JP2013103851A - Lithium iodide anhydrate, method for producing lithium iodide anhydrate, solid electrolyte and lithium ion battery - Google Patents

Lithium iodide anhydrate, method for producing lithium iodide anhydrate, solid electrolyte and lithium ion battery Download PDF

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豊 木ノ瀬
Masahiro Yamamoto
将浩 山本
Yuki Nakao
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide lithium iodide with which ionic electrical conductivity can be enhanced.SOLUTION: Lithium iodide anhydrate is brought to include a ≤3% intensity ratio [(b/a)×100] of diffraction peaks in an X-ray diffraction analysis, wherein (a) is the intensity of the diffraction peak in the neighborhood of 2θ=25.8° originated from lithium iodide anhydride and (b) is the intensity of the diffraction peak in the neighborhood of 2θ=20.7° originated from lithium iodide monohydrate.

Description

本発明は、ヨウ化リチウム無水塩及びその製造方法に関する。また、本発明は、該ヨウ化リチウム無水塩又はその製造方法により得られたヨウ化リチウム無水塩を用いる固体電解質に関する。また、本発明は、該固体電解質を用いるリチウムイオン電池に関する。   The present invention relates to anhydrous lithium iodide and a method for producing the same. The present invention also relates to a solid electrolyte using the anhydrous lithium iodide salt or the anhydrous lithium iodide obtained by the production method thereof. The present invention also relates to a lithium ion battery using the solid electrolyte.

金属ヨウ化物の用途としては、分析用試薬、医薬関係(去炎剤、利尿剤)、写真用乳剤などがある。また、最近では、ナイロン繊維添加剤、液晶ディスプレイ、偏光フィルム素材としての用途も報告されている。   Uses of metal iodide include analytical reagents, pharmaceuticals (flaming agents, diuretics), photographic emulsions, and the like. Recently, uses as nylon fiber additives, liquid crystal displays, and polarizing film materials have also been reported.

金属ヨウ化物の中でも、ヨウ化リチウムは、特殊な材料であり、心臓ペースメーカーのバッテリー(リチウムヨウ素電池の電解質)として使用されている。また、中性子検出の燐光体としての用途もある。   Among metal iodides, lithium iodide is a special material and is used as a battery for cardiac pacemakers (lithium iodine battery electrolyte). It also has applications as a neutron detection phosphor.

また、不燃性の無機固体電解質は、電池の安全性を高めることから、特に注目されている材料である。そして、特に、リチウムイオン電池の固体電解質としての用途が、ヨウ化リチウムの用途として注目されている。   Incombustible inorganic solid electrolytes are materials that are particularly attracting attention because they increase the safety of batteries. And especially the use as a solid electrolyte of a lithium ion battery attracts attention as a use of lithium iodide.

ヨウ化リチウムには、含水塩と無水塩とがあることが知られている。従来のヨウ化リチウム含水塩の製造方法としては、炭酸リチウムとヨウ化水素酸を反応させる方法(非特許文献1)、炭酸リチウムに水を分散させたスラリーに、ヨウ化水素ガスを吹き込む方法(非特許文献2)が知られている。   It is known that lithium iodide has a hydrate salt and an anhydrous salt. As a conventional method for producing a lithium iodide hydrate salt, a method in which lithium carbonate and hydroiodic acid are reacted (Non-Patent Document 1), a method in which hydrogen iodide gas is blown into a slurry in which water is dispersed in lithium carbonate ( Non-patent document 2) is known.

また、金属ヨウ化物の水溶液を製造する方法として、ヨウ素を鉄粉で処理する方法、ヨウ素を有機酸又はその金属塩で還元する方法、ヨウ素を水加ヒドラジンで還元する方法(特許文献1)が知られている。また、水酸化アルカリ又は炭酸アルカリに、ヒドラジン及びヨウ素を反応させる方法(特許文献2)が提案されている。   Moreover, as a method for producing an aqueous solution of metal iodide, a method of treating iodine with iron powder, a method of reducing iodine with an organic acid or a metal salt thereof, and a method of reducing iodine with hydrazine hydrate (Patent Document 1). Are known. In addition, a method of reacting hydrazine and iodine with an alkali hydroxide or an alkali carbonate (Patent Document 2) has been proposed.

特開平9−156920号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-156920 特開昭61−48403号公報JP 61-48403 A

「化学大辞典 9 縮刷版」、発行所 共立出版 発行年1993年 426頁“Chemical Dictionary 9 Reprinted Edition”, Kyoritsu Shuppan Publication year 1993, page 426 「新実験化学講座 8 無機化合物の合成(II)」、発行所 丸善 昭和52年発行 462頁“New Experimental Chemistry Lecture 8 Synthesis of Inorganic Compounds (II)”, published by Maruzen, 1977, page 462

本発明者らは、従来の製造方法で得られたヨウ化リチウムをリチウムイオン電池の固体電解質に用いた場合、イオン伝導性の高いものが得られないという問題があることを見出した。   The present inventors have found that when lithium iodide obtained by a conventional production method is used as a solid electrolyte of a lithium ion battery, a high ion conductivity cannot be obtained.

従って、本発明の目的は、イオン伝導性を高くすることができるヨウ化リチウムを提供することにある。また、本発明の目的は、イオン伝導性が高い固体電解質を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide lithium iodide capable of increasing ion conductivity. Another object of the present invention is to provide a solid electrolyte having high ion conductivity.

本発明者らは、上記従来技術における課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、ヨウ化リチウムをリチウムイオン電池用固体電解質の原材料に用いた場合、ヨウ化リチウム中のヨウ化リチウム含水塩が、イオン伝導度の低下に、大きく影響を与えること、及びヨウ化リチウム含水塩を焼成してヨウ化リチウム無水塩を得る際に、ヨウ化リチウム含水塩中に、Na又はKが存在すると、ヨウ化リチウム含水塩からヨウ化リチウム無水塩への転移が起こり難くなることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-described problems in the prior art, the present inventors have found that when lithium iodide is used as a raw material for a solid electrolyte for a lithium ion battery, a lithium iodide hydrate salt in lithium iodide. Greatly affects the decrease in ionic conductivity, and the presence of Na or K in the lithium iodide hydrate when calcining the lithium iodide hydrate to obtain an anhydrous lithium iodide, It was found that the transition from the lithium iodide hydrate salt to the anhydrous lithium iodide salt hardly occurred, and the present invention was completed.

すなわち、本発明(1)は、X線回折分析における(a)ヨウ化リチウム無水物に由来する2θ=25.8°付近の回折ピークに対する(b)ヨウ化リチウム1水和物に由来する2θ=20.7°付近の回折ピークの強度比((b/a)×100)が3%以下であることを特徴とするヨウ化リチウム無水塩を提供するものである。   That is, the present invention (1) relates to (a) a diffraction peak near 2θ = 25.8 ° derived from (a) lithium iodide anhydride and (b) 2θ derived from lithium iodide monohydrate in X-ray diffraction analysis. An intensity ratio of diffraction peaks in the vicinity of 20.7 ° ((b / a) × 100) is 3% or less, and an anhydrous lithium iodide is provided.

また、本発明(2)は、Na及びKの含有量が合計で20質量ppm以下であるヨウ化リチウム含水塩を、不活性ガス雰囲気下又は真空下で、300〜440℃で焼成することにより、ヨウ化リチウム無水塩を得る焼成工程を有することを特徴とするヨウ化リチウム無水塩の製造方法を提供するものである。   Moreover, this invention (2) is by baking the lithium iodide hydrate salt whose content of Na and K is 20 mass ppm or less in total at 300-440 degreeC by inert gas atmosphere or a vacuum. The present invention provides a method for producing an anhydrous lithium iodide salt, comprising a baking step for obtaining an anhydrous lithium iodide salt.

また、本発明(3)は、前記本発明(1)のヨウ化リチウム無水塩を原料に用いて製造された固体電解質を提供するものである。   Moreover, this invention (3) provides the solid electrolyte manufactured using the lithium iodide anhydrous salt of the said this invention (1) as a raw material.

また、本発明(4)は、前記本発明(1)のヨウ化リチウム無水塩と、LiS、P、SiS、GeS及びBのうちの1種以上と、を、反応させることにより得られる固体電解質を提供するものである。 Further, the present invention (4) includes the anhydrous lithium iodide salt of the present invention (1) and one or more of Li 2 S, P 2 S 5 , SiS 2 , GeS 2 and B 2 S 3 , A solid electrolyte obtained by reacting is prepared.

また、本発明(5)は、前記本発明(3)又は(4)いずれかの固体電解質が用いられているリチウムイオン電池を提供するものである。   Moreover, this invention (5) provides the lithium ion battery in which the solid electrolyte in any one of the said invention (3) or (4) is used.

