴离子化合物，可举出LiFePO₄、LiMnPO₄、LiNiPO₄、LiCoPO₄、Li₃V₂(PO₄)₃、Li₂MnSiO₄、Li₂CoPO₄F等。作为硫族化合物，可举出二硫化钛、二硫化钼、二氧化钼等。这些材料中的原子或聚阴离子可以将一部分用由其他元素构成的原子或阴离子种置换。正极活性物质的表面可以被铌酸锂、钛酸锂、磷酸锂等氧化物被覆。在正极活性物质层中，可以单独使用这些正极活性物质中的1种，也可以混合使用2种以上。

正极活性物质通常为粒子(粉体)。正极活性物质的平均粒径例如优选为0.1μm～20μm。通过使正极活性物质的平均粒径为上述下限以上，正极活性物质的制造或处理变得容易。通过使正极活性物质的平均粒径为上述上限以下，正极活性物质层5的电子传导性提高。这里，“平均粒径”是指基于依据JIS－Z－8825(2013年)对将粒子用溶剂稀释而得的稀释液利用激光衍射散射法进行测定而得的粒径分布，依据JIS－Z－8819－2(2001年)计算的体积基准累积分布为50％的值。

为了以规定的形状得到粒子。了使用粉碎机、分级机等。作为粉碎方法，例如，可举出使用研钵、球磨机、砂磨机、振动球磨机、行星式球磨机、喷射磨机、反喷磨机、旋转气流型喷射磨机或筛等的方法。粉碎时也可以使用共存有水或己烷等有机溶剂的湿式粉碎。作为分级方法，干式、湿式均可根据需要使用筛、风力分级机等。

作为正极活性物质层5中的正极活性物质的含量，优选为10质量％～95质量％，更优选为30质量％以上，进一步为50质量％以上。通过使正极活性物质的含量为上述范围，能够进一步增大蓄电元件10的电容量。

正极活性物质层5含有固体电解质时，作为固体电解质的含量，也有时优选为5质量％～90质量％，更优选为20质量％～70质量％，进一步优选为50质量％以下。通过使固体电解质的含量为上述范围，能够提高蓄电元件10的电容量。在正极活性物质层5中使用本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质时，作为正极活性物质层5中的本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质相对于全固体电解质的含量，优选为50质量％以上，更优选为70质量以上％，进一步优选为90质量％以上，更进一步优选实质上为100质量％。

上述正极活性物质与固体电解质的混合物是通过将正极活性物质和固体电解质等利用机械研磨等进行混合而制作的混合物。例如，正极活性物质与固体电解质等的混合物可以将粒子状的正极活性物质和粒子状的固体电解质等混合而得到。作为上述正极活性物质与固体电解质等的复合物，可举出在正极活性物质和固体电解质等之间具有化学或物理性结合的复合物、使正极活性物质与固体电解质等进行机械性复合而成的复合物等。上述复合物在一个粒子内存在正极活性物质和固体电解质等，例如，可举出正极活性物质和固体电解质等形成了凝聚状态的复合物、在正极活性物质的表面的至少一部分形成有含有固体电解质等的皮膜的复合物等。

导电剂只要是具有导电性的材料，就没有特别限定。作为这样的导电剂，例如，可举出碳质材料、金属、导电性陶瓷等。作为碳质材料，可举出石墨、非石墨质碳、石墨烯系碳等。作为非石墨质碳，可举出碳纳米纤维、沥青系碳纤维、炭黑等。作为炭黑，可举出炉黑、乙炔黑、科琴黑等。作为石墨烯系碳，可举出石墨烯、碳纳米管(CNT)、富勒烯等。作为导电剂的形状，可举出粉状、纤维状等。作为导电剂，可以单独使用这些材料中的1种，也可以混合使用2种以上。另外，也可以将这些材料复合化而使用。例如，可以使用将炭黑与CNT复合化而成的材料。这些之中，从电子传导性和涂覆性的观点考虑，优选为炭黑，其中，优选乙炔黑。

正极活性物质层5中的导电剂的含量优选为1质量％～10质量％，更优选为3质量％～9质量％。通过使导电剂的含量为上述范围，能够提高蓄电元件10的电容量。

作为粘合剂，例如，可举出氟树脂(聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等)、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺等热塑性树脂；乙烯－丙烯－二烯橡胶(EPDM)、磺化EPDM、苯乙烯－丁二烯橡胶(SBR)、氟橡胶等弹性体；多糖类高分子等。

