JP2014028717A - Solid electrolyte - Google Patents

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美勝 清野
Takanobu Sugawara
孝宜 菅原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid electrolyte with high ion conductivity, using an ion other than a lithium ion as a conduction species.SOLUTION: A solid electrolyte includes one or more element selected from sodium, potassium, rubidium, cesium, francium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium and radium, a phosphorus element, a sulfur element, and a halogen element.

Description

本発明は、リチウムイオン以外のイオンを伝導種とするハロゲン含有硫化物系固体電解質に関する。   The present invention relates to a halogen-containing sulfide-based solid electrolyte having ions other than lithium ions as conductive species.

近年、携帯情報末端、携帯電子機器、家庭用小型電力貯蔵装置、モーターを動力源とする自動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などに用いられる二次電池等の需要が増加している。
高容量の二次電池としてリチウムイオン電池があるが、該リチウムイオン電池は、有機溶媒を含む電解液であるため、液漏れの心配や発火の危険性があった。
In recent years, demand for secondary batteries used in portable information terminals, portable electronic devices, small household electric power storage devices, motor-driven motorcycles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, and the like has increased.
There is a lithium ion battery as a high-capacity secondary battery. However, since the lithium ion battery is an electrolyte containing an organic solvent, there is a risk of liquid leakage and a risk of ignition.

このような問題に対し、従来硫化物系固体電解質の研究が種々行われており、イオン伝導度が高い硫化物系固体電解質が開発された(特許文献1)。
しかし、特許文献1に記載の硫化物系固体電解質は、リチウムを多量に必要とするため、今後、リチウムイオン電池の需要増加に伴い、原料であるリチウム源が不足するおそれがある。
In order to solve such problems, various studies have been conducted on sulfide-based solid electrolytes, and sulfide-based solid electrolytes having high ionic conductivity have been developed (Patent Document 1).
However, since the sulfide-based solid electrolyte described in Patent Document 1 requires a large amount of lithium, there is a possibility that a lithium source as a raw material will be insufficient with an increase in demand for lithium ion batteries in the future.

原料不足の問題を解消する手段として、原料が豊富なナトリウムを伝導種とするナトリウム系の固体電解質が開発された(非特許文献1)。しかし、非特許文献1に記載の固体電解質はイオン伝導度が実用的には十分(室温(25℃)で2×10−4Scm−1程度)ではなく、さらなるイオン伝導度の向上が必要であった。 As a means for solving the problem of the shortage of raw materials, a sodium-based solid electrolyte using sodium rich in raw materials as a conductive species has been developed (Non-patent Document 1). However, the solid electrolyte described in Non-Patent Document 1 is not practically sufficient in ionic conductivity (about 2 × 10 −4 Scm −1 at room temperature (25 ° C.)), and further improvement in ionic conductivity is necessary. there were.

特開2005−228570号公報JP 2005-228570 A

全固体型ナトリウム蓄電池の室温作動に世界で初めて成功〜安全性の高い次世代蓄電池の研究開発における大きな一歩〜(http://www.jst.go.jp/pr/announce/20120523/index.html)The world's first successful operation of an all-solid-state sodium storage battery at room temperature-a major step in the research and development of highly safe next-generation storage batteries-(http://www.jst.go.jp/pr/announce/20120523/index.html )

本発明の目的は、リチウムイオン以外のイオンを伝導種とする、高イオン伝導度を有する固体電解質を提供することである。   An object of the present invention is to provide a solid electrolyte having high ionic conductivity using ions other than lithium ions as a conductive species.

本発明によれば、以下の固体電解質等が提供される。
1.ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びラジウムから選択される1以上の元素、リン元素、硫黄元素、及びハロゲン元素を含む固体電解質。
2.下記式(1)を満たす1に記載の固体電解質。
…(1)
(式中、Lは、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba及びRaから選択される1以上の元素である。
Mは、B、Al、Si、Ge、Ga、In、As、Se、Sn、Sb、Te、Pb及びBiから選択される1以上の元素である。
Xは、F、Cl、Br、I、Atから選択される1以上のハロゲン元素である。
a〜eは、各元素の組成比を示し、0.1<a≦15、0≦b≦3、0<c≦5、0<d≦15、0.1<e≦3である。)
3.前記式(1)のbが0であり、cが1である2に記載の固体電解質。
4.前記式(1)において、0.5≦d≦4である2又は3に記載の固体電解質。
5.25℃でのイオン伝導度が3×10−4Scm−1以上である1〜4のいずれかに記載の固体電解質。
6.硫化燐、硫黄及び燐、硫化燐及び硫黄、並びに硫化燐、硫黄及び燐から選択されるいずれか1つ、
下記式(2)にで表わされる化合物、及び
下記式(3)で表わされる化合物を用いて得られる1〜5のいずれかに記載の固体電解質。
…(2)
(式(2)中、Qは、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、B、Al、Si、P、S、Ge、Ga、In、As、Se、Sn、Sb、Te、Pb及びBiから選択される1以上である。
wは1〜4の整数のいずれかであり、xは1〜10の整数のいずれかである。
Xは、F、Cl、Br、I、Atから選択される1以上のハロゲン元素である。)
S …(3)
(式(3)中、Lは、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba及びRaから選択される1以上である。
yは0.5〜4である。)
7.前記式(2)のQがPであり、前記式(2)のXがBr、I又はClである6に記載の固体電解質。
8.前記式(2)のQがNa、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba又はRaであり、前記式(2)のXがBr、I又はClである6に記載の固体電解質。
9.1〜8のいずれかに記載の固体電解質を含む電解質シート。
10.1〜8のいずれかに記載の固体電解質から製造された電解質シート。
11.1〜8のいずれかに記載の固体電解質を含む電極シート。
12.1〜8のいずれかに記載の固体電解質から製造された電極シート。
13.1〜8のいずれかに記載の固体電解質を含む二次電池。
14.1〜8のいずれかに記載の固体電解質から製造された二次電池。
According to the present invention, the following solid electrolyte and the like are provided.
1. A solid electrolyte containing one or more elements selected from sodium, potassium, rubidium, cesium, francium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium and radium, a phosphorus element, a sulfur element, and a halogen element.
2. The solid electrolyte according to 1, which satisfies the following formula (1).
L a M b P c S d X e ... (1)
(In the formula, L is one or more elements selected from Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba and Ra.
M is one or more elements selected from B, Al, Si, Ge, Ga, In, As, Se, Sn, Sb, Te, Pb, and Bi.
X is one or more halogen elements selected from F, Cl, Br, I, and At.
a to e indicate the composition ratio of each element, and 0.1 <a ≦ 15, 0 ≦ b ≦ 3, 0 <c ≦ 5, 0 <d ≦ 15, and 0.1 <e ≦ 3. )
3. 3. The solid electrolyte according to 2, wherein b in the formula (1) is 0 and c is 1.
4). 4. The solid electrolyte according to 2 or 3, wherein 0.5 ≦ d ≦ 4 in the formula (1).
5. Solid electrolyte in any one of 1-4 whose ionic conductivity in 25 degreeC is 3 * 10 < -4 > Scm < -1 > or more.
6). Any one selected from phosphorus sulfide, sulfur and phosphorus, phosphorus sulfide and sulfur, and phosphorus sulfide, sulfur and phosphorus;
The solid electrolyte in any one of 1-5 obtained using the compound represented by following formula (2), and the compound represented by following formula (3).
Q w X x (2)
(In the formula (2), Q is Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, B, Al, Si, P, S, Ge, Ga, In, As, One or more selected from Se, Sn, Sb, Te, Pb, and Bi.
w is any integer of 1 to 4, and x is any integer of 1 to 10.
X is one or more halogen elements selected from F, Cl, Br, I, and At. )
L y S (3)
(In Formula (3), L is 1 or more selected from Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Ra.
y is 0.5-4. )
7). 7. The solid electrolyte according to 6, wherein Q in the formula (2) is P and X in the formula (2) is Br, I or Cl.
8). 7. The Q in the formula (2) is Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba or Ra, and the X in the formula (2) is Br, I or Cl Solid electrolyte.
The electrolyte sheet containing the solid electrolyte in any one of 9.1-8.
An electrolyte sheet manufactured from the solid electrolyte according to any one of 10.1 to 8.
11. An electrode sheet comprising the solid electrolyte according to any one of 1 to 8.
12. An electrode sheet produced from the solid electrolyte according to any one of 1 to 8.
13. A secondary battery comprising the solid electrolyte according to any one of 1 to 8.
The secondary battery manufactured from the solid electrolyte in any one of 14.1-8.

本発明によれば、リチウムイオン以外のイオンを伝導種とする高イオン伝導度を有する固体電解質が提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a solid electrolyte having high ionic conductivity using ions other than lithium ions as a conductive species.

Cole−Coleプロットの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a Cole-Cole plot. 硫化水素濃度平均値の測定装置の概略構成図であるIt is a schematic block diagram of the measuring apparatus of hydrogen sulfide concentration average value ウェットエア流通時間と硫化水素濃度の関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between wet air distribution time and hydrogen sulfide concentration. 改良スラリー法で使用できる製造装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing apparatus which can be used by the improved slurry method. スラリー法で使用できる製造装置の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the manufacturing apparatus which can be used by a slurry method.

[固体電解質]
本発明の固体電解質は、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びラジウムから選択される1以上の元素、リン元素、硫黄元素、及びハロゲン元素を含む。
本発明の固体電解質は、リチウムを伝導種としない固体電解質であり、ハロゲン元素を含むことにより高いイオン伝導度を示すことができる。
[Solid electrolyte]
The solid electrolyte of the present invention contains one or more elements selected from sodium, potassium, rubidium, cesium, francium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, and radium, a phosphorus element, a sulfur element, and a halogen element.
The solid electrolyte of the present invention is a solid electrolyte that does not use lithium as a conductive species, and can exhibit high ionic conductivity by containing a halogen element.

固体電解質が含むナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びラジウムから選択される1以上の元素は、好ましくはナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム、ベリリウムから選択される1以上の元素であり、より好ましくはナトリウム及びカリウムから選択される1以上の元素であり、さらに好ましくは、ナトリウムである。
固体電解質が含むハロゲン元素は、好ましくはフッ素、塩素、臭素及びヨウ素から選択される1以上のハロゲン元素であり、より好ましくは塩素、臭素及びヨウ素から選択される1以上のハロゲン元素であり、さらに好ましくは塩素及び臭素から選択される1以上のハロゲン元素である。
One or more elements selected from sodium, potassium, rubidium, cesium, francium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium and radium contained in the solid electrolyte are preferably selected from sodium, potassium, rubidium, cesium, francium and beryllium One or more elements selected from the group consisting of sodium and potassium, more preferably sodium.
The halogen element contained in the solid electrolyte is preferably one or more halogen elements selected from fluorine, chlorine, bromine and iodine, more preferably one or more halogen elements selected from chlorine, bromine and iodine, One or more halogen elements selected from chlorine and bromine are preferred.

本発明の固体電解質は、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びラジウムから選択される1以上の元素、リン元素、硫黄元素、及びハロゲン元素から実質的になってもよく、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の元素を含んでもよい。
上記その他の元素としては、Ge、Si、Al、Ga、Al、B、In、As、Se、Sn、Sb、Te、Pb、Biが挙げられる。
また、その他の元素としてリチウムを含んでいてもよいが、リチウムの含有量は少ない方が好ましい。
The solid electrolyte of the present invention is substantially composed of one or more elements selected from sodium, potassium, rubidium, cesium, francium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium and radium, phosphorus element, sulfur element, and halogen element. And may contain other elements within the range not impairing the effects of the present invention.
Examples of the other elements include Ge, Si, Al, Ga, Al, B, In, As, Se, Sn, Sb, Te, Pb, and Bi.
Moreover, although lithium may be contained as another element, the one where content of lithium is small is preferable.

本発明の固体電解質は、好ましくは下記式(1)で表わされる固体電解質である。
…(1)
(式中、Lは、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba及びRaから選択される1以上の元素である。
Mは、B、Al、Si、Ge、Ga、In、As、Se、Sn、Sb、Te、Pb及びBiから選択される1以上の元素である。
Xは、F、Cl、Br、I及びAtから選択される1以上のハロゲン元素である。
a〜eは、各元素の組成比を示し、0.1<a≦15、0≦b≦3、0<c≦5,0<d≦15、0.1<e≦3である。)
The solid electrolyte of the present invention is preferably a solid electrolyte represented by the following formula (1).
L a M b P c S d X e ... (1)
(In the formula, L is one or more elements selected from Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba and Ra.
M is one or more elements selected from B, Al, Si, Ge, Ga, In, As, Se, Sn, Sb, Te, Pb, and Bi.
X is one or more halogen elements selected from F, Cl, Br, I and At.
a to e indicate the composition ratio of each element, and 0.1 <a ≦ 15, 0 ≦ b ≦ 3, 0 <c ≦ 5, 0 <d ≦ 15, and 0.1 <e ≦ 3. )

式(1)Lは、好ましくはNa、K、Rb、Cs、Fr、Beから選択される1以上の元素であり、より好ましくはNa及びKから選択される1以上の元素であり、さらに好ましくはNaである。
Mは、好ましくはB、Si、Ge及びAlから選択される1以上の元素であり、より好ましくはGe、Si及びBから選択される1以上である。
Xは、好ましくはF、Cl、Br及びIから選択される1以上のハロゲン元素であり、より好ましくは、Cl、Br、Iから選択される1以上のハロゲン元素であり、さらに好ましくはCl及びBrから選択される1以上のハロゲン元素である。
Formula (1) L is preferably one or more elements selected from Na, K, Rb, Cs, Fr, and Be, more preferably one or more elements selected from Na and K, and more preferably Is Na.
M is preferably one or more elements selected from B, Si, Ge and Al, more preferably one or more elements selected from Ge, Si and B.
X is preferably one or more halogen elements selected from F, Cl, Br and I, more preferably one or more halogen elements selected from Cl, Br and I, and still more preferably Cl and One or more halogen elements selected from Br.