本発明によれば、イオン導電性を高くすることができるヨウ化リチウムを提供することができる。また、本発明によれば、イオン電導性が高い固体電解質を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lithium iodide which can make ion conductivity high can be provided. Moreover, according to this invention, the solid electrolyte with high ion conductivity can be provided.

実施例1及び比較例2で得られたヨウ化リチウム無水塩のX線回折図である。2 is an X-ray diffraction pattern of anhydrous lithium iodide obtained in Example 1 and Comparative Example 2. FIG. 比較例1で得られたヨウ化リチウム無水塩のX線回折図である。2 is an X-ray diffraction pattern of anhydrous lithium iodide obtained in Comparative Example 1. FIG. 比較例5で得られたヨウ化リチウム無水塩のX線回折図である。6 is an X-ray diffraction pattern of anhydrous lithium iodide obtained in Comparative Example 5. FIG.

本発明のヨウ化リチウム無水塩は、X線回折分析における(a)ヨウ化リチウム無水物に由来する2θ=25.8°付近の回折ピークに対する(b)ヨウ化リチウム1水和物に由来する2θ=20.7°付近の回折ピークの強度比((b/a)×100)が3%以下、好ましくは2%以下である。回折ピークの強度比((b/a)×100)が、上記範囲であることにより、イオン伝導性が高くなる。一方、回折ピークの強度比((b/a)×100)が、上記範囲を超えると、イオン伝導性が低くなる。   The anhydrous lithium iodide salt of the present invention is derived from (b) lithium iodide monohydrate with respect to a diffraction peak around 2θ = 25.8 ° derived from (a) anhydrous lithium iodide in X-ray diffraction analysis. The intensity ratio of diffraction peaks in the vicinity of 2θ = 20.7 ° ((b / a) × 100) is 3% or less, preferably 2% or less. When the intensity ratio of diffraction peaks ((b / a) × 100) is within the above range, ion conductivity is increased. On the other hand, when the intensity ratio of diffraction peaks ((b / a) × 100) exceeds the above range, the ion conductivity decreases.

本発明のヨウ化リチウム無水塩の水含有量は、好ましくは2.0質量%以下、特に好ましくは1.5質量%以下である。ヨウ化リチウム無水塩の水含有量が上記範囲であることにより、イオン伝導性が高くなる。なお、ヨウ化リチウム無水塩の水含有量であるが、試料5gを磁性ルツボに採取して、不活性ガス雰囲気下において300℃で1時間加熱したときの重量減少率を、ヨウ化リチウム無水塩の水含有量とする。   The water content of the lithium iodide anhydrous salt of the present invention is preferably 2.0% by mass or less, particularly preferably 1.5% by mass or less. When the water content of the lithium iodide anhydrous salt is in the above range, the ion conductivity is increased. Incidentally, the water content of lithium iodide anhydrous salt, 5 g of a sample was collected in a magnetic crucible, and the weight reduction rate when heated at 300 ° C. for 1 hour in an inert gas atmosphere was expressed as lithium iodide anhydrous salt. Of water content.

本発明のヨウ化リチウム無水塩中のFeの含有量は10質量ppm以下であり且つCuの含有量が10質量ppm以下であることが好ましく、Feの含有量が5質量ppm以下であり且つCuの含有量が5質量ppm以下であることが特に好ましい。ヨウ化リチウム無水塩のFe及びCuの含有量が上記範囲にあることにより、Fe及びCuの導電性不純物に起因する電池の短絡の危険性が低くなる。なお、Fe及びCuの含有量は、ICP−AES法等によって測定される。   The content of Fe in the anhydrous lithium iodide of the present invention is preferably 10 ppm by mass or less, and the content of Cu is preferably 10 ppm by mass or less, the content of Fe is 5 ppm by mass or less, and Cu It is particularly preferable that the content of is 5 mass ppm or less. When the content of Fe and Cu in the lithium iodide anhydrous salt is in the above range, the risk of short circuit of the battery due to the conductive impurities of Fe and Cu is reduced. The contents of Fe and Cu are measured by the ICP-AES method or the like.

本発明のヨウ化リチウム無水塩の製造方法は、Na及びKの含有量が合計で20質量ppm以下であるヨウ化リチウム含水塩を、不活性ガス雰囲気下又は真空下で、300〜440℃で焼成することにより、ヨウ化リチウム無水塩を得る焼成工程を有することを特徴とするヨウ化リチウム無水塩の製造方法である。   The method for producing an anhydrous lithium iodide salt according to the present invention comprises a lithium iodide hydrate salt having a total content of Na and K of 20 mass ppm or less at 300 to 440 ° C. in an inert gas atmosphere or under vacuum. A method for producing an anhydrous lithium iodide salt comprising a firing step of obtaining an anhydrous lithium iodide salt by firing.

本発明のヨウ化リチウム無水塩の製造方法に係る焼成工程は、ヨウ化リチウム含水塩を焼成することにより、ヨウ化リチウム含水塩を無水塩へと転移させて、ヨウ化リチウム無水塩を得る工程である。   The baking step according to the method for producing anhydrous lithium iodide of the present invention is a step of obtaining lithium iodide anhydrous salt by transferring lithium iodide hydrate to anhydrous salt by baking lithium iodide hydrated salt. It is.

焼成工程に係るヨウ化リチウム含水塩は、焼成工程において焼成される焼成原料であり、水和水として水を含有するヨウ化リチウムである。焼成工程に係るヨウ化リチウム含水塩は、1水塩に限らず、2水塩あるいは3水塩であってもよく、これらのうち、1水塩が、焼成工程を効率よく行える点で好ましい。   The lithium iodide hydrate salt related to the firing step is a firing raw material fired in the firing step, and is lithium iodide containing water as hydrated water. The lithium iodide hydrate salt related to the firing step is not limited to the monohydrate salt, and may be a dihydrate salt or a trihydrate salt. Of these, the monohydrate salt is preferable in that the firing step can be performed efficiently.

焼成工程に係るヨウ化リチウム含水塩中のNa及びKの含有量は、Na及びKの合計で、20質量ppm以下、好ましくは10質量ppm以下である。ヨウ化リチウム含水塩中のNa及びKの含有量の合計が上記範囲にあることにより、含水塩から無水塩への転移が起こり易くなる。一方、ヨウ化リチウム含水塩中のNa及びKの含有量の合計が上記範囲を超えると、Na又はKにより、含水塩から無水塩への転移が阻害されるため、焼成後のヨウ化リチウム含水塩の量が多くなり過ぎ、焼成後のヨウ化リチウムのX線回折分析における(a)ヨウ化リチウム無水物に由来する2θ=25.8°付近の回折ピークに対する(b)ヨウ化リチウム1水和物に由来する2θ=20.7°付近の回折ピークの強度比((b/a)×100)が3%を超えてしまい、その結果、イオン伝導性が低くなってしまう。   The content of Na and K in the lithium iodide hydrate salt relating to the firing step is 20 mass ppm or less, preferably 10 mass ppm or less in total of Na and K. When the total content of Na and K in the lithium iodide hydrate salt is in the above range, the transition from the hydrate salt to the anhydrous salt is likely to occur. On the other hand, when the total content of Na and K in the lithium iodide hydrate salt exceeds the above range, Na or K inhibits the transition from the hydrate salt to the anhydrous salt. (B) Lithium iodide 1 water with respect to the diffraction peak in the vicinity of 2θ = 25.8 ° derived from (a) lithium iodide anhydride in the X-ray diffraction analysis of lithium iodide after calcination due to excessive salt content The intensity ratio ((b / a) × 100) of diffraction peaks in the vicinity of 2θ = 20.7 ° derived from the Japanese product exceeds 3%, and as a result, the ionic conductivity is lowered.

焼成工程に係るヨウ化リチウム含水塩中のCl及びBrの含有量は、好ましくはClの含有量が1000ppm以下且つBrの含有量が1000ppm以下、特に好ましくはClの含有量が500ppm以下且つBrの含有量が1000ppm以下である。ヨウ化リチウム含水塩中のCl及びBrの含有量が上記範囲にあることにより、焼成後のヨウ化リチウム無水塩の回折ピーク強度比((b/a)×100)が小さくなる。   The content of Cl and Br in the lithium iodide hydrate salt in the firing step is preferably such that the Cl content is 1000 ppm or less and the Br content is 1000 ppm or less, and particularly preferably the Cl content is 500 ppm or less and Br. Content is 1000 ppm or less. When the content of Cl and Br in the lithium iodide hydrate salt is in the above range, the diffraction peak intensity ratio ((b / a) × 100) of the anhydrous lithium iodide after firing becomes small.

