JP2010030889A - Production method for lithium ion-conductive sulfide glass, production method for lithium ion-conductive sulfide glass ceramic, and mechanical milling apparatus for sulfide glass production - Google Patents

Production method for lithium ion-conductive sulfide glass, production method for lithium ion-conductive sulfide glass ceramic, and mechanical milling apparatus for sulfide glass production Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a production method for a Li ion-conductive sulfide glass capable of producing a Li ion-conductive sulfide glass ceramic having a high ionic conductivity within a short time, to provide a production method for the Li ion-conductive sulfide glass ceramic, and to provide a mechanical milling apparatus for the sulfide glass production method desirable as a production method for a Li ion-conductive sulfide glass. <P>SOLUTION: A Li ion-conductive sulfide glass production method which is a method for producing a Li ion-conductive sulfide glass containing Li, P, and S and comprises vitrifying a raw material by mechanical milling at 60-160°C is provided. Also, a Li ion-conductive glass ceramic production method comprising heating the Li ion-conductive sulfide glass produced by the above Li ion-conductive sulfide glass production method to 200-360°C is provided. A mechanical milling apparatus for sulfide glass production comprising a grinding container, balls, and a temperature regulation means which regulates the temperature in the grinding container to 60-160°C is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウムイオン伝導性硫化物ガラスの製造方法、リチウムイオン伝導性硫化物ガラスセラミックスの製造方法及び該硫化物ガラス製造用のメカニカルミリング処理装置に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a lithium ion conductive sulfide glass, a method for producing a lithium ion conductive sulfide glass ceramic, and a mechanical milling apparatus for producing the sulfide glass.

近年、リチウム電池は、携帯電話端末、携帯電子機器、家庭用小型電力貯蔵装置、モーターを電力源とする自動二輪車、ハイブリット電気自動車などの主電源として利用され、その需要は増大している。
現在、リチウム電池に用いられている液系電解質の多くは可燃性の有機物が含まれていることから電池に異常が生じた際には発火する等の恐れがあり、電池の安全性の確保が望まれている。
安全性の高い電池システムを構築するために、固体電解質を用いた全固体型リチウム二次電池の開発が望まれている。
In recent years, lithium batteries have been used as a main power source for mobile phone terminals, portable electronic devices, small household power storage devices, motorcycles using a motor as a power source, hybrid electric vehicles, and the like, and the demand for such batteries is increasing.
Currently, many of the liquid electrolytes used in lithium batteries contain flammable organic substances, which may ignite when an abnormality occurs in the battery, ensuring the safety of the battery. It is desired.
In order to construct a highly safe battery system, development of an all-solid-state lithium secondary battery using a solid electrolyte is desired.

Li7PS6、Li426、Li3PS4などの結晶相を含有する固体電解質(例えば、特許文献1)及びLi7311の結晶相を含有する固体電解質(例えば、特許文献2)が高いリチウムイオン伝導性を示すことが開示されている。
上記結晶相を含有する固体電解質の製造方法としては、遊星ボールミルを用いて常温でガラス電解質とし、熱処理することにより結晶相を析出させている。
しかしながら、遊星ボールミルを用いる常温でのガラス電解質の製造には、長時間のメカニカルミリング処理を必要とし、生産性及び経済性において不十分である。
A solid electrolyte containing a crystalline phase such as Li 7 PS 6 , Li 4 P 2 S 6 , Li 3 PS 4 (eg, Patent Document 1) and a solid electrolyte containing a crystalline phase of Li 7 P 3 S 11 (eg, Patent Document 2) discloses that lithium ion conductivity is high.
As a method for producing a solid electrolyte containing the above crystalline phase, a crystalline electrolyte is deposited by using a planetary ball mill to form a glass electrolyte at room temperature and heat treatment.
However, production of a glass electrolyte at room temperature using a planetary ball mill requires a long-time mechanical milling process, which is insufficient in productivity and economy.

また、150〜300℃に保った恒温槽内に回転ミルを設置して数時間反応させることにより、イオン伝導性が優れた固体電解質を製造できることが開示されている。150〜300℃の温度範囲内においては、より高温であることが好ましいことが開示されている(例えば、特許文献3)。
しかし、特許文献3に記載の方法により、硫化リチウムと五硫化リン等の硫化リンとをメカニカルミリング処理し、さらに加熱処理してリチウムイオン伝導性硫化物ガラスセラミックスを得たとしても、得られたリチウムイオン伝導性硫化物ガラスセラミックスのイオン伝導度が低いという問題があった。
Further, it is disclosed that a solid electrolyte having excellent ion conductivity can be produced by installing a rotating mill in a thermostat kept at 150 to 300 ° C. and reacting for several hours. It is disclosed that a higher temperature is preferable within the temperature range of 150 to 300 ° C. (for example, Patent Document 3).
However, even if the lithium ion conductive sulfide glass ceramic was obtained by mechanical milling treatment of lithium sulfide and phosphorus sulfide such as phosphorus pentasulfide by the method described in Patent Document 3 and further heat treatment, it was obtained. There has been a problem that lithium ion conductive sulfide glass ceramics have low ionic conductivity.

特開2002−109955号公報JP 2002-109955 A 特開2005−228570号公報JP 2005-228570 A 特開平11−144523号公報JP-A-11-144523

本発明は、短時間で高いイオン伝導性を有するリチウムイオン伝導性硫化物ガラスセラミックスを製造することができるリチウムイオン伝導性硫化物ガラスの製造方法、及び当該製造方法に好適な硫化物ガラス製造用のメカニカルミリング処理装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、短時間で高いイオン伝導性を有するリチウムイオン伝導性硫化物ガラスセラミックスの製造方法を提供することを目的とする。
The present invention relates to a method for producing lithium ion conductive sulfide glass capable of producing lithium ion conductive sulfide glass ceramics having high ion conductivity in a short time, and for producing sulfide glass suitable for the production method. An object of the present invention is to provide a mechanical milling apparatus.
Another object of the present invention is to provide a method for producing a lithium ion conductive sulfide glass ceramic having high ion conductivity in a short time.

本発明者らは、上記問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、160℃より高い温度で、硫化リチウムと五硫化リン等の硫化リンとをメカニカルミリング処理した場合、得られるリチウムイオン伝導性硫化物ガラスに種々の結晶相が析出してしまう。このリチウムイオン伝導性硫化物ガラスを熱処理してリチウムイオン伝導性硫化物ガラスセラミックスを製造したとしても、前記種々の結晶相の影響により目的以外の結晶構造が生成し、イオン伝導性が低くなることを発見した。
本発明者らは、この発見に基づき、硫化リチウムと硫化リンとを60℃以上、160℃以下でメカニカルミリング処理するリチウムイオン伝導性硫化物ガラスの製造方法を完成させるに至った。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have obtained lithium ion conduction obtained when mechanical milling treatment of lithium sulfide and phosphorus sulfide such as phosphorus pentasulfide at a temperature higher than 160 ° C. Various crystal phases are deposited on the porous sulfide glass. Even when this lithium ion conductive sulfide glass is heat-treated to produce lithium ion conductive sulfide glass ceramics, a crystal structure other than the intended one is generated due to the influence of the various crystal phases, and the ion conductivity is lowered. I found
Based on this discovery, the present inventors have completed a method for producing a lithium ion conductive sulfide glass in which lithium sulfide and phosphorus sulfide are mechanically milled at 60 ° C. or higher and 160 ° C. or lower.