正极活性物质层5中的粘合剂的含量优选为1质量％～10质量％，更优选为3质量％～9质量％。通过使粘合剂的含量为上述范围，能够稳定地保持正极活性物质。

作为增稠剂，例如，可举出羧甲基纤维素(CMC)、甲基纤维素等多糖类高分子。增稠剂具有与锂等反应的官能团时，可以预先通过甲基化等而使该官能团失活。

填料没有特别限定。作为填料，可举出聚丙烯、聚乙烯等聚烯烃、二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化钙、氧化锶、氧化钡、氧化镁、铝硅酸盐等无机氧化物、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铝等氢氧化物、碳酸钙等碳酸盐、氟化钙、氟化钡、硫酸钡等难溶性的离子晶体、氮化铝、氮化硅等氮化物、滑石、蒙脱石、勃姆石、沸石、磷灰石、高岭土、莫来石、尖晶石、橄榄石、绢云母、膨润土、云母等来自矿物资源的物质或它们的人造物等。

正极活性物质层5可以含有B、N、P、F、Cl、Br、I等典型非金属元素、Li、Na、Mg、Al、K、Ca、Zn、Ga、Ge、Sn、Sr、Ba等典型金属元素、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Zr、Nb、W等过渡金属元素作为除正极活性物质、导电剂、粘合剂、增稠剂、填料以外的成分。

作为正极活性物质层5的平均厚度，优选为30μm～1000μm，更优选为60μm～500μm。通过使正极活性物质层5的平均厚度为上述下限以上，能够得到具有高能量密度的蓄电元件10。通过使正极活性物质层5的平均厚度为上述上限以下，能够实现蓄电元件10的小型化等。正极活性物质层5的平均厚度为在任意的5个位置进行测定而得的厚度的平均值。后述的负极活性物质层6和隔离层3的平均厚度也同样。

[负极层]

负极层2具有负极基材7和直接或介由中间层配置于该负极基材7的负极活性物质层6。中间层的构成没有特别限定，例如可以选自正极层1中例示的构成。

(负极基材)

负极基材7具有导电性。作为负极基材7的材质，可使用铜、镍、不锈钢、镀镍钢、铝等金属或它们的合金。这些之中，优选铜或铜合金。作为负极基材，可举出箔、蒸镀膜等，从成本的观点考虑，优选箔。因此，作为负极基材，优选铜箔或铜合金箔。作为铜箔的例子，可举出轧制铜箔、电解铜箔等。

负极基材7的平均厚度优选为2μm～35μm，更优选为3μm～30μm，进一步优选为4μm～25μm，特别优选为5μm～20μm。通过使负极基材7的平均厚度为上述下限以上，能够提高负极基材7的强度。通过使负极基材7的平均厚度为上述上限以下，能够提高蓄电元件10的单位体积的能量密度。

(负极活性物质层)

负极活性物质层6包含负极活性物质。负极活性物质层6可以由包含负极活性物质的所谓负极合剂形成。负极活性物质层6可以含有包含负极活性物质和固体电解质的混合物或复合物。负极活性物质层6根据需要包含导电剂、粘合剂、增稠剂、填料等任意成分。这些负极活性物质层6中的任意成分的种类和优选含量与上述的正极活性物质层5的各任意成分同样。负极活性物质层6中可以实质上不含有这些各任意成分的1种或2种以上。

负极活性物质层6可以含有B、N、P、F、Cl、Br、I等典型非金属元素、Li、Na、Mg、Al、K、Ca、Zn、Ga、Ge、Sn、Sr、Ba等典型金属元素、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Zr、Ta、Hf、Nb、W等过渡金属元素作为除负极活性物质、导电剂、粘合剂、增稠剂、填料以外的成分。

作为负极活性物质，可以从锂离子二次电池、全固体电池通常所使用的公知的负极活性物质中适当地选择。作为上述负极活性物质，可使用通常能够吸留和放出锂离子的材料。作为负极活性物质，例如，可举出金属Li；Si、Sn等金属或半金属；Si氧化物、Ti氧化物、Sn氧化物等金属氧化物或半金属氧化物；Li₄Ti₅O₁₂、LiTiO₂、TiNB₂O₇等含钛氧化物；聚磷酸化合物；碳化硅；石墨(graphite)、非石墨质碳(易石墨化性碳或难石墨化性碳)等碳材料等。这些材料之中，优选石墨和非石墨质碳。在负极活性物质层6中，可以单独使用这些材料中的1种，也可以混合使用2种以上。