焼成工程において、ヨウ化リチウム含水塩を焼成するときの焼成温度は、300〜440℃、好ましくは350〜400℃、特に好ましくは350〜380℃である。焼成工程における焼成温度が上記範囲にあることにより、ヨウ化リチウム含水塩から無水塩への転移を効率良く行うことができる。一方、焼成温度が、上記範囲未満だと、ヨウ化リチウム含水塩から無水塩への転移が起こり難くなるため、焼成後の含水塩の量が多くなり過ぎ、また、上記範囲を超えると、ヨウ化リチウムの融点を超えるため、焼成容器への付着が多くなり過ぎる。   In the firing step, the firing temperature when firing the lithium iodide hydrate salt is 300 to 440 ° C, preferably 350 to 400 ° C, and particularly preferably 350 to 380 ° C. When the firing temperature in the firing step is in the above range, the transition from the lithium iodide hydrate salt to the anhydrous salt can be performed efficiently. On the other hand, if the calcination temperature is less than the above range, the transition from lithium iodide hydrate salt to anhydrous salt is difficult to occur, so that the amount of hydrate salt after calcination is too large. Since it exceeds the melting point of lithium bromide, the adhesion to the firing container increases too much.

焼成工程において、ヨウ化リチウム含水塩を焼成するときの焼成時間は、焼成するヨウ化リチウム含水塩の量により、適宜選択されるが、好ましくは4〜24時間、特に好ましくは6〜15時間である。   In the firing step, the firing time for firing the lithium iodide hydrate is appropriately selected depending on the amount of the lithium iodide hydrate to be fired, preferably 4 to 24 hours, particularly preferably 6 to 15 hours. is there.

焼成工程において、ヨウ化リチウム含水塩を焼成するときの雰囲気は、不活性ガス雰囲気下又は真空下である。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等が挙げられる。なお、真空下とは、ゲージ圧で、−0.09MPaG以下、好ましくは−0.10MPaG以下の真空雰囲気を指す。   In the firing step, the atmosphere when firing the lithium iodide hydrate salt is an inert gas atmosphere or a vacuum. Examples of the inert gas include nitrogen gas, helium gas, and argon gas. Note that “under vacuum” refers to a vacuum atmosphere with a gauge pressure of −0.09 MPaG or less, preferably −0.10 MPaG or less.

焼成工程を行った後、得られたヨウ化リチウム無水塩を、グローブボックス内や真空デシケーター内等で、空気と接触させない状態で冷却し、必要に応じて、粉砕する。   After performing the firing step, the obtained lithium iodide anhydrous salt is cooled in a glove box, a vacuum desiccator or the like in a state where it is not in contact with air, and pulverized as necessary.

焼成工程に係るヨウ化リチウム含水塩は、どのような製造方法により製造されてもよいが、以下に説明するヨウ化リチウム含水塩の製造方法の第一の形態例(以下、ヨウ化リチウム含水塩の製造方法(1)とも記載)により製造されたヨウ化リチウム含水塩であることが、Na及びKの含有量が極めて低いヨウ化リチウム含水塩が得られるので、焼成後のヨウ化リチウム無水塩の回折ピーク強度比((b/a)×100)が小さくなる点で好ましい。   The lithium iodide hydrate salt relating to the firing step may be produced by any production method, but the first embodiment of the method for producing lithium iodide hydrate salt described below (hereinafter referred to as lithium iodide hydrate salt) Lithium iodide hydrated salt produced by the production method (1) is obtained, so that a lithium iodide hydrated salt with extremely low contents of Na and K can be obtained. Is preferable in that the diffraction peak intensity ratio ((b / a) × 100) is small.

ヨウ化リチウム含水塩の製造方法(1)は、反応原料のリチウム化合物と、ヨウ素と、Na及びKを有さない還元剤と、を、水溶媒中で接触させて、該反応原料のリチウム化合物のヨウ化を行うヨウ化反応工程を行うことにより、ヨウ化リチウム含水塩を得るヨウ化リチウム含水塩の製造方法である。   The lithium iodide hydrate production method (1) comprises a reaction raw material lithium compound, iodine and a reducing agent having no Na and K in contact in an aqueous solvent, and the reaction raw material lithium compound This is a method for producing a lithium iodide hydrate, which obtains a lithium iodide hydrate by carrying out an iodination reaction step of performing iodination.

ヨウ化反応工程に係る反応原料のリチウム化合物としては、例えば、水酸化リチウム、炭酸リチウム、塩化リチウム、硝酸リチウム、硫酸リチウム等が挙げられる。これらのうち、反応原料のリチウム化合物としては、アニオンが、ヨウ化反応工程の後の濃縮又は乾燥の過程で、ヨウ化リチウム中の不純物として取り込まれて、イオン伝導度が低くなる要因となることがない点で、水酸化リチウム、炭酸リチウムが好ましい。   Examples of the lithium compound as a reaction raw material related to the iodination reaction step include lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium chloride, lithium nitrate, and lithium sulfate. Among these, as a lithium compound as a reaction raw material, an anion is incorporated as an impurity in lithium iodide during the concentration or drying process after the iodination reaction step, which causes a decrease in ionic conductivity. Lithium hydroxide and lithium carbonate are preferred in that there is no problem.

反応原料のリチウム化合物は、不純物が少ないほど好ましく、特に、Na及びKの含有量は、Na及びKの合計量で、20ppm質量以下が好ましく、10質量ppm以下が特に好ましい。また、反応原料のリチウム化合物中のCl及びBrの含有量は、好ましくは1000質量ppm以下、特に好ましくは500質量ppm以下である。   The lithium compound as the reaction raw material is preferably as less as possible, and in particular, the Na and K contents are the total amount of Na and K, preferably 20 ppm by mass or less, particularly preferably 10 ppm by mass or less. Further, the content of Cl and Br in the lithium compound of the reaction raw material is preferably 1000 ppm by mass or less, and particularly preferably 500 ppm by mass or less.

ヨウ化反応工程に係る反応原料のヨウ素は、不純物が少ないほど好ましく、純度95%質量以上が特に好ましく、純度98質量%以上がより好ましい。特に、ヨウ化反応工程に係る反応原料のヨウ素中のNa及びKの含有量は、Na及びKの合計量で、20質量ppm以下が好ましく、10質量ppm以下が特に好ましい。また、ヨウ化反応工程に係る反応原料のヨウ素中のCl及びBrの含有量は、好ましくは1000質量ppm以下、特に好ましくは500質量ppm以下である。   The iodine of the reaction raw material in the iodination reaction step is preferably as less as possible, and the purity is particularly preferably 95% by mass or more, and more preferably 98% by mass or more. In particular, the content of Na and K in the iodine of the reaction raw material relating to the iodination reaction step is preferably 20 mass ppm or less, particularly preferably 10 mass ppm or less, as the total amount of Na and K. Further, the content of Cl and Br in iodine of the reaction raw material relating to the iodination reaction step is preferably 1000 ppm by mass or less, and particularly preferably 500 ppm by mass or less.

ヨウ化反応工程に係る還元剤は、Na及びKのいずれも有さない還元剤である。Na及びKを有さない還元剤とは、分子中にNa及びKのいずれの元素も有さない化合物を指す。ヨウ化反応工程に係る還元剤としては、メタノール、エタノール等のアルコール、蟻酸、蓚酸等の有機酸、ショ糖、ブドウ糖等の糖類、ヒドラジン類などが挙げられる。ヨウ化反応工程に係る還元剤は、不純物が少ないほど好ましく、純度95%質量以上が特に好ましく、純度98質量%以上がより好ましい。特に、ヨウ化反応工程に係る還元剤中のNa及びKの含有量は、Na及びKの合計量で、20質量ppm以下が好ましく、10質量ppm以下が特に好ましい。また、ヨウ化反応工程に係る還元剤中のCl及びBrの含有量は、好ましくは1000質量ppm以下、特に好ましくは500質量ppm以下である。   The reducing agent according to the iodination reaction step is a reducing agent having neither Na nor K. The reducing agent that does not have Na and K refers to a compound that does not have any element of Na and K in the molecule. Examples of the reducing agent in the iodination reaction step include alcohols such as methanol and ethanol, organic acids such as formic acid and succinic acid, saccharides such as sucrose and glucose, and hydrazines. The reducing agent according to the iodination reaction step is preferably as less as possible, more preferably 95% by mass or more, and more preferably 98% by mass or more. In particular, the content of Na and K in the reducing agent according to the iodination reaction step is a total amount of Na and K, preferably 20 ppm by mass or less, particularly preferably 10 ppm by mass or less. Further, the content of Cl and Br in the reducing agent in the iodination reaction step is preferably 1000 ppm by mass or less, particularly preferably 500 ppm by mass or less.