式(1)のL、M、P、S及びXの組成比は、以下の通りである:
0.1<a≦15であり、0.2≦a≦13であることが好ましく、より好ましくは、0.3≦a≦12である。
0≦b≦3であり、0≦b≦3であることが好ましく、より好ましくは、0≦b≦2であり、最も好ましくは、bが0である。
0<c≦5であり、0.5≦c≦4であることが好ましく、より好ましくは、0.8≦c≦4であり、最も好ましくは、cが1である。
0<d≦15であり、0.5≦d≦15であることが好ましく、より好ましくは、0.5≦d≦13であり、最も好ましくは、0.5≦d≦12である。
0.1<e≦3であり、0.1≦e≦2であることが好ましく、より好ましくは、0.2≦e≦2である。
The composition ratio of L, M, P, S and X in formula (1) is as follows:
0.1 <a ≦ 15, preferably 0.2 ≦ a ≦ 13, and more preferably 0.3 ≦ a ≦ 12.
0 ≦ b ≦ 3, preferably 0 ≦ b ≦ 3, more preferably 0 ≦ b ≦ 2, and most preferably b is 0.
0 <c ≦ 5, preferably 0.5 ≦ c ≦ 4, more preferably 0.8 ≦ c ≦ 4, and most preferably c is 1.
0 <d ≦ 15, preferably 0.5 ≦ d ≦ 15, more preferably 0.5 ≦ d ≦ 13, and most preferably 0.5 ≦ d ≦ 12.
0.1 <e ≦ 3, preferably 0.1 ≦ e ≦ 2, and more preferably 0.2 ≦ e ≦ 2.

式(1)において、好ましくはbが0であり、且つcが1である。
式(1)において、好ましくは0.5≦d≦4である。
In the formula (1), b is preferably 0 and c is 1.
In the formula (1), preferably 0.5 ≦ d ≦ 4.

固体電解質は、結晶化していても非晶質であってもよい。結晶が非晶質よりイオン伝導度が高い場合には、結晶化することにより、電解質層や電極層のイオン伝導度を高くすることができ、非晶質の場合には、結晶よりも柔らかいため、固体電解質同士の接触状態や活物質や導電助剤との接触状態を良くすることができる。
ここで、結晶構造としては、NaPS結晶構造が好ましい。イオン伝導度を高くすることができるからである。
The solid electrolyte may be crystallized or amorphous. If the crystal has higher ionic conductivity than amorphous, the ionic conductivity of the electrolyte layer and electrode layer can be increased by crystallization. If amorphous, the crystal is softer than the crystal. The contact state between the solid electrolytes and the contact state with the active material and the conductive auxiliary agent can be improved.
Here, the crystal structure is preferably a Na 3 PS 4 crystal structure. This is because the ionic conductivity can be increased.

固体電解質の形状は、特に制限はなく、粒子状であってもシート状であってもよい。
固体電解質が粒子状の場合、電解質層を形成する際に、固体電解質を含むスラリーを塗布することにより電解質層を製造することができる。固体電解質を用いて電解質シートを製造する場合には、電解質層を形成後、後述する所定の加熱条件により加熱してもよい。
また、静電法を用いて電解質層を製造することもできる。
The shape of the solid electrolyte is not particularly limited, and may be a particle shape or a sheet shape.
When the solid electrolyte is in the form of particles, the electrolyte layer can be produced by applying a slurry containing the solid electrolyte when forming the electrolyte layer. When manufacturing an electrolyte sheet using a solid electrolyte, after forming an electrolyte layer, it may be heated under predetermined heating conditions described later.
Moreover, an electrolyte layer can also be manufactured using an electrostatic method.

本発明の固体電解質が粒子状である場合には、体積基準平均粒径(Mean Volume Diameter、以下「粒径」という。)が、好ましくは0.01μm以上500μm以下であり、より好ましくは0.05μm以上300μm以下であり、さらに好ましくは、0.1μm以上200μm以下である。   When the solid electrolyte of the present invention is in the form of particles, the volume-based average particle diameter (Mean Volume Diameter, hereinafter referred to as “particle diameter”) is preferably 0.01 μm or more and 500 μm or less, more preferably 0.8 μm or less. It is from 0.5 μm to 300 μm, and more preferably from 0.1 μm to 200 μm.

固体電解質の粒径の測定方法は、レーザー回折式粒度分布測定方法により行うことが好ましい。レーザー回折式粒度分布測定方法は、組成物を乾燥せずに粒度分布を測定することができる。レーザー回折式粒度分布測定方法では、組成物中の粒子群にレーザーを照射して、その散乱光を解析することで粒度分布を測定する。   The particle size of the solid electrolyte is preferably measured by a laser diffraction particle size distribution measurement method. The laser diffraction particle size distribution measuring method can measure the particle size distribution without drying the composition. In the laser diffraction particle size distribution measuring method, a particle size distribution is measured by irradiating a particle group in a composition with a laser and analyzing the scattered light.

固体電解質の粒径は、乾燥した固体電解質又はその前駆体である硫化物系ガラスを用いて粒径を測定するとよく、測定例として、レーザー回折式粒度分布測定装置(Malvern Instruments Ltd社製マスターサイザー2000)を使用した場合の測定を説明する。
まず、装置の分散槽に脱水処理されたトルエン(和光純薬製、製品名:特級)110mlを入れ、さらに分散剤として脱水処理されたターシャリーブチルアルコール(和光純薬製、特級)を6%添加する。
上記混合物を十分混合した後、測定対象である「乾燥した固体電解質又はその前駆体」を添加して粒子径を測定する。測定対象の添加量は、マスターサイザー2000で規定されている操作画面で、粒子濃度に対応するレーザー散乱強度が規定の範囲内(10〜20%)に収まるように加減して加える。この範囲を超えると多重散乱が発生し、正確な粒子径分布を求めることができなくなるおそれがある。また、この範囲より少ないとSN比が悪くなり、正確な測定ができないおそれがある。マスターサイザー2000では、測定対象の添加量に基づき、レーザー散乱強度が表示されるので、上記レーザー散乱強度に入る添加量を見つけるとよい。
測定対象の添加量はイオン伝導性物質の種類等により最適量は異なるが、概ね0.01g〜0.05g程度である。
The particle size of the solid electrolyte may be measured using a dried solid electrolyte or a sulfide-based glass that is a precursor thereof. As a measurement example, a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus (Mastersizer manufactured by Malvern Instruments Ltd.) 2000) will be described.
First, 110 ml of dehydrated toluene (Wako Pure Chemicals, product name: special grade) was placed in the dispersion tank of the apparatus, and 6% of dehydrated tertiary butyl alcohol (Wako Pure Chemicals, special grade) was added as a dispersant. Added.
After sufficiently mixing the above mixture, the “dry solid electrolyte or precursor thereof” to be measured is added and the particle size is measured. The addition amount of the measurement object is adjusted and added so that the laser scattering intensity corresponding to the particle concentration falls within the specified range (10 to 20%) on the operation screen specified by the master sizer 2000. If this range is exceeded, multiple scattering may occur, and an accurate particle size distribution may not be obtained. On the other hand, when the amount is less than this range, the SN ratio is deteriorated, and there is a possibility that accurate measurement cannot be performed. In the master sizer 2000, the laser scattering intensity is displayed based on the addition amount of the measurement target. Therefore, the addition amount that falls within the laser scattering intensity may be found.
Although the optimum amount of the measurement target varies depending on the type of the ion conductive substance, etc., it is about 0.01 to 0.05 g.

固体電解質は、25℃でのイオン伝導度が好ましくは2×10−4Scm−1以上であり、より好ましくは3×10−4Scm−1以上であり、さらに好ましくは4×10−4Scm−1以上である。 The solid electrolyte is preferably an ion conductivity at 25 ° C. is at 2 × 10 -4 Scm -1 or more, more preferably 3 × 10 -4 Scm -1 or more, more preferably 4 × 10 -4 Scm -1 or more.

上記イオン伝導度(σ)は以下の手順で測定できる。
まず、固体電解質試料を断面10mmφ(断面積S=0.785cm)、高さ(L)0.1〜0.3cmの形状に成形する。その試料片の上下から電極端子を取り、交流インピーダンス法により測定し(周波数範囲:5MHz〜0.5Hz、振幅:10mV)、Cole−Coleプロットを得る。図1にCole−Coleプロットの一例を示す。高周波側領域に観測される円弧の右端付近で、−Z’’(Ω)が最小となる点での実数部Z’(Ω)を電解質のバルク抵抗R(Ω)とし、以下式に従い、イオン伝導度σ(S/cm)を計算する。
R=ρ(L/S)
σ=1/ρ
尚、試料片端面から測定器までのリードの距離が長いと、円弧の右端の一部しか観測されない場合があるが、上記の方法に準じてバルク抵抗R(Ω)を判断する。また、円弧が全く観測されず、−Z’’(Ω)が0Ω付近から単調に増大するプロファイルとなることがある。この場合は、−Z’’(Ω)=0となるときのZ’(Ω)をバルク抵抗R(Ω)とする。
リードの距離を約60cmとして測定するとよい。
The ionic conductivity (σ) can be measured by the following procedure.
First, a solid electrolyte sample is formed into a shape having a cross section of 10 mmφ (cross sectional area S = 0.785 cm 2 ) and a height (L) of 0.1 to 0.3 cm. Electrode terminals are taken from the upper and lower sides of the sample piece and measured by the AC impedance method (frequency range: 5 MHz to 0.5 Hz, amplitude: 10 mV) to obtain a Cole-Cole plot. FIG. 1 shows an example of a Cole-Cole plot. In the vicinity of the right end of the arc observed in the high-frequency region, the real part Z ′ (Ω) at the point where −Z ″ (Ω) is minimized is defined as the bulk resistance R (Ω) of the electrolyte. The conductivity σ (S / cm) is calculated.
R = ρ (L / S)
σ = 1 / ρ
In addition, when the lead distance from the sample one end surface to the measuring instrument is long, only a part of the right end of the arc may be observed, but the bulk resistance R (Ω) is determined according to the above method. In addition, there is a case where no arc is observed and -Z ″ (Ω) monotonously increases from around 0Ω. In this case, Z ′ (Ω) when −Z ″ (Ω) = 0 is set as the bulk resistance R (Ω).
The distance between the leads may be measured as about 60 cm.

本発明の固体電解質は、ウェットエア流通下に60分間放置したときの周囲環境の硫化水素濃度平均値が、好ましくは200ppm以下であり、より好ましくは150ppm以下であり、さらに好ましくは100ppm以下である。
硫化水素濃度平均値は耐加水分解性を示す指標であり、一般に硫化物系固体電解質は、加水分解すると硫化水素を発生するが、本発明の固体電解質では、加水分解を抑制できるので、分解時に発生する硫化水素が少なくなる。
In the solid electrolyte of the present invention, the average value of hydrogen sulfide concentration in the surrounding environment when left for 60 minutes in a stream of wet air is preferably 200 ppm or less, more preferably 150 ppm or less, and even more preferably 100 ppm or less. .
The average value of hydrogen sulfide concentration is an index indicating hydrolysis resistance. In general, a sulfide-based solid electrolyte generates hydrogen sulfide when hydrolyzed, but the solid electrolyte of the present invention can suppress hydrolysis, so that Less hydrogen sulfide is generated.

