DE102016101438A1 - Sulfidfestelektrolytmaterial, Batterie und Verfahren zur Herstellung eines Sulfidfestelektrolytmaterials - Google Patents

Sulfidfestelektrolytmaterial, Batterie und Verfahren zur Herstellung eines Sulfidfestelektrolytmaterials Download PDF

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Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sulfidfestelektrolytmaterial mit vorteilhafter Ionenleitfähigkeit bereitzustellen. In der vorliegenden Erfindung wird die obige Aufgabe durch das Bereitstellen eines Sulfidfestelektrolytmaterials erzielt, das eine Zusammensetzung von LixSiyPzS1-x-y-z-wXw (0,37 ≤ x ≤ 0,40, 0,054 ≤ y ≤ 0,078, 0,05 ≤ z ≤ 0,07, 0 ≤ w ≤ 0,05, und X ist zumindest eines aus F, Cl, Br und I) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Sulfidfestelektrolytmaterial eine Kristallphase A mit einem Peak bei einer Position von 2θ = 29,58° ± 1,00° bei Röntgenbeugungsmessung unter Verwendung von CuKα-Strahlung aufweist, das Sulfidfestelektrolytmaterial keine Kristallphase B mit einem Peak bei einer Position von 2θ = 30,12° ± 1,00° bei Röntgenbeugungsmessung unter Verwendung von CuKα-Strahlung aufweist, oder geringfügig die Kristallphase B aufweist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sulfidfestelektrolytmaterial mit vorteilhafter Ionenleitfähigkeit.
  • Hintergrund der Erfindung
  • In den letzten Jahren wurde, mit der schnellen Verbreitung von informationsrelevanten Vorrichtungen und Kommunikationsvorrichtungen, wie etwa Personalcomputern, Videokameras und tragbaren Telefonen, auf die Entwicklung von Batterien Wert gelegt, die als deren Energiequelle verwendet werden. Ebenfalls ist die Entwicklung von Batterien mit großer Leistung und großer Kapazität für elektrische Fahrzeuge oder Hybridfahrzeuge auch in der Automobilindustrie oder anderen Industrien vorangekommen. Unter verschiedenen Batterien wird derzeit eine Lithiumbatterie vom Standpunkt einer großen Energiedichte beachtet.
  • Ein Flüssigelektrolyt, der ein entflammbares organisches Lösungsmittel enthält, wird für eine derzeit kommerziell erhältliche Lithiumbatterie verwendet, sodass deshalb die Installation einer Sicherheitsvorrichtung zum Einschränken des Temperaturanstiegs während eines Kurzschlusses und eine Vorrichtung zum Verhindern eines Kurzschlusses notwendig sind. Demgegenüber ist eine Lithiumbatterie, die durch Ersetzten des Flüssigelektrolyts mit einer Festelektrolytschicht ganz (bzw. vollständig) verfestigt ist, mit der Absicht der Vereinfachung der Sicherheitsvorrichtung konzipiert und ist aus dem Grund, dass das entflammbare organische Lösungsmittel nicht in der Batterie verwendet wird, exzellent in den Herstellungskosten und der Produktivität.
  • Ein Sulfidfestelektrolytmaterial ist als ein Festelektrolytmaterial bekannt, das für eine Ganzfestkörperlithiumbatterie verwendet wird. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 1 eine LiSiPS-basiertes Sulfidfestelektrolytmaterial (Argyrodit-Typ). Ferner offenbart beispielsweise Patentliteratur 2 ein Sulfidfestelektrolytmaterial mit einer Zusammensetzung von Li(4-x)Ge(1-x)PxS4.
  • Zitierliste
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung ( JP-A) Nr. 2013-137889
    • Patentliteratur 2: WO 2011/118801
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Ein Festelektrolytmaterial mit vorteilhafter Ionenleitfähigkeit ist vom Standpunkt des Erzielens großer Leistung einer Batterie erwünscht worden. Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der oben beschriebenen Probleme gemacht worden, und eine Hauptaufgabe davon ist es ein Sulfidfestelektrolytmaterial mit vorteilhafter Ionenleitfähigkeit bereitzustellen.
  • Lösung des Problems
  • Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Sulfidfestelektrolytmaterial bereit, das eine Zusammensetzung aus LixSiyPzS1-x-y-z-wXw (0,37 ≤ x ≤ 0,40, 0,054 ≤ y ≤ 0,078, 0,05 ≤ z ≤ 0,07, 0 ≤ w ≤ 0,05 und X ist zumindest eines aus F, Cl, Br und I) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Sulfidfestelektrolytmaterial eine Kristallphase A aufweist, die einen Peak bei einer Position von 2θ = 29,58° ± 1,00° bei einer Röntgenbeugungsmessung unter Verwendung einer CuKα-Strahlung aufweist, das Sulfidfestelektrolytmaterial keine Kristallphase B aufweist, die einen Peak bei einer Position von 2θ = 30,12° ± 1,00° bei einer Röntgenbeugungsmessung unter Verwendung einer CuKα-Strahlung aufweist, oder in einem Fall, in dem das Sulfidfestelektrolytmaterial die Kristallphase B aufweist, ein Wert von IB/IA 0,6 oder weniger ist, wenn eine Beugungsintensität bei dem Peak von 2θ = 29,58° ± 1,00° als IA bezeichnet wird und eine Beugungsintensität bei 2θ = 30,12° ± 1,00° als IB bezeichnet wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung es ist möglich, das Sulfidfestelektrolytmaterial mit vorteilhafter Ionenleitfähigkeit zu erhalten, da das Sulfidfestelektrolytmaterial eine spezifische Zusammensetzung umfasst, die Kristallphase A aufweist, und nicht die Kristallphase B aufweist, oder, falls das Sulfidfestelektrolytmaterial die Kristallphase B aufweist, die Kristallphase B geringfügig enthalten ist.
  • In der oben beschriebenen Erfindung ist es bevorzugt, dass das „w” 0 < w ≤ 0,05 erfüllt.
  • Ferner wird in der vorliegenden Erfindung eine Batterie bereitgestellt, die umfasst: eine Kathodenaktivmaterialschicht, die ein Kathodenaktivmaterial enthält; eine Anodenaktivmaterialschicht, die ein Anodenaktivmaterial enthält; und eine Elektrolytschicht, die zwischen der Kathodenaktivmaterialschicht und der Anodenaktivmaterialschicht gebildet ist, in welcher zumindest eine aus der Kathodenaktivmaterialschicht, der Anodenaktivmaterialschicht und der Elektrolytschicht das oben beschriebene Sulfidfestelektrolytmaterial enthält.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, falls das oben beschriebene Sulfidfestelektrolytmaterial verwendet wird, eine Hochleistungsbatterie zu erhalten.