すなわち、本発明は、下記の通りである。
[1] リチウムとリンと硫黄とを含むリチウムイオン伝導性硫化物ガラスの製造方法であって、原料を60℃以上、160℃以下でメカニカルミリング処理することによりガラス化させることを特徴とするリチウムイオン伝導性硫化物ガラスの製造方法。
[2] 前記メカニカルミリング処理時の温度を100℃以上、160℃以下とすることを特徴とする[1]に記載のリチウムイオン伝導性硫化物ガラスの製造方法。
[3] リチウムイオン伝導性硫化物ガラスにおけるリチウム、リン及び硫黄の組成比が、リチウム10.34〜59.38at%、リン3.13〜24.14at%、硫黄16.48〜86.53at%であることを特徴とする[1]又は[2]に記載のリチウムイオン伝導性硫化物ガラスの製造方法。
[4] [1]〜[3]のいずれかに記載のリチウムイオン伝導性硫化物ガラスの製造方法により製造されたリチウムイオン伝導性硫化物ガラスを200℃以上360℃以下で加熱することを特徴とするリチウムイオン伝導性硫化物ガラスセラミックスの製造方法。
[5] 粉砕容器と、ボールと、前記粉砕容器内の温度を60℃以上、160℃以下にする温度調整手段と、を備えることを特徴とする硫化物ガラス製造用のメカニカルミリング処理装置。
That is, the present invention is as follows.
[1] A method for producing a lithium ion conductive sulfide glass containing lithium, phosphorus and sulfur, wherein the raw material is vitrified by mechanical milling at 60 ° C. or higher and 160 ° C. or lower. A method for producing ion-conductive sulfide glass.
[2] The method for producing a lithium ion conductive sulfide glass according to [1], wherein the temperature during the mechanical milling treatment is 100 ° C. or more and 160 ° C. or less.
[3] The composition ratio of lithium, phosphorus and sulfur in the lithium ion conductive sulfide glass is 10.34 to 59.38 at% of lithium, 3.13 to 24.14 at% of phosphorus, and 16.48 to 86.53 at% of sulfur. The method for producing a lithium ion conductive sulfide glass according to [1] or [2], wherein
[4] The lithium ion conductive sulfide glass manufactured by the method for manufacturing a lithium ion conductive sulfide glass according to any one of [1] to [3] is heated at 200 ° C. or higher and 360 ° C. or lower. A method for producing a lithium ion conductive sulfide glass ceramic.
[5] A mechanical milling apparatus for producing sulfide glass, comprising a pulverizing container, a ball, and a temperature adjusting means for setting the temperature in the pulverizing container to 60 ° C. or higher and 160 ° C. or lower.

本発明によれば、短時間で高いイオン伝導性を有するリチウムイオン伝導性硫化物ガラスセラミックスを製造することができる製造方法、及び当該製造方法に好適な硫化物ガラス製造用のメカニカルミリング処理装置を提供することができる。
また、本発明によれば、短時間で高いイオン伝導性を有するリチウムイオン伝導性硫化物ガラスセラミックスの製造方法を提供することができる。
According to the present invention, a production method capable of producing lithium ion conductive sulfide glass ceramics having high ion conductivity in a short time, and a mechanical milling apparatus for producing sulfide glass suitable for the production method are provided. Can be provided.
Moreover, according to this invention, the manufacturing method of the lithium ion conductive sulfide glass ceramics which has high ion conductivity in a short time can be provided.

実施例1〜3、比較例1〜3のイオン伝導度の値の経時変化を示したものである。The time-dependent change of the value of the ionic conductivity of Examples 1-3 and Comparative Examples 1-3 is shown. 実施例4、比較例4のイオン伝導度の値の経時変化を示したものである。The change with time of the value of the ionic conductivity of Example 4 and Comparative Example 4 is shown. 実施例1〜3、比較例1〜3のX線回折パターンを示したものである。The X-ray-diffraction pattern of Examples 1-3 and Comparative Examples 1-3 is shown. 実施例4、比較例4のX線回折パターンを示したものである。The X-ray-diffraction pattern of Example 4 and Comparative Example 4 is shown. 実施例1の熱処理品のX線回折パターンを示したものである。2 shows an X-ray diffraction pattern of the heat-treated product of Example 1. 実施例4の熱処理品のX線回折パターンを示したものである。The X-ray-diffraction pattern of the heat processing goods of Example 4 is shown. 実施例4、比較例4の加熱型振動メカニカルミリング処理装置を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the heating type vibration mechanical milling processing apparatus of Example 4 and Comparative Example 4. 実施例5、6、比較例5のイオン伝導度の値の経時変化を示したものである。The time-dependent change of the value of the ionic conductivity of Examples 5 and 6 and Comparative Example 5 is shown. 実施例5、6、比較例5のX線回折パターンを示したものである。The X-ray diffraction patterns of Examples 5 and 6 and Comparative Example 5 are shown. 実施例5の熱処理品のX線回折パターンを示したものである。The X-ray-diffraction pattern of the heat processing goods of Example 5 is shown.

本実施形態に係るリチウムイオン伝導性硫化物ガラスの製造方法は、メカニカルミリング処理によりガラス化させ、リチウムとリンと硫黄を含むリチウムイオン伝導性硫化物ガラスを製造する製造方法であって、メカニカルミリング処理時の温度が60℃以上、160℃以下である。   A method for producing a lithium ion conductive sulfide glass according to the present embodiment is a method for producing a lithium ion conductive sulfide glass containing lithium, phosphorus and sulfur by vitrification by mechanical milling, and mechanical milling. The temperature during the treatment is 60 ° C. or higher and 160 ° C. or lower.

メカニカルミリング処理する原料としては特に限定されないが、例えば、硫化リチウムや硫化リンを使用することができる。
メカニカルミリング処理する原料は二種以上の物質からなり、この物質の混合物(原料)が、リチウムとリンと硫黄とを含んでいれば良い。
例えば、原料が硫化リチウムと硫化リンであれば、硫化リチウムが硫黄とリチウムからなり、硫化リンが硫黄とリンを含むので、この原料は、リチウムとリンと硫黄とを含む。
以下、これらの材料について説明する。
Although it does not specifically limit as a raw material to perform a mechanical milling process, For example, lithium sulfide and phosphorus sulfide can be used.
The raw material to be mechanically milled is composed of two or more kinds of substances, and the mixture (raw material) of these substances may contain lithium, phosphorus and sulfur.
For example, if the raw materials are lithium sulfide and phosphorus sulfide, since the lithium sulfide is composed of sulfur and lithium, and the phosphorus sulfide includes sulfur and phosphorus, the raw material includes lithium, phosphorus, and sulfur.
Hereinafter, these materials will be described.

(i)硫化リチウム(Li2S)
本実施形態に係る硫化リチウム(Li2S)は、例えば、特許第3528866号に記載された方法で製造することができる。
この製造方法は、非プロトン性有機溶媒中に硫化水素を吹き込みながら水酸化リチウムと硫化水素とを反応させて水硫化リチウムを製造し、次いで、反応液を脱硫化水素化して硫化リチウムとする方法である。
また、硫化リチウムとしては、純度が99%以上であるものが好ましい。
従って、上記のようにして製造した硫化リチウムは、国際公開番号WO2005/040039に記載された方法等で精製することができる。
この精製方法は、得られた硫化リチウムを、有機溶媒を用い、100℃以上の温度で洗浄して精製する方法である。
上記の精製方法は簡便な処理により、硫化リチウム中に含まれる不純物である硫黄酸化物やN−メチルアミノ酪酸リチウム(以下、LMABという)等を除去することができる。
硫化リチウムに含まれる硫黄酸化物の総量は、0.15質量%以下であることが好ましく、LMABは、0.1質量%以下であることが好ましい。
(I) Lithium sulfide (Li 2 S)
Lithium sulfide (Li 2 S) according to the present embodiment can be produced, for example, by the method described in Japanese Patent No. 3528866.
In this production method, lithium hydrogen sulfide and hydrogen sulfide are reacted while blowing hydrogen sulfide into an aprotic organic solvent to produce lithium hydrosulfide, and then the reaction solution is dehydrosulfurized to form lithium sulfide. It is.
Further, lithium sulfide having a purity of 99% or more is preferable.
Therefore, the lithium sulfide produced as described above can be purified by the method described in International Publication No. WO2005 / 040039.
This purification method is a method of purifying the obtained lithium sulfide by washing it at a temperature of 100 ° C. or higher using an organic solvent.
The above purification method can remove sulfur oxide, lithium N-methylaminobutyrate (hereinafter referred to as LMAB), and the like, which are impurities contained in lithium sulfide, by a simple treatment.
The total amount of sulfur oxides contained in lithium sulfide is preferably 0.15% by mass or less, and LMAB is preferably 0.1% by mass or less.