“石墨”是指在充放电前或放电状态下由X射线衍射法确定的(002)晶面的平均晶格间距(d₀₀₂)为0.33nm以上且小于0.34nm的碳材料。作为石墨，可举出天然石墨、人造石墨。从能够获得稳定的物性的材料的观点考虑，优选人造石墨。

“非石墨质碳”是指在充放电前或放电状态下由X射线衍射法确定的(002)晶面的平均晶格间距(d₀₀₂)为0.34nm～0.42nm的碳材料。作为非石墨质碳，可举出难石墨化性碳、易石墨化性碳。作为非石墨质碳，例如，可举出来自树脂的材料、来自石油沥青的材料、来自醇的材料等。

这里，“放电状态”是指以从作为负极活性物质的碳材料中充分放出能够伴随充放电而吸留和放出的锂离子的方式进行放电的状态。例如，在使用包含碳材料作为负极活性物质的负极作为工作电极、使用金属Li作为对电极的单极电池中，是指开路电压为0.7V以上的状态。开路状态下的金属Li对电极的电位与Li的氧化还原电位大致相等，因此上述单极电池的开路电压与包含碳材料的负极相对于Li的氧化还原电位的电位大致等同。

“难石墨化性碳”是指上述d₀₀₂为0.36nm～0.42nm的碳材料。

“易石墨化性碳”是指上述d₀₀₂为0.34nm以上且小于0.36nm的碳材料。

负极活性物质通常为粒子(粉体)。负极活性物质的平均粒径例如可以为1nm～100μm。负极活性物质例如为碳材料时，其平均粒径有时优选为1μm～100μm。负极活性物质为金属、半金属、金属氧化物、半金属氧化物、含钛氧化物、聚磷酸化合物等时，其平均粒径有时优选为1nm～1μm。通过使负极活性物质的平均粒径为上述下限以上，负极活性物质的制造或处理变得容易。通过使负极活性物质的平均粒径为上述上限以下，负极活性物质层6的电子传导性提高。为了以规定粒径得到粉体，可使用粉碎机、分级机等。粉碎方法和分级方法例如可以选自正极层1中例示的方法。

作为负极活性物质层6中的负极活性物质的含量，优选为10质量％～95质量％，更优选为30质量％以上、进一步50质量％以上。通过使负极活性物质的含量为上述范围，能够进一步增大蓄电元件10的电容量。

负极活性物质层6含有固体电解质时，作为固体电解质的含量，也有时优选为5质量％～90质量％，更优选为20质量％～70质量％，进一步优选为50质量％以下。通过使固体电解质的含量为上述范围，能够增大蓄电元件10的电容量。在负极活性物质层6中使用本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质时，作为本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质相对于负极活性物质层6中的全固体电解质的含量，优选为50质量％以上，更优选为70质量以上％，进一步优选为90质量％以上，更进一步优选实质上为100质量％。

上述负极活性物质与固体电解质的混合物或复合物可以为在上述的正极活性物质与固体电解质的混合物或复合物中将正极活性物质置换为负极活性物质而得的混合物或复合物。

作为负极活性物质层6的平均厚度，优选为30μm～1000μm，更优选为60μm～500μm。通过使负极活性物质层6的平均厚度为上述下限以上，能够得到具有高能量密度的蓄电元件10。通过使负极活性物质层6的平均厚度为上述上限以下，能够实现蓄电元件10的小型化等。

[隔离层]

隔离层3含有固体电解质。作为隔离层3中含有的固体电解质，除了上述的本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质以外，还可以使用各种固体电解质，其中，优选使用硫化物固体电解质。作为隔离层3中的固体电解质的含量，也有时优选为70质量％以上，更优选为90质量以上％，进一步优选为99质量％以上，更进一步优选实质上为100质量％。另外，在隔离层3中使用本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质时，作为本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质在隔离层3中的全固体电解质中所占的含量，优选为50质量％以上，更优选为70质量以上％，进一步优选为90质量％以上，更进一步优选实质上为100质量％。