  • Ferner wird in der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Sulfidfestelektrolytmaterials bereitgestellt, wobei das Sulfidfestelektrolytmaterial das oben beschriebene Sulfidfestelektrolytmaterial ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: einen Ionenleitfähiges-Material-Syntheseschritt des Synthetisierens eines amorphisierten ionenleitfähigen Materials mittels mechanischen Mahlens während Verwendens einer Rohmaterialzusammensetzung, die eine konstituierende Komponente des Sulfidfestelektrolytmaterials enthält; und einen Erwärmungsschritt des Erwärmens des amorphisierten ionenleitfähigen Materials, um das Sulfidfestelektrolytmaterial zu erhalten.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Sulfidfestelektrolytmaterial mit vorteilhafter Ionenleitfähigkeit durch Durchführen von Amorphisierung in dem Ionenleitfähiges-Material-Syntheseschritt und anschließend Durchführen des Erwärmungsschritts erhalten werden.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Das Sulfidfestelektrolytmaterial der vorliegenden Erfindung weist einen Effekt des Aufweisens vorteilhafter Ionenleitfähigkeit vor.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein vierdimensionales Diagramm, das einen Zusammensetzungsbereich eines Sulfidfestelektrolytmaterials der vorliegenden Erfindung illustriert.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der Kristallstruktur einer Kristallphase A der vorliegenden Erfindung beschreibt.
  • 3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Batterie der vorliegenden Erfindung beschreibt.
  • 4 ist ein erklärendes Diagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens des Herstellens eines Sulfidfestelektrolytmaterials der vorliegenden Erfindung illustriert.
  • 5A bis 5C zeigen ein Röntgenbeugungsspektrum des Sulfidfestelektrolytmaterials, das in jedem der Beispiele 7 und 41 und Vergleichsbeispiel 4 erhalten ist.
  • 6A und 6B zeigen ein Röntgenbeugungsspektrum des Sulfidfestelektrolytmaterials, das in jedem der Beispiele 7 und 55 erhalten ist.
  • 7 zeigt die Li-Ionenleitfähigkeit des Sulfidfestelektrolytmaterials, das in jedem der Beispiele 1 bis 58 und Vergleichsbeispielen 1 bis 7 erhalten ist.
  • 8 ist eine Graphik, die einen Zusammenhang zwischen IB/IA und der Ionenleitfähigkeit in dem Sulfidfestelektrolytmaterial zeigt, das in jedem der Beispiele 1 bis 58 und Vergleichsbeispielen 1 bis 7 erhalten ist.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Nachfolgend wird ein Sulfidfestelektrolytmaterial, eine Batterie und ein Verfahren zur Herstellung eines Sulfidfestelektrolytmaterials der vorliegenden Erfindung im Einzelnen beschrieben werden.
  • A. Sulfidfestelektrolytmaterial
  • Zuerst wird das Sulfidfestelektrolytmaterial der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Sulfidfestelektrolytmaterial der vorliegenden Erfindung umfasst eine Zusammensetzung aus (0,37 ≤ x ≤ 0,40, 0,054 ≤ y ≤ 0,078, 0,05 ≤ z ≤ 0,07, 0 ≤ w ≤ 0,05 und X ist zumindest eines aus F, Cl, Br und I), in welchem das Sulfidfestelektrolytmaterial eine Kristallphase A aufweist, die einen Peak bei einer Position von 2θ = 29,58° ± 1,00° bei einer Röntgenbeugungsmessung unter Verwendung einer CuKα-Strahlung aufweist, das Sulfidfestelektrolytmaterial keine Kristallphase B aufweist, die einen Peak bei einer Position von 2θ = 30,12° ± 1,00° bei einer Röntgenbeugungsmessung unter Verwendung einer CuKα-Strahlung aufweist, oder in einem Fall, in dem das Sulfidfestelektrolytmaterial die Kristallphase B aufweist, ein Wert von IB/IA 0,6 oder weniger ist, wenn eine Beugungsintensität bei dem Peak von 2θ = 29,58° ± 1,00° als IA bezeichnet wird und eine Beugungsintensität bei 2θ = 30,12° ± 1,00° als IB bezeichnet wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird es möglich, das Sulfidfestelektrolytmaterial mit vorteilhafter Ionenleitfähigkeit zu erhalten, da das Sulfidfestelektrolytmaterial eine spezifische Zusammensetzung umfasst, die Kristallphase A auf weist, und nicht die Kristallphase B aufweist, oder, falls das Sulfidfestelektrolytmaterial die Kristallphase B aufweist, ist die Kristallphase B geringfügig enthalten. Es. Ferner wird die Ionenleitfähigkeit stark durch eine Valenz eines Elements, das das Grundgerüst der Kristallphase bildet, und einem Ionenradius beeinflusst. In der Zusammensetzung in der vorliegenden Erfindung wird, da ein Grundgerüst geeignet für Li-Ionenleitfähigkeit gebildet wird und das Li-Ion unwahrscheinlicher in dem Grundgerüst eingeschränkt wird, angenommen, dass große Ionenleitfähigkeit vorgewiesen wird. Ferner ist das Sulfidfestelektrolytmaterial der vorliegenden Erfindung ein neues Material, welches herkömmlich nicht bekannt war.
  • Übrigens korrespondiert der Zusammensetzungsbereich des Sulfidfestelektrolytmaterials der vorliegenden Erfindung mit einem Bereich A in 1. Andererseits offenbart Patentliteratur 1 ein LiSiPS-basiertes Sulfidfestelektrolytmaterial und dessen Zusammensetzungsbereich korrespondiert mit einem Bereich B in 1. Dadurch ist der Zusammensetzungsbereich in der vorliegenden Erfindung völlig unterschiedlich von dem Zusammensetzungsbereich in Patentliteratur 1.
  • Das Sulfidfestelektrolytmaterial der vorliegenden Erfindung umfasst eine Zusammensetzung aus LixSiyPzS1-x-y-z-wXw (0,37 ≤ x ≤ 0,40, 0,054 ≤ y ≤ 0,078, 0,05 ≤ z ≤ 0,07, 0 ≤ w ≤ 0,05, und X ist zumindest eines aus F, Cl, Br und I). Im Übrigen können „x”, „y”, „z” und „w” durch ICP identifiziert werden.
  • „0,37 ≤ x” in der oben beschriebenen Zusammensetzung bedeutet technisch 0,365 ≤ x. Das heißt, ein Wert von „x” in der obigen Ermittlung bedeutet einen Wert, der bei einer niedrigeren Stelle einer signifikanten Zahl (in diesem Fall bei der dritten Dezimalstelle) gerundet ist. In dieser Hinsicht wird das Gleiche auf „y”, „z” und „w” angewendet. „x” kann 0,38 ≤ x erfüllen. Ferner bedeutet, gleichermaßen zu der obigen Beschreibung, „x ≤ 0,40” technisch x ≤ 0,404. „x” kann x ≤ 0,39 sein.