固体電解質の硫化水素濃度平均値は、下記加水分解試験により評価できる。
図2は、硫化水素濃度平均値の測定装置の概略構成図である。
測定試料11は、露点−80℃の環境の窒素グローボックス内にて乳鉢でよく粉砕したものを用いる。測定試料11を0.1g、100mlのシュレンク瓶12内に封入する。
次に、シュレンク瓶12内に、水槽14を通過させることにより加湿した空気(ウェットエア)を500ml/分で流通させる。尚、ウェットエアの温度は、25℃程度、湿度は、80〜90%とする。また、空気の供給量は流量計13で制御する。
流通開始1分後〜1分45秒後の間にシュレンク瓶12から排出されたガスをガス採集部15から捕集して測定用の第一サンプルガスとする。尚、採集時以外のガスは、トラップ16で水酸化ナトリウム水溶液にて硫化水素を除去する。
三菱化学アナリテック製TS−100を用いて、紫外蛍光法により硫黄分を定量して、サンプルガスの硫化水素濃度を算出する。尚、サンプルガスをアジレント6890(硫黄選択検出器(SIEVERS355)付)を用いてガスクロマトグラフにて定性分析したところ、硫黄分はその99%以上硫化水素ガスになっていることを確認している。
流通開始5分後〜5分45秒後、流通開始10分後〜10分45秒後、流通開始20分後〜20分45秒後、流通開始60分後〜60分45秒後にシュレンク瓶から排出されたガスについても、第一サンプルガスと同様に測定する。
硫化水素濃度と測定時間から硫化水素濃度平均値(ppm)を求める。
図3にウェットエア流通時間と硫化水素濃度の関係の一例を示す。曲線は各測定点をスムージングしたもので、この曲線と縦軸、横軸で囲まれた面積(ppm・分)を時間60分で除することにより、硫化水素濃度平均値(ppm)を求める。
The average value of the hydrogen sulfide concentration of the solid electrolyte can be evaluated by the following hydrolysis test.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an apparatus for measuring the hydrogen sulfide concentration average value.
As the measurement sample 11, a sample that has been well pulverized in a mortar in a nitrogen glow box with a dew point of −80 ° C. is used. A measurement sample 11 is sealed in a Schlenk bottle 12 of 0.1 g and 100 ml.
Next, air (wet air) humidified by passing the water tank 14 is circulated in the Schlenk bottle 12 at 500 ml / min. The temperature of the wet air is about 25 ° C. and the humidity is 80 to 90%. The supply amount of air is controlled by the flow meter 13.
The gas discharged from the Schlenk bottle 12 within 1 minute to 1 minute 45 seconds after the start of distribution is collected from the gas collection unit 15 and used as the first sample gas for measurement. For gases other than those collected, hydrogen sulfide is removed with a sodium hydroxide aqueous solution at the trap 16.
Using TS-100 manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech, the sulfur content is quantified by the ultraviolet fluorescence method, and the hydrogen sulfide concentration of the sample gas is calculated. When the sample gas was qualitatively analyzed with a gas chromatograph using an Agilent 6890 (with a sulfur selective detector (SIEVERS 355)), it was confirmed that the sulfur content was 99% or more of hydrogen sulfide gas.
From the Schlenk bottle 5 minutes to 5 minutes 45 seconds after the start of distribution, 10 minutes to 10 minutes 45 seconds after the start of distribution, 20 minutes to 20 minutes 45 seconds after the start of distribution, 60 minutes to 60 minutes 45 seconds after the start of distribution The discharged gas is also measured in the same manner as the first sample gas.
The hydrogen sulfide concentration average value (ppm) is obtained from the hydrogen sulfide concentration and the measurement time.
FIG. 3 shows an example of the relationship between the wet air circulation time and the hydrogen sulfide concentration. The curve is obtained by smoothing each measurement point, and the area (ppm · min) surrounded by the curve, the vertical axis and the horizontal axis is divided by 60 minutes to obtain the hydrogen sulfide concentration average value (ppm).

本発明の固体電解質は、例えば原料であるハロゲン元素を含む化合物(以下、ハロゲン化合物という場合がある)を使用するタイミングによって、例えば下記第1〜第3の製造方法を用いることができる。
以下、本発明の固体電解質の製造方法を説明するが、本発明の固体電解質の製造方法は、下記製造方法に限定されないことはいうまでもない。
For example, the following first to third production methods can be used for the solid electrolyte of the present invention depending on the timing of using, for example, a compound containing a halogen element as a raw material (hereinafter sometimes referred to as a halogen compound).
Hereinafter, although the manufacturing method of the solid electrolyte of this invention is demonstrated, it cannot be overemphasized that the manufacturing method of the solid electrolyte of this invention is not limited to the following manufacturing method.

[固体電解質の第1の製造方法]
(1)原料
本発明の固体電解質は、下記(a)成分、(b)成分及び(c)成分を原料として用いることにより製造できる。
(a)成分:硫化燐、硫黄及び燐、硫化燐及び硫黄、並びに硫化燐、硫黄及び燐から選択されるいずれか1つ
(b)成分:下記式(2)にで表わされる化合物
…(2)
(式(2)中、Qは、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、B、Al、Si、P、S、Ge、Ga、In、As、Se、Sn、Sb、Te、Pb及びBiから選択される1以上の元素である。
wは1〜4の整数のいずれかであり、xは1〜10の整数のいずれかである。
Xは、F,Cl、Br,I,Atから選択される1以上のハロゲン元素である。)
(c)成分:下記式(3)で表わされる化合物
S …(3)
(式(3)中、Lは、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Raから選択される1以上である。
yは0.5〜4である。)
[First manufacturing method of solid electrolyte]
(1) Raw material The solid electrolyte of this invention can be manufactured by using the following (a) component, (b) component, and (c) component as a raw material.
(A) Component: any one selected from phosphorus sulfide, sulfur and phosphorus, phosphorus sulfide and sulfur, and phosphorus sulfide, sulfur and phosphorus. (B) Component: Compound represented by the following formula (2) Q w X x (2)
(In the formula (2), Q is Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, B, Al, Si, P, S, Ge, Ga, In, As, One or more elements selected from Se, Sn, Sb, Te, Pb and Bi.
w is any integer of 1 to 4, and x is any integer of 1 to 10.
X is one or more halogen elements selected from F, Cl, Br, I, and At. )
(C) Component: Compound represented by the following formula (3) L y S (3)
(In Formula (3), L is 1 or more selected from Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Ra.
y is 0.5-4. )

式(2)おいて、Qは、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、リン、硫黄、ゲルマニウム、ガリウム、インジウム、ヒ素、セレン、スズ、アンチモン、テルル、鉛、ビスマスから選択される1以上の元素であり、好ましくはナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム及びリンから選択される1以上の元素であり、より好ましくはナトリウム、カリウム及び燐から選択される1以上の元素であり、さらに好ましくはナトリウム及び燐から選択される1以上の元素である。
wは1〜4の整数のいずれかであり、好ましくは1〜3の整数のいずれかであり、さらに好ましくは1〜2の整数のいずれかであり、最も好ましくは1である。
Xはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素及びアスタチンから選択される1以上のハロゲン元素であり、好ましくはフッ素、塩素、臭素又はヨウ素であり、より好ましくは塩素、臭素又はヨウ素であり、さらに好ましくは塩素又は臭素である。
xは1〜10の整数のいずれかであり、好ましくは1〜9の整数のいずれかであり、より好ましくは1〜7の整数のいずれかであり、好ましくは1又は3である。
In the formula (2), Q is sodium, potassium, rubidium, cesium, francium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, radium, boron, aluminum, silicon, phosphorus, sulfur, germanium, gallium, indium, arsenic, One or more elements selected from selenium, tin, antimony, tellurium, lead, bismuth, preferably selected from sodium, potassium, rubidium, cesium, francium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, radium and phosphorus One or more elements selected from sodium, potassium and phosphorus, more preferably one or more elements selected from sodium and phosphorus.
w is an integer of 1 to 4, preferably an integer of 1 to 3, more preferably an integer of 1 to 2, and most preferably 1.
X is one or more halogen elements selected from fluorine, chlorine, bromine, iodine and astatine, preferably fluorine, chlorine, bromine or iodine, more preferably chlorine, bromine or iodine, still more preferably chlorine Or it is bromine.
x is any integer of 1 to 10, preferably any one of 1 to 9, more preferably any one of 1 to 7, and preferably 1 or 3.

式(2)で表わされる化合物の具体例としては、ハロゲン化ナトリウム(NaI、NaBr、NaCl、NaF等)、ハロゲン化燐(PBr、PCl、PCl、PCl、PI、P、PF、PF等)、AlF、AlBr、AlI、AlCl、SiF、SiCl、SiCl、SiCl、SiBr、SiBrCl、SiBrCl、SiI、SF、SF、SF、S10、SCl、SCl、SBr、GeF、GeCl、GeBr、GeI、GeF、GeCl、GeBr、GeI、AsF、AsCl、AsBr、AsI、AsF、SeF、SeF、SeCl、SeCl、SeBr、SeBr、SnF、SnCl、SnBr、SnI、SnF、SnCl、SnBr、SnI、SbF、SbCl、SbBr、SbI、SbF、SbCl、PbF、PbCl、PbF、PbCl、PbBr、PbI、BiF、BiCl、BiBr、BiI、TeF、Te10、TeF、TeCl、TeCl、TeBr、TeBr、TeI等が挙げられ、好ましくはハロゲン化ナトリウム(NaI、NaBr、NaCl、NaF等)、ハロゲン化燐(PBr、PCl、PCl、PCl、PI、P、PF、PF等)であり、さらに好ましくは、NaBr、NaCl、PBr、PClである。 Specific examples of the compound represented by the formula (2) include sodium halide (NaI, NaBr, NaCl, NaF, etc.), phosphorus halide (PBr 3 , PCl 3 , PCl 5 , P 2 Cl 4 , PI 3 , P 3 2 I 4, PF 5, PF 3 , etc.), AlF 3, AlBr 3, AlI 3, AlCl 3, SiF 4, SiCl 4, SiCl 3, Si 2 Cl 6, SiBr 4, SiBrCl 3, SiBr 2 Cl 2, SiI 4 , SF 2 , SF 4 , SF 6 , S 2 F 10 , SCl 2 , S 2 Cl 2 , S 2 Br 2 , GeF 4 , GeCl 4 , GeBr 4 , GeI 4 , GeF 2 , GeCl 2 , GeBr 2 , GeI 2 , AsF 3 , AsCl 3 , AsBr 3 , AsI 3 , AsF 5 , SeF 4 , SeF 6 , SeCl 2 , SeCl 4, Se 2 Br 2, SeBr 4, SnF 4, SnCl 4, SnBr 4, SnI 4, SnF 2, SnCl 2, SnBr 2, SnI 2, SbF 3, SbCl 3, SbBr 3, SbI 3, SbF 5, SbCl 5, PbF 4, PbCl 4, PbF 2, PbCl 2, PbBr 2, PbI 2, BiF 3, BiCl 3, BiBr 3, BiI 3, TeF 4, Te 2 F 10, TeF 6, TeCl 2, TeCl 4, TeBr 2 , TeBr 4 , TeI 4 and the like, preferably sodium halide (NaI, NaBr, NaCl, NaF, etc.), phosphorus halide (PBr 3 , PCl 3 , PCl 5 , P 2 Cl 4 , PI 3 , P 2 I 4 , PF 5 , PF 3 etc.), more preferably NaBr, NaCl , PBr 3 , PCl 3 .

式(3)において、Lは、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びラジウムから選択される1以上の元素であり、好ましくはナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム及びベリリウムから選択される1以上の元素であり、より好ましくはナトリウム及びカリウムから選択される1以上であり、さらに好ましくはナトリウムである。
yは0.5以上3以下であり、好ましくは0.7以上2.5以下であり、さらに好ましくは1以上2以下であり、さらに好ましくは、2である。
尚、式(3)のSは硫黄を意味する。
In the formula (3), L is one or more elements selected from sodium, potassium, rubidium, cesium, francium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium and radium, preferably sodium, potassium, rubidium, cesium , One or more elements selected from francium and beryllium, more preferably one or more selected from sodium and potassium, and still more preferably sodium.
y is 0.5 or more and 3 or less, preferably 0.7 or more and 2.5 or less, more preferably 1 or more and 2 or less, and further preferably 2.
In the formula (3), S means sulfur.

式(3)で表わされる化合物の具体例としては、NaS(硫化ナトリウム)、KS、RbS、BeS、MgS、CaS、SrS、BaS等を挙げることができ、これらは2種以上混合して使用してもよい。 Specific examples of the compound represented by the formula (3) include Na 2 S (sodium sulfide), K 2 S, Rb 2 S, BeS, MgS, CaS, SrS, BaS, and the like. You may mix and use above.

本発明の固体電解質の原料は、上記原料の他、ガラス転移温度を低減する化合物(ガラス化促進剤)をさらに用いてもよい。
上記ガラス化促進剤としては、NaPO、NaSiO、NaGeO、NaBO、NaAlO、NaCaO、NaInO等の無機化合物が挙げられる。
In addition to the above raw materials, the solid electrolyte raw material of the present invention may further use a compound (vitrification accelerator) that reduces the glass transition temperature.
Examples of the vitrification promoter include inorganic compounds such as Na 3 PO 4 , Na 4 SiO 4 , Na 4 GeO 4 , Na 3 BO 3 , Na 3 AlO 3 , Na 3 CaO 3 , and Na 3 InO 3 .