Na及びKを有さない還元剤に係るヒドラジン類としては、例えば、水加ヒドラジンが挙げられる。また、Na及びKを有さない還元剤に係るヒドラジン類としては、水加ヒドラジン以外にも、水溶媒中でヒドラジンを存在させることができる化合物であればよく、例えば、炭酸ヒドラジン、硫酸ヒドラジン、塩酸ヒドラジン、臭化水素酸ヒドラジン、アジピン酸ヒドラジド、フェニルヒドラジド、カーボジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、セバシン酸ヒドラジド、ドデカンジヒドラジド、ベンゾフェノンヒドラジド、ステアリン酸ジヒドラジド、マロン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、マレイン酸ヒドラジド、マレイン酸ヒドラジドモノカリウム、マレイン酸ヒドラジドモノナトリウム、ベンゼンスルホニルヒドラジド、モノメチルヒドラジン、クエン酸ヒドラジド、p−トルエンスルホニルヒドラジド等が挙げられる。これらのうち、Na及びKを有さない還元剤に係るヒドラジン類としては、水加ヒドラジンが、反応後に窒素と水に分解するので、還元剤に由来する副生成物による不純物の混入がない点で好ましい。   Examples of hydrazines relating to reducing agents that do not have Na and K include hydrated hydrazine. The hydrazines related to the reducing agent not containing Na and K may be any compound that can cause hydrazine to exist in an aqueous solvent other than hydrated hydrazine, such as hydrazine carbonate, hydrazine sulfate, Hydrazine hydrochloride, hydrazine hydrobromide, adipic hydrazide, phenyl hydrazide, carbodihydrazide, isophthalic acid dihydrazide, sebacic acid hydrazide, dodecanedihydrazide, benzophenone hydrazide, stearic acid dihydrazide, malonic acid dihydrazide, succinic acid dihydrazide, maleic acid dihydrazide, maleic acid dihydrazide Examples include acid hydrazide monopotassium, maleic acid hydrazide monosodium, benzenesulfonyl hydrazide, monomethyl hydrazine, citric acid hydrazide, and p-toluenesulfonyl hydrazide. Among these, as hydrazines related to reducing agents not containing Na and K, hydrazine is decomposed into nitrogen and water after the reaction, so that there is no contamination by impurities by-products derived from the reducing agent. Is preferable.

ヨウ化反応工程に係る水溶媒は、ヨウ化反応が行われる溶媒である。ヨウ化反応工程に係る水溶媒は、イオン交換樹脂により、Na、K、Ca、Fe、Cu、Cl、SO等のイオン性不純物が除去された純水であることが、反応中にこれらのイオン性の不純物が混入することを防止でき、イオン伝導性が低くなる原因となる不純物が少ないヨウ化リチウム含水塩が得られる点で好ましい。 The aqueous solvent related to the iodination reaction step is a solvent in which the iodination reaction is performed. The aqueous solvent used in the iodination reaction step is pure water from which ionic impurities such as Na, K, Ca, Fe, Cu, Cl, and SO 4 have been removed by an ion exchange resin. It is preferable in that a lithium iodide hydrate can be obtained, which can prevent mixing of ionic impurities and has few impurities that cause low ionic conductivity.

ヨウ化反応工程において、反応原料のヨウ素の使用量に対する反応原料のリチウム化合物の使用量の比は、反応原料のヨウ素中のI原子換算のモル数に対する反応原料のリチウム化合物中のLi原子換算のモル数の比(Li/I)で、好ましくは0.98〜1.02、特に好ましくは0.99〜1.01である。   In the iodination reaction step, the ratio of the amount of the lithium compound used as the reaction material to the amount of the iodine used as the reaction material is expressed in terms of the Li atom in the lithium compound of the reaction material relative to the number of moles of I atom in the reaction material iodine. The molar ratio (Li / I) is preferably 0.98 to 1.02, particularly preferably 0.99 to 1.01.

ヨウ化反応工程において、還元剤の使用量は、残存するヨウ素を低減し且つ還元剤由来の不純物の混入を少なくする点で、使用するヨウ素に対して当量が好ましい。なお、ヨウ化反応工程において、ヨウ素を分割して水溶媒に添加する場合は、分割添加毎に、添加したヨウ素の量に対して当量の還元剤を使用することが好ましい。   In the iodination reaction step, the amount of reducing agent used is preferably equivalent to the amount of iodine used in terms of reducing remaining iodine and reducing contamination from the reducing agent. In the iodination reaction step, when iodine is divided and added to the aqueous solvent, it is preferable to use a reducing agent equivalent to the amount of iodine added for each divided addition.

ヨウ化反応工程に係る反応原料のリチウム化合物、ヨウ素、Na及びKを有さない還元剤は、いずれもFeの含有量が10質量ppm以下であり且つCuの含有量が10質量ppm以下であることが好ましく、Feの含有量が5質量ppm以下であり且つCuの含有量が5質量ppm以下であることが特に好ましい。これらのFe及びCuの含有量が上記範囲にあることにより、Fe及びCuの導電性不純物に起因する電池の短絡の危険性が低くなる。   The reducing agent having no lithium compound, iodine, Na and K as the raw materials for the iodination reaction step has a Fe content of 10 mass ppm or less and a Cu content of 10 mass ppm or less. It is particularly preferable that the Fe content is 5 mass ppm or less and the Cu content is 5 mass ppm or less. When the contents of these Fe and Cu are in the above range, the risk of short circuit of the battery due to the conductive impurities of Fe and Cu is reduced.

ヨウ化反応工程において、水溶媒の使用量は、特に制限されない。反応原料のリチウム化合物として、炭酸リチウム等の難溶性の化合物を使用する場合、ヨウ化反応工程後の濃縮操作で濃縮に供されるヨウ化リチウム水溶液の濃度が低くなり過ぎないように、スラリー濃度が10〜40質量%程度であることが好ましい。   In the iodination reaction step, the amount of water solvent used is not particularly limited. When a poorly soluble compound such as lithium carbonate is used as the reaction raw material lithium compound, the concentration of the slurry is set so that the concentration of the lithium iodide aqueous solution used for concentration in the concentration operation after the iodination reaction step does not become too low. Is preferably about 10 to 40% by mass.

ヨウ化反応工程において、反応原料のリチウム化合物と、ヨウ素と、Na及びKを有さない還元剤と、を、水溶媒中で接触させる方法としては、特に制限されないが、反応原料のリチウム化合物が溶解又は分散された水溶媒に、ヨウ素及び還元剤を添加する方法が、反応を制御し易い点で好ましい。   In the iodination reaction step, the method of contacting the reaction raw material lithium compound, iodine, and the reducing agent not containing Na and K in an aqueous solvent is not particularly limited, but the reaction raw material lithium compound is not limited. A method of adding iodine and a reducing agent to a dissolved or dispersed aqueous solvent is preferable because the reaction can be easily controlled.

リチウム化合物を含有する水溶媒に、ヨウ素及び還元剤を添加する方法では、ヨウ素及び還元剤を、リチウム化合物を含有する水溶媒に添加すると急激に反応することから、全使用量のヨウ素を何回かに分割して、リチウム化合物を含有する水溶媒に添加することが好ましい。このとき、ヨウ素を分割添加する毎に、反応を完結させるために必要量の還元剤を、分割添加したヨウ素の添加量に合わせて添加することが好ましい。すなわち、リチウム化合物を含有する水溶媒に、反応に必要な量のヨウ素を複数回に分けて添加し、且つ、ヨウ素の分割添加毎に、添加したヨウ素が反応するために必要な量の還元剤を添加することにより、ヨウ化反応工程を行うことが好ましい。   In the method of adding iodine and a reducing agent to an aqueous solvent containing a lithium compound, when iodine and the reducing agent are added to an aqueous solvent containing a lithium compound, it reacts rapidly. It is preferable to divide and add to an aqueous solvent containing a lithium compound. At this time, each time iodine is added in portions, it is preferable to add a necessary amount of a reducing agent to complete the reaction in accordance with the amount of iodine added in portions. That is, an amount of iodine necessary for the reaction is added in a plurality of times to the aqueous solvent containing the lithium compound, and the amount of reducing agent necessary for the added iodine to react for each divided addition of iodine. It is preferable to carry out the iodination reaction step by adding.