(ii)硫化リン
本実施形態に係る硫化リンは、特に制限しないが、三硫化リン(P43)、五硫化リン(P25)、七硫化リン(P47)が好ましい。より好ましくは、五硫化リンである。
五硫化リンは特に制限がなく、例えば、工業的に製造され、販売されているものを使用することができる。
(Ii) Phosphorus sulfide Although the phosphorous sulfide according to the present embodiment is not particularly limited, phosphorous trisulfide (P 4 S 3 ), phosphorous pentasulfide (P 2 S 5 ) and phosphorous heptasulfide (P 4 S 7 ) are preferable. . More preferably, it is phosphorus pentasulfide.
Phosphorus pentasulfide is not particularly limited, and for example, industrially manufactured and sold products can be used.

(iii)組成比
リチウムイオン伝導性硫化物ガラス及び/またはリチウムイオン伝導性硫化物ガラスセラミックスの好ましい組成比としては、原子百分率(at%)でリチウムが10.34〜59.38at%、リンが3.13〜24.14at%、硫黄が16.48〜86.53at%の範囲である。
硫化リチウムと五硫化二リンの仕込み量としては、硫化リチウムの仕込み量が出発原料全体の30〜95モル%、好ましくは50〜85モル%、より好ましくは55〜82モル%である。
従って、五硫化二リンの仕込み量は出発原料全体の70〜5モル%、好ましくは50〜15モル%、より好ましくは45〜18モル%である。
原料の仕込み量が上記範囲内であると、高いイオン伝導度を有する固体電解質を合成することができる。
(Iii) Composition ratio As a preferred composition ratio of the lithium ion conductive sulfide glass and / or lithium ion conductive sulfide glass ceramic, lithium is 10.34 to 59.38 at% in atomic percentage (at%), phosphorus is 3.13 to 24.14 at%, sulfur is in the range of 16.48 to 86.53 at%.
The amount of lithium sulfide and diphosphorus pentasulfide charged is 30 to 95 mol%, preferably 50 to 85 mol%, more preferably 55 to 82 mol% of the entire starting material.
Therefore, the charged amount of diphosphorus pentasulfide is 70 to 5 mol%, preferably 50 to 15 mol%, more preferably 45 to 18 mol% of the entire starting material.
When the charged amount of the raw material is within the above range, a solid electrolyte having high ionic conductivity can be synthesized.

(iv)溶媒
本実施形態では、上記硫化リチウムと硫化リンとを溶媒中(スラリーとして)で反応させてもよく、また、溶媒を用いずに反応させても良い。
ここで、溶媒としては、炭化水素系溶媒であることが好ましい。
炭化水素系溶媒として、特に制限されないが、飽和炭化水素、不飽和炭化水素又は芳香族炭化水素が好ましい。飽和炭化水素としては、ヘキサン、ペンタン、2−エチルヘキサン、ヘプタン、デカン、シクロヘキサン等が挙げられる。不飽和炭化水素しては、ヘキセン、ヘプテン、シクロヘキセン等が挙げられる。芳香族炭化水素としては、トルエン、キシレン、デカリン、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン等が挙げられる。
これらのうち、特にトルエン、キシレンが好ましい。
(Iv) Solvent In this embodiment, the lithium sulfide and phosphorus sulfide may be reacted in a solvent (as a slurry), or may be reacted without using a solvent.
Here, the solvent is preferably a hydrocarbon solvent.
Although it does not restrict | limit especially as a hydrocarbon type solvent, A saturated hydrocarbon, an unsaturated hydrocarbon, or an aromatic hydrocarbon is preferable. Examples of the saturated hydrocarbon include hexane, pentane, 2-ethylhexane, heptane, decane, and cyclohexane. Examples of the unsaturated hydrocarbon include hexene, heptene, cyclohexene and the like. Aromatic hydrocarbons include toluene, xylene, decalin, 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene and the like.
Of these, toluene and xylene are particularly preferable.

(iv)メカニカルミリング処理
メカニカルミリング処理を用いてリチウムイオン伝導性硫化物ガラスを形成すると、ガラス生成域を拡大することができる。
メカニカルミリング処理によりリチウムイオン伝導性硫化物ガラスを形成する際、窒素等の不活性ガスの雰囲気を用いるのが好ましい。
水蒸気や酸素等は、出発物質と反応し易いからである。
メカニカルミリング処理では、ボールミル機(遊星ミル機、振動ミル機、回転ミル機等)を使用するのが好ましい。これは、大きな機械的エネルギーが得られるからである。
(Iv) Mechanical milling treatment When a lithium ion conductive sulfide glass is formed using a mechanical milling treatment, the glass generation region can be expanded.
When forming lithium ion conductive sulfide glass by mechanical milling, it is preferable to use an atmosphere of an inert gas such as nitrogen.
This is because water vapor, oxygen and the like easily react with the starting material.
In the mechanical milling process, it is preferable to use a ball mill machine (planet mill machine, vibration mill machine, rotary mill machine, etc.). This is because large mechanical energy can be obtained.

(v)メカニカルミリング処理温度
メカニカルミリング処理温度は60℃以上160℃以下とする。メカニカルミリング処理温度の下限は、100℃であることが好ましく、メカニカルミリング処理温度の上限は150℃であることが好ましく、より好ましくは150℃未満である。さらに好ましくは、140℃以下である。
例えば、60℃以上150℃以下、100℃以上160℃以下(好ましくは100℃以上150℃以下)、60℃以上150℃未満、100℃以上150℃未満が好ましい。
メカニカルミリング処理温度が60℃未満の場合、リチウムイオン伝導性硫化物ガラス製造に要する反応時間を短縮する効果が小さく、160℃より高い温度であると、リチウムイオン伝導性硫化物ガラスに一部結晶相の析出が起こり、このリチウムイオン伝導性硫化物ガラスを加熱して得られるリチウムイオン伝導性硫化物ガラスセラミックスはイオン伝導度が低い水準に留まる。
(V) Mechanical milling treatment temperature The mechanical milling treatment temperature is 60 ° C or higher and 160 ° C or lower. The lower limit of the mechanical milling treatment temperature is preferably 100 ° C., and the upper limit of the mechanical milling treatment temperature is preferably 150 ° C., more preferably less than 150 ° C. More preferably, it is 140 degrees C or less.
For example, 60 to 150 ° C., 100 to 160 ° C. (preferably 100 to 150 ° C.), 60 to 150 ° C., and 100 to 150 ° C. are preferable.
When the mechanical milling treatment temperature is less than 60 ° C., the effect of shortening the reaction time required for producing the lithium ion conductive sulfide glass is small, and when the temperature is higher than 160 ° C., some crystals are formed in the lithium ion conductive sulfide glass. Phase precipitation occurs, and the lithium ion conductive sulfide glass ceramic obtained by heating the lithium ion conductive sulfide glass remains at a low level of ionic conductivity.