(2)非晶質固体電解質の製造方法
以下、原料を式(3)で表わされる化合物である硫化ナトリウム、五硫化二リン、式(2)で表わされる化合物であるハロゲン化合物を用いた固体電解質(ガラス)の製造方法について説明する。
硫化ナトリウムと五硫化二リンの割合(モル比)は、例えば60:40〜90:10であり、好ましくは65:35〜85:15又は70:30〜90:10であり、より好ましくは67:33〜83:17又は72:28〜88:12であり、さらに好ましくは67:33〜80:20又は74:26〜86:14であり、特に好ましくは70:30〜80:20又は75:25〜85:15であり、最も好ましくは72:28〜78:22、又は77:23〜83:17である。
(2) Method for Producing Amorphous Solid Electrolyte Hereinafter, the raw material is a solid electrolyte using sodium sulfide, diphosphorus pentasulfide, which is a compound represented by formula (3), and a halogen compound, which is a compound represented by formula (2). A method for producing (glass) will be described.
The ratio (molar ratio) of sodium sulfide to diphosphorus pentasulfide is, for example, 60:40 to 90:10, preferably 65:35 to 85:15 or 70:30 to 90:10, and more preferably 67. : 33-83: 17 or 72: 28-88: 12, more preferably 67: 33-80: 20 or 74: 26-86: 14, particularly preferably 70: 30-80: 20 or 75. : 25-85: 15, most preferably 72: 28-78: 22, or 77: 23-83: 17.

硫化ナトリウム、五硫化二リンの合計とハロゲン化合物の割合(モル比)は、例えば50:50〜99:1であり、好ましくは55:45〜97:3又は70:30〜98:2であり、より好ましくは60:40〜96:4又は80:10〜98:2であり、さらに好ましくは70:30〜96:4又は80:20〜98:2であり、特に好ましくは85:15〜97:3である。
尚、硫化ナトリウム、五硫化二リン、ハロゲン化合物は、MM処理等により混合してから加熱処理することが好ましい。
The ratio (molar ratio) of the total of sodium sulfide and diphosphorus pentasulfide to the halogen compound is, for example, 50:50 to 99: 1, preferably 55:45 to 97: 3 or 70:30 to 98: 2. More preferably, it is 60: 40-96: 4 or 80: 10-98: 2, More preferably, it is 70: 30-96: 4 or 80: 20-98: 2, Especially preferably, it is 85:15 97: 3.
In addition, it is preferable to heat-process, after mixing sodium sulfide, diphosphorus pentasulfide, and a halogen compound by MM process etc.

硫化ナトリウム、五硫化二リン及びハロゲン化合物の配合比を例示したが、これら材料の組み合わせでない場合であっても、上記配合比について、硫化ナトリウムの代わりに使用する式(3)で表わされる化合物、五硫化二リンの代わりに硫化リン、硫黄と燐、硫化燐と硫黄、硫化燐と硫黄と燐から選択されるいずれか使用する1つ、をそれぞれ当てはめればよい。   The compounding ratio of sodium sulfide, diphosphorus pentasulfide and a halogen compound is exemplified, but the compound represented by the formula (3) used in place of sodium sulfide for the above compounding ratio, even when not a combination of these materials, Instead of diphosphorus pentasulfide, phosphorus sulfide, sulfur and phosphorus, phosphorus sulfide and sulfur, or one selected from phosphorus sulfide, sulfur and phosphorus may be applied.

上記原料を用いて、以下の方法により非晶質固体電解質(固体電解質ガラス)を製造することができる。
原料(例えば硫化ナトリウム、五硫化二リン及びハロゲン化合物)を、上記配合比で混合し、溶融急冷法、メカニカルミリング法(以下、適宜「メカニカルミリング」を「MM」という。)、溶媒中で反応させるスラリー法、固相法等により処理することにより、固体電解質(ガラス)を製造することができる。
Using the raw materials, an amorphous solid electrolyte (solid electrolyte glass) can be produced by the following method.
Raw materials (for example, sodium sulfide, diphosphorus pentasulfide and halogen compounds) are mixed at the above-mentioned mixing ratio, and reacted in a melt quenching method, a mechanical milling method (hereinafter, “mechanical milling” is appropriately referred to as “MM”), and a solvent. A solid electrolyte (glass) can be produced by processing by a slurry method, a solid phase method, or the like.

(i)溶融急冷法
溶融急冷法は、原料を所定量混合し、所定温度で反応させた後、急速に冷却することにより固体電解質(ガラス)を得る方法である。
例えば、乳鉢にて混合しペレット状にしたものを、カーボンコートした石英管中に入れ真空封入する。所定の反応温度で反応させた後、氷中に投入し急冷することにより、固体電解質(ガラス)が得られる。
反応温度は、好ましくは400℃〜1000℃、より好ましくは、800℃〜900℃である。
反応時間は、好ましくは0.1時間〜12時間、より好ましくは、1〜12時間である。
上記反応物の急冷温度は、通常10℃以下、好ましくは0℃以下であり、その冷却速度は、通常1〜10000K/sec程度、好ましくは10〜10000K/secである。
(I) Melting and quenching method The melting and quenching method is a method of obtaining a solid electrolyte (glass) by mixing a predetermined amount of raw materials, reacting them at a predetermined temperature, and then rapidly cooling them.
For example, a mixture of pellets in a mortar is placed in a carbon-coated quartz tube and vacuum-sealed. After reacting at a predetermined reaction temperature, the solid electrolyte (glass) is obtained by putting it in ice and rapidly cooling it.
The reaction temperature is preferably 400 ° C to 1000 ° C, more preferably 800 ° C to 900 ° C.
The reaction time is preferably 0.1 hour to 12 hours, more preferably 1 to 12 hours.
The quenching temperature of the reactant is usually 10 ° C. or less, preferably 0 ° C. or less, and the cooling rate is usually about 1 to 10,000 K / sec, preferably 10 to 10,000 K / sec.

(ii)メカニカルミリング法(MM法)
MM法は、原料を所定量混合し、機械的なエネルギーを与えることにより固体電解質(ガラス)を得る方法である。
機械的なエネルギーを与える方法は特に問わないが、例えば、各種ボールミルを例示することができる。
例えば、PとNaSとハロゲン化合物とを所定量乳鉢にて混合し、例えば、各種ボールミル等を使用して所定時間反応させることにより、固体電解質(ガラス)が得られる。
上記原料を用いたMM法は、室温で反応させることができる。そのため、原料の熱分解が起らず、仕込み組成の固体電解質(ガラス)を得ることができるという利点がある。
また、MM法では固体電解質(ガラス)の製造と同時に、微粉末化できるという利点もある。
(Ii) Mechanical milling method (MM method)
The MM method is a method of obtaining a solid electrolyte (glass) by mixing a predetermined amount of raw materials and applying mechanical energy.
A method for applying mechanical energy is not particularly limited, and various ball mills can be exemplified.
For example, a solid electrolyte (glass) can be obtained by mixing P 2 S 5 , Na 2 S and a halogen compound in a predetermined amount in a mortar and reacting them for a predetermined time using, for example, various ball mills.
The MM method using the above raw materials can be reacted at room temperature. Therefore, there is an advantage that a solid electrolyte (glass) having a charged composition can be obtained without thermal decomposition of the raw material.
In addition, the MM method has an advantage that it can be made into fine powder simultaneously with the production of the solid electrolyte (glass).

MM法には、回転ボールミル、転動ボールミル、振動ボールミル、遊星ボールミル等種々の形式を用いることができる。
MM法の条件としては、例えば、遊星型ボールミル機を使用した場合、回転速度を数十〜数百回転/分とし、0.5時間〜100時間処理すればよい。
また、ボールミルのボールは異なる径のボールを混合して使用してもよい。
また、MM処理の際のミル内の温度を調整してもよい。
MM処理時の原料温度が、60℃以上160℃以下になるようにすることが好ましい。
Various types such as a rotating ball mill, a rolling ball mill, a vibrating ball mill, and a planetary ball mill can be used for the MM method.
As conditions for the MM method, for example, when a planetary ball mill is used, the rotational speed may be set to several tens to several hundreds of revolutions / minute, and the treatment may be performed for 0.5 hours to 100 hours.
The balls of the ball mill may be used by mixing balls having different diameters.
Moreover, you may adjust the temperature in the mill in the case of MM processing.
It is preferable that the raw material temperature during the MM treatment be 60 ° C. or higher and 160 ° C. or lower.

(iii)固相法
固相法は、原料を混合し所定温度で加熱することにより固体電解質(ガラス)を得る方法である。例えば、PとNaSとハロゲン化合物を所定量乳鉢にて混合し、100〜900℃の温度で加熱することにより、固体電解質(ガラス)が得られる
(Iii) Solid phase method The solid phase method is a method for obtaining a solid electrolyte (glass) by mixing raw materials and heating at a predetermined temperature. For example, a solid electrolyte (glass) can be obtained by mixing P 2 S 5 , Na 2 S and a halogen compound in a predetermined amount in a mortar and heating at a temperature of 100 to 900 ° C.

(iv)スラリー法
スラリー法は、溶媒中で原料を接触させて固体電解質ガラスを製造する方法である。
スラリー法によれば、メカニカルミリング装置のような特殊な設備を使用しなくとも固体電解質ガラスを製造できる。従って、安価に伝導性物質を製造することができる。また、メカニカルミリング処理をしないため、メカニカルミリング装置の壁面等が剥がれることによる不純物の発生を防止することができる。
また、メカニカルミリング装置を使用しないため、ボールとミル容器内にガラスが付着するような欠点がない。
(Iv) Slurry method The slurry method is a method for producing a solid electrolyte glass by contacting a raw material in a solvent.
According to the slurry method, solid electrolyte glass can be produced without using special equipment such as a mechanical milling device. Therefore, a conductive material can be manufactured at a low cost. Moreover, since mechanical milling is not performed, it is possible to prevent generation of impurities due to peeling of the wall surface of the mechanical milling device.
Further, since no mechanical milling device is used, there is no drawback that glass adheres to the ball and the mill container.

上記溶媒は、好ましくは有機溶媒であり、より好ましくは非プロトン性溶媒であり、さらに好ましくは炭化水素系有機溶媒である。
上記非プロトン性溶媒としては、非プロトン性有機溶媒(例えば、炭化水素系有機溶媒)、非プロトン性の極性有機化合物(例えばアミド化合物、ラクタム化合物、尿素化合物、有機イオウ化合物、環式有機リン化合物等)等が挙げられ、これらのうちいずれか1つを単独溶媒として、又はこれらのうちの2以上からなる混合溶媒として使用することができる。
The solvent is preferably an organic solvent, more preferably an aprotic solvent, and still more preferably a hydrocarbon organic solvent.
Examples of the aprotic solvent include aprotic organic solvents (for example, hydrocarbon-based organic solvents), aprotic polar organic compounds (for example, amide compounds, lactam compounds, urea compounds, organic sulfur compounds, and cyclic organic phosphorus compounds). Etc.), and any one of them can be used as a single solvent or a mixed solvent composed of two or more of these.

上記炭化水素系溶媒としては、飽和炭化水素、不飽和炭化水素又は芳香族炭化水素が使用できる。
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。
炭化水素系溶媒としては、特にトルエン、キシレンが好ましい。
As the hydrocarbon solvent, saturated hydrocarbon, unsaturated hydrocarbon, or aromatic hydrocarbon can be used.
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.
As the hydrocarbon solvent, toluene and xylene are particularly preferable.

非プロトン性溶媒及び炭化水素系溶媒は、あらかじめ脱水されていることが好ましい。具体的には、水分含有量として100重量ppm以下が好ましく、特に30重量ppm以下であることが好ましい。   The aprotic solvent and the hydrocarbon solvent are preferably dehydrated in advance. Specifically, the water content is preferably 100 ppm by weight or less, and particularly preferably 30 ppm by weight or less.

必要に応じて使用する溶媒に他の溶媒を添加してもよい。
当該他の溶媒の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;テトラヒドロフラン等のエーテル類;エタノール、ブタノール等のアルコール類;酢酸エチル等のエステル類等;ジクロロメタン、クロロベンゼン、フッ化ヘプタン、フッ化ベンゼン2、3‐ジハイドロパーフルオロペンタン、1、1、2、2、3、3、4‐ヘプタフルオロシクロペンタン等のフッ素系化合物等のハロゲン化炭化水素が挙げられる。
You may add another solvent to the solvent used as needed.
Specific examples of the other solvents include ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; ethers such as tetrahydrofuran; alcohols such as ethanol and butanol; esters such as ethyl acetate; dichloromethane, chlorobenzene, heptane fluoride, fluoride Examples thereof include halogenated hydrocarbons such as fluorinated compounds such as benzene 2,3-dihydroperfluoropentane, 1,1,2,2,3,3,4-heptafluorocyclopentane.

上述のスラリー法で使用する溶媒は、後述する製造方法で使用する溶媒にも同様に使用することができる。   The solvent used in the above-described slurry method can be used in the same manner as the solvent used in the production method described later.

溶媒の量は、原料が、溶媒の添加により溶液又はスラリー状になる程度であることが好ましい。通常、溶媒1リットルに対する原料(合計量)の添加量は0.001Kg以上1Kg以下程度となる。好ましくは0.005Kg以上0.5Kg以下、特に好ましくは0.01Kg以上0.3Kg以下である。   The amount of the solvent is preferably such that the raw material becomes a solution or slurry by the addition of the solvent. Usually, the addition amount of the raw material (total amount) with respect to 1 liter of solvent is about 0.001 kg to 1 kg. Preferably they are 0.005 Kg or more and 0.5 Kg or less, Especially preferably, they are 0.01 Kg or more and 0.3 Kg or less.