  • „y” erfüllt im Allgemeinen 0,054 ≤ y, und kann 0,056 ≤ y oder 0,058 ≤ y erfüllen. Andererseits erfüllt „y” im Allgemeinen y ≤ 0,078 und kann y ≤ 0,076 erfüllen. Ferner erfüllt „z” im Allgemeinen 0,05 ≤ z und kann 0,055 ≤ z erfüllen. Andererseits erfüllt „z” im Allgemeinen z ≤ 0,07 und kann z ≤ 0,065 erfüllen. Ferner erfüllt „w” im Allgemeinen 0 ≤ w und kann 0 < w, 0,01 ≤ w oder 0,02 ≤ w erfüllen. In dem Fall von 0 < w wird ein Teil an Schwefel (S) mit Halogen (X) substituiert und deshalb kann ein Einfluss der Interaktion zwischen Schwefel und Lithium reduziert werden. Deshalb besteht die Möglichkeit, dass die Li-Ionenleitfähigkeit verbessert wird. Andererseits erfüllt „w” im Allgemeinen w ≤ 0,05 und kann w ≤ 0,04 erfüllen.
  • X in der oben beschriebenen Zusammensetzung ist im Allgemeinen zumindest eines aus F, Cl, Br und I, hauptsächlich wird zumindest eines aus Cl und Br bevorzugt.
  • Das Sulfidfestelektrolytmaterial der vorliegenden Erfindung weist eine Kristallphase A mit einem Peak bei einer Position von 2θ = 29,58° ± 1,00° in einer Röntgenbeugungsmessung unter Verwendung einer CuKα-Strahlung auf. Die Kristallphase A ist die gleiche Kristallphase des LiGePS-basierten Sulfidfestelektrolytmaterials, das in Patentliteratur 2 beschrieben ist, und weist große Ionenleitfähigkeit auf. Die Kristallphase A weist im Allgemeinen Peaks bei Positionen von 2θ = 17,38°, 20,18°, 20,44°, 23,56°, 23,96°, 24,93°, 26,96°, 29,07°, 29,58°, 31,71°, 32,66° und 33,39° auf. Übrigens, hinsichtlich dieser Peakpositionen verschiebt sich ein Kristallgitter gelegentlich leicht aufgrund von Faktoren wie etwa der Materialzusammensetzung, und diese Peakpositionen verschieben sich gelegentlich in einem Bereich von ±1,00°. Hauptsächlich ist jede Peakposition bevorzugt in einem Bereich von ±0,50°.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der kristallinen Struktur der Kristallphase A beschreibt. Die Kristallphase A weist einen Oktaeder O auf, der aus dem Element Li und dem Element S zusammengesetzt ist, einen Tetraeder T1, der aus dem Element Ma und dem Element S zusammengesetzt ist, und einem Tetraeder T2, der aus dem Element Mb und dem Element S zusammengesetzt ist. Der Tetraeder T1 und der Oktaeder O teilen sich eine Kante, und der Tetraeder T2 und der Oktaeder O weisen eine Kristallstruktur auf, die sich eine Ecke teilt. Das Element Ma und das Element Mb sind jeweils zumindest eines aus dem Element Si und dem Element P. Ferner gibt es die Möglichkeit, dass das S des Oktaeders O und des Tetraeders T1 und T2 mit Halogen X substituiert ist.
  • Das Verhältnis der Kristallphase A, die in dem Sulfidfestelektrolytmaterial der vorliegenden Erfindung enthalten ist, relativ zu der gesamten Kristallphase ist bevorzugt größer. Insbesondere ist das Verhältnis der Kristallphase A bevorzugt 50 Gew.-% oder mehr, mehr bevorzugt 70 Gew.-% oder mehr und ferner bevorzugt 90 Gew.-% oder mehr. Im Übrigen kann das Verhältnis der Kristallphase beispielsweise durch Synchrotronstrahlung XRD gemessen werden.
  • Das Sulfidfestelektrolytmaterial der vorliegenden Erfindung weist keine Kristallphase B mit einem Peak bei einer Position von 2θ = 30,12° ± 1,00° in einer Röntgenbeugungsmessung unter Verwendung einer CuKα-Strahlung auf, oder weist die Kristallphase B geringfügig auf. Die Kristallphase B wird als eine Kristallphase vom Argyrodit-Typ angesehen. Die Kristallphase B weist im Allgemeinen Peaks bei Positionen von 2θ = 15,60°, 18,04°, 25,60°, 30,12°, 31,46°, 45,26°, 48,16° und 52,66° auf. Im Übrigen, hinsichtlich dieser Peakpositionen, ändert sich ein Kristallgitter aufgrund von Faktoren, wie etwa der Materialzusammensetzung, und diese Peakpositionen verschieben sich gelegentlich in dem Bereich von ±1,00°. Hauptsächlich ist jede Peakposition bevorzugt in dem Bereich von ±0,50°.
  • Die Verhältnisse von der Kristallphase A und der Kristallphase B sind insbesondere nicht limitiert. Wenn eine Beugungsintensität bei dem Peak der Kristallphase A (der Peak in der Nähe von 2θ = 29,58°) als IA bezeichnet wird und eine Beugungsintensität bei dem Peak der Kristallphase B (der Peak in der Nähe von 2θ = 30,12°) als IB bezeichnet wird, ist ein Wert von IB/IA bevorzugt kleiner. Der Wert von IB/IA ist im Allgemeinen 0,6 oder weniger, bevorzugt 0,4 oder weniger, mehr bevorzugt 0,2 oder weniger und ferner bevorzugt 0,1 oder weniger.
  • Ferner gibt es eine Möglichkeit, wie in Patentliteratur 2 beschrieben, dass eine Kristallphase mit niedrigerer Ionenleitfähigkeit als die Kristallphase A präzipitiert wird, wenn die Kristallphase A präzipitiert wird. Wenn diese Kristallphase als eine Kristallphase C angesehen wird, weist die Kristallphase C im Allgemeinen Peaks von 2θ = 17,46°, 18,12°, 19,99°, 22,73°, 25,72°, 27,33°, 29,16° und 29,78° auf. Im Übrigen verschieben sich auch diese Peakpositionen gelegentlich in dem Bereich von ±1,00°. Hierbei ist ein Wert von IC/IA, wenn eine Beugungsintensität bei dem Peak der Kristallphase A (der Peak in der Nähe von 2θ = 29,58°) als IA bezeichnet wird und eine Beugungsintensität bei dem Peak der Kristallphase C (der Peak in der Nähe von 2θ = 27,33°) als IC bezeichnet wird, beispielsweise weniger als 0,50, bevorzugt 0,45 oder weniger, mehr bevorzugt 0,25 oder weniger, ferner bevorzugt 0,15 oder weniger und insbesondere bevorzugt 0,07 oder weniger. Zusätzlich ist der Wert von IC/IA bevorzugt 0. In anderen Worten weist das Sulfidfestelektrolytmaterial der vorliegenden Erfindung bevorzugt nicht die Kristallphase C auf.