(vi)その他のメカニカルミリング処理条件
その他のメカニカルミリング処理の条件としては、使用する機器等により適宜調整すればよいが、一般に、回転速度が速いほど、リチウムイオン伝導性硫化物ガラスの生成速度は速くなり、回転時間が長いほどリチウムイオン伝導性硫化物ガラスヘの原料の転化率は高くなる。
例えば、一般的な粉砕機である回転ミル機を使用する場合は、回転速度を数十〜数百回転/分とし、0.5時間〜30日間処理すればよく、特に10時間以上処理(反応)することが好ましく、20時間以上処理することがより好ましい。
(Vi) Other mechanical milling treatment conditions The conditions for other mechanical milling treatments may be adjusted as appropriate depending on the equipment to be used. Generally, the faster the rotation speed, the higher the production rate of the lithium ion conductive sulfide glass. The faster the rotation time, the higher the conversion rate of the raw material to the lithium ion conductive sulfide glass.
For example, in the case of using a rotary mill which is a general pulverizer, the rotational speed may be several tens to several hundreds of revolutions / minute, and the treatment may be performed for 0.5 hours to 30 days. ) And more preferably 20 hours or more.

(vii)リチウムイオン伝導性硫化物ガラスセラミックスの製造方法
上記のようにして得られたリチウムイオン伝導性硫化物ガラスは、更に200℃〜360℃、好ましくは220〜320℃、より好ましくは230〜300℃で焼成処理することにより、イオン伝導度が向上する。焼成処理温度が上記範囲外であると、イオン伝導度が低い結晶層が生成する恐れがある。
(Vii) Method for Producing Lithium Ion Conductive Sulfide Glass Ceramics The lithium ion conductive sulfide glass obtained as described above is further 200 ° C. to 360 ° C., preferably 220 ° C. to 320 ° C., more preferably 230 ° C. By baking at 300 ° C., the ionic conductivity is improved. If the firing temperature is outside the above range, a crystal layer with low ionic conductivity may be generated.

(viii)硫化物ガラス製造用のメカニカルミリング処理装置
本発明の硫化物ガラス製造用のメカニカルミリング処理装置は、粉砕容器と、ボールと、粉砕容器内の温度を60℃以上160℃以下にする温度調整手段とを備え、本発明のリチウムイオン伝導性硫化物ガラスの製造方法に好適なメカニカルミリングを行うための粉砕機である。例えば、上記温度調整手段を備えた遊星ミル機、転動ミル機、振動ミル機、回転ミル機などが挙げられる。
(Viii) Mechanical milling processing apparatus for producing sulfide glass The mechanical milling processing apparatus for producing sulfide glass of the present invention comprises a grinding container, a ball, and a temperature at which the temperature in the grinding container is 60 ° C. or higher and 160 ° C. or lower. And a pulverizer for performing mechanical milling suitable for the method for producing a lithium ion conductive sulfide glass of the present invention. For example, a planetary mill machine, a rolling mill machine, a vibration mill machine, a rotary mill machine and the like provided with the temperature adjusting means can be mentioned.

上記回転ミル機は、ミルの直径に応じて加わるエネルギーが大きくなり、大型機になるほど反応速度は速くなる傾向を示し、内容積数十m3の大型機も商業的に製作・販売されているため、量産化に適した装置である。
また、上記遊星ミル機、振動ミル機は回転ミル機と比較して、高いエネルギーを試料に加えることができ、短時間で反応を行うことができる利点がある。
粉砕容器内の温度を60℃以上160℃以下にする温度調整手段を備えた加熱装置は、粉砕容器内の温度を60℃以上160℃以下にすることができれば特に制限されないが、熱媒を循環可能なジャケット又は電気ヒーターを装着したものが好ましい。温度調整手段としては、公知の温度調節器を使用することができる。
The above rotary mill machine has a larger energy applied according to the diameter of the mill, and the larger the machine, the faster the reaction speed tends to be. Large machines with an internal volume of several tens of m 3 are also commercially produced and sold. Therefore, it is a device suitable for mass production.
Further, the planetary mill machine and the vibration mill machine have an advantage that a higher energy can be applied to the sample and the reaction can be performed in a shorter time than the rotary mill machine.
The heating device provided with the temperature adjusting means for setting the temperature in the grinding container to 60 ° C. or more and 160 ° C. or less is not particularly limited as long as the temperature in the grinding container can be set to 60 ° C. or more and 160 ° C. or less. Those equipped with possible jackets or electric heaters are preferred. A known temperature controller can be used as the temperature adjusting means.

図8に、本発明の硫化物ガラス製造用のメカニカルミリング処理装置の一態様を示す。当該メカニカルミリング処理装置は、メカニカルミリング処理容器1とO−リングパッキン2とメカニカルミリング処理容器1の外周に設けられた熱媒ジャケット3とを備えた振動ミルであり、熱媒供給管を介して熱媒ジャケット3が熱媒循環装置4と繋がっている。
メカニカルミリング処理容器1の内部には、複数のボール(粉砕体)と原料粉体とが装填され、熱媒ジャケット3により所定の温度(60℃以上160℃以下)に維持されながら、ボールの運動による衝撃と摩擦力で原料粉体が粉砕される。
In FIG. 8, the one aspect | mode of the mechanical milling processing apparatus for sulfide glass manufacture of this invention is shown. The mechanical milling processing apparatus is a vibration mill including a mechanical milling processing container 1, an O-ring packing 2, and a heat medium jacket 3 provided on the outer periphery of the mechanical milling processing container 1, and through a heat medium supply pipe. The heat medium jacket 3 is connected to the heat medium circulation device 4.
The mechanical milling container 1 is loaded with a plurality of balls (pulverized bodies) and raw material powders, and the movement of the balls while being maintained at a predetermined temperature (60 ° C. or higher and 160 ° C. or lower) by the heat medium jacket 3. The raw material powder is crushed by the impact and frictional force of

以下に実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

本発明におけるイオン伝導度及びX線回折パターンは、下記測定方法によって測定した。
(イオン伝導度)
リチウムイオン伝導性硫化物ガラス又はその熱処理物を錠剤成形機に充填し、4〜6MPaの圧力を加え成形体とした。
次に、電極としてカーボンとリチウムイオン伝導性硫化物ガラス又はその熱処理物を質量比1:1で混合した合材を成形体の両面に乗せ、再度錠剤成形機にて圧力を加えることで、伝導度測定用の成形体(直径約10mm、厚さ約1mm)を作製した。
この成形体について、交流インピーダンス測定によりイオン伝導度測定を実施した。
イオン伝導度の値は25℃における数値を採用した。
The ionic conductivity and X-ray diffraction pattern in the present invention were measured by the following measuring methods.
(Ionic conductivity)
Lithium ion conductive sulfide glass or a heat-treated product thereof was filled in a tablet molding machine, and a pressure of 4 to 6 MPa was applied to form a molded body.
Next, a composite material in which carbon and lithium ion conductive sulfide glass or a heat-treated product thereof are mixed at a mass ratio of 1: 1 as an electrode is placed on both surfaces of the molded body, and pressure is applied again by a tablet molding machine. A molded body for measuring the degree (diameter of about 10 mm, thickness of about 1 mm) was produced.
About this molded object, ion conductivity measurement was implemented by alternating current impedance measurement.
The value at 25 ° C. was adopted as the value of ionic conductivity.

(X解回折パターン)
リチウムイオン伝導性硫化物ガラス又はその熱処理物のX解回折測定は、リガク社製ultima−IIIのX線発生装置(CuKα:λ=1.5418Å)を用いて実施した。
(X solution diffraction pattern)
X-ray diffraction measurement of lithium ion conductive sulfide glass or heat-treated product thereof was carried out using an ultrama-III X-ray generator (CuKα: λ = 1.54184) manufactured by Rigaku Corporation.