原料を溶媒中で接触させる方法は、特に限定されない。例えば、撹拌装置を有する容器内で、原料と溶媒の混合物を撹拌させる方法が挙げられ、接触時に撹拌することが好ましい。
接触(反応)工程時の温度は、通常50℃以上300℃以下であり、好ましくは60℃以上250℃以下であり、より好ましくは70℃以上200℃以下である。
また、接触工程時の時間は、通常5分以上200時間以下、好ましくは10分以上100時間以下である。接触工程時の時間が5分未満であると反応が不十分のおそれがある。接触時間が短すぎると原料が残ってしまうおそれがある。
尚、温度や時間は、いくつかの条件をステップにして組み合わせてもよい。例えば、接触開始から1時間は100℃で接触させ、1時間後10時間の間は150℃で加熱する等である。
The method for contacting the raw materials in a solvent is not particularly limited. For example, there is a method of stirring a mixture of a raw material and a solvent in a container having a stirring device, and stirring is preferably performed at the time of contact.
The temperature during the contact (reaction) step is usually 50 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, preferably 60 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, more preferably 70 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.
Moreover, the time at the time of a contact process is 5 minutes or more and 200 hours or less normally, Preferably they are 10 minutes or more and 100 hours or less. If the time during the contacting step is less than 5 minutes, the reaction may be insufficient. If the contact time is too short, the raw material may remain.
Note that the temperature and time may be combined using several conditions as steps. For example, contact may be performed at 100 ° C. for 1 hour from the start of contact, and heated at 150 ° C. for 10 hours after 1 hour.

接触工程は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で実施することが好ましい。不活性ガスの露点は−20℃以下が好ましく、特に好ましくは−40℃以下である。圧力は、通常、常圧〜100MPaであり、好ましくは常圧〜20MPaである。   The contacting step is preferably carried out in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. The dew point of the inert gas is preferably −20 ° C. or less, particularly preferably −40 ° C. or less. The pressure is usually normal pressure to 100 MPa, preferably normal pressure to 20 MPa.

接触処理後、生成した固体部分と溶媒を分離して固体電解質ガラスを回収する。分離は、デカンテーション、ろ過、乾燥等、又はこれら組み合わせ等、公知の方法で実施することができる。   After the contact treatment, the generated solid portion and the solvent are separated to recover the solid electrolyte glass. Separation can be performed by a known method such as decantation, filtration, drying, or a combination thereof.

(v)湿式メカニカルミリング法(湿式MM法)
湿式メカニカルミリング法は、原料を溶媒中でメカニカルミリング処理して製造する方法である。
湿式メカニカルミリング法は、溶媒を加えた状態でメカニカルミリング処理を施すことで、処理時の増粒効果を抑制し、合成反応を効率的に促進できる。これにより、均一性に優れ、未反応原料の含有率が低いイオン伝導性物質を得ることができる。また、原料や反応物の器壁等への固着を防止することができ、製品の歩留を向上できる。
(V) Wet mechanical milling method (wet MM method)
The wet mechanical milling method is a method in which a raw material is manufactured by mechanical milling in a solvent.
In the wet mechanical milling method, the mechanical milling process is performed in a state where a solvent is added, thereby suppressing the effect of increasing the grain size during the process and efficiently promoting the synthesis reaction. Thereby, it is possible to obtain an ion conductive material having excellent uniformity and a low content of unreacted raw materials. Further, it is possible to prevent the raw materials and reactants from sticking to the vessel wall and the like, and to improve the product yield.

溶媒の量は、原料が、溶媒の添加により溶液又はスラリー状になる程度であることが好ましい。通常、溶媒1リットルに対する原料(合計量)の添加量は0.01Kg以上1Kg以下程度となる。好ましくは0.1Kg以上1Kg以下、特に好ましくは0.2Kg以上0.8Kg以下である。   The amount of the solvent is preferably such that the raw material becomes a solution or slurry by the addition of the solvent. Usually, the amount of the raw material (total amount) added to 1 liter of solvent is about 0.01 kg to 1 kg. Preferably they are 0.1 kg or more and 1 kg or less, Most preferably, they are 0.2 kg or more and 0.8 kg or less.

メカニカルミリング処理には、種々の形式の粉砕法を用いることができる。特に、遊星型ボールミルを使用するのが好ましい。遊星型ボールミルは、ポットが自転回転しながら、台盤が公転回転し、非常に高い衝撃エネルギーを効率良く発生させることができる。また、ビーズミルも好ましい。   Various types of grinding methods can be used for the mechanical milling treatment. In particular, it is preferable to use a planetary ball mill. The planetary ball mill can efficiently generate very high impact energy by rotating the platform while the pot rotates. Also preferred is a bead mill.

メカニカルミリング処理の回転速度及び回転時間は特に限定されないが、回転速度が速いほど、ガラス状電解質の生成速度は速くなり、回転時間が長いほどガラス状電解質ヘの原料の転化率は高くなる。但し、メカニカルミリング処理の回転速度が速くすると粉砕機にかかる負担が大きくなるおそれがあり、回転時間を長くするとガラス状電解質の製造に時間がかかる。
例えば、遊星型ボールミル機を使用した場合、回転速度を250回転/分以上300回転/分以下とし、5分以上50時間以下処理すればよい。より好ましくは10分以上40時間以下である。
The rotation speed and rotation time of the mechanical milling treatment are not particularly limited, but the higher the rotation speed, the higher the glassy electrolyte generation rate, and the longer the rotation time, the higher the conversion rate of the raw material into the glassy electrolyte. However, if the rotational speed of the mechanical milling process is increased, the burden on the pulverizer may be increased. If the rotation time is increased, it takes time to produce the glassy electrolyte.
For example, when a planetary ball mill is used, the rotational speed may be 250 rpm / min to 300 rpm / min, and the treatment may be 5 minutes to 50 hours. More preferably, it is 10 minutes or more and 40 hours or less.

溶媒の存在下でメカニカルミリング処理するため、処理時間を短縮できる。室温から200℃まで必要に応じて加熱してもよい。
メカニカルミリング処理後の結果物を乾燥し、溶媒を除去することにより、非晶質固体電解質が得られる。
Since mechanical milling is performed in the presence of a solvent, the processing time can be shortened. You may heat from room temperature to 200 degreeC as needed.
An amorphous solid electrolyte is obtained by drying the resulting product after the mechanical milling treatment and removing the solvent.

(vi)改良スラリー法
改良スラリー法は、原料に溶媒中で力学的なエネルギーを与える力学的なエネルギー供与手段と、原料を溶媒中で接触させる接触手段と、力学的なエネルギー供与手段と接触手段を連結する連結手段と、連結手段を通して、原料及び/又は原料の反応物を力学的なエネルギー供与手段と接触手段との間を循環させる循環手段とを備える製造装置を用いて固体電解質を製造する方法である。反応生成物を乾燥し、溶媒を除去することにより、固体電解質ガラスが得られる。
上記原料及び溶媒は、湿式メカニカルミリング法の原料及び溶媒と同様のものが使用できる。
(Vi) Improved slurry method The improved slurry method comprises a mechanical energy supply means for imparting mechanical energy to a raw material in a solvent, a contact means for contacting the raw material in a solvent, a mechanical energy supply means and a contact means. A solid electrolyte is produced using a production apparatus comprising a coupling means for coupling the raw materials and / or a circulation means for circulating the raw material and / or a reactant of the raw material between the mechanical energy supply means and the contact means through the coupling means. Is the method. A solid electrolyte glass is obtained by drying the reaction product and removing the solvent.
The said raw material and solvent can use the same thing as the raw material and solvent of a wet mechanical milling method.

改良スラリー法では、原料に溶媒を加えた状態で反応させる。溶媒を加えた状態で反応させることで、処理時の造粒効果を抑制し、合成反応を効率的に促進できる。これにより、均一性に優れ、未反応原料の含有率が低い固体電解質ガラスを得ることができる。また、原料や反応物の器壁等への固着を防止することができ、製品の歩留を向上できる。   In the improved slurry method, the reaction is performed with the solvent added to the raw material. By making it react in the state which added the solvent, the granulation effect at the time of a process can be suppressed and a synthesis reaction can be accelerated | stimulated efficiently. Thereby, the solid electrolyte glass which is excellent in uniformity and has a low content of unreacted raw materials can be obtained. Further, it is possible to prevent the raw materials and reactants from sticking to the vessel wall and the like, and to improve the product yield.

図4は、改良スラリー法で使用できる製造装置の一例を示す図である。
製造装置1は、原料を粉砕しつつ反応させて固体電解質を合成する粉砕機(粉砕合成手段)10と、原料を反応させて固体電解質を合成する反応槽(合成手段)20とを備える。反応槽20は容器22と撹拌翼24からなり、撹拌翼24はモータ(M)により駆動される。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a production apparatus that can be used in the improved slurry method.
The manufacturing apparatus 1 includes a pulverizer (crushing and synthesizing means) 10 that synthesizes a solid electrolyte by reacting while pulverizing raw materials, and a reaction tank (synthesizing means) 20 that synthesizes the solid electrolyte by reacting the raw materials. The reaction tank 20 includes a container 22 and a stirring blade 24, and the stirring blade 24 is driven by a motor (M).

この装置1を用いて、固体電解質を製造するときは、溶媒と原料を、粉砕機10と反応槽20にそれぞれ供給する。ヒータ30には温水(HW)が入り排出される(RHW)。ヒータ30により粉砕機10内の温度を保ちながら、原料を溶媒中で粉砕しつつ反応させて固体電解質を合成する。オイルバス40により反応槽20内の温度を保ちながら、原料を溶媒中で反応させて固体電解質を合成する。反応槽20内の温度は温度計(Th)で測定する。このとき、撹拌翼24をモータ(M)により回転させて反応系を撹拌し、原料と溶媒からなるスラリーが沈殿しないようにする。冷却管26には冷却水(CW)が入り排出される(RCW)。冷却管26は、容器22内の気化した溶媒を冷却して液化し、容器22内に戻す。粉砕機10と反応槽20で固体電解質を合成する間、ポンプ54により、反応中の原料は連結管50、52を通って、粉砕機10と反応槽20の間を循環する。粉砕機10に送り込まれる原料と溶媒の温度は、粉砕機10前の第2の連結管に設けられた温度計(Th)で測定する。   When manufacturing a solid electrolyte using this apparatus 1, a solvent and a raw material are supplied to the grinder 10 and the reaction tank 20, respectively. Hot water (HW) enters and exits the heater 30 (RHW). While maintaining the temperature in the pulverizer 10 with the heater 30, the raw materials are reacted while being pulverized in a solvent to synthesize a solid electrolyte. While maintaining the temperature in the reaction vessel 20 by the oil bath 40, the raw materials are reacted in a solvent to synthesize a solid electrolyte. The temperature in the reaction vessel 20 is measured with a thermometer (Th). At this time, the stirring blade 24 is rotated by the motor (M) to stir the reaction system so that the slurry composed of the raw material and the solvent does not precipitate. Cooling water (CW) enters and exits the cooling pipe 26 (RCW). The cooling pipe 26 cools and liquefies the vaporized solvent in the container 22 and returns it to the container 22. While the solid electrolyte is synthesized in the pulverizer 10 and the reaction tank 20, the raw material being reacted is circulated between the pulverizer 10 and the reaction tank 20 through the connecting pipes 50 and 52 by the pump 54. The temperature of the raw material and the solvent fed into the pulverizer 10 is measured by a thermometer (Th) provided in the second connecting pipe before the pulverizer 10.

粉砕機10には、粉砕機10内の温度保つために、粉砕機10の周りに温水を通すことのできるヒータ30(第1の温度安定手段)が設けられている。反応槽20は、反応槽20内の温度保つために、オイルバス40(第2の温度安定手段)に入っている。オイルバス40は容器22内の原料と溶媒を所定温度に加熱する。反応槽20には気化した溶媒を冷却して液化する冷却管26が設けられる。   The pulverizer 10 is provided with a heater 30 (first temperature stabilizing means) through which warm water can be passed around the pulverizer 10 in order to keep the temperature inside the pulverizer 10. The reaction tank 20 is in an oil bath 40 (second temperature stabilizing means) in order to maintain the temperature in the reaction tank 20. The oil bath 40 heats the raw material and solvent in the container 22 to a predetermined temperature. The reaction tank 20 is provided with a cooling pipe 26 that cools and vaporizes the evaporated solvent.

粉砕機10と反応槽20は、第1の連結管50と第2の連結管52(連結手段)で連結されている。第1の連結管50は、粉砕機10内の原料と溶媒を反応槽20に移動させ、第2の連結部52は、反応槽20内の原料及び溶媒を粉砕機10内に移動させる。原料等を連結管50、52を通して循環するために、ポンプ54(例えばダイアフラムポンプ)(循環手段)が、第2の連結管52に設けられている。   The pulverizer 10 and the reaction tank 20 are connected by a first connecting pipe 50 and a second connecting pipe 52 (connecting means). The first connecting pipe 50 moves the raw material and solvent in the pulverizer 10 to the reaction tank 20, and the second connecting part 52 moves the raw material and solvent in the reaction tank 20 into the pulverizer 10. A pump 54 (for example, a diaphragm pump) (circulation means) is provided in the second connection pipe 52 in order to circulate the raw materials and the like through the connection pipes 50 and 52.