  • Das Sulfidfestelektrolytmaterial der vorliegenden Erfindung ist im Allgemeinen ein kristallines Sulfidfestelektrolytmaterial. Ferner ist das Sulfidfestelektrolytmaterial der vorliegenden Erfindung bevorzugt groß in der Ionenleitfähigkeit, und die Ionenleitfähigkeit des Sulfidfestelektrolytmaterials bei 25°C ist beispielsweise 2,1 × 10–3 S/cm oder mehr, bevorzugt 3,4 × 10–3 S/cm oder mehr und mehr bevorzugt 4,0 × 10–3 S/cm oder mehr. Zusätzlich ist die Form des Sulfidfestelektrolytmaterials der vorliegenden Erfindung insbesondere nicht limitiert aber Beispiele davon können eine pulverförmige Form beinhalten. Ferner ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser (D50) des pulverförmigen Sulfidfestelektrolytmaterials beispielsweise bevorzugt in dem Bereich von 0,1 μm bis 50 μm.
  • Das Sulfidfestelektrolytmaterial der vorliegenden Erfindung weist große Ionenleitfähigkeit auf und kann deshalb für eine beliebige Verwendung verwendet werden, in welcher Ionenleitfähigkeit benötigt wird. Hauptsächlich wird das Sulfidfestelektrolytmaterial der vorliegenden Erfindung bevorzugt für eine Batterie verwendet. Der Grund für dieses ist, dass das Sulfidfestelektrolytmaterial der vorliegenden Erfindung weitestgehend zum Erzielen hoher Leistung einer Batterie beitragen kann. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines Sulfidfestelektrolytmaterials der vorliegenden Erfindung im Einzelnen in „C: Verfahren zum Herstellen von Sulfidfestelektrolytmaterial”, welches später beschrieben wird, beschrieben werden.
  • B. Batterie
  • Als Nächstes wird die Batterie der vorliegenden Erfindung beschrieben. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Batterie der vorliegenden Erfindung illustriert. Eine Batterie 10 in 3 umfasst eine Kathodenaktivmaterialschicht 1, die ein Kathodenaktivmaterial enthält, eine Anodenaktivmaterialschicht 2, die ein Anodenaktivmaterial enthält, eine Elektrolytschicht 3, die zwischen der Kathodenaktivmaterialschicht 1 und der Anodenaktivmaterialschicht 2 gebildet ist, einen Kathodenstromabnehmer 4 zum Sammeln von Strom mittels der Kathodenaktivmaterialschicht 1, einen Anodenstromabnehmer 5 zum Sammeln von Strom mittels der Anodenaktivmaterialschicht 2, und ein Batteriegehäuse 6 zum Einhausen dieser Elemente. Die vorliegende Erfindung weist ein bedeutendes Merkmal auf, in dem zumindest eine aus der Kathodenaktivmaterialschicht 1, der Anodenaktivmaterialschicht 2 und der Elektrolytschicht 3 das Sulfidfestelektrolytmaterial enthält, das in dem obigen beschriebenen „A. Sulfidfestelektrolytmaterial” beschrieben ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, wenn das oben beschriebene Sulfidfestelektrolytmaterial verwendet wird, eine Hochleistungs-(bzw. Hochausgabe)batterie zu erhalten.
  • Nachfolgend wird jeder Bestandteil der Batterie der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 1. Kathodenaktivmaterialschicht
  • Die Kathodenaktivmaterialschicht in der vorliegenden Erfindung ist eine Schicht, welche zumindest ein Kathodenaktivmaterial enthält. Die Kathodenaktivmaterialschicht kann zumindest eines aus einem Festelektrolytmaterial, einem leitfähigen Material und falls notwendig einem Bindemittel enthalten. Insbesondere enthält in der vorliegenden Erfindung die Kathodenaktivmaterialschicht ein Festelektrolytmaterial und das Festelektrolytmaterial ist bevorzugt das oben beschriebene Sulfidfestelektrolytmaterial. Das Verhältnis des Sulfidfestelektrolytmaterials, das in der Kathodenaktivmaterialschicht enthalten ist, variiert abhängig vom Typ der Batterie. Jedoch ist das Verhältnis des Sulfidfestelektrolytmaterials beispielsweise in dem Bereich von 0,1 Vol.-% bis 80 Vol.-%, vor allem bevorzugt in dem Bereich von 1 Vol.-% bis 60 Vol.-% und insbesondere bevorzugt in dem Bereich von 10 Vol.-% bis 50 Vol.-%. Ferner können Beispiele des Kathodenaktivmaterials LiCoO2, LiMnO2, Li2NiMn3O8, LiVO2, LiCrO2, LiFePO4, LiCoPO4, LiNiO2 und LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 beinhalten.
  • Das Kathodenaktivmaterial kann ferner ein leitfähiges Material enthalten. Wenn das leitfähige Material zugegeben wird, kann die Leitfähigkeit der Kathodenaktivmaterialschicht verbessert werden. Beispiele des leitfähigen Materials können Acetylenschwarz, Ketjenschwarz und Kohlenstofffaser beinhalten. Ferner kann die Kathodenaktivmaterialschicht ein Bindemittel enthalten. Für den Typ des Bindemittels kann beispielsweise ein Fluorid-enthaltendes Bindemittel, wie etwa Polyvinylidenfluorid (PVDF) beispielhaft angegeben werden. Ferner ist die Dicke der Kathodenaktivmaterialschicht beispielsweise bevorzugt in dem Bereich von 0,1 μm bis 1000 μm.