リチウム化合物を含有する水溶媒に、ヨウ素を分割添加する場合、1回当たりのヨウ素の添加量は、ヨウ素の使用量の1/100〜1/20が好ましい。リチウム化合物を含有する水溶媒にヨウ素を添加した後、しばらくすると、反応液がヨウ素イオンの溶解により茶褐色に着色するので、この色が元の色に戻るまで、リチウム化合物を含有する水溶媒に還元剤を添加すればよい。リチウム化合物を含有する水溶媒に、ヨウ素を分割添加する場合、分割する回数は、特に制限されない。   When iodine is dividedly added to an aqueous solvent containing a lithium compound, the amount of iodine added per time is preferably 1/100 to 1/20 of the amount of iodine used. After a while after adding iodine to the aqueous solvent containing the lithium compound, the reaction solution turns brown due to the dissolution of iodine ions, so it is reduced to the aqueous solvent containing the lithium compound until this color returns to the original color. What is necessary is just to add an agent. When iodine is dividedly added to an aqueous solvent containing a lithium compound, the number of divisions is not particularly limited.

ヨウ化反応工程において、反応温度は、特に制限されないが、80℃以上だと、反応が急激過ぎるため、ヨウ素がリチウム化合物と反応する前に、反応系外に揮散し易いので、25〜70℃が好ましい。   In the iodination reaction step, the reaction temperature is not particularly limited, but if it is 80 ° C. or higher, the reaction is too rapid, so that it easily evaporates out of the reaction system before iodine reacts with the lithium compound. Is preferred.

ヨウ化反応工程において、反応時間は、特に制限されず、所定量の反応原料のリチウム化合物と、ヨウ素と、Na及びKを有さない還元剤と、を接触させた後、ヨウ素による反応溶液の茶褐色の着色がなくなるまで、反応を行う。また、所定量の反応原料のリチウム化合物と、ヨウ素と、Na及びKを有さない還元剤と、を接触させた後、30分以上経過しても、ヨウ素による反応溶液の茶褐色の着色がなくならない場合は、反応溶液に、粉末状の炭酸リチウム又は水酸化リチウムを微量加えて、反応を完結させる。このとき、反応を完結させるために、0.25時間以上、好ましくは0.5〜2時間反応を継続させる。   In the iodination reaction step, the reaction time is not particularly limited, and after bringing a predetermined amount of a lithium compound as a reaction raw material into contact with iodine and a reducing agent not containing Na and K, the reaction solution of iodine is contacted. The reaction is carried out until the brown color disappears. In addition, there is no brown coloration of the reaction solution due to iodine even after 30 minutes or more after contacting a predetermined amount of the lithium compound of the reaction raw material, iodine, and a reducing agent not containing Na and K. If not, a small amount of powdered lithium carbonate or lithium hydroxide is added to the reaction solution to complete the reaction. At this time, in order to complete the reaction, the reaction is continued for 0.25 hours or more, preferably 0.5 to 2 hours.

ヨウ化反応工程を行った後、反応液をろ過して、微量の不溶解残渣を分離し、ろ液を濃縮及び乾燥して、ヨウ化リチウム1水塩の結晶を得る。このときの乾燥温度は、ヨウ化リチウム3水塩が1水塩になる温度範囲、具体的には、80〜150℃が好ましい。乾燥後のヨウ化リチウムは、それ自身が1水塩中に自己溶解しており、冷却することにより、塊状の固体として得られる。なお、乾燥雰囲気は、真空下、大気下又はアルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下でもよいが、120℃以上の乾燥温度では、大気下で乾燥を行うと、ヨウ化リチウム含水塩が分解するため、120℃以上で乾燥を行う場合は、真空下又は不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。   After performing the iodination reaction step, the reaction solution is filtered to separate a trace amount of insoluble residue, and the filtrate is concentrated and dried to obtain lithium iodide monohydrate crystals. The drying temperature at this time is preferably a temperature range in which lithium iodide trihydrate becomes monohydrate, specifically, 80 to 150 ° C. Lithium iodide after drying is self-dissolved in a monohydrate salt, and is obtained as a massive solid by cooling. The drying atmosphere may be vacuum, air, or an inert gas atmosphere such as argon gas, helium gas, nitrogen gas, etc. However, when drying is performed in air at a drying temperature of 120 ° C. or higher, lithium iodide is used. Since the hydrated salt is decomposed, when drying at 120 ° C. or higher, it is preferably performed in a vacuum or in an inert gas atmosphere.

このようにして、本発明のヨウ化リチウム無水塩の製造方法を行い得られるヨウ化リチウム無水塩のX線回折分析における(a)ヨウ化リチウム無水物に由来する2θ=25.8°付近の回折ピークに対する(b)ヨウ化リチウム1水和物に由来する2θ=20.7°付近の回折ピークの強度比((b/a)×100)は、3%以下である。更に、本発明のヨウ化リチウム無水塩の製造方法を行い得られるヨウ化リチウム無水塩のFeの含有量は10ppm以下であり且つCuの含有量は10ppm以下であることが好ましい。   Thus, in the X-ray diffraction analysis of the lithium iodide anhydrous salt obtained by performing the method for producing the lithium iodide anhydrous salt of the present invention, (a) around 2θ = 25.8 ° derived from the lithium iodide anhydrous The intensity ratio ((b / a) × 100) of the diffraction peak in the vicinity of 2θ = 20.7 ° derived from (b) lithium iodide monohydrate with respect to the diffraction peak is 3% or less. Furthermore, it is preferable that the content of Fe of the lithium iodide anhydrous salt obtained by carrying out the method for producing the anhydrous lithium iodide of the present invention is 10 ppm or less and the content of Cu is 10 ppm or less.

本発明のヨウ化リチウム無水塩及び本発明のヨウ化リチウム無水塩の製造方法を行い得られるヨウ化リチウム無水塩は、リチウムイオン電池の固体電解質の製造原料として、好適である。   The lithium iodide anhydrous salt of the present invention and the lithium iodide anhydrous salt obtained by carrying out the method for producing the lithium iodide anhydrous salt of the present invention are suitable as a raw material for producing a solid electrolyte of a lithium ion battery.

本発明の固体電解質は、本発明のヨウ化リチウム無水塩又は本発明のヨウ化リチウム無水塩の製造方法を行い得られるヨウ化リチウム無水塩を原料に用いて製造された固体電解質であり、好ましくは本発明のヨウ化リチウム無水塩又は本発明のヨウ化リチウム無水塩の製造方法を行い得られるヨウ化リチウム無水塩と、LiS、P、SiS、GeS及びBのうちの1種以上の硫化物と、を、反応させることにより得られる固体電解質である。 The solid electrolyte of the present invention is a solid electrolyte produced by using, as a raw material, lithium iodide anhydrous salt obtained by performing the production method of the lithium iodide anhydrous salt of the present invention or the lithium iodide anhydrous salt of the present invention. Is the lithium iodide anhydrous salt obtained by carrying out the method for producing the lithium iodide anhydrous salt of the present invention or the lithium iodide anhydrous salt of the present invention, and Li 2 S, P 2 S 5 , SiS 2 , GeS 2 and B 2 S. 3 is a solid electrolyte obtained by reacting at least one of the three sulfides.

本発明の固体電解質としては、LiI−P−LiS、LiI−SiS−LiS、LiI−GeS−LiS等が挙げられる。 Examples of the solid electrolyte of the present invention include LiI—P 2 S 5 —Li 2 S, LiI—SiS 2 —Li 2 S, LiI—GeS 2 —Li 2 S, and the like.

本発明の固体電解質に係る硫化物の物性は、特に制限されないが、ヨウ化リチウム無水物との均一混合が容易になる観点から、平均粒子径が100μm以下であることが好ましく、20〜80μmであることが特に好ましい。   The physical properties of the sulfide relating to the solid electrolyte of the present invention are not particularly limited, but from the viewpoint of facilitating uniform mixing with lithium iodide anhydride, the average particle diameter is preferably 100 μm or less, and is 20 to 80 μm. It is particularly preferred.

本発明の固体電解質において、ヨウ化リチウム無水塩と硫化物との配合割合は、固体電解質の組成に合わせて、適宜選択される。例えば、固体電解質として、ヨウ化リチウム無水物と硫化リンと硫化リチウムから、LiI/P/LiS=0.30/0.30/0.40の組成のものを得る場合には、ヨウ化リチウムに対する硫化リンのモル比及びヨウ化リチウムに対する硫化リチウムのモル比が、いずれも、2.2〜2.4、好ましくは2.30〜2.36である。 In the solid electrolyte of the present invention, the blending ratio of lithium iodide anhydrous salt and sulfide is appropriately selected according to the composition of the solid electrolyte. For example, when obtaining a solid electrolyte having a composition of LiI / P 2 S 5 / Li 2 S = 0.30 / 0.30 / 0.40 from anhydrous lithium iodide, phosphorus sulfide and lithium sulfide The molar ratio of phosphorus sulfide to lithium iodide and the molar ratio of lithium sulfide to lithium iodide are both 2.2 to 2.4, preferably 2.30 to 2.36.