図5は、スラリー法で使用できる製造装置の他の一例を示す図である。
製造装置2は、第2の連結部52に熱交換器60(熱交換手段)を設けた他は、上述した製造装置1と同じである。製造装置1と同じ部材には同じ符号を付して説明は省略する。
熱交換器60は、反応槽20から送り出される高温の原料と溶剤を冷却して、撹拌機10に送り込む。例えば、反応槽20において、80℃を超える温度で反応を行った場合、原料等の温度を80℃以下に冷却して、撹拌機10に送り込む。
FIG. 5 is a view showing another example of a manufacturing apparatus that can be used in the slurry method.
The manufacturing apparatus 2 is the same as the manufacturing apparatus 1 described above except that a heat exchanger 60 (heat exchange means) is provided in the second connecting portion 52. The same members as those of the manufacturing apparatus 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
The heat exchanger 60 cools the high-temperature raw material and solvent sent out from the reaction tank 20 and sends them to the stirrer 10. For example, when the reaction is performed at a temperature exceeding 80 ° C. in the reaction tank 20, the temperature of the raw material or the like is cooled to 80 ° C. or less and sent to the stirrer 10.

粉砕機10は、原料を粉砕混合しながら反応させ、固体電解質を製造することができるものであればどのような粉砕機でもよい。例えば、回転ミル(転動ミル)、揺動ミル、振動ミル、ビーズミルを挙げることができる。原料を細かく粉砕できる点でビーズミルが好ましい。原料が細かいほど、反応性が高くなり、短時間で固体電解質ガラスを製造できる。   The pulverizer 10 may be any pulverizer as long as the solid electrolyte can be produced by reacting the raw materials while being pulverized and mixed. For example, a rotary mill (rolling mill), a rocking mill, a vibration mill, and a bead mill can be used. A bead mill is preferable in that the raw material can be finely pulverized. The finer the raw material, the higher the reactivity, and the solid electrolyte glass can be produced in a short time.

粉砕機がボールを含む場合は、ボールと容器とが磨耗することによる固体電解質ガラスへの異物混入を防止するため、ボールはジルコニウム製、強化アルミナ製、アルミナ製であることが好ましい。
また、粉砕機10から反応槽20へのボールの混合を防ぐため、必要に応じて粉砕機10又は第1の連結管50にボールと原料及び溶媒を分離するフィルタを設けてもよい。
When the pulverizer includes balls, the balls are preferably made of zirconium, reinforced alumina, or alumina in order to prevent foreign matter from being mixed into the solid electrolyte glass due to wear of the balls and the container.
Moreover, in order to prevent mixing of the balls from the pulverizer 10 to the reaction tank 20, a filter for separating the balls, the raw material, and the solvent may be provided in the pulverizer 10 or the first connecting pipe 50 as necessary.

粉砕機での粉砕温度は、例えば20℃以上80℃以下であり、好ましくは20℃以上60℃以下である。粉砕機での処理温度が20℃未満の場合、製造に要する反応時間を短縮する効果が小さくなるおそれがある。一方、粉砕機での処理温度が80℃超の場合、容器、ボールの材質であるジルコニア、強化アルミナ、アルミナの強度低下が著しく起こるため、容器、ボールの磨耗、劣化や、固体電解質ガラスへの異物混入が生じるおそれがある。   The pulverization temperature in the pulverizer is, for example, 20 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, and preferably 20 ° C. or higher and 60 ° C. or lower. When the processing temperature in a pulverizer is less than 20 ° C., the effect of shortening the reaction time required for production may be reduced. On the other hand, when the processing temperature in the pulverizer is higher than 80 ° C., the strength of the container and ball material zirconia, reinforced alumina, and alumina is significantly reduced, so that the container and ball are worn and deteriorated. There is a risk of contamination.

反応槽20は、原料を反応させ、固体電解質ガラスを製造することができるものであればどのような反応槽でもよい。通常、反応槽は、容器と、攪拌機等の混合手段、冷却手段を有する。混合手段は、容器内の原料と溶媒からなるスラリーを混合し、スラリーが沈殿しないようにする。冷却手段は、蒸発した溶媒を冷却して容器に戻す。   The reaction tank 20 may be any reaction tank as long as it can react the raw materials to produce the solid electrolyte glass. Usually, the reaction tank has a container, mixing means such as a stirrer, and cooling means. The mixing means mixes the slurry composed of the raw material and the solvent in the container so that the slurry does not precipitate. The cooling means cools the evaporated solvent and returns it to the container.

容器22は、金属製又はガラス製であることが好ましい。溶媒の沸点以上の反応温度で反応する場合には耐圧仕様の容器を用いることが好ましい。
容器22内の反応温度は、例えば60℃以上300℃以下であり、好ましくは80℃以上200℃以下である。容器内の反応温度が60℃未満の場合、ガラス化反応に時間がかかり生産効率が十分ではないおそれがある。一方、容器内の反応温度が300℃を超える場合、好ましくない結晶が析出する場合がある。
The container 22 is preferably made of metal or glass. When reacting at a reaction temperature equal to or higher than the boiling point of the solvent, it is preferable to use a pressure resistant container.
The reaction temperature in the container 22 is, for example, 60 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, and preferably 80 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. When the reaction temperature in a container is less than 60 degreeC, there exists a possibility that vitrification reaction may take time and production efficiency may not be enough. On the other hand, when the reaction temperature in the container exceeds 300 ° C., undesirable crystals may be precipitated.

反応は温度が高い領域が速いので高温にすることが好ましいが、粉砕機を80℃を超える温度にすると磨耗等の機械的な問題が発生するおそれがある。従って、反応槽は反応温度を高めに設定し、粉砕機は比較的低温に保つとよい。
反応槽20の容量と粉砕機10の容量との比率は任意でよいが、通常反応槽20の容量は、粉砕機10の容量の1〜100倍程度である。
The reaction is preferably carried out at a high temperature because the region where the temperature is high is fast. However, if the temperature of the pulverizer exceeds 80 ° C., mechanical problems such as wear may occur. Accordingly, the reaction tank is preferably set at a high reaction temperature and the pulverizer is kept at a relatively low temperature.
The ratio between the capacity of the reaction tank 20 and the capacity of the pulverizer 10 may be arbitrary, but the capacity of the reaction tank 20 is usually about 1 to 100 times the capacity of the pulverizer 10.

炭化系水素溶媒の量は、原料が、溶媒の添加により溶液又はスラリー状になる程度であることが好ましい。通常、溶媒1kgに対する原料(合計量)の添加量は0.03Kg以上1Kg以下程度となる。好ましくは0.05Kg以上、より好ましくは0.5Kg以下、特に好ましくは0.1Kg以上0.3Kg以下である。   The amount of the hydrocarbon-based solvent is preferably such that the raw material becomes a solution or slurry by the addition of the solvent. Usually, the amount of raw material (total amount) added to 1 kg of solvent is about 0.03 kg to 1 kg. The amount is preferably 0.05 kg or more, more preferably 0.5 kg or less, particularly preferably 0.1 kg or more and 0.3 kg or less.

(vii)メカニカルミリング法と接触法の交互実施
メカニカルミリング法と接触法の交互実施は、原料をメカニカルミリング処理する工程と、原料を溶媒中で接触させる接触工程とを含み、当該メカニカルミリング処理工程及び当該接触工程を交互に繰り返し行う方法である。
(Vii) Alternate implementation of the mechanical milling method and the contact method The alternate implementation of the mechanical milling method and the contact method includes a step of mechanically milling the raw material and a contact step of contacting the raw material in a solvent, and the mechanical milling treatment step And the contact step is repeated alternately.

メカニカルミリング処理工程は、MM法で例示した種々の形式の粉砕法を用いることができる。また、メカニカルミリング処理工程の温度は、改良スラリー法の力学的なエネルギー供与手段(粉砕機10)の温度と同様である。
メカニカルミリング処理の回転速度及び回転時間は特に限定されないが、回転速度が速いほど、ガラス状電解質の生成速度は速くなり、回転時間が長いほどガラス状電解質ヘの原料の転化率は高くなる。例えば、遊星型ボールミル機を使用した場合、回転速度を250回転/分以上300回転/分以下とし、5分以上50時間以下処理すればよい。
上記処理時間は、遊星型ボールミル機に原料及びガラス状電解質が留まっている時間を示す。従って、原料及びガラス状電解質が遊星型ボールミル機と反応槽を循環するが、反応開始から終了までに原料及びガラス状電解質が遊星型ボールミル機に留まっている時間の合計になる。
上記時間が短いと未反応の原料が残るおそれがあると共に上記時間が長いと粉砕機の容量を大きくし、一度に収納できる原料及びガラス状電解質の量を多くするか、下記する反応終了までの時間が長くなるという問題が発生するおそれがある。
In the mechanical milling process, various types of pulverization methods exemplified by the MM method can be used. The temperature of the mechanical milling process is the same as the temperature of the mechanical energy supply means (pulverizer 10) of the improved slurry method.
The rotation speed and rotation time of the mechanical milling treatment are not particularly limited, but the higher the rotation speed, the higher the glassy electrolyte generation rate, and the longer the rotation time, the higher the conversion rate of the raw material into the glassy electrolyte. For example, when a planetary ball mill is used, the rotational speed may be 250 rpm / min to 300 rpm / min, and the treatment may be 5 minutes to 50 hours.
The treatment time indicates the time that the raw material and the glassy electrolyte remain in the planetary ball mill. Accordingly, the raw material and the glassy electrolyte circulate in the planetary ball mill and the reaction vessel, but the total time that the raw material and the glassy electrolyte stay in the planetary ball mill from the start to the end of the reaction.
If the above time is short, unreacted raw materials may remain, and if the above time is long, the capacity of the pulverizer is increased, and the amount of raw materials and glassy electrolyte that can be stored at one time is increased, or until the following reaction is completed. There is a possibility that the problem of long time may occur.

接触工程については、改良スラリー法で例示した接触手段を用いることができる。また、接触工程の温度は、改良スラリー法の接触手段(容器22)における反応温度と同じである。
接触工程の時間は、5分以上200時間以下が好ましい。
ここで、上記接触工程の時間は、反応槽に原料及びガラス状電解質が留まっている時間を示す。従って、原料及びガラス状電解質が遊星型ボールミル機と反応槽を循環するが、反応開始から終了までに原料及びガラス状電解質が反応槽に留まっている時間の合計になる。
About a contact process, the contact means illustrated by the improved slurry method can be used. Moreover, the temperature of a contact process is the same as the reaction temperature in the contact means (container 22) of an improved slurry method.
The time for the contacting step is preferably from 5 minutes to 200 hours.
Here, the time of the said contact process shows the time when the raw material and the glassy electrolyte remain in the reaction tank. Accordingly, the raw material and the glassy electrolyte circulate through the planetary ball mill and the reaction tank, but the total time that the raw material and the glassy electrolyte remain in the reaction tank from the start to the end of the reaction.

上述したメカニカルミリング処理工程と接触工程を、交互に繰り返して行う。繰り返し回数は、2回以上100回以下が好ましい。より好ましくは繰り返し回数が5回以上100回以下であり、さらに好ましくは、10回以上100回以下である。   The mechanical milling process and the contact process described above are repeated alternately. The number of repetitions is preferably 2 or more and 100 or less. More preferably, the number of repetitions is 5 or more and 100 or less, and further preferably 10 or more and 100 or less.

以上、固体電解質ガラスの製造方法を説明したが、上述の製造方法のいずれの場合であっても、原料を混ぜる順番(接触させる順番)は特に限定されず、最終的な固体電解質ガラスの組成が上記式(1)を満たす範囲にあればよい。
例えば原料がNaS、P及びNaBrである場合、メカニカルミリング法であれば、原料のNaS、P及びNaBrとを全て混合した上でミリングしてもよく;NaSとPとをミリングした後、NaBrを加えさらにミリングしてもよく;NaBrとPをミリング後、NaSを加えさらにミリングしてもよく;NaSとNaBrとをミリング後、Pを加えてさらにミリングしてもよい。また、NaSとNaBrを混合しミリング処理した混合物と、NaBrとPを混合しミリングした混合物を混ぜ合わせた上でさらにミリング処理を行ってもよい。
上記の他、2回以上混合処理を行う場合、2種以上の異なる方法を組み合わせてもよい。
固相法であれば、NaSとPをメカニカルミリングで処理した上でNaBrを混合した後、固相法で処理しもよく、NaSとLiBrを固相法で処理を行ったものとPとNaBrとを溶融急冷処理を行ったものを混合し、スラリー法を行うことで固体電解質(ガラス)を製造してもよい。
As mentioned above, although the manufacturing method of solid electrolyte glass was demonstrated, even if it is a case of any of the above-mentioned manufacturing methods, the order (mixing order) which mixes a raw material is not specifically limited, The composition of final solid electrolyte glass is It suffices if it is in a range satisfying the above formula (1).
For example, when the raw materials are Na 2 S, P 2 S 5 and NaBr, if the mechanical milling method is used, the raw materials Na 2 S, P 2 S 5 and NaBr may be mixed and then milled; Na After milling 2 S and P 2 S 5 , NaBr may be added and further milled; after NaBr and P 2 S 5 are milled, Na 2 S may be added and further milled; Na 2 S and NaBr After milling, P 2 S 5 may be added for further milling. Further, a milling treatment may be performed after mixing a mixture obtained by mixing and milling Na 2 S and NaBr and a mixture obtained by mixing and milling NaBr and P 2 S 5 .
In addition to the above, when two or more mixing processes are performed, two or more different methods may be combined.
In the case of the solid phase method, Na 2 S and P 2 S 5 may be processed by mechanical milling, mixed with NaBr, and then processed by the solid phase method. Na 2 S and LiBr may be processed by the solid phase method. A solid electrolyte (glass) may be produced by mixing the obtained one and P 2 S 5 and NaBr that have been subjected to a melt quenching treatment and performing a slurry method.