  • 2. Anodenaktivmaterialschicht
  • Die Anodenaktivmaterialschicht in der vorliegenden Erfindung ist eine Schicht, welche zumindest ein Anodenaktivmaterial enthält. Die Anodenaktivmaterialschicht kann zumindest eines aus einem Festelektrolytmaterial, einem leitfähigen Material und falls notwendig einem Bindemittel enthalten. Insbesondere enthält in der vorliegenden Erfindung die Anodenaktivmaterialschicht ein Festelektrolytmaterial und das Festelektrolytmaterial ist bevorzugt das oben beschriebene Sulfidfestelektrolytmaterial. Das Verhältnis des Sulfidfestelektrolytmaterials, das in der Anodenaktivmaterialschicht enthalten ist, variiert abhängig von dem Typ der Batterie. Jedoch ist das Verhältnis des Sulfidfestelektrolytmaterials beispielsweise in dem Bereich von 0,1 Vol.-% bis 80 Vol.-%, hauptsächlich bevorzugt in dem Bereich von 1 Vol.-% bis 60 Vol.-% und insbesondere bevorzugt in dem Bereich von 10 Vol.-% bis 50 Vol.-%. Ferner können Beispiele des Anodenaktivmaterials ein Metallaktivmaterial und ein Kohlenstoffaktivmaterial umfassen. Beispiele des Metallaktivmaterials können In, Al, Si und Sn beinhalten. Inzwischen können Beispiele des Kohlenstoffaktivmaterials Mesokohlenstoffmikroperlen (MCMB), Graphit vom hochorientiertes Eigenschaftstyp (HOPG), Hartkohlenstoff und Weichkohlenstoff beinhalten.
  • Im Übrigen sind das leitfähige Material und das Bindemittel, die in der Anodenaktivmaterialschicht verwendet werden, die Gleichen wie in der Kathodenaktivmaterialschicht, die oben beschrieben ist. Ferner ist die Dicke der Anodenaktivmaterialschicht beispielsweise in dem Bereich von 0,1 μm bis 1000 μm.
  • 3. Elektrolytschicht
  • Die Elektrolytschicht in der vorliegenden Erfindung ist eine Schicht, die zwischen der Kathodenaktivmaterialschicht und der Anodenaktivmaterialschicht gebildet ist. Die Elektrolytschicht ist insbesondere nicht limitiert solange sie eine Schicht ist, in welcher Ionenleitung durchgeführt werden kann, aber die Schicht ist bevorzugt eine Festelektrolytschicht, die aus einem Festelektrolytmaterial zusammengesetzt ist. Der Grund dafür ist, dass verglichen mit dem Fall einer Batterie, die einen Flüssigelektrolyt verwendet, eine Batterie mit großer Sicherheit erhalten werden kann. Ferner enthält in der vorliegenden Erfindung die Festelektrolytschicht bevorzugt das oben beschriebene Sulfidfestelektrolytmaterial. Das Verhältnis des Sulfidfestelektrolytmaterials, das in der Festelektrolytschicht enthalten ist, ist bevorzugt beispielsweise in dem Bereich von 10 Vol.-% bis 100 Vol.-%, im Übrigen in dem Bereich von 50 Vol.-% bis 100 Vol.-%. Die Dicke der Festelektrolytschicht ist bevorzugt beispielsweise in dem Bereich von 0,1 μm bis 1000 μm, im Übrigen in dem Bereich von 0,1 μm bis 300 μm. Ferner können Beispiele eines Verfahrens zum Bilden einer Festelektrolytschicht ein Verfahren zum Formpressen eines Festelektrolytmaterials beinhalten.
  • Ferner kann die Elektrolytschicht in der vorliegenden Erfindung eine Schicht sein, die aus einem Flüssigelektrolyt zusammengesetzt ist. In dem Fall des Verwendens eines Flüssigelektrolyts kann eine Hochleistungsbatterie erhalten werden obwohl verglichen zu dem Fall des Verwendens einer Festelektrolytschicht die Sicherheit ferner zu beachten ist. Zusätzlich enthält in diesem Fall im Allgemeinen zumindest eine aus der Kathodenaktivmaterialschicht und der Anodenaktivmaterialschicht das oben beschriebene Sulfidfestelektrolytmaterial. Der Flüssigelektrolyt enthält im Allgemeinen ein Lithiumsalz und ein organisches Lösungsmittel (ein nichtwässriges Lösungsmittel). Beispiele des Lithiumsalzes können anorganische Lithiumsalze, wie etwa LiPF6, LiBF4, LiClO4 und LiAsF6, und organische Lithiumsalze, wie etwa LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2 und LiC(CF3SO2)3 beinhalten. Beispiele des organischen Lösungsmittels können Ethlyencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC), Ethylmethlycarbonat (EMC) und Butylencarbonat (BC) beinhalten.
  • 4. Andere Bestandteile
  • Die Batterie der vorliegenden Erfindung weist zumindest die Kathodenaktivmaterialschicht, die Anodenaktivmaterialschicht und die Elektrolytschicht, welche oben beschrieben sind, auf. Ferner weist die Batterie im Allgemeinen einen Kathodenstromabnehmer zum Sammeln des Stroms mittels der Kathodenaktivmaterialschicht und einen Anodenstromabnehmer zum Sammeln des Stroms mittels der Anodenaktivmaterialschicht auf. Beispiele eines Materials des Kathodenstromabnehmers können SUS, Aluminium, Nickel, Eisen, Titan und Kohlenstoff beinhalten. Andererseits können Beispiele eines Materials des Anodenstromabnehmers SUS, Kupfer, Nickel und Kohlenstoff beinhalten. Des Weiteren werden die Dicken und die Formen des Kathodenstromabnehmers und des Anodenstromabnehmers geeignet entsprechend den Umstanden, wie etwa der Verwendung der Batterie, bevorzugt ausgewählt. Darüber hinaus kann ein Batteriegehäuse einer allgemeinen Batterie für ein Batteriegehäuse verwendet werden, das für die vorliegende Erfindung verwendet wird. Beispiele des Batteriegehäuses können ein Batteriegehäuse, das aus SUS gemacht ist, beinhalten.
  • 5. Batterie
  • Die Batterie der vorliegenden Erfindung kann eine Primärbatterie oder eine Sekundärbatterie sein. Insbesondere ist eine Sekundärbatterie bevorzugt, da die Sekundärbatterie wiederholt geladen und entladen werden kann, und als beispielsweise eine Batterie nützlich ist, die an einem Fahrzeug montiert ist. Beispiele der Form der Batterie der vorliegenden Erfindung können eine Münzform, eine Laminatform, eine Fassform und eine Rechtecksform beinhalten. Ferner ist ein Verfahren zum Herstellen einer Batterie der vorliegenden Erfindung insbesondere nicht limitiert solange es ein Verfahren ist durch welches die oben beschriebene Batterie erhalten werden kann, aber das gleiche Verfahren wie ein Verfahren zum Herstellen einer allgemeinen Batterie kann verwendet werden. Beispielsweise können, in einem Fall, in dem die Batterie der vorliegenden Erfindung eine Ganzfestkörperbatterie ist, Beispiele des Herstellungsverfahrens ein Verfahren beinhalten, in welchem ein aus einer Kathodenaktivmaterialschicht zusammengesetztes Material, einem aus einer Festelektrolytschicht zusammengesetzten Material und einem aus einer Anodenaktivmaterialschicht zusammengesetzten Material sequenziell gepresst werden, um dadurch ein energieerzeugendes Element herzustellen, dieses energieerzeugende Element wird innerhalb eines Batteriegehäuses eingehaust, und das Batteriegehäuse wird verpresst.