隔离层3中可以含有Li₃PO₄等氧化物、卤化物、粘合剂、增稠剂、填料等任意成分。粘合剂、增稠剂、填料等任意成分可以选自正极活性物质层5中例示的材料。

作为隔离层3的平均厚度，优选为1μm～50μm，更优选为3μm～20μm。通过使隔离层3的平均厚度为上述下限以上，能够将正极层1与负极层2可靠性高地绝缘。通过使隔离层3的平均厚度为上述上限以下，能够提高蓄电元件10的能量密度。

本实施方式的蓄电元件可以作为集合多个蓄电元件而构成的蓄电单元(电池模块)搭载于电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)等的汽车用电源、个人计算机、通信终端等的电子设备用电源或电力储藏用电源等。该情况下，只要对蓄电单元中所含的至少一个蓄电元件应用本发明的一个实施方式的技术即可。

图2中示出将电连接的2以上的蓄电元件10集合而成的蓄电单元20进一步集合而得的蓄电装置30的一个例子。蓄电装置30可以具备将2个以上的蓄电元件10电连接的汇流条(未图示)、将2个以上的蓄电单元20电连接的汇流条(未图示)等。蓄电单元20或蓄电装置30可以具备监视1个以上的蓄电元件的状态的状态监视装置(未图示)。

＜蓄电元件的制造方法＞

本发明的一个实施方式的蓄电元件的制造方法除了在正极层、隔离层和负极层中的至少一层的制作中使用本发明的一个实施方式的硫化物固体电解质以外，可以利用通常公知的方法进行。具体而言，该制造方法例如具备：(1)准备正极合剂，(2)准备隔离层用材料，(3)准备负极合剂，以及(4)将正极层、隔离层和负极层层叠。以下，对各工序进行详细说明。

(1)正极合剂准备工序

本工序中，通常制作用于形成正极层(正极活性物质层)的正极合剂。作为正极合剂的制作方法，没有特别限制，可以根据目的而适当地选择。例如，可举出正极合剂的材料的机械研磨处理、正极活性物质的压缩成型、使用正极活性物质的靶材料的溅射等。正极合剂含有包含正极活性物质和固体电解质的混合物或复合物时，本工序可以包括例如使用机械研磨法等将正极活性物质与固体电解质混合，制作正极活性物质与固体电解质的混合物或复合物。

(2)隔离层用材料准备工序

本工序中，通常制作用于形成隔离层的隔离层用材料。蓄电元件为锂离子蓄电元件时，隔离层用材料可以为固体电解质。作为隔离层用材料的固体电解质可以利用以往公知的方法而制作。例如，可以将规定的材料利用机械研磨法进行处理而得到。也可以利用熔融骤冷法将规定的材料加热到熔融温度以上并以规定的比率将两者熔融混合，进行骤冷而制作隔离层用材料。作为其他隔离层用材料的合成方法，例如可举出进行减压封入并进行煅烧的固相法、溶解析出等液相法、气相法(PLD)、机械研磨后在氩气氛下进行煅烧等。

(3)负极合剂准备工序

本工序中，通常制作用于形成负极层(负极活性物质层)的负极合剂。负极合剂的具体的制作方法与正极合剂同样。负极合剂含有包含负极活性物质和固体电解质的混合物或复合物时，本工序可以包括例如使用机械研磨法等将负极活性物质与固体电解质混合，制作负极活性物质与固体电解质的混合物或复合物。

(4)层叠工序

本工序中，例如，将具有正极基材和正极活性物质层的正极层、隔离层、以及具有负极基材和负极活性物质层的负极层层叠。本工序中，可以依次形成正极层、隔离层和负极层，也可以逆序形成，各层的形成顺序没有特别限制。上述正极层例如通过对正极基材和正极合剂进行加压成型而形成，上述隔离层通过对隔离层用材料进行加压成型而形成，上述负极层通过对负极基材和负极合剂进行加压成型而形成。可以通过将正极基材、正极合剂、隔离层材料、负极合剂和负极基材一次性进行加压成型来层叠正极层、隔离层和负极层。也可以将正极层和负极层分别预先成型，并与隔离层进行加压成型而层叠。

[其他实施方式]

本发明并不限定于上述实施方式，除了上述方式以外，还可以以实施了各种变更、改良的方式实施。例如，对于本发明的蓄电元件，也可以具备除正极层、隔离层和负极层以外的其他层。另外，本发明的蓄电元件也可以包含液体。作为这样的蓄电元件，例如可举出在上述的蓄电元件10中的正极活性物质层5、隔离层3和负极活性物质层6等的空隙填充有含有离子液体等的非水电解液等的蓄电元件等。本发明的蓄电元件除了作为二次电池的蓄电元件以外，也可以为电容器等。