製造例
(硫化リチウムの製造)
硫化リチウムは、特許第3528866号の第1の発明(2工程法)に従って製造した。
すなわち、攪拌翼のついた10リットルオートクレーブにN−メチル−2−ピロリドン(NMP)3326.4g(33.6モル)及び水酸化リチウム287.4g(12モル)を仕込み、300rpmで、130℃に昇温した。
昇温後、液中に硫化水素を3リットル/分の供給速度で2時間吹き込んだ。
続いて、この反応液を窒素気流下(200mL/分)昇温し、反応した硫化水素の一部を脱硫化水素化した。
昇温するにつれ、上記硫化水素と水酸化リチウムの反応により副生した水が蒸発を始めたが、この水はコンデンサにより凝縮し系外に抜き出した。
水を系外に留去するとともに反応液の温度は上昇するが、180℃に達した時点で昇温を停止し、一定温度に保持した。
水硫化リチウムの脱硫化水素反応が終了後(約80分)、硫化リチウムを得た。
Production example (production of lithium sulfide)
Lithium sulfide was produced according to the first invention (two-step method) of Japanese Patent No. 3528866.
That is, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) 3326.4 g (33.6 mol) and lithium hydroxide 287.4 g (12 mol) were charged into a 10 liter autoclave equipped with a stirring blade, and the temperature was adjusted to 130 ° C. at 300 rpm. The temperature rose.
After the temperature rise, hydrogen sulfide was blown into the liquid at a supply rate of 3 liters / minute for 2 hours.
Subsequently, this reaction solution was heated in a nitrogen stream (200 mL / min), and a part of the reacted hydrogen sulfide was dehydrosulfurized.
As the temperature increased, water produced as a by-product due to the reaction between hydrogen sulfide and lithium hydroxide started to evaporate, but this water was condensed by the condenser and extracted out of the system.
While water was distilled out of the system, the temperature of the reaction solution increased, but when the temperature reached 180 ° C., the temperature increase was stopped and the temperature was kept constant.
After completion of the dehydrosulfurization reaction of lithium hydrosulfide (about 80 minutes), lithium sulfide was obtained.

(硫化リチウムの精製)
上記製造法で得られた500mLのスラリー反応溶液(NMP−硫化リチウムスラリー)中のNMPをデカンテーションした後、脱水したNMP100mLを加え、105℃で約1時間撹拌した。この温度のまま、NMPをデカンテーションした。
更に、脱水したNMP100mLを加え、105℃で約1時間撹拌し、この温度のままNMPをデカンテーションし、同様の操作を合計4回繰り返した。
デカンテーション終了後、窒素気流下230℃(NMPの沸点以上の温度)で硫化リチウムを3時間乾燥した。
(Purification of lithium sulfide)
After decanting NMP in the 500 mL slurry reaction solution (NMP-lithium sulfide slurry) obtained by the above production method, 100 mL of dehydrated NMP was added and stirred at 105 ° C. for about 1 hour. NMP was decanted at this temperature.
Further, 100 mL of dehydrated NMP was added, and the mixture was stirred at 105 ° C. for about 1 hour. NMP was decanted at this temperature, and the same operation was repeated 4 times in total.
After completion of decantation, lithium sulfide was dried for 3 hours at 230 ° C. (temperature higher than the boiling point of NMP) under a nitrogen stream.

得られた硫化リチウム中の不純物含有量をイオンクロマトグラフ法により測定した。
その結果、亜硫酸リチウム(Li2SO3)、硫酸リチウム(Li2SO4)、チオ硫酸リチウム(Li223)の各硫黄酸化物の総含有量は0.13質量%であり、N−メチルアミノ酪酸リチウム(NMAB)の含有量は0.07質量%であった。
このようにして精製した硫化リチウムを、以下の実施例及び比較例で使用した。
Impurity content in the obtained lithium sulfide was measured by ion chromatography.
As a result, the total content of each sulfur oxide of lithium sulfite (Li 2 SO 3 ), lithium sulfate (Li 2 SO 4 ), and lithium thiosulfate (Li 2 S 2 O 3 ) is 0.13% by mass, The content of lithium N-methylaminobutyrate (NMAB) was 0.07% by mass.
The lithium sulfide thus purified was used in the following examples and comparative examples.

実施例1(転動ミルを用いる製造)
上記製造例の硫化リチウム(Li2S)32.54g(70モル%)と五硫化リン(P25;アルドリッチ社製)67.46g(30モル%)を15mmφのジルコニアボール約3.6kgが入った直径114mmφ、容量1LのSUS製粉砕容器に入れ密閉した。
上記操作は全てグローブボックス内で実施し、使用する器具類はすべて乾燥機により事前に水分を除去したものを用いた。
この粉砕容器を140℃に保った恒温槽内に入れ、103rpmにて回転させメカニカルミリング処理を行った。
所定の日数毎に、粉末状生成物約1gを採取し、イオン伝導度測定を行った。
イオン伝導度の値の経時変化を表1及び図1に示した。
図1において、縦軸はイオン伝導度(S/cm)、横軸は反応時間(日)を示す。
6日間の反応により、生成物のイオン伝導度は1.0×10-4S/cm以上となっていた。
また、X線回折パターン(CuKα:λ=1.5418Å)において硫化リチウムのピークは殆ど消失し、生成物はガラスとなっていることを確認した(図3参照)。
図3において、縦軸はIntensity(cps)、横軸は2θ(°)を示す。
Example 1 (Production using a rolling mill)
Lithium sulfide of the Production Example (Li 2 S) 32.54g (70 mole%) and phosphorus pentasulfide (P 2 S 5; Aldrich) 67.46g (30 mole%) of 15mmφ zirconia balls about 3.6kg In a SUS pulverization container having a diameter of 114 mmφ and a capacity of 1 L.
All the above operations were carried out in the glove box, and all the instruments used were those from which moisture had been removed beforehand by a dryer.
This pulverization container was put in a thermostat kept at 140 ° C. and rotated at 103 rpm to perform mechanical milling.
Every predetermined number of days, about 1 g of a powdery product was collected and subjected to ionic conductivity measurement.
The change with time in the value of ionic conductivity is shown in Table 1 and FIG.
In FIG. 1, the vertical axis represents ion conductivity (S / cm), and the horizontal axis represents reaction time (days).
After 6 days of reaction, the ionic conductivity of the product was 1.0 × 10 −4 S / cm or more.
Further, in the X-ray diffraction pattern (CuKα: λ = 1.54184), the lithium sulfide peak almost disappeared, and it was confirmed that the product was glass (see FIG. 3).
In FIG. 3, the vertical axis represents Intensity (cps) and the horizontal axis represents 2θ (°).

次に、6日間反応後の生成物(リチウムイオン伝導性硫化物ガラス)を密閉容器に入れ、300℃で2時間、熱処理を行った。
この熱処理品(リチウムイオン伝導性硫化物ガラスセラミックス)のX線回折パターンは、Li7311の結晶相に帰属される2θ=17.8、18.2、19.8、21.8、23.8、25.9、29.5、30.0degにピークが観測された(図5参照)。
図5において、縦軸はIntensity(cps)、横軸は2θ(°)を示す。
また、イオン伝導度測定の結果、この熱処理品のイオン伝導度は1.5×10-3S/cmであった。
Next, the product (lithium ion conductive sulfide glass) after the reaction for 6 days was put in a sealed container and heat-treated at 300 ° C. for 2 hours.
The X-ray diffraction pattern of this heat-treated product (lithium ion conductive sulfide glass ceramics) is 2θ = 17.8, 18.2, 19.8, 21.8 attributed to the crystal phase of Li 7 P 3 S 11. , 23.8, 25.9, 29.5 and 30.0 deg were observed (see FIG. 5).
In FIG. 5, the vertical axis represents Intensity (cps), and the horizontal axis represents 2θ (°).
As a result of measuring the ionic conductivity, the ionic conductivity of this heat-treated product was 1.5 × 10 −3 S / cm.