本発明の固体電解質は、例えば、本発明のヨウ化リチウム無水塩又は本発明のヨウ化リチウム無水塩の製造方法を行い得られるヨウ化リチウム無水塩と、本発明の固体電解質に係る硫化物とを、メカニカルミリングにより処理して、反応させることにより得られる。メカニカルミリング処理を行う機器としては、例えば、ビーズミル、遊星型ボールミル、振動ミル等の粉砕機器、つまり、混合対象である粉体中に粒状媒体を存在させて、それらを高速で流動させる機器が挙げられる。そして、ヨウ化リチウム無水物、硫化物及び粒状媒体を高速で流動させることで、粒状媒体により、ヨウ化リチウム無水物及び硫化物に、機械的エネルギーが加えられる。   The solid electrolyte of the present invention includes, for example, the lithium iodide anhydrous salt of the present invention or the lithium iodide anhydrous salt obtained by the production method of the lithium iodide anhydrous salt of the present invention, and the sulfide according to the solid electrolyte of the present invention. Is obtained by reacting with mechanical milling. Examples of the equipment that performs mechanical milling include grinding equipment such as a bead mill, a planetary ball mill, and a vibration mill, that is, equipment that causes granular media to be present in the powder to be mixed and flows them at high speed. It is done. Then, mechanical energy is added to the lithium iodide anhydride and sulfide by the granular medium by causing the lithium iodide anhydride, sulfide, and the granular medium to flow at high speed.

メカニカルミリングの回転速度及び回転時間をコントロールすることで、処理物をより微細で均質にすることができるが、装置の種類や原料の種類あるいは使用用途に応じて、適切な条件を適宜選択して、メカニカルミリング処理を行うことが好ましい。例えば、遊星型ボールミルを使用する場合、回転速度を50〜600回転/分とし、2〜60時間処理することが好ましい。   By controlling the rotation speed and rotation time of mechanical milling, the processed product can be made finer and homogeneous, but appropriate conditions can be selected appropriately according to the type of equipment, the type of raw material, and the intended use. It is preferable to perform mechanical milling. For example, when a planetary ball mill is used, it is preferable that the rotation speed is 50 to 600 rotations / minute and the treatment is performed for 2 to 60 hours.

メカニカルミリング処理後、必要によりメカニカルミリング処理物をガラス転移以上の温度で加熱処理することができる。   After the mechanical milling treatment, if necessary, the mechanical milling treatment product can be heat-treated at a temperature higher than the glass transition.

本発明の固体電解質は、固体リチウムイオン電池の構成部材、例えば、電解質層、正極層、負極層等に好適に使用される。   The solid electrolyte of the present invention is suitably used for constituent members of a solid lithium ion battery, for example, an electrolyte layer, a positive electrode layer, a negative electrode layer, and the like.

本発明のリチウムイオン電池は、本発明の固体電解質が用いられているリチウムイオン電池である。   The lithium ion battery of the present invention is a lithium ion battery in which the solid electrolyte of the present invention is used.

以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these.

実施例及び比較例で用いた試薬の品位を表1に示す。   Table 1 shows the quality of the reagents used in Examples and Comparative Examples.

Figure 2013103851
1)表中「−」は、1質量ppm以下であることを示す。
LiOH・HO(試薬A):LiOH含有量 57.78質量%
LiOH・HO(試薬B):LiOH含有量 56.80質量%
LiCO:LiCO含有量 99.65質量%
ヨウ素:I含有量 99質量%以上、純正化学株式会社製、試薬1級
KI:KI含有量 99.5質量%、純正化学株式会社製
水加ヒドラジン:80質量%水溶液、純正化学株式会社製、試薬1級
Figure 2013103851
1) “-” in the table indicates 1 ppm by mass or less.
LiOH.H 2 O (reagent A): LiOH content 57.78% by mass
LiOH.H 2 O (reagent B): LiOH content 56.80% by mass
Li 2 CO 3: Li 2 CO 3 content of 99.65 wt%
Iodine: I content 99% by mass or more, Junsei Chemical Co., Ltd., reagent grade 1 KI: KI content 99.5% by mass, Junsei Chemical Co., Ltd. Hydrated hydrazine: 80% by mass aqueous solution, Junsei Chemical Co., Ltd. Reagent grade 1

(実施例1)
<ヨウ化リチウム含水塩の製造(ヨウ化反応工程)>
水酸化リチウム1水塩(試薬A)67.1gを、1Lビーカーに秤量した。そこに、イオン交換水350mLを加えて溶解させ、水酸化リチウム水溶液を調製した。次いで、これとは別に、ヨウ素203.0gをマヨネーズ瓶に秤量した。秤量後フタをして、ヨウ素の揮散を防止した。次いで、水加ヒドラジン25gを50mlビーカーに秤量した。
次いで、前記水酸化リチウム水溶液を撹拌しながら、(1)ヨウ素5gを添加した。添加の際、ヨウ素イオンの溶出により、水溶液の色が無色から茶褐色に変化するのを確認した。次いで、(2)ヨウ素を添加した水酸化リチウム水溶液を撹拌しながら、前記水加ヒドラジンを滴下した。水溶液の色が茶褐色から無色に変化するのを確認した。次いで、加水ヒドラジンの滴下による窒素ガスの発泡が無くなったことを確認した後、再び(1)の操作を行い、次いで、(2)の操作を行った。以後は、(1)の操作と(2)の操作を繰り返し、最初に秤量したヨウ素がなくなるまで、繰り返し操作を行った。
ヨウ素を全量添加した後、水加ヒドラジンを滴下し、反応溶液の色が無色になったところを反応の終点とした。
次いで、高純度炭酸リチウム1gを添加して撹拌し、過剰のヨウ素を反応させた。反応溶液をろ過して、微量の不溶解残渣を分離した。なお、ろ過には、フィルターとして、アドバンテック社製5Cろ紙を使用した。次いで、ろ液を加熱して水分を蒸発させて濃縮した。濃縮後、濃縮物を、乾燥機(ヤマト社製送風定温乾燥機DKN402)を用いて、120℃で15時間乾燥させ、冷却及び固化して、ヨウ化リチウム含水塩Aを得た。
得られたヨウ化リチウム含水塩Aについて、不純物の含有量を測定した。その結果を表2に示す。
Example 1
<Production of lithium iodide hydrated salt (iodination reaction step)>
67.1 g of lithium hydroxide monohydrate (reagent A) was weighed into a 1 L beaker. Thereto, 350 mL of ion exchange water was added and dissolved to prepare an aqueous lithium hydroxide solution. Then, apart from this, 203.0 g of iodine was weighed into a mayonnaise bottle. After weighing, the lid was capped to prevent volatilization of iodine. Next, 25 g of hydrated hydrazine was weighed into a 50 ml beaker.
Next, (1) 5 g of iodine was added while stirring the lithium hydroxide aqueous solution. During the addition, it was confirmed that the color of the aqueous solution changed from colorless to brown due to elution of iodine ions. Next, (2) the hydrated hydrazine was added dropwise while stirring the lithium hydroxide aqueous solution to which iodine was added. It was confirmed that the color of the aqueous solution changed from brown to colorless. Subsequently, after confirming that the foaming of nitrogen gas due to the dropwise addition of hydrazine was eliminated, the operation (1) was performed again, and then the operation (2) was performed. Thereafter, the operations of (1) and (2) were repeated, and the operations were repeated until the initially weighed iodine disappeared.
After adding the whole amount of iodine, hydrazine hydrate was added dropwise, and the point at which the color of the reaction solution became colorless was regarded as the end point of the reaction.
Next, 1 g of high purity lithium carbonate was added and stirred to react with excess iodine. The reaction solution was filtered to separate a trace amount of insoluble residue. For filtration, 5C filter paper manufactured by Advantech was used as a filter. The filtrate was then heated to evaporate the water and concentrated. After the concentration, the concentrate was dried at 120 ° C. for 15 hours using a dryer (Yamato Blow Constant Temperature Dryer DKN402), cooled and solidified to obtain lithium iodide hydrate A.
About the obtained lithium iodide hydrate salt A, the content of impurities was measured. The results are shown in Table 2.