另外，用于特定本发明的一个方式的硫化物固体电解质的水合能的算出基于上述实施方式中记载的具体的条件，但本发明的一个方式的元素选择方法并不限定于上述具体的条件。例如，本发明的一个方式的硫化物固体电解质的元素选择方法可以采用上述实施方式中记载的计算条件以外的计算条件，可以基于除上述实施方式中记载的式i或式ii以外的反应式和除上述实施方式中记载的晶体结构以外的晶体结构进行第一性原理计算。另外，也可以使用与上述实施方式不同的计算软件进行第一性原理计算。进而，除上述实施方式中记载的二价元素A和卤族元素X的组合以外，也可以根据同样的方法进行评价。

＜实施例＞

以下，利用实施例对本发明进行更具体的说明，但本发明并不限定于以下的实施例。

[实施例1]

通过以下的处理来合成85(0.75Li₂S·0.25P₂S₅)·15Ca_0.5I(Li₃Ca_0.18PS₄I_0.35)。

在露点－50℃以下的氩气氛的手套箱内将Li₂S(99.98％，Aldrich)，P₂S₅(99％，Aldrich)和Ca_0.5I以摩尔比为63.75：21.25：15的方式称量后，用研钵进行混合，准备包含Li、P、S、Ca和I的组合物。

将上述组合物投入到装有160g直径4mm的氧化锆球的密闭式的80mL氧化锆罐中。利用行星式球磨机(FRITSCH公司制，型号Premium line P－7)以公转转速510rpm进行45小时的机械研磨处理，得到中间体。

将上述中间体以220℃进行2小时加热(热处理)而得到实施例1的硫化物固体电解质。该加热温度设定为结晶温度附近且在结晶温度的±50℃的范围内。结晶温度通过取出机械研磨处理后的中间体的一部分并供于DSC测定而求出。DSC测定在以下的条件下进行。即，使用DSC装置(Rigaku公司制，Therm OPlus DSC8230)，使用SUS制密闭盘，以10℃/min从室温升温到400℃。

[实施例2～6、比较例1～5、参考例1～2]

使硫化物固体电解质的组成和热处理温度如下，除此以外，与实施例1同样地得到实施例2～6、比较例1～5以及参考例1和2的各硫化物固体电解质。各加热温度为与上述实施例1同样地求出的结晶温度的±50℃的范围内的温度。

实施例2：85(0.75Li2S·0.25P2S5)·5Ca_0.5I·10LiI，加热温度205℃

实施例3：85(0.75Li₂S·0.25P₂S₅)·5Ba_0.5I·10LiI，加热温度170℃

实施例4：85(0.75Li₂S·0.25P₂S₅)·5Zn_0.5I·10LiI，加热温度175℃

实施例5：85(0.75Li₂S·0.25P₂S₅)·5Mn_0.5I·10LiI，加热温度190℃

实施例6：85(0.75Li2S·0.25P2S5)·2.5Ca_0.5I·12.5LiI，加热温度205℃比较例1：85(0.75Li₂S·0.25P₂S₅)·15LiI，加热温度180℃

比较例2：85(0.75Li₂S·0.25P₂S₅)·15Mg_0.5I，加热温度220℃

比较例3：85(0.75Li₂S·0.25P₂S₅)·5KI·10LiI，加热温度175℃

比较例4：75Li₂S·25P₂S₅，无加热处理

比较例5：73.5Li₂S·25P₂S₅·1.5CaS，无加热处理

参考例1：70Li₂S·30P₂S₅，加热温度300℃

参考例2：98(0.70Li₂S·0.30P₂S₅)·2Ca_0.5I，加热温度300℃

[评价]