  • C. Verfahren zum Herstellen von Sulfidfestelektrolytmaterial
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen eines Sulfidfestelektrolytmaterials der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Das Verfahren zum Herstellen eines Sulfidfestelektrolytmaterials der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen des oben beschriebenen Sulfidfestelektrolytmaterials und das Verfahren umfasst Schritte: einen Ionenleitfähiges-Material-Syntheseschritt des Synthetisierens eines amorphisierten ionenleitfähigen Materials mittels mechanischem Mahlens während des Verwendens einer Rohmaterialzusammensetzung, die die konstituierenden Komponente des Sulfidfestelektrolytmaterials enthält, und eines Erwärmungsschritts des Erwärmens des amorphisierten ionenleitfähigen Materials, um das Sulfidfestelektrolytmaterial zu erhalten.
  • 4 ist ein beispielhaftes Diagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines Sulfidfestelektrolytmaterials der vorliegenden Erfindung illustriert. In dem Verfahren zum Herstellen eines Sulfidfestelektrolytmaterials in 4 werden zuerst Li2S, LiCl, P2S5 und SiS2 gemischt, um eine Rohmaterialzusammensetzung zuzubereiten. Zu diesem Zeitpunkt wird bevorzugt, dass eine Rohmaterialzusammensetzung unter einer Inertgasatmosphäre zubereitet wird, um zu verhindern, dass die Rohmaterialzusammensetzung sich aufgrund von Feuchtigkeit in der Luft verschlechtert (bzw. zersetzt). Als Nächstes wird kugelmahlen an der Rohmaterialzusammensetzung durchgeführt, um ein amorphisiertes ionenleitfähiges Material zu erhalten. Danach wird das amorphisierte ionenleitfähige Material zum Verbessern der Kristallinität erwärmt, um dadurch ein Sulfidfestelektrolytmaterial zu erhalten.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, wenn das Amorphisieren in dem Ionenleitfähiges-Material-Syntheseschritt durchgeführt wird und dann der Erwärmungsschritt durchgeführt wird, das Sulfidfestelektrolytmaterial mit bevorzugter Ionenleitfähigkeit zu erhalten.
  • Nachfolgend wird das Verfahren zum Herstellen eines Sulfidfestelektrolytmaterials der vorliegenden Erfindung in jedem Schritt beschrieben werden.
  • 1. Ionenleitfähiges-Material-Syntheseschritt
  • Der Ionenleitfähiges-Material-Syntheseschritt in der vorliegenden Erfindung ist ein Schritt des Synthetisierens eines amorphisierten ionenleitfähigen Materials mittels mechanischem Mahlens während des Verwendens einer Rohmaterialzusammensetzung, die die konstituierende Komponente des Sulfidfestelektrolytmaterials enthält.
  • Die Rohmaterialzusammensetzung in der vorliegenden Erfindung enthält zumindest das Element Li, das Element Si, das Element P, das Element S und ein Element X (X ist zumindest eines aus F, Cl, Br und I). Ferner kann die Rohmaterialzusammensetzung andere Elemente als die oben beschriebenen Elemente enthalten. Beispiele einer Verbindung, die das Element Li enthält, können ein Sulfid von Li beinhalten. Spezifisches Beispiel des Sulfids von Li können Li2S beinhalten.
  • Beispiele einer Verbindung, die das Element Si enthält, können eine einfache Substanz von Si und ein Sulfid von Si beinhalten. Spezifische Beispiele des Sulfids von Si können SiS2 beinhalten. Ferner können Beispiele einer Verbindung, die das Element P enthält, eine einfache Substanz von P und ein Sulfid von P beinhalten. Spezifische Beispiele des Sulfids von P können P2S5 beinhalten. Beispiele einer Verbindung, die das Element X enthält, können LiX und LiPX4 beinhalten. Ferner können, hinsichtlich anderer Elemente, die für die Rohmaterialzusammensetzung verwendet werden, eine einfache Substanz und Sulfide davon verwendet werden.
  • Das mechanische Mahlen ist ein Verfahren zum Zerkleinern einer Testprobe während mechanische Energie daran angewendet wird. In der vorliegenden Erfindung wird ein amorphisiertes ionenleitfähiges Material mittels Anwenden von mechanischer Energie auf die Rohmaterialzusammensetzung synthetisiert. Beispiele von solchen mechanischen Mühlen können eine Schwingmühle, Kugelmühle, Turbomühle, Mechano-Fusion und Mahlscheibenmühle beinhalten; unter diesen werden eine Schwingmühle und eine Kugelmühle bevorzugt.
  • Die Bedingungen der Schwingmühle sind insbesondere nicht limitiert solange ein amorphisiertes ionenleitfähiges Material erhalten werden kann. Die Vibrationsamplitude einer Schwingmühle ist bevorzugt beispielsweise in dem Bereich von 5 mm bis 15 mm, vor allem in dem Bereich von 6 mm bis 10 mm. Die Vibrationsfrequenz der Schwingmühle ist bevorzugt beispielsweise in dem Bereich von 500 U/min bis 2000 U/min, vor allem in dem Bereich von 1000 U/min bis 1800 U/min. Der Füllfaktor einer Testprobe der Schwingmühle ist bevorzugt beispielsweise in dem Bereich von 1 Vol.-% bis 80 Vol.-%, vor allem in dem Bereich von 5 Vol.-% bis 60 Vol.-%, insbesondere in dem Bereich von 10 Vol.-% bis 50 Vol.-%. Ferner wird ein Rüttler (beispielsweise ein Rüttler, der aus Aluminiumoxid gemacht ist) bevorzugt für die Vibrationsmühle verwendet.
  • Die Bedingungen der Kugelmühle sind insbesondere nicht limitiert solange ein amorphisiertes ionenleitfähiges Material erhalten werden kann. Im Allgemeinen bringt eine größere Anzahl an Umdrehungen eine größere Herstellungsrate des ionenleitfähigen Materials, und eine längere Behandlungszeit bringt größeres Umwandlungsverhältnis der Rohmaterialzusammensetzung in das ionenleitfähige Material. Die Anzahl an Wiegetischumdrehungen zum Zeitpunkt des Durchführens des Planetenkugelmahlens ist bevorzugt beispielsweise in dem Bereich von 200 U/min bis 500 U/min, vor allem in dem Bereich von 250 U/min bis 400 U/min. Ferner ist die Behandlungszeit zum Zeitpunkt des Durchführens des Planetenkugelmahlens bevorzugt beispielsweise in dem Bereich von 1 Stunde bis 100 Stunden, vor allem in dem Bereich von 1 Stunde bis 70 Stunden.