<ヨウ化リチウム無水塩の製造(焼成工程)>
次いで、上記のようにして得たヨウ化リチウム含水塩Aを、雰囲気調製炉(株式会社モトヤマ社製、MS電気炉NKC型)にて、窒素雰囲気下350℃で8時間焼成した。焼成後、焼成物を炉から取り出して、真空デシケーター(−0.10MPaG)に入れ、真空下で冷却し、ヨウ化リチウム無水塩Bを得た。
得られたヨウ化リチウム無水塩Bの水含有量、回折ピークの強度比((b/a)×100)、不純物含有量、及びイオン伝導度を測定した。その結果を表3に示す。
<Manufacture of anhydrous lithium iodide (firing process)>
Next, the lithium iodide hydrate A obtained as described above was calcined at 350 ° C. for 8 hours in a nitrogen atmosphere in an atmosphere preparation furnace (manufactured by Motoyama Co., Ltd., MS electric furnace NKC type). After firing, the fired product was taken out of the furnace, placed in a vacuum desiccator (−0.10 MPaG), and cooled under vacuum to obtain anhydrous lithium iodide salt B.
The obtained lithium iodide anhydrous salt B was measured for water content, diffraction peak intensity ratio ((b / a) × 100), impurity content, and ionic conductivity. The results are shown in Table 3.

(比較例1)
<ヨウ化リチウム含水塩の製造>
ヨウ化カリウム166gを1Lビーカーに秤量し、イオン交換水500mlを加えて、ヨウ化カリウム溶液を調製した。次いで、ここに炭酸リチウム36.9gを加えて撹拌し、分散させた。次いで、ここに17.5%塩酸208gを10分間かけて滴下して反応を行った。反応終了後、反応液が酸性(pH=1.5)を示したので、粉末の炭酸リチウムを添加してpH=7.0に調整した。
以下、実施例1と同様にして、反応溶液のろ過、ろ液の濃縮、濃縮物の乾燥
、冷却及び固化を行い、ヨウ化リチウム含水塩a1を得た。
得られたヨウ化リチウム含水塩a1について、不純物の含有量を測定した。その結果を表2に示す。
<ヨウ化リチウム無水塩の製造>
次いで、ヨウ化リチウム含水塩Aに代えて、ヨウ化リチウム含水塩a1とすること、及び焼成時間8時間に代えて、焼成時間6時間とすること以外は、実施例1と同様の方法で行い、ヨウ化リチウム無水塩b1を得た。
得られたヨウ化リチウム無水塩b1の水含有量、回折ピークの強度比((b/a)×100)、不純物含有量、及びイオン伝導度の測定結果を表3に示す。
(Comparative Example 1)
<Production of lithium iodide hydrate salt>
A potassium iodide solution was prepared by weighing 166 g of potassium iodide into a 1 L beaker and adding 500 ml of ion-exchanged water. Next, 36.9 g of lithium carbonate was added and stirred and dispersed. Next, 208 g of 17.5% hydrochloric acid was added dropwise over 10 minutes to carry out the reaction. After completion of the reaction, the reaction solution showed acidity (pH = 1.5), so powdery lithium carbonate was added to adjust the pH to 7.0.
Thereafter, the reaction solution was filtered, the filtrate was concentrated, the concentrate was dried, cooled and solidified in the same manner as in Example 1 to obtain a lithium iodide hydrate salt a1.
About the obtained lithium iodide hydrate salt a1, the content of impurities was measured. The results are shown in Table 2.
<Production of anhydrous lithium iodide>
Next, a lithium iodide hydrate salt a1 was used instead of the lithium iodide hydrate salt A, and a calcination time of 6 hours was used instead of the calcination time of 8 hours. Lithium iodide anhydrous salt b1 was obtained.
Table 3 shows the measurement results of the water content, diffraction peak intensity ratio ((b / a) × 100), impurity content, and ionic conductivity of the obtained lithium iodide anhydrous salt b1.

(比較例2)
<ヨウ化リチウム含水塩の製造>
実施例1と同様の方法で行いヨウ化リチウム含水塩Aを得た。
<ヨウ化リチウム無水塩の製造>
焼成温度350℃に代えて、焼成温度280℃とすること以外は、実施例1と同様の方法で行い、ヨウ化リチウム無水塩b2を得た。
得られたヨウ化リチウム無水塩b2の水含有量、回折ピークの強度比((b/a)×100)、不純物含有量、及びイオン伝導度の測定結果を表3に示す。
(Comparative Example 2)
<Production of lithium iodide hydrate salt>
Lithium iodide hydrate A was obtained in the same manner as in Example 1.
<Production of anhydrous lithium iodide>
It replaced with the calcination temperature 350 degreeC, and performed by the method similar to Example 1 except having set it as the calcination temperature 280 degreeC, and obtained lithium iodide anhydrous salt b2.
Table 3 shows the measurement results of the water content, diffraction peak intensity ratio ((b / a) × 100), impurity content, and ionic conductivity of the obtained lithium iodide anhydrous salt b2.

(比較例3)
<ヨウ化リチウム含水塩の製造>
水酸化リチウム1水塩(試料A)に代えて、水酸化リチウム1水塩(試料B)とすること以外は、実施例1と同様の方法で行い、ヨウ化リチウム含水塩a2を得た。
得られたヨウ化リチウム含水塩a2について、不純物の含有量を測定した。その結果を表2に示す。
<ヨウ化リチウム無水塩の製造>
ヨウ化リチウム含水塩Aに代えて、ヨウ化リチウム含水塩a2とすること以外は、実施例1と同様の方法で行い、ヨウ化リチウム無水塩b3を得た。
得られたヨウ化リチウム無水塩b3の水含有量、回折ピークの強度比((b/a)×100)、不純物含有量、及びイオン伝導度の測定結果を表3に示す。
(Comparative Example 3)
<Production of lithium iodide hydrate salt>
Lithium iodide hydrate salt a2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that lithium hydroxide monohydrate (sample B) was used instead of lithium hydroxide monohydrate (sample A).
About the obtained lithium iodide hydrate salt a2, the content of impurities was measured. The results are shown in Table 2.
<Production of anhydrous lithium iodide>
The lithium iodide anhydrous salt b3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the lithium iodide hydrate salt a2 was used instead of the lithium iodide hydrate salt A.
Table 3 shows the measurement results of the water content, diffraction peak intensity ratio ((b / a) × 100), impurity content, and ionic conductivity of the obtained lithium iodide anhydrous salt b3.

(比較例4)
市販の無水ヨウ化リチウム(キシダ化学社製)を、比較例4のヨウ化リチウム無水塩b4とした。
ヨウ化リチウム無水塩b4の水含有量、回折ピークの強度比((b/a)×100)、不純物含有量、及びイオン伝導度の測定結果を表3に示す。
(Comparative Example 4)
Commercially available anhydrous lithium iodide (Kishida Chemical Co., Ltd.) was used as anhydrous lithium iodide salt b4 of Comparative Example 4.
Table 3 shows the measurement results of water content, diffraction peak intensity ratio ((b / a) × 100), impurity content, and ion conductivity of anhydrous lithium iodide b4.

(比較例5)
比較例4のヨウ化リチウム含水塩b4を、雰囲気調製炉(株式会社モトヤマ社製、MS電気炉NKC型)にて、窒素雰囲気下350℃で8時間焼成した。焼成後、焼成物を炉から取り出して、真空デシケーター(−0.10MPaG)に入れ、真空下で冷却し、ヨウ化リチウム無水塩b5を得た。
得られたヨウ化リチウム無水塩b5の水含有量、回折ピークの強度比((b/a)×100)、不純物含有量、及びイオン伝導度の測定結果を表3に示す。
(Comparative Example 5)
Lithium iodide hydrate b4 of Comparative Example 4 was fired at 350 ° C. for 8 hours in a nitrogen atmosphere in an atmosphere preparation furnace (manufactured by Motoyama Co., Ltd., MS electric furnace NKC type). After firing, the fired product was removed from the furnace, placed in a vacuum desiccator (−0.10 MPaG), and cooled under vacuum to obtain anhydrous lithium iodide salt b5.
Table 3 shows the measurement results of water content, diffraction peak intensity ratio ((b / a) × 100), impurity content, and ionic conductivity of the obtained lithium iodide anhydrous salt b5.

Figure 2013103851
1)表中「*」は、1000質量ppm以下であることを示す。
Figure 2013103851
1) “*” in the table indicates 1000 ppm by mass or less.

Figure 2013103851
1)回折ピークの強度比:(a)ヨウ化リチウム無水物に由来する2θ=25.8°付近の回折ピークに対する(b)ヨウ化リチウム1水和物に由来する2θ=20.7°付近の回折ピークの強度比((b/a)×100)
2)表中「*」は、1000質量ppm以下であることを示す。
Figure 2013103851
1) Intensity ratio of diffraction peaks: (a) Near diffraction angle of 2θ = 25.8 ° derived from anhydrous lithium iodide and (b) Near 2θ = 20.7 ° derived from lithium iodide monohydrate Intensity ratio of diffraction peaks ((b / a) × 100)
2) In the table, “*” indicates 1000 ppm by mass or less.