(1)粉末X射线衍射测定

利用上述方法进行实施例1～6、比较例1～5以及参考例1和2的各硫化物固体电解质的粉末X射线衍射测定。应予说明，气密性的X射线衍射测定用试样架使用Rigaku公司制、商品名“通用气氛隔离件”。在实施例1～6和比较例1～3的各硫化物固体电解质的X射线衍射图中，均能够确认到在来自HICP的2θ＝19.9°±0.5°的范围和2θ＝23.6°±0.5°的范围具有衍射峰。在实施例1、实施例4、实施例5和比较例2的各硫化物固体电解质的X射线衍射图中，均确认了在来自LICP的2θ＝21.0°±0.5°的范围和28.0°±0.5°的范围具有衍射峰。在比较例4和5的各硫化物固体电解质的X射线衍射图中，确认了不具有衍射峰而具有非晶结构。在参考例1的硫化物固体电解质的X射线衍射图中，确认了在来自Li₇P₃S₁₁的结晶相的2θ＝17.8°±0.5°的范围、18.5°±0.5°的范围、23.7°±0.5°的范围、29.6°±0.5°的范围和30.0°±0.5°的范围具有衍射峰。在参考例2的硫化物固体电解质的X射线衍射图中，检测出了来自Li₄P₂S₆的结晶相的衍射峰和无法归属于哪个结晶相的衍射峰。将测定结果示于表4。表4中，“未知”表示无法归属于哪个结晶相的结晶相。

图3中示出实施例1～6和比较例1的各硫化物固体电解质的X射线衍射图。能够在来自HICP的2θ＝19.9°±0.5°的范围和2θ＝23.6°±0.5°的范围确认到衍射峰。另外，能够确认位于2θ＝19.9°±0.5°的范围的衍射峰为衍射强度最强的衍射峰。

另外，图4中示出实施例2和比较例3的各硫化物固体电解质的X射线衍射图。在比较例3的硫化物固体电解质的X射线衍射图中，能够确认到来自KI的峰(2θ≈21.8°、25.2°、35.9°)。可知在原料使用KI等包含Li以外的一价元素的化合物的情况下，机械研磨处理时晶体结构未被充分破坏，容易残留原料的化合物的晶体结构。

另外，图5中示出参考例1和参考例2的各硫化物固体电解质的X射线衍射图。在参考例1和参考例2的各硫化物固体电解质的X射线衍射图中，确认了在19.9°±0.5°的范围和23.6°±0.5°的范围不具有衍射峰。

(2)离子传导率

实施例1～6、比较例1～5以及参考例1和2的各硫化物固体电解质的25℃时的离子传导率(σ_25a)使用Bio－Logic公司制“VMP－300”并利用上述的方法测定交流阻抗而求出。将测定结果示于表4。

(3)耐水性评价

对于实施例1～6、比较例1～5以及参考例1和2的各硫化物固体电解质，按照以下的步骤来评价耐水性。对于各硫化物固体电解质，测定上述(2)的25℃时的离子传导率(σ_25a)后，在露点－35℃的干燥空气气氛下将各固体电解质放置6小时。然后，与上述(2)同样地测定各固体电解质的25℃时的离子传导率(σ_25b)。作为耐水性的评价指标，求出在干燥空气气氛下放置后的离子传导率(σ_25b)与最初(在干燥空气气氛下放置前)的离子传导率(σ_25a)之比(σ_25b/σ_25a)。将结果示于表4。

(4)活化能

实施例1和3～6、比较例1～5以及参考例1的各硫化物固体电解质的离子传导率的活化能使用Bio－Logic公司制“VMP－300”并利用上述的方法测定交流阻抗而求出。将测定结果示于表5。

[表4]

[表5]

如表5所示，确认了实施例1和3～6的各硫化物固体电解质的离子传导率的活化能为0.34eV以下。

如表4所示，能够确认到在使用CuKα射线而得的X射线衍射图中，在19.9°±0.5°的范围和23.6°±0.5°的范围具有衍射峰的实施例1～6的各硫化物固体电解质的在干燥空气气氛下放置后的离子传导率(σ_25b)与在干燥空气气氛下放置前的离子传导率(σ_25a)之比(σ_25b/σ_25a)为60％以上，具备良好的耐水性。另外，实施例1～6的各硫化物固体电解质的在干燥空气气氛下放置前的离子传导率(σ_25a)为1.5mS/cm以上，离子传导率也良好。