  • 2. Erwärmungsschritt
  • Der Erwärmungsschritt in der vorliegenden Erfindung ist ein Schritt des Erwärmens des amorphisierten ionenleitfähigen Materials, um das Sulfidfestelektrolytmaterial zu erhalten.
  • Die Erwärmungstemperatur in der vorliegenden Erfindung ist insbesondere nicht limitiert solange sie eine Temperatur ist, bei welcher ein begehrtes Sulfidfestelektrolytmaterial erhalten werden kann, aber beispielsweise ist die Erwärmungstemperatur bevorzugt 300°C oder größer, mehr bevorzugt 350°C oder größer, ferner bevorzugt 400°C oder größer und insbesondere bevorzugt 450°C oder größer. Andererseits ist die Erwärmungstemperatur beispielsweise bevorzugt 1000°C oder niedriger, mehr bevorzugt 700°C oder niedriger, ferner bevorzugt 650°C oder niedriger und insbesondere bevorzugt 600°C oder niedriger. Ferner ist die Erwärmungszeit bevorzugt so geeignet eingestellt, um ein begehrtes Sulfidfestelektrolytmaterial zu erhalten. Zusätzlich wird die Erwärmung in der vorliegenden Erfindung bevorzugt unter einer Inertgasatmosphäre oder einem Vakuum vom Standpunkt des Verhinderns der Oxidation durchgeführt. Ferner ist das Sulfidfestelektrolytmaterial, das durch die vorliegende Erfindung erhalten wird, das Gleiche wie die Inhalte, die in dem oben beschriebenen „A. Sulfidfestelektrolytmaterial” beschrieben sind, und deshalb wird die Beschreibung davon ausgelassen.
  • Im Übrigen ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen limitiert. Die obigen Ausführungsformen sind lediglich eine Exemplifizierung und Beliebige von diesen mit substanziell der gleichen Konstitution als die technische Idee, die in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, und die die gleichen Wirkungseffekte wie diejenigen vorweisen, die in dem technischen Umfang der vorliegenden Erfindung beinhaltet ist.
  • Beispiele
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung in größerem Detail mittels Beispielen beschrieben werden.
  • [Beispiel 1]
  • Lithiumsulfid (Li2S, hergestellt von Nippon Chemical Industrial CO., LTD.), Lithiumchlorid (LiCl, hergestellt von Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.), Phosphordipentasulfid (P2S5, hergestellt von Aldrich) und Siliziumsulfid (SiS2, hergestellt von JAPAN PURE CHEMICAL CO., LTD.) wurden als Ausgangsmaterialien verwendet. Pulver davon wurden in einer Glovebox unter einer Argonatmosphäre in einem Verhältnis, das in der folgenden Tabelle 1 dargestellt ist, gemischt, um Rohmaterialzusammensetzungen zu erhalten. Als Nächstes wurde 1 g der Rohmaterialzusammensetzung in einen Tiegel, der aus Zirkoniumoxid (45 ml) gemacht ist, zusammen mit Zirkoniumoxidkugeln (10 mmΦ, 10 Teile) gegeben, um den Tiegel komplett hermetisch zu versiegeln (eine Argonatmosphäre). Dieser Tiegel wurde an einer Planetenkugelmühlmaschine (P7TM, hergestellt von FRITSCH JAPAN CO., LTD.) montiert, um mechanisches Mahlen für 40 Stunden bei der Anzahl an Wiegetischumdrehungen von 370 U/min durchzuführen. Dadurch wurde ein amorphisiertes ionenleitfähiges Material erhalten.
  • Als Nächstes wurde Pulver des erhaltenen ionenleitfähigen Materials in ein kohlenstoffbeschichtetes Quartzröhrchen gegeben und das Quartzröhrchen wurde vakuumversiegelt. Der Druck des Quartzröhrchens zum Vakuumversiegeln war ungefähr 30 Pa. Als Nächstes wurde das Quartzröhrchen in einem Brennofen platziert, von Raumtemperatur auf 475°C über sechs Stunden erwärmt, bei 475°C für acht Stunden gehalten und anschließend langsam auf Raumtemperatur abgekühlt. Dadurch wurde ein Sulfidfestelektrolytmaterial, das eine Zusammensetzung von Li0,39Si0,076P0,05S0,45Cl0,03 beinhaltet, erhalten.
  • [Beispiele 2 bis 54 und Vergleichsbeispiele 1 bis 7]
  • Ein Sulfidfestelektrolytmaterial wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, außer dass das Verhältnis der Rohmaterialzusammensetzung auf das Verhältnis, das in jeder der folgenden Tabelle 1 und 2 dargestellt ist, geändert wurde.
  • [Beispiele 55 bis 58]
  • Ein Sulfidfestelektrolytmaterial wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, außer dass Lithiumbromid (LiBr, hergestellt von Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) anstelle von Lithiumchlorid verwendet wurde und das Verhältnis der Rohmaterialzusammensetzung auf das Verhältnis geändert wurde, das in der folgenden Tabelle 3 dargestellt ist.
  • [Evaluierung]
  • (Röntgenbeugungsmessung)
  • Die Röntgenbeugungs-(XRD-)Messung wurde unter Verwendung des Sulfidfestelektrolytmaterials, das in jedem von Beispielen 1 bis 58 und Vergleichsbeispielen 1 bis 7 erhalten ist, durchgeführt. Die XRD-Messung wurde für eine Pulverprobe unter einer Inertatmosphäre mit der Bedingung des Verwendens einer CuKα-Strahlung durchgeführt. Die repräsentativen Ergebnisse sind in 5A bis 5C und 6A und 6B gezeigt. Wie in 5A gezeigt wurde in Beispiel 7 ein Peak der Kristallphase A bestimmt und wurde kein Peak der Kristallphase B bestimmt. Andererseits wie in 5B und 5C gezeigt, wurden in Beispiel 41 und Vergleichsbeispiel 4 Peaks der Kristallphase A und der Kristallphase B bestimmt, und das Verhältnis der Kristallphase B in Vergleichsbeispiel 4 war größer als das in Beispiel 41. Ferner wie in 6A und 6B gezeigt wurde in Beispiel 7 und Beispiel 55 ein Peak der Kristallphase A bestimmt und wurde kein Peak der Kristallphase B bestimmt. Im Beispiel 7 und Beispiel 55 wurde obwohl die Art des Halogens unterschiedlich ist der gleiche Peak erhalten. Ferner wurde aus dem Ergebnis der XRD-Messung IB/IA erhalten. Die Ergebnisse, die dadurch erhalten wurden, sind in Tabelle 1 bis Tabelle 3 dargestellt.