(3)結晶化固体電解質の製造方法
結晶化固体電解質(固体電解質ガラスセラミック)は、上記非晶質固体電解質(固体電解質ガラス)を加熱処理することにより得られる。加熱は、露点−40℃以下の環境下で行うことが好ましく、より好ましくは露点−60℃以下の環境下で行うことが好ましい。
加熱時の圧力は、常圧であってもよく、減圧下であってもよい。
雰囲気は、空気中であってもよく、不活性雰囲気下であってもよい。
さらに、溶媒中で加熱してもよい。
(3) Manufacturing method of crystallized solid electrolyte A crystallized solid electrolyte (solid electrolyte glass ceramic) is obtained by heat-treating the amorphous solid electrolyte (solid electrolyte glass). Heating is preferably performed in an environment with a dew point of −40 ° C. or lower, more preferably in an environment with a dew point of −60 ° C. or lower.
The pressure at the time of heating may be a normal pressure or a reduced pressure.
The atmosphere may be in the air or an inert atmosphere.
Furthermore, you may heat in a solvent.

加熱温度は、好ましくは、固体電解質ガラスのガラス転移温度(Tg)以上、固体電解質ガラスの結晶化温度(Tc)+100℃以下であることが好ましい。加熱温度が固体電解質ガラスのTg未満の場合、製造時間が非常に長くなるおそれがある。一方、(Tc+100℃)を超えると、得られる固体電解質ガラスセラミック中に不純物等が含まれる場合があり、イオン伝導度が低下するおそれがある。
加熱温度は、より好ましくは、(Tg+5℃)以上、(Tc+90℃)以下、さらに好ましくは、(Tg+10℃)以上、(Tc+80℃)以下である。
例えば、加熱温度は、150℃以上360℃以下であり、好ましくは160℃以上350℃以下であり、より好ましくは180℃以上310℃以下であり、さらに好ましくは180℃以上290℃以下であり、特に好ましくは190℃以上270℃以下である。また、熱物性中に2つの温度ピークがある場合は低温側のピーク温度をこの場合のTcとし、低温側のTcと高温側の第二結晶化ピークと(Tc2)の間で熱処理することが好ましい。
昇温方法については特に指定がない。所定温度までゆっくり昇温してもよいし、急速に加熱してもよい。
The heating temperature is preferably not less than the glass transition temperature (Tg) of the solid electrolyte glass and not more than the crystallization temperature (Tc) of the solid electrolyte glass + 100 ° C. or less. When the heating temperature is less than Tg of the solid electrolyte glass, the production time may be very long. On the other hand, when it exceeds (Tc + 100 ° C.), impurities or the like may be contained in the obtained solid electrolyte glass ceramic, and the ionic conductivity may be lowered.
The heating temperature is more preferably (Tg + 5 ° C.) or more and (Tc + 90 ° C.) or less, and further preferably (Tg + 10 ° C.) or more and (Tc + 80 ° C.) or less.
For example, the heating temperature is 150 ° C. or higher and 360 ° C. or lower, preferably 160 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, more preferably 180 ° C. or higher and 310 ° C. or lower, more preferably 180 ° C. or higher and 290 ° C. or lower, Especially preferably, it is 190 degreeC or more and 270 degrees C or less. Further, when there are two temperature peaks in the thermophysical property, the peak temperature on the low temperature side is defined as Tc in this case, and heat treatment is performed between Tc on the low temperature side and the second crystallization peak on the high temperature side (Tc2). preferable.
There is no specific specification for the temperature raising method. The temperature may be raised slowly to a predetermined temperature or heated rapidly.

固体電解質ガラスの結晶化温度は、例えば熱重量測定装置(メトラートレド社製TGA/DSC1)を使用し、固体電解質ガラス約20mgを、昇温速度10℃/分で加熱することにより測定することで特定できる
尚、結晶化温度等は昇温速度等により変化することあり、熱処理する昇温速度に近い速度での測定でのTcを基準に選ぶ必要がある。
The crystallization temperature of the solid electrolyte glass is measured by heating about 20 mg of the solid electrolyte glass at a heating rate of 10 ° C./min using, for example, a thermogravimetric measuring device (TGA / DSC1 manufactured by METTLER TOLEDO). It can be specified. The crystallization temperature and the like may change depending on the temperature rising rate and the like, and it is necessary to select it based on Tc measured at a rate close to the temperature rising rate for heat treatment.

加熱時間は、0.005分以上、10時間以下が好ましい。さらに好ましくは、0.005分以上、5時間以下であり、特に好ましくは、0.01分以上、3時間以下である。
加熱時間が0.005分未満だと、固体電解質ガラスセラミックが固体電解質ガラスを多く含み、イオン伝導度が低くなるおそれがある。一方、加熱時間が10時間超であると、固体電解質ガラスセラミック中に不純物等が発生する場合があり、イオン伝導度が低下するおそれがある。
The heating time is preferably 0.005 minutes or more and 10 hours or less. More preferably, it is 0.005 minutes or more and 5 hours or less, and particularly preferably 0.01 minutes or more and 3 hours or less.
If the heating time is less than 0.005 minutes, the solid electrolyte glass ceramic contains a large amount of solid electrolyte glass, and the ionic conductivity may be lowered. On the other hand, if the heating time exceeds 10 hours, impurities or the like may be generated in the solid electrolyte glass ceramic, and the ionic conductivity may be lowered.

[固体電解質の第2の製造方法]
固体電解質の第1の製造方法の他、以下の第2の製造法方法によっても本発明の固体電解質)を製造することができる。
第2の製造方法は、第1の製造方法の過程で得られる固体電解質ガラスに、さらに、ハロゲン化合物を添加して、所定温度及び所定時間加熱して結晶化する方法である。
固体電解質ガラスとハロゲン化合物は、MM処理等により混合しておくことが好ましい。使用できる材料、固体電解質ガラスの製造方法、固体電解質ガラスにハロゲン化合物を添加した混合材料の加熱時間、加熱温度等は第1の製造方法の結晶化と同様である。
[Second Manufacturing Method of Solid Electrolyte]
The solid electrolyte of the present invention can be produced not only by the first production method of the solid electrolyte but also by the following second production method.
The second production method is a method in which a halogen compound is further added to the solid electrolyte glass obtained in the course of the first production method, followed by crystallization by heating at a predetermined temperature and for a predetermined time.
The solid electrolyte glass and the halogen compound are preferably mixed by MM treatment or the like. The materials that can be used, the method for producing the solid electrolyte glass, the heating time and the heating temperature of the mixed material obtained by adding the halogen compound to the solid electrolyte glass are the same as in the crystallization of the first production method.

尚、第2の製造方法において、固体電解質ガラスの原料として使用するハロゲン化合物の量と、固体電解質ガラスに添加するハロゲン化合物の合計量は、第1の製造方法における固体電解質ガラスの原料として使用するハロゲン化合物の量と同様である。固体電解質(ガラス)の原料であるハロゲン化合物と、固体電解質ガラスに添加するハロゲン化合物との割合は特に限定しない。   In the second production method, the amount of the halogen compound used as the raw material for the solid electrolyte glass and the total amount of the halogen compound added to the solid electrolyte glass are used as the raw material for the solid electrolyte glass in the first production method. This is the same as the amount of the halogen compound. The ratio of the halogen compound which is a raw material of the solid electrolyte (glass) and the halogen compound added to the solid electrolyte glass is not particularly limited.

[固体電解質の第3の製造方法]
上記の固体電解質の第1及び第2の製造方法の他、以下の第3の製造法方法によっても本発明の固体電解質(固体電解質ガラスセラミック)を製造することができる。
第3の製造方法は、ハロゲン化合物を使用せずにハロゲン元素を含まない固体電解質ガラスを製造し、当該ハロゲン元素を含まない固体電解質ガラスとハロゲン化合物を所定温度で所定時間加熱処理して結晶化することにより固体電解質(固体電解質ガラスセラミック)を製造する。
使用できる材料、固体電解質ガラスの製造方法、結晶化条件等は第1の製造方法と同様である。
[Third Manufacturing Method of Solid Electrolyte]
The solid electrolyte (solid electrolyte glass ceramic) of the present invention can be produced not only by the first and second production methods of the solid electrolyte but also by the following third production method.
In the third production method, a solid electrolyte glass containing no halogen element is produced without using a halogen compound, and the solid electrolyte glass not containing the halogen element and the halogen compound are heat-treated at a predetermined temperature for a predetermined time for crystallization. Thus, a solid electrolyte (solid electrolyte glass ceramic) is manufactured.
The materials that can be used, the production method of the solid electrolyte glass, the crystallization conditions, and the like are the same as those in the first production method.

第3の製造方法に用いる固体電解質ガラスは、好ましくは下記式(1’)で表わされる固体電解質ガラスである。
…(1’)
(L、P、S、a、c及びdは、式(1)と同様である。)
The solid electrolyte glass used in the third production method is preferably a solid electrolyte glass represented by the following formula (1 ′).
L a P c S d (1 ′)
(L, P, S, a, c, and d are the same as in equation (1).)

式(1’)で表わされる化合物は、式(3)で表わされる化合物と、硫化燐、硫黄及び燐、硫化燐及び硫黄、並びに硫化燐、硫黄及び燐から選択されるいずれか1つを用いることにより製造できる。   As the compound represented by the formula (1 ′), the compound represented by the formula (3) and any one selected from phosphorus sulfide, sulfur and phosphorus, phosphorus sulfide and sulfur, and phosphorus sulfide, sulfur and phosphorus are used. Can be manufactured.

第3の製造方法に用いるハロゲン元素を含まない固体電解質ガラスの原料として硫化ナトリウムと五硫化二燐を用いる場合、硫化ナトリウムと五硫化二リンの割合(モル比)は、例えば60:40〜90:10であり、好ましくは65:35〜85:15又は70:30〜90:10であり、より好ましくは67:33〜83:17又は72:28〜88:12であり、さらに好ましくは67:33〜80:20又は74:26〜86:14であり、特に好ましくは70:30〜80:20又は75:25〜85:15であり、最も好ましくは72:28〜78:22、又は77:23〜83:17である。   When using sodium sulfide and phosphorous pentasulfide as the raw material for the solid electrolyte glass containing no halogen element used in the third production method, the ratio (molar ratio) of sodium sulfide to phosphorous pentasulfide is, for example, 60:40 to 90 : 10, preferably 65:35 to 85:15 or 70:30 to 90:10, more preferably 67:33 to 83:17 or 72:28 to 88:12, and even more preferably 67 : 33-80: 20 or 74: 26-86: 14, particularly preferably 70: 30-80: 20 or 75: 25-85: 15, most preferably 72: 28-78: 22, or 77: 23-83: 17.

固体電解質ガラスとハロゲン化合物の使用割合(モル比)は、例えば50:50〜99:1であり、好ましくは55:45〜97:3又は70:30〜98:2であり、より好ましくは60:40〜96:4又は80:10〜98:2であり、さらに好ましくは70:30〜96:4又は80:20〜98:2であり、最も好ましくは、85:15〜97:3である。
尚、第3の製造方法で用いる固体電解質ガラスとハロゲン化合物は、MM処理等により混合してから加熱処理することが好ましい。
The use ratio (molar ratio) of the solid electrolyte glass and the halogen compound is, for example, 50:50 to 99: 1, preferably 55:45 to 97: 3 or 70:30 to 98: 2, and more preferably 60. : 40 to 96: 4 or 80:10 to 98: 2, more preferably 70:30 to 96: 4 or 80:20 to 98: 2, most preferably 85:15 to 97: 3. is there.
In addition, it is preferable to heat-process, after mixing the solid electrolyte glass and halogen compound used with a 3rd manufacturing method by MM process.