実施例2
粉砕容器を100℃に保った恒温槽内に入れメカニカルミリング処理した以外は、実施例1と同様に反応及び処理を行った。
8日間の反応により生成物のイオン伝導度は1.0×10-4S/cmに達した。
X線回折パターンでは、硫化リチウムのピークは殆ど消失し、生成物はガラスとなっていることを確認した。
イオン伝導度の値の経時変化を表1及び図1に、8日後の生成物のX線回折パターンを図3に示した。
Example 2
The reaction and treatment were performed in the same manner as in Example 1 except that the pulverization container was placed in a constant temperature bath maintained at 100 ° C. and subjected to mechanical milling.
The ionic conductivity of the product reached 1.0 × 10 −4 S / cm after 8 days of reaction.
In the X-ray diffraction pattern, it was confirmed that the lithium sulfide peak almost disappeared and the product was glass.
The time course of ionic conductivity values is shown in Table 1 and FIG. 1, and the X-ray diffraction pattern of the product after 8 days is shown in FIG.

次に、8日間反応後の生成物(リチウムイオン伝導性硫化物ガラス)を実施例1と同様に熱処理したところ、熱処理品(リチウムイオン伝導性硫化物ガラスセラミックス)のX線回折パターンは、Li7311の結晶相に帰属される2θ=17.8、18.2、19.8、21.8、23.8、25.9、29.5、30.0degにピークが観測された。
また、イオン伝導度測定の結果、この熱処理品のイオン伝導度は1.3×10-3S/cmであった。
Next, when the product (lithium ion conductive sulfide glass) after the reaction for 8 days was heat treated in the same manner as in Example 1, the X-ray diffraction pattern of the heat treated product (lithium ion conductive sulfide glass ceramics) was Li Peaks are observed at 2θ = 17.8, 18.2, 19.8, 21.8, 23.8, 25.9, 29.5, 30.0 deg, which are attributed to the crystal phase of 7 P 3 S 11. It was.
As a result of measuring the ionic conductivity, the ionic conductivity of this heat-treated product was 1.3 × 10 −3 S / cm.

実施例3
粉砕容器を70℃に保った恒温槽内に入れメカニカルミリング処理した以外は、実施例1と同様に反応及び処理を行った。
10日間の反応により生成物のイオン伝導度は1.0×10-4S/cm以上となっていた。
X線回折パターンでは、硫化リチウムのピークは殆ど消失し、生成物はガラスとなっていることを確認した。
イオン伝導度の値の経時変化を表1及び図1に、X線回折パターンを図3に示した。
Example 3
The reaction and treatment were performed in the same manner as in Example 1 except that the pulverization container was placed in a thermostat kept at 70 ° C. and subjected to mechanical milling.
The ionic conductivity of the product was 1.0 × 10 −4 S / cm or more after 10 days of reaction.
In the X-ray diffraction pattern, it was confirmed that the lithium sulfide peak almost disappeared and the product was glass.
The time-dependent change in the value of ionic conductivity is shown in Table 1 and FIG. 1, and the X-ray diffraction pattern is shown in FIG.

次に、10日間反応後の生成物(リチウムイオン伝導性硫化物ガラス)を実施例1と同様に熱処理したところ、熱処理品(リチウムイオン伝導性硫化物ガラスセラミックス)のX線回折パターンは、Li7311の結晶相に帰属される2θ=17.8、18.2、19.8、21.8、23.8、25.9、29.5、30.0degにピークが観測された。
また、イオン伝導度測定の結果、この熱処理品のイオン伝導度は1.6×10-3S/cmであった。
Next, when the product (lithium ion conductive sulfide glass) after the reaction for 10 days was heat-treated in the same manner as in Example 1, the X-ray diffraction pattern of the heat-treated product (lithium ion conductive sulfide glass ceramics) was Li Peaks are observed at 2θ = 17.8, 18.2, 19.8, 21.8, 23.8, 25.9, 29.5, 30.0 deg, which are attributed to the crystal phase of 7 P 3 S 11. It was.
As a result of measuring the ionic conductivity, the ionic conductivity of this heat-treated product was 1.6 × 10 −3 S / cm.

比較例1
粉砕容器を30℃に保った恒温槽内に入れメカニカルミリング処理した以外は、実施例1と同様に反応及び処理を行った。
16日間の反応により生成物のイオン伝導度は1.0×10-4S/cmに達した。
X線回折パターンでは、硫化リチウムのピークは殆ど消失し、生成物はガラスとなっていることを確認した。
イオン伝導度の値の経時変化を表1及び図1に、X線回折パターンを図3に示した。
次に、16日間反応後の生成物を実施例1と同様に熱処理したところ、熱処理品のX線回折パターンは、Li7311の結晶相に帰属される2θ=17.8、18.2、19.8、21.8、23.8、25.9、29.5、30.0degにピークが観測された。
また、イオン伝導度測定の結果、この熱処理品のイオン伝導度は1.8×10-3S/cmであった。
Comparative Example 1
The reaction and treatment were carried out in the same manner as in Example 1 except that the pulverization container was placed in a thermostat kept at 30 ° C. and subjected to mechanical milling treatment.
The ionic conductivity of the product reached 1.0 × 10 −4 S / cm after 16 days of reaction.
In the X-ray diffraction pattern, it was confirmed that the lithium sulfide peak almost disappeared and the product was glass.
The time-dependent change in the value of ionic conductivity is shown in Table 1 and FIG. 1, and the X-ray diffraction pattern is shown in FIG.
Next, when the product after the reaction for 16 days was heat-treated in the same manner as in Example 1, the X-ray diffraction pattern of the heat-treated product was 2θ = 17.8, 18 belonging to the crystal phase of Li 7 P 3 S 11. Peaks were observed at .2, 19.8, 21.8, 23.8, 25.9, 29.5, 30.0 deg.
As a result of measuring the ionic conductivity, the ionic conductivity of this heat-treated product was 1.8 × 10 −3 S / cm.

比較例2
粉砕容器を170℃に保った恒温槽内に入れメカニカルミリング処理した以外は、比較例1と同様に反応及び処理を行った。
3日間の反応により生成物のイオン伝導度は4.5×10-5S/cmに達したが、その後反応を継続した場合においてもイオン伝導度の向上は見られなかった。
3日間反応後の生成物のX線回折パターンは、Li3PS4に帰属されるピークが観測された。
イオン伝導度の値の経時変化を表1及び図1に、X線回折パターンを図3に示した。
次に、3日間反応後の生成物を実施例1と同様に熱処理し、熱処理品のイオン伝導度測定を行なったところ、イオン伝導度は8.7×10-5S/cmであった。
Comparative Example 2
The reaction and treatment were performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the pulverization container was placed in a thermostat kept at 170 ° C. and subjected to mechanical milling.
The ionic conductivity of the product reached 4.5 × 10 −5 S / cm by the reaction for 3 days, but no improvement in ionic conductivity was observed even when the reaction was continued thereafter.
In the X-ray diffraction pattern of the product after the reaction for 3 days, a peak attributed to Li 3 PS 4 was observed.
The time-dependent change in the value of ionic conductivity is shown in Table 1 and FIG. 1, and the X-ray diffraction pattern is shown in FIG.
Next, the product after the reaction for 3 days was heat-treated in the same manner as in Example 1, and the ion conductivity of the heat-treated product was measured. As a result, the ion conductivity was 8.7 × 10 −5 S / cm.