<ヨウ化リチウムの水含有量の分析>
試料5gを磁性ルツボに採取して、窒素雰囲気下において300℃で2時間加熱したときの重量減少率を測定し、重量減少率を水含有量とした。
<Analysis of water content of lithium iodide>
5 g of a sample was collected in a magnetic crucible, and the weight reduction rate when heated at 300 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere was measured. The weight reduction rate was defined as the water content.

<XRD回折分析>
ヨウ化リチウムをグローブボックス内にて粉砕したものを試料として、粉末X線回折分析を行い、図1〜図3のチャートを得た。X線回折法(XRD)の測定には、線源としてCuKαを用い、測定装置としてリガク社製UltimaIV型を用いた。
<XRD diffraction analysis>
Powder X-ray diffraction analysis was performed using a sample obtained by pulverizing lithium iodide in a glove box, and the charts of FIGS. 1 to 3 were obtained. For measurement by X-ray diffraction (XRD), CuKα was used as a radiation source, and Ultimate IV type manufactured by Rigaku Corporation was used as a measuring device.

<不純物Na、K含有量の測定>
試料1.0gをイオン交換水に溶解して、濃硝酸1mlを添加して、全量を50mlとし、硝酸酸性下で、原子吸光分析装置で測定した。
<Measurement of Impurity Na and K Content>
1.0 g of a sample was dissolved in ion-exchanged water, 1 ml of concentrated nitric acid was added to make a total volume of 50 ml, and measurement was performed with an atomic absorption analyzer under nitric acid acidity.

<不純物Cl含有量の測定>
試料1.0gをイオン交換水に溶解して、全量を50mlとし、イオンクロマト分析装置で測定した。
<Measurement of impurity Cl content>
1.0 g of a sample was dissolved in ion-exchanged water to make a total volume of 50 ml, and measured with an ion chromatography analyzer.

<不純物Br含有量の測定>
試料0.1gをイオン交換水に溶解して、全量を100mlとし、イオンクロマト分析装置で測定した。
<Measurement of Impurity Br Content>
A sample (0.1 g) was dissolved in ion-exchanged water to make a total volume of 100 ml and measured with an ion chromatography analyzer.

<不純物Fe、Cu、Caの測定>
試料1.0gをイオン交換水に溶解して、濃硝酸1mlを添加して、全量を50mlとし、硝酸酸性下で、ICP−AES分析装置で測定した。
<Measurement of impurities Fe, Cu, Ca>
1.0 g of a sample was dissolved in ion-exchanged water, 1 ml of concentrated nitric acid was added to make a total amount of 50 ml, and measurement was performed with an ICP-AES analyzer under nitric acid acidity.

<固体電解質の合成及びイオン伝導度の測定>
ヨウ化リチウム無水塩0.514g(45mol%)、五二硫化リン(Aldrich社製試薬)0.341g(18mol%)、硫化リチウム(日本化学工業社製)0.145g(37mol%)を秤量して、遊星型ボールミルで400回転/分で20時間処理を行い、固体電解質を得た。
次いで、得られた固体電解質の両面を電極(ニッケル95質量%、スズ5質量%で構成される電極)0.30gではさんだのち、20MPaで5分間加圧することにより、3層構造の成型体を得た。
次いで、得られた成型体を測定サンプルとして、交流インピーダンス測定装置(東洋テクニカ社製、ソーラトロン1267)を用いて、イオン伝導度を測定した。
<Synthesis of solid electrolyte and measurement of ionic conductivity>
Anhydrous lithium iodide 0.514 g (45 mol%), phosphorus pentasulfide (Aldrich reagent) 0.341 g (18 mol%), lithium sulfide (Nippon Kagaku Kogyo) 0.145 g (37 mol%) were weighed. Then, treatment was performed at 400 rpm for 20 hours with a planetary ball mill to obtain a solid electrolyte.
Next, after sandwiching both surfaces of the obtained solid electrolyte with 0.30 g of electrodes (electrodes composed of 95% by mass of nickel and 5% by mass of tin) and pressurizing at 20 MPa for 5 minutes, a three-layer structure molded body was obtained. Obtained.
Next, using the obtained molded body as a measurement sample, ion conductivity was measured using an AC impedance measuring device (Solartron 1267, manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.).

Claims (10)

X線回折分析における(a)ヨウ化リチウム無水物に由来する2θ=25.8°付近の回折ピークに対する(b)ヨウ化リチウム1水和物に由来する2θ=20.7°付近の回折ピークの強度比((b/a)×100)が3%以下であることを特徴とするヨウ化リチウム無水塩。   (B) Diffraction peak near 2θ = 20.7 ° derived from lithium iodide monohydrate (b) Diffraction peak near 2θ = 25.8 ° derived from anhydrous lithium iodide in X-ray diffraction analysis The lithium iodide anhydrous salt characterized by having a strength ratio ((b / a) × 100) of 3% or less. 水含有量が2.0質量%以下であることを特徴とする請求項1記載のヨウ化リチウム無水塩。   The anhydrous lithium iodide salt according to claim 1, wherein the water content is 2.0 mass% or less. Feの含有量が10質量ppm以下且つCuの含有量が10質量ppm以下であることを特徴とする請求項1又は2いずれか1項記載のヨウ化リチウム無水塩。   3. The lithium iodide anhydrous salt according to claim 1, wherein the Fe content is 10 mass ppm or less and the Cu content is 10 mass ppm or less. Na及びKの含有量が合計で20質量ppm以下であるヨウ化リチウム含水塩を、不活性ガス雰囲気下又は真空下で、300〜440℃で焼成することにより、ヨウ化リチウム無水塩を得る焼成工程を有することを特徴とするヨウ化リチウム無水塩の製造方法。   Firing lithium iodide hydrated salt having a total content of Na and K of 20 mass ppm or less at 300 to 440 ° C. in an inert gas atmosphere or under vacuum to obtain an anhydrous lithium iodide salt The manufacturing method of the lithium iodide anhydrous salt characterized by having a process. 反応原料のリチウム化合物と、ヨウ素と、Na及びKを有さない還元剤と、を、水溶媒中で接触させて、該反応原料のリチウム化合物のヨウ化を行うヨウ化反応工程を行うことにより、前記ヨウ化リチウム含水塩を得ることを特徴とする請求項4記載のヨウ化リチウム無水塩の製造方法。   By performing an iodination reaction step in which a lithium compound as a reaction raw material, iodine, and a reducing agent not containing Na and K are brought into contact with each other in an aqueous solvent to iodinate the lithium compound as the reaction raw material. The method for producing an anhydrous lithium iodide salt according to claim 4, wherein the hydrated lithium iodide salt is obtained. 前記反応原料のリチウム化合物が炭酸リチウムであり且つ前記還元剤がヒドラジンであることを特徴とする請求項5記載のヨウ化リチウム無水塩の製造方法。   6. The method for producing an anhydrous lithium iodide salt according to claim 5, wherein the reaction raw material lithium compound is lithium carbonate and the reducing agent is hydrazine. 前記反応原料のリチウム化合物を含有する水溶媒に、反応に必要な量のヨウ素を複数回に分けて添加し、且つ、該ヨウ素の添加毎に、添加したヨウ素が反応するために必要な量の前記還元剤を添加することにより、前記ヨウ化反応工程を行うことを特徴とする請求項5又は6いずれか1項記載のヨウ化リチウム無水塩の製造方法。   The amount of iodine necessary for the reaction is added to the aqueous solvent containing the lithium compound as the reaction raw material in a plurality of times, and the amount of iodine necessary for the reaction of the added iodine each time the iodine is added. The method for producing an anhydrous lithium iodide salt according to claim 5, wherein the iodide reaction step is performed by adding the reducing agent. 請求項1〜3いずれか1項記載のヨウ化リチウム無水塩を原料に用いて製造された固体電解質。   The solid electrolyte manufactured using the lithium iodide anhydrous salt of any one of Claims 1-3 as a raw material. 請求項1〜3いずれか1項記載のヨウ化リチウム無水塩と、LiS、P、SiS、GeS及びBのうちの1種以上と、を、反応させることにより得られる固体電解質。 The lithium iodide anhydrous salt according to any one of claims 1 to 3, and at least one of Li 2 S, P 2 S 5 , SiS 2 , GeS 2 and B 2 S 3 are reacted. Solid electrolyte obtained by 請求項8又は9いずれか1項記載の固体電解質が用いられているリチウムイオン電池。   A lithium ion battery in which the solid electrolyte according to claim 8 is used.
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