应予说明，如表3所示，实施例1、2和6的硫化物固体电解质中所含的由Ca和I构成的Ca_0.5I的水合能为9.3meV/atom，实施例3的硫化物固体电解质中所以含的由Ba和I构成的Ba_0.5I的水合能为5.9meV/atom，实施例4的硫化物固体电解质中所含的由Zn和I构成的Zn_0.5I的水合能为88.8meV/atom，实施例5的硫化物固体电解质中所含的由Mn和I构成的Mn_0.5I的水合能为34.1meV/atom，均大于LiI的水合能(－11.5meV/atom)。而且，实施例1～6的各硫化物固体电解质的比(σ_25b/σ_25a)大于比较例1的硫化物固体电解质的比(σ_25b/σ_25a)。与此相对，比较例2的硫化物固体电解质中所含的由Mg和I构成的Mg_0.5I的水合能为－17.2meV/atom，小于LiI的水合能，比较例2的硫化物固体电解质的比(σ_25b/σ_25a)小于比较例1的硫化物固体电解质的比(σ_25b/σ_25a)。比较例3的硫化物固体电解质中所含的由K和I构成的KI的水合能为47.9meV/atom，虽然大于LiI的水合能，但比较例3的硫化物固体电解质的比(σ_25b/σ_25a)小于60％，小于实施例的硫化物固体电解质的比(σ_25b/σ_25a)，耐水性没有得到充分改善。认为在比较例3中，由于如上所述残留原料的KI的晶体结构，耐水性没怎么得到改善。

在使用CuKα射线而得的X射线衍射图中，不具有衍射峰且含有Ca和I的比较例5的硫化物固体电解质虽然比(σ_25b/σ_25a)为80％以上，但在干燥空气气氛下放置前的离子传导率(σ_25a)为0.434mS/cm，离子传导率低。进而，确认了比较例5的硫化物固体电解质的比(σ_25b/σ_25a)小于不含有Ca的比较例4的硫化物固体电解质的比(σ_25b/σ_25a)，耐水性没有得到改善。

确认了在使用CuKα射线而得的X射线衍射图中，在19.9°±0.5°的范围和23.6°±0.5°的范围不具有衍射峰的参考例2的硫化物固体电解质的比(σ_25b/σ_25a)小于60％，不具备充分的耐水性。另外，确认了参考例2的硫化物固体电解质的在干燥空气气氛下放置前的离子传导率(σ_25a)小于0.10mS/cm，离子传导率也低。进而，确认了参考例2的硫化物固体电解质的比(σ_25b/σ_25a)小于不含有Ca和I的参考例1的硫化物固体电解质的比(σ_25b/σ_25a)，即便含有Ca和I，耐水性也没有得到改善。

根据这样结果可知，硫化物固体电解质在使用CuKα射线而得的X射线衍射图中在19.9°±0.5°的范围和23.6°±0.5°的范围具有衍射峰且含有化合物A_0.5X的水合能大于LiI的水合能的组合即二价元素A和卤族元素X时，耐水性得到充分改善。

产业上的可利用性

本发明的硫化物固体电解质适用作全固体电池等蓄电元件用的固体电解质。

符号说明

1 正极层

2 负极层

3 隔离层

4 正极基材

5 正极活性物质层

6 负极活性物质层

7 负极基材

10 蓄电元件(全固体电池)

20 蓄电单元

30 蓄电装置

Claims

1.一种硫化物固体电解质，在使用CuKα射线而得的X射线衍射图中，在19.9°±0.5°的范围和23.6°±0.5°的范围具有衍射峰，

含有1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X，

所述二价元素A和所述卤族元素X是由这些元素构成的化合物A_0.5X的水合能大于LiI的水合能的组合。

2.根据权利要求1所述的硫化物固体电解质，其中，所述二价元素A和所述卤族元素X是由这些元素构成的化合物A_0.5X的水合能为－4meV/atom以上的组合。

3.根据权利要求2所述的硫化物固体电解质，其中，所述二价元素A和所述卤族元素X是由这些元素构成的化合物A_0.5X的水合能为0meV/atom以上的组合。

4.根据权利要求3所述的硫化物固体电解质，其中，所述二价元素A和所述卤族元素X是由这些元素构成的化合物A_0.5X的水合能为2meV/atom以上的组合。

5.根据权利要求4所述的硫化物固体电解质，其中，所述二价元素A和所述卤族元素X是由这些元素构成的化合物A_0.5X的水合能为4meV/atom以上的组合。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的硫化物固体电解质，其中，所述二价元素A和所述卤族元素X是由这些元素构成的化合物A_0.5X的水合能为200meV/atom以下的组合。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的硫化物固体电解质，其中，满足下述a～c中的任一者，

a：所述二价元素A为选自Ca、Sr、Ba、Mn和Zn中的1种或2种以上的元素，所述卤族元素X为选自F、Cl、Br和I中的1种或2种以上的元素，

b：所述二价元素A为Mg，所述卤族元素X为F，

c：所述二价元素A为Cu，所述卤族元素X为选自Cl、Br和I中的1种或2种以上的元素。

8.根据权利要求7所述的硫化物固体电解质，其中，满足下述a1或a2中的任一者，

a1：所述二价元素A为选自Ca、Ba、Mn和Zn中的1种或2种以上的元素，所述卤族元素X为选自F、Cl、Br和I中的1种或2种以上的元素，

a2：所述二价元素A为Sr，所述卤族元素X为选自F、Cl和Br中的1种或2种以上的元素。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的硫化物固体电解质，其中，含有I。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的硫化物固体电解质，其中，进一步含有Li，