比較例3
粉砕容器を200℃に保った恒温槽内に入れメカニカルミリング処理した以外は、実施例1と同様に反応及び処理を行った。
3日間の反応により生成物のイオン伝導度は7.0×10-6S/cm以上となっていたが、その後反応を継続した場合においてもイオン伝導度の向上は見られなかった。
3日間反応後の生成物のX線回折パターンは、Li3PS4に帰属されるピークが観測された。
イオン伝導度の値の経時変化を表1及び図1に、X線回折パターンを図3に示した。
次に、3日間反応後の生成物を実施例1と同様に熱処理したところ、熱処理品のX線回折パターンは、主結晶としてLi3PS4に帰属されるピークが観測された。
また、イオン伝導度測定の結果、この熱処理品のイオン伝導度は9.2×10-6S/cmであった。
Comparative Example 3
The reaction and treatment were performed in the same manner as in Example 1 except that the pulverization container was placed in a thermostat kept at 200 ° C. and subjected to mechanical milling.
Although the ionic conductivity of the product was 7.0 × 10 −6 S / cm or more after the reaction for 3 days, the ionic conductivity was not improved even when the reaction was continued thereafter.
In the X-ray diffraction pattern of the product after the reaction for 3 days, a peak attributed to Li 3 PS 4 was observed.
The time-dependent change in the value of ionic conductivity is shown in Table 1 and FIG. 1, and the X-ray diffraction pattern is shown in FIG.
Next, when the product after the reaction for 3 days was heat-treated in the same manner as in Example 1, in the X-ray diffraction pattern of the heat-treated product, a peak attributed to Li 3 PS 4 as a main crystal was observed.
As a result of measuring the ionic conductivity, the heat conductivity of this heat-treated product was 9.2 × 10 −6 S / cm.

実施例4(振動ミルを用いる製造)
本実施例では、図7に示す加熱型振動ミルを用いた。
すなわち、粉砕容器として容量6.7Lの円筒型ジャケット付SUS製容器を用いて、振動メカニカルミリング処理を行った。
6.7L容器に、20mmφのジルコニアボール18.2kg、上記製造例の硫化リチウム(Li2S)81.35g(70mol%)と五硫化リン(P25;アルドリッチ社製)168.65g(30mol%)を露点−40℃以下に保ったドライルーム内で仕込み密閉した。
振動ミルに密閉容器を固定し、ジャケットに120℃の熱媒を循環し、1分間当たり振動数1500回、振幅8mmでメカニカルミリング処理を行った。
所定の時間毎に、粉末状生成物約1g採取し、イオン伝導度測定を行った。
イオン伝導度の値の経時変化を表2及び図2に示した。
図2において、縦軸はイオン伝導度(S/cm)、横軸は反応時間(時間)を示す。
20時間の反応により、生成物のイオン伝導度は1.0×10-4S/cmに達した。
また、X線回折パターン(CuKα:λ=1.5418Å)において硫化リチウムのピークは殆ど消失し、生成物はガラスとなっていることを確認した(図4参照)。
図4において、縦軸はIntensity(cps)、横軸は2θ(°)を示す。
Example 4 (Production using a vibration mill)
In this example, a heating type vibration mill shown in FIG. 7 was used.
That is, vibration mechanical milling was performed using a SUS container with a cylindrical jacket with a capacity of 6.7 L as a grinding container.
In a 6.7 L container, 18.2 kg of 20 mmφ zirconia balls, 81.35 g (70 mol%) of lithium sulfide (Li 2 S) and phosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ; manufactured by Aldrich) of the above production example, 168.65 g ( 30 mol%) was charged and sealed in a dry room kept at a dew point of -40 ° C or lower.
A hermetic container was fixed to the vibration mill, a heating medium at 120 ° C. was circulated in the jacket, and mechanical milling was performed at a frequency of 1500 times per minute with an amplitude of 8 mm.
About 1 g of a powdery product was sampled at predetermined time intervals, and ionic conductivity was measured.
The changes over time in the value of ionic conductivity are shown in Table 2 and FIG.
In FIG. 2, the vertical axis represents ion conductivity (S / cm), and the horizontal axis represents reaction time (hours).
After 20 hours of reaction, the ionic conductivity of the product reached 1.0 × 10 −4 S / cm.
Further, in the X-ray diffraction pattern (CuKα: λ = 1.54184), the lithium sulfide peak almost disappeared, and it was confirmed that the product was glass (see FIG. 4).
In FIG. 4, the vertical axis indicates Intensity (cps), and the horizontal axis indicates 2θ (°).

次に、20時間反応後の生成物(リチウムイオン伝導性硫化物ガラス)を密閉容器に入れ、300℃で2時間、熱処理を行った。
この熱処理品(リチウムイオン伝導性硫化物ガラスセラミックス)のX線回折パターンは、Li7311の結晶相に帰属される2θ=17.8、18.2、19.8、21.8、23.8、25.9、29.5、30.0degにピークが観測された(図6参照)。
図6において、縦軸はIntensity(cps)、横軸は2θ(°)を示す。
また、イオン伝導度測定の結果、この熱処理品のイオン伝導度は1.8×10-3S/cmであった。
Next, the product (lithium ion conductive sulfide glass) after the reaction for 20 hours was put in a sealed container and heat-treated at 300 ° C. for 2 hours.
The X-ray diffraction pattern of this heat-treated product (lithium ion conductive sulfide glass ceramics) is 2θ = 17.8, 18.2, 19.8, 21.8 attributed to the crystal phase of Li 7 P 3 S 11. , 23.8, 25.9, 29.5 and 30.0 deg were observed (see FIG. 6).
In FIG. 6, the vertical axis represents Intensity (cps) and the horizontal axis represents 2θ (°).
As a result of measuring the ionic conductivity, the ionic conductivity of this heat-treated product was 1.8 × 10 −3 S / cm.

比較例4
ジャケットに40℃の熱媒を循環した以外は、実施例4と同様に反応及び処理を行った。
40時間の反応により生成物のイオン伝導度は1.0×10-4S/cm以上となっていた。
イオン伝導度の値の経時変化を表2及び図2に、X線回折パターンを図4に示した。
また、X線回折パターン(CuKα:λ=1.5418Å)において硫化リチウムのピークは殆ど消失し、生成物はガラスとなっていることを確認した(図4参照)。
Comparative Example 4
The reaction and treatment were carried out in the same manner as in Example 4 except that a heating medium at 40 ° C. was circulated through the jacket.
The ionic conductivity of the product was 1.0 × 10 −4 S / cm or more after 40 hours of reaction.
The time-dependent change in the value of ion conductivity is shown in Table 2 and FIG. 2, and the X-ray diffraction pattern is shown in FIG.
Further, in the X-ray diffraction pattern (CuKα: λ = 1.54184), the lithium sulfide peak almost disappeared, and it was confirmed that the product was glass (see FIG. 4).

Figure 2010030889
Figure 2010030889

Figure 2010030889
Figure 2010030889

実施例5
和光純薬製キシレン(脱水グレード)100gを加えた以外は、実施例1と同様条件で反応を行った。取り出した反応物のキシレンスラリーは真空条件下にて140℃にて2時間乾燥し、粉末生成物とした。伝導度変化の結果を表3、図8に示す。4日間の反応により、生成物のイオン伝導度は1.0×10-4S/cm以上となっていた。
また、X線回折パターン(CuKα:λ=1.5418Å)において硫化リチウムのピークは殆ど消失し、生成物はガラスとなっていることを確認した(図9参照)。
次に、4日間反応後の生成物(リチウムイオン伝導性硫化物ガラス)を密閉容器に入れ、300℃で2時間、熱処理を行った。
この熱処理品(リチウムイオン伝導性硫化物ガラスセラミックス)のX線回折パターンは、Li7311の結晶相に帰属される2θ=17.8、18.2、19.8、21.8、23.8、25.9、29.5、30.0degにピークが観測された(図10参照)。
また、イオン伝導度測定の結果、この熱処理品のイオン伝導度は1.2×10-3S/cmであった。
Example 5
The reaction was conducted under the same conditions as in Example 1 except that 100 g of xylene (dehydrated grade) manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was added. The xylene slurry of the reaction product taken out was dried under vacuum conditions at 140 ° C. for 2 hours to obtain a powder product. The results of the change in conductivity are shown in Table 3 and FIG. After 4 days of reaction, the product had an ionic conductivity of 1.0 × 10 −4 S / cm or more.
Further, in the X-ray diffraction pattern (CuKα: λ = 1.54184), the lithium sulfide peak almost disappeared, and it was confirmed that the product was glass (see FIG. 9).
Next, the product (lithium ion conductive sulfide glass) after the reaction for 4 days was put in a sealed container and heat-treated at 300 ° C. for 2 hours.
The X-ray diffraction pattern of this heat-treated product (lithium ion conductive sulfide glass ceramics) is 2θ = 17.8, 18.2, 19.8, 21.8 attributed to the crystal phase of Li 7 P 3 S 11. , 23.8, 25.9, 29.5 and 30.0 deg were observed (see FIG. 10).
As a result of measuring the ionic conductivity, the ionic conductivity of this heat-treated product was 1.2 × 10 −3 S / cm.