  • (Li-Ionenleitfähigkeitsmessung)
  • Die Li-Ionenleitfähigkeit bei 25°C wurde unter Verwendung des Sulfidfestelektrolytmaterials, das in jedem der Beispiele 1 bis 58 und Vergleichsbeispiele 1 bis 7 erhalten ist, gemessen. Zuerst wurden 200 mg des Sulfidfestelektrolytmaterials gewogen, in einen Zylinder, der aus MACOR gemacht ist, platziert und bei einem Druck von 4 t/cm2 gepresst. Beide Enden des erhaltenen Pellets wurden mit einem aus SUS hergestellten Nagel verkniffen und der einengende Druck wurde auf die Pellets mittels Befestigungsschrauben angewendet, wodurch eine Zelle zur Evaluierung erhalten wurde. Die Li-Ionenleitfähigkeit wurde entsprechend eines Wechselstromimpedanzverfahrens während die Zelle für die Evaluierung bei 25°C gehalten wurde berechnet. Die Messung wurde unter Verwendung von Solartron 1260TM bei einer angewendeten Spannung von 5 mV und einem Messungsfrequenzbereich von 0,01 bis 1 MHz durchgeführt. Die Ergebnisse, die dadurch erhalten wurden, sind in Tabelle 1 bis Tabelle 7 und 7 dargestellt.
    Figure DE102016101438A1_0002
    Figure DE102016101438A1_0003
    Figure DE102016101438A1_0004
    Figure DE102016101438A1_0005
  • Wie in Tabelle 1 bis Tabelle 3 und 7 gezeigt, war die Li-Ionenleitfähigkeit in Beispielen 1 bis 58 größer als die in Vergleichsbeispielen 1 bis 7. Insbesondere wich in Vergleichsbeispielen 6 und 7 der Zusammensetzungsbereich ab und deshalb wurde die Li-Ionenleitfähigkeit niedriger obwohl IB/IA ≤ 0,6 erfüllt wurde. Indes ist der Zusammenhang zwischen IB/IA und der Li-Ionenleitfähigkeit in 8 gezeigt. Wie in 8 gezeigt, wurde bestätigt, dass in dem Zusammensetzungsbereich der vorliegenden Erfindung die Li-Ionenleitfähigkeit mit der Abnahme des Werts von IB/IA verbessert wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kathodenaktivmaterialschicht
    2
    Anodenaktivmaterialschicht
    3
    Elektrolytschicht
    4
    Kathodenstromabnehmer
    5
    Anodenstromabnehmer
    6
    Batteriegehäuse
    10
    Batterie
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sulfidfestelektrolytmaterial mit vorteilhafter Ionenleitfähigkeit bereitzustellen. In der vorliegenden Erfindung wird die obige Aufgabe erzielt durch das Bereitstellen eines Sulfidfestelektrolytmaterials, das eine Zusammensetzung von LixSiyPzS1-x-y-z-wXw (0,37 ≤ x ≤ 0,40, 0,054 ≤ y ≤ 0,078, 0,05 ≤ z ≤ 0,07, 0 ≤ w ≤ 0,05, und X ist zumindest eines aus F, Cl, Br und I) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Sulfidfestelektrolytmaterial eine Kristallphase A mit einem Peak bei einer Position von 2θ = 29,58° ± 1,00° bei Röntgenbeugungsmessung unter Verwendung von CuKα-Strahlung aufweist, das Sulfidfestelektrolytmaterial keine Kristallphase B mit einem Peak bei einer Position von 2θ = 30,12° ± 1,00° bei Röntgenbeugungsmessung unter Verwendung von CuKα-Strahlung aufweist, oder geringfügig die Kristallphase B aufweist.

Claims (4)

  1. Sulfidfestelektrolytmaterial, das umfasst: eine Zusammensetzung aus LixSiyPzS1-x-y-z-wXw (0,37 ≤ x ≤ 0,40, 0,054 ≤ y ≤ 0,078, 0,05 ≤ z ≤ 0,07, 0 ≤ w ≤ 0,05 und X ist zumindest eines aus F, Cl, Br und I), dadurch gekennzeichnet, dass das Sulfidfestelektrolytmaterial eine Kristallphase A aufweist, die einen Peak bei einer Position von 2θ = 29,58° ± 1,00° bei einer Röntgenbeugungsmessung unter Verwendung einer CuKα-Strahlung aufweist, das Sulfidfestelektrolytmaterial keine Kristallphase B aufweist, die einen Peak bei einer Position von 2θ = 30,12° ± 1,00° bei einer Röntgenbeugungsmessung unter Verwendung einer CuKα-Strahlung aufweist, oder in einem Fall, in dem das Sulfidfestelektrolytmaterial die Kristallphase B aufweist, ein Wert von IB/IA 0,6 oder weniger ist, wenn eine Beugungsintensität bei dem Peak von 2θ = 29,58° ± 1,00° als IA bezeichnet wird und eine Beugungsintensität bei 2θ = 30,12° ± 1,00° als IB bezeichnet wird.
  2. Sulfidfestelektrolytmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das „w” 0 < w ≤ 0,05 erfüllt.
  3. Batterie, die umfasst: eine Kathodenaktivmaterialschicht, die ein Kathodenaktivmaterial enthält; eine Anodenaktivmaterialschicht, die ein Anodenaktivmaterial enthält; und eine Elektrolytschicht, die zwischen der Kathodenaktivmaterialschicht und der Anodenaktivmaterialschicht gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines aus der Kathodenaktivmaterialschicht, der Anodenaktivmaterialschicht und der Elektrolytschicht das Sulfidfestelektrolytmaterial nach Anspruch 1 oder 2 enthält.
  4. Verfahren zur Herstellung eines Sulfidfestelektrolytmaterials, wobei das Sulfidfestelektrolytmaterial das Sulfidfestelektrolytmaterial nach Anspruch 1 oder 2 ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: einen Ionenleitfähiges-Material-Syntheseschritt des Synthetisierens eines amorphisierten ionenleitfähigen Materials mittels mechanischen Mahlens während Verwendens einer Rohmaterialzusammensetzung, die eine konstituierende Komponente des Sulfidfestelektrolytmaterials enthält; und einen Erwärmungsschritt des Erwärmens des amorphisierten ionenleitfähigen Materials, um das Sulfidfestelektrolytmaterial zu erhalten.
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