所述二价元素A与所述Li的含量的摩尔比为0.001以上，

所述卤族元素X与所述二价元素A的含量的摩尔比为2以上。

11.根据权利要求10所述的硫化物固体电解质，其中，所述二价元素A与所述Li的含量的摩尔比为0.018以上。

12.根据权利要求1～11中任一项所述的硫化物固体电解质，其中，所述硫化物固体电解质由下述式1表示，

(100-y-z-z’)[xLi₂S·(1-x)P₂S₅]·yA_0.5X·zLiI·z’LiX’·wY…1

所述式1中，A为所述二价元素A，X为所述卤族元素X，X’为I以外的卤族元素，Y为除Li、P、S、I、A、X和X’以外的1种或2种以上的元素，x为0.5～0.8的数，y为大于0且为30以下的数，z为0～30的数，z’为0～30的数，w为0～20的数。

13.根据权利要求12所述的硫化物固体电解质，其中，所述式1中，所述z与所述y之比即z/y为0～10。

14.根据权利要求1～13中任一项所述的硫化物固体电解质，其中，含有P，所述二价元素A的含量与所述P的含量的摩尔比为0.01～0.4。

15.根据权利要求1～14中任一项所述的硫化物固体电解质，其中，含有P和Li，所述Li的含量与所述P的含量的摩尔比为1～5。

16.根据权利要求1～15中任一项所述的硫化物固体电解质，其中，含有P和S，所述S的含量与所述P的含量的摩尔比为2～6。

17.根据权利要求1～16中任一项所述的硫化物固体电解质，其中，含有P，所述卤族元素X的含量与所述P的含量的摩尔比为0.1～2。

18.根据权利要求1～17中任一项所述的硫化物固体电解质，其中，25℃时的离子传导率为1mS/cm以上。

19.根据权利要求1～18中任一项所述的硫化物固体电解质，其中，使用CuKα射线而得的X射线衍射图中的位于19.9°±0.5°的范围的衍射峰为衍射强度最强的衍射峰、衍射强度第2强的射峰、衍射强度第3强的射峰或衍射强度第4强的射峰。

20.根据权利要求1～19中任一项所述的硫化物固体电解质，其中，离子传导率的活化能为0.34eV以下。

21.根据权利要求1～20中任一项所述的硫化物固体电解质，其中，进一步含有所述二价元素A以外的二价元素B，所述二价元素B的含量与所述二价元素A和所述二价元素B的合计含量的摩尔比小于0.5。

22.根据权利要求1～21中任一项所述的硫化物固体电解质，其中，实质上不含有所述二价元素A以外的二价元素B。

23.一种硫化物固体电解质的元素选择方法，具备：选择含有1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X的硫化物固体电解质中的所述二价元素A和卤族元素X，

在所述选择中，选择通过第一性原理计算而求出的、由所述二价元素A和所述卤族元素X构成的化合物A_0.5X的水合能大于LiI的水合能的组合。

24.一种硫化物固体电解质，在使用CuKα射线而得的X射线衍射图中，在19.9°±0.5°的范围和23.6°±0.5°的范围具有衍射峰，

含有通过权利要求23所述的元素选择方法而选择出的1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X。

25.一种硫化物固体电解质的制造方法，具备：对含有通过权利要求23所述的元素选择方法而选择出的1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X的组合物进行处理。

26.一种硫化物固体电解质的制造方法，具备：对含有1种或2种以上的二价元素A和1种或2种以上的卤族元素X的组合物进行处理，

27.根据权利要求25或26所述的硫化物固体电解质的制造方法，其中，所述组合物不包含卤化锂。

28.一种蓄电元件，含有权利要求1～22中任一项或权利要求24所述的硫化物固体电解质。

29.一种电子设备，具备权利要求28所述的蓄电元件。

30.一种汽车，具备权利要求28所述的蓄电元件。