実施例6
和光純薬製トルエン(脱水グレード)100gを加えた以外は、実施例2と同様条件で反応を行った。取り出した反応物のトルエンスラリーは真空条件下にて140℃にて2時間乾燥し、粉末生成物とした。伝導度変化の結果を表3、図8に示す。6日間の反応により、生成物のイオン伝導度は1.0×10-4S/cm以上となっていた。
また、X線回折パターン(CuKα:λ=1.5418Å)において硫化リチウムのピークは殆ど消失し、生成物はガラスとなっていることを確認した(図9参照)。
次に、6日間反応後の生成物(リチウムイオン伝導性硫化物ガラス)を密閉容器に入れ、300℃で2時間、熱処理を行った。
この熱処理品(リチウムイオン伝導性硫化物ガラスセラミックス)のX線回折パターンは、Li7311の結晶相に帰属される2θ=17.8、18.2、19.8、21.8、23.8、25.9、29.5、30.0degにピークが観測された。
また、イオン伝導度測定の結果、この熱処理品のイオン伝導度は1.4×10-3S/cmであった。
Example 6
The reaction was performed under the same conditions as in Example 2 except that 100 g of toluene (dehydrated grade) manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was added. The taken out toluene slurry of the reaction product was dried at 140 ° C. for 2 hours under vacuum conditions to obtain a powder product. The results of the change in conductivity are shown in Table 3 and FIG. After 6 days of reaction, the ionic conductivity of the product was 1.0 × 10 −4 S / cm or more.
Further, in the X-ray diffraction pattern (CuKα: λ = 1.54184), the lithium sulfide peak almost disappeared, and it was confirmed that the product was glass (see FIG. 9).
Next, the product (lithium ion conductive sulfide glass) after the reaction for 6 days was put in a sealed container and heat-treated at 300 ° C. for 2 hours.
The X-ray diffraction pattern of this heat-treated product (lithium ion conductive sulfide glass ceramics) is 2θ = 17.8, 18.2, 19.8, 21.8 attributed to the crystal phase of Li 7 P 3 S 11. , 23.8, 25.9, 29.5, 30.0 deg.
As a result of measuring the ionic conductivity, the ionic conductivity of this heat-treated product was 1.4 × 10 −3 S / cm.

比較例5
和光純薬製デカリンを3Aモレキュラーシーブスにより脱水したものを100gを加えた以外は、比較例2と同様条件で反応を行った。取り出した反応物のデカリンスラリーにトルエンを加え固液分離することで、デカリンをトルエンに置換した後に、真空条件下にて140℃にて2時間乾燥し、粉末生成物とした。伝導度変化の結果を表3、図8に示す。2日反応以降は伝導度は低い水準でとどまり、Li3PS4を含む結晶相の析出が見られた。
Comparative Example 5
The reaction was carried out under the same conditions as in Comparative Example 2 except that 100 g of decalin made by Wako Pure Chemicals was dehydrated with 3A molecular sieves was added. Toluene was added to the decalin slurry of the reaction product taken out and solid-liquid separated to replace decalin with toluene, and then dried under vacuum conditions at 140 ° C. for 2 hours to obtain a powder product. The results of the change in conductivity are shown in Table 3 and FIG. After the reaction for 2 days, the conductivity remained at a low level, and precipitation of a crystal phase containing Li 3 PS 4 was observed.

Figure 2010030889
Figure 2010030889

本発明の製造方法により得られたガラスセラミックスは、25℃において10-3S/cm1台という、極めて高いリチウムイオン伝導性を示す。従って、リチウム電池の固体電解質用の材料として極めて適している。
また、上記セラミックスを固体電解質として使用した全固体電池は、エネルギー密度が高く、安全性及び充放電サイクル特性が優れている。
The glass ceramic obtained by the production method of the present invention exhibits an extremely high lithium ion conductivity of 10 −3 S / cm 1 at 25 ° C. Therefore, it is extremely suitable as a material for a solid electrolyte of a lithium battery.
Moreover, the all-solid-state battery using the ceramics as a solid electrolyte has a high energy density, and is excellent in safety and charge / discharge cycle characteristics.

1 メカニカルミリング処理容器
2 O−リングパッキン
3 熱媒ジャッケト
4 熱媒循環装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mechanical milling processing container 2 O-ring packing 3 Heat-medium jacket 4 Heat-medium circulation apparatus

Claims (5)

リチウムとリンと硫黄とを含むリチウムイオン伝導性硫化物ガラスの製造方法であって、
原料を60℃以上、160℃以下でメカニカルミリング処理することによりガラス化させることを特徴とするリチウムイオン伝導性硫化物ガラスの製造方法。
A method for producing a lithium ion conductive sulfide glass containing lithium, phosphorus and sulfur,
A method for producing a lithium ion conductive sulfide glass, wherein the raw material is vitrified by mechanical milling at 60 ° C or higher and 160 ° C or lower.
前記メカニカルミリング処理時の温度を100℃以上、160℃以下とすることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン伝導性硫化物ガラスの製造方法。   2. The method for producing a lithium ion conductive sulfide glass according to claim 1, wherein the temperature during the mechanical milling treatment is 100 ° C. or more and 160 ° C. or less. リチウムイオン伝導性硫化物ガラスにおけるリチウム、リン及び硫黄の組成比が、リチウム10.34〜59.38at%、リン3.13〜24.14at%、硫黄16.48〜86.53at%であることを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウムイオン伝導性硫化物ガラスの製造方法。   The composition ratio of lithium, phosphorus and sulfur in the lithium ion conductive sulfide glass is 10.34 to 59.38 at% lithium, 3.13 to 24.14 at% phosphorus, and 16.48 to 85.53 at% sulfur. The method for producing a lithium ion conductive sulfide glass according to claim 1 or 2. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン伝導性硫化物ガラスの製造方法により製造されたリチウムイオン伝導性硫化物ガラスを200℃以上360℃以下で加熱することを特徴とするリチウムイオン伝導性硫化物ガラスセラミックスの製造方法。   A lithium ion conductive sulfide glass produced by the method for producing a lithium ion conductive sulfide glass according to any one of claims 1 to 3, wherein the lithium ion conductive sulfide glass is heated at 200 ° C or higher and 360 ° C or lower. A method for producing ion-conductive sulfide glass ceramics. 粉砕容器と、
ボールと、
前記粉砕容器内の温度を60℃以上、160℃以下にする温度調整手段と、
を備えることを特徴とする硫化物ガラス製造用のメカニカルミリング処理装置。
A crushing container;
With the ball,
Temperature adjusting means for adjusting the temperature in the pulverization vessel to 60 ° C. or higher and 160 ° C. or lower;
A mechanical milling apparatus for producing sulfide glass, comprising:
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