[電池構成材料]
本発明の固体電解質は、加水分解しにくく、高いイオン伝導度を有するため、全固体電池の固体電解質層等として特に好適に用いることができる。
本発明の固体電解質は、バインダー(結着剤)、正極活物質、負極活物質、導電助剤、上記ハロゲン化合物、有機溶媒等と混合して、固体電解質組成物として使用してもよい。
固体電解質組成物は、正極、電解質層、負極等、電池の構成材料として、及び電池を構成する部材(層)を形成するための材料として使用できる。
[Battery materials]
Since the solid electrolyte of the present invention is hardly hydrolyzed and has high ionic conductivity, it can be particularly suitably used as a solid electrolyte layer of an all-solid battery.
The solid electrolyte of the present invention may be used as a solid electrolyte composition by mixing with a binder (binder), a positive electrode active material, a negative electrode active material, a conductive additive, the halogen compound, an organic solvent, and the like.
The solid electrolyte composition can be used as a constituent material of a battery, such as a positive electrode, an electrolyte layer, and a negative electrode, and a material for forming a member (layer) constituting the battery.

バインダーとしては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂;ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂;エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、スルホン化EPDM、天然ブチルゴム(NBR)等を1種単独で又は2種以上の混合物として用いることができる。
また、セルロース系バインダー、スチレンブタジエンゴム(SBR)の水分散体等の水系バインダーを用いることもできる。
Examples of binders include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-containing resins such as fluorine rubber; thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene; ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), sulfonated EPDM, natural Butyl rubber (NBR) or the like can be used alone or as a mixture of two or more.
In addition, an aqueous binder such as a cellulose binder or an aqueous dispersion of styrene butadiene rubber (SBR) can also be used.

正極活物質としては、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープすることができる化合物であれば特に限定されず、好ましくは無機化合物である正極活物質である。
硫化物系正極活物質では、硫黄(S)、硫化チタン(TiS),硫化モリブデン(MoS)、硫化鉄(FeS,FeS)、硫化銅(CuS)及び硫化ニッケル(Ni)等が挙げられ、好ましくはTiSである。
酸化物系正極活物質では、酸化ビスマス(Bi)、鉛酸ビスマス(BiPb)、酸化銅(CuO)、酸化バナジウム(V13)等が挙げられる。
ナトリウム無機化合物である正極活物質では、NaFeO、NaMnO、NaNiO、NaCoO等のNaM1で表される酸化物;Na0.44Mn1−aM1で表される酸化物;Na0.7Mn1−aM12.05で表される酸化物(M1は1種以上の遷移金属元素、0≦a<1)、NaFeSi1230、NaFeSi1230等のNaM2Si1230で表される酸化物(M2は1種以上の遷移金属元素、2≦b≦6、2≦c≦5);NaFeSi18、NaMnFeSi18等のNadM3Si18で表される酸化物(M3は1種以上の遷移金属元素、3≦d≦6、1≦e≦2)、NaFeSiO等のNaM4Siで表される酸化物(M4は遷移金属元素、Mg及びAlからなる群より選ばれる1種以上の元素、1≦f≦2、1≦g≦2)、NaFePO、NaFe(PO等のリン酸塩;NaFeBO、NaFe(BO等のホウ酸塩;NaFeFおよびNaMnF等のNaM5Fで表されるフッ化物(M5は1種以上の遷移金属元素、2≦h≦3)等が挙げられる。
The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a compound capable of doping and dedoping sodium ions, and is preferably a positive electrode active material that is an inorganic compound.
In the sulfide-based positive electrode active material, sulfur (S), titanium sulfide (TiS 2 ), molybdenum sulfide (MoS 2 ), iron sulfide (FeS, FeS 2 ), copper sulfide (CuS), and nickel sulfide (Ni 3 S 2 ) Etc., and TiS 2 is preferable.
Examples of the oxide-based positive electrode active material include bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), bismuth leadate (Bi 2 Pb 2 O 5 ), copper oxide (CuO), and vanadium oxide (V 6 O 13 ).
In the positive electrode active material which is a sodium inorganic compound, an oxide represented by NaM1 a O 2 such as NaFeO 2 , NaMnO 2 , NaNiO 2 , NaCoO 2 ; represented by Na 0.44 Mn 1-a M1 a O 2 Oxide; oxide represented by Na 0.7 Mn 1-a M1 a O 2.05 (M1 is one or more transition metal elements, 0 ≦ a <1), Na 6 Fe 2 Si 12 O 30 , Na 2 Fe 5 Si 12 O 30 Na b M2 c Si 12 O 30 with oxide represented such (M2 is one or more transition metal elements, 2 ≦ b ≦ 6,2 ≦ c ≦ 5); Na 2 Fe 2 Si 6 O 18, Na 2 MnFeSi 6 O 18 oxide represented by NadM3 e Si 6 O 18, such as (M3 is one or more transition metal elements, 3 ≦ d ≦ 6,1 ≦ e ≦ 2) , Na 2 FeSiO 6 etc. Na f 4 g Si oxide represented by 2 O 6 (M4 is a transition metal element, one or more elements selected from the group consisting of Mg and Al, 1 ≦ f ≦ 2,1 ≦ g ≦ 2), NaFePO 4, Phosphate salts such as Na 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 ; Borate salts such as NaFeBO 4 and Na 3 Fe 2 (BO 4 ) 3 ; Tables represented by Na h M5F 6 such as Na 3 FeF 6 and Na 2 MnF 6 Fluoride (M5 is one or more transition metal elements, 2 ≦ h ≦ 3) and the like.

正極活物質の形状としては、粒子形状を挙げることができ、好ましくは真球状叉は楕円球状である。
正極活物質が粒子状である場合は、その平均粒径は、好ましくは0.1〜100μmの範囲内であり、より好ましくは、1〜50μmの範囲、特に好ましくは、1〜25μmの範囲である。正極活物質粒子の平均粒径が上記範囲を逸脱すると、稠密な正極活物質層が得られない場合がある。
Examples of the shape of the positive electrode active material include a particle shape, preferably a true spherical shape or an elliptical spherical shape.
When the positive electrode active material is in the form of particles, the average particle size is preferably in the range of 0.1 to 100 μm, more preferably in the range of 1 to 50 μm, and particularly preferably in the range of 1 to 25 μm. is there. When the average particle diameter of the positive electrode active material particles deviates from the above range, a dense positive electrode active material layer may not be obtained.

負極活物質としては、ナトリウムイオンをドープかつ脱ドープすることができる物質であれば特に限定されず、ナトリウム金属、ナトリウム合金、炭素材料等を用いることができる。
ナトリウム合金としては、Na−Sn、Na−Zn、Na−Al等を挙げることができる。
炭素材料としては、人造黒鉛、黒鉛炭素繊維、樹脂焼成炭素、熱分解気相成長炭素、コークス、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、フルフリルアルコール樹脂焼成炭素、ポリアセン、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、天然黒鉛及び難黒鉛化性炭素が挙げられる。又はその混合物でもよい。炭素材料は、好ましくは人造黒鉛である。
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a substance that can be doped and dedoped with sodium ions, and sodium metal, a sodium alloy, a carbon material, and the like can be used.
Examples of the sodium alloy include Na—Sn, Na—Zn, and Na—Al.
Carbon materials include artificial graphite, graphite carbon fiber, resin-fired carbon, pyrolytic vapor-grown carbon, coke, mesocarbon microbeads (MCMB), furfuryl alcohol resin-fired carbon, polyacene, pitch-based carbon fiber, vapor-phase growth Examples include carbon fiber, natural graphite, and non-graphitizable carbon. Or it may be a mixture thereof. The carbon material is preferably artificial graphite.

導電助剤は、導電性を有していればよく、当該導電助剤の導電率は、好ましくは1×10S/cm以上であり、より好ましくは1×10S/cm以上である。
導電助剤としては、炭素材料、金属粉末及び金属化合物から選択される物質や、これらの混合物が挙げられる。
導電助剤の具体例としては、好ましくは炭素、ニッケル、銅、アルミニウム、インジウム、銀、コバルト、マグネシウム、リチウム、クロム、金、ルテニウム、白金、ベリリウム、イリジウム、モリブデン、ニオブ、オスニウム、ロジウム、タングステン及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む物質であり、より好ましくは炭素単体、炭素、ニッケル、銅、銀、コバルト、マグネシウム、リチウム、ルテニウム、金、白金、ニオブ、オスニウム又はロジウムを含む金属単体、混合物又は化合物である。
特に導電助剤の炭素材料の具体例としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、デンカブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック等のカーボンブラック、黒鉛、炭素繊維、活性炭等が挙げられる。これらは単独でも2種以上でも併用可能である。
上記の導電助剤のなかでも、電子伝導性が高いアセチレンブラック、デンカブラック、ケッチェンブラックが好適である。
The conductive auxiliary agent only needs to have conductivity, and the conductivity of the conductive auxiliary agent is preferably 1 × 10 3 S / cm or more, more preferably 1 × 10 5 S / cm or more. .
Examples of the conductive assistant include substances selected from carbon materials, metal powders and metal compounds, and mixtures thereof.
Specific examples of conductive aids are preferably carbon, nickel, copper, aluminum, indium, silver, cobalt, magnesium, lithium, chromium, gold, ruthenium, platinum, beryllium, iridium, molybdenum, niobium, osnium, rhodium, tungsten And a substance containing at least one element selected from the group consisting of zinc, more preferably simple carbon, carbon, nickel, copper, silver, cobalt, magnesium, lithium, ruthenium, gold, platinum, niobium, osnium or rhodium A simple metal, a mixture or a compound containing
In particular, specific examples of the carbon material for the conductive assistant include carbon black such as ketjen black, acetylene black, denka black, thermal black, and channel black, graphite, carbon fiber, activated carbon, and the like. These can be used alone or in combination of two or more.
Among the above conductive assistants, acetylene black, denka black, and ketjen black having high electron conductivity are preferable.

[全固体電池]
本発明の全固体電池は、上記固体電解質組成物を用いることにより製造することができる。
本発明の電池は、正極層、電解質層及び負極層の少なくとも1つが、本発明の固体電解質を含む。各層の製造は、公知の方法により製造することができる。
尚、上述した固体電解質ガラス(電解質前駆体)を用いて正極層、負極層又は電解質層を製造する場合には、電解質前駆体を用いて層を形成後、上記所定の加熱条件により加熱して本発明の電池を製造することもできる。
[All-solid battery]
The all solid state battery of the present invention can be manufactured by using the solid electrolyte composition.
In the battery of the present invention, at least one of the positive electrode layer, the electrolyte layer, and the negative electrode layer includes the solid electrolyte of the present invention. Each layer can be manufactured by a known method.
In addition, when manufacturing a positive electrode layer, a negative electrode layer, or an electrolyte layer using the above-described solid electrolyte glass (electrolyte precursor), the layer is formed using the electrolyte precursor, and then heated under the predetermined heating condition. The battery of the present invention can also be manufactured.

本発明の他の電池は、正極層、電解質層及び負極層の少なくとも1つが、本発明の固体電解質及び電解質組成物の少なくとも1つを用いて製造された電池である。
正極層、電解質層及び負極層の少なくとも1つが本発明の固体電解質又は電解質組成物を用いて製造されておればよく、その他については、上記本発明の電池と同様である。
以下、本発明の電池の各層について説明する。
Another battery of the present invention is a battery in which at least one of a positive electrode layer, an electrolyte layer, and a negative electrode layer is manufactured using at least one of the solid electrolyte and the electrolyte composition of the present invention.
It suffices that at least one of the positive electrode layer, the electrolyte layer, and the negative electrode layer is manufactured using the solid electrolyte or electrolyte composition of the present invention, and the others are the same as those of the battery of the present invention.
Hereinafter, each layer of the battery of the present invention will be described.

[固体電解質層(固体電解質シート)]
本発明の電解質層(固体電解質シート)は、本発明の固体電解質及び固体電解質組成物の少なくとも一方を含む。本発明の固体電解質の他に、使用目的に応じて、上述したバインダー等を含有していてもよく、他の電解質(ポリマー系固体電解質、酸化物系固体電解質、電解質前駆体)を含んでいてもよい。
[Solid electrolyte layer (solid electrolyte sheet)]
The electrolyte layer (solid electrolyte sheet) of the present invention includes at least one of the solid electrolyte and the solid electrolyte composition of the present invention. In addition to the solid electrolyte of the present invention, it may contain the above-described binder or the like according to the purpose of use, and includes other electrolytes (polymer-based solid electrolyte, oxide-based solid electrolyte, electrolyte precursor). Also good.

固体電解質層の固体電解質は、融着していていることが好ましい。ここで、融着とは、固体電解質粒子の一部が溶解し、溶解した部分が他の個体電解質粒子と一体化することを意味する。
また、固体電解質層は、固体電解質の板状体であってもよい。尚、固体電解質粒子の一部又は全部が溶解し、板状体になっている場合も含む。
固体電解質層の厚さは、目的とする全固体電池の種類によって適宜選択すればよいが、通常、1μm〜500μmの範囲であることが好ましい。より好ましくは、10〜300μmであり、特に好ましくは、20〜150μmである。
The solid electrolyte of the solid electrolyte layer is preferably fused. Here, the fusion means that a part of the solid electrolyte particles is dissolved, and the dissolved part is integrated with other solid electrolyte particles.
The solid electrolyte layer may be a solid electrolyte plate. In addition, the case where part or all of the solid electrolyte particles are dissolved to form a plate-like body is included.
The thickness of the solid electrolyte layer may be appropriately selected depending on the type of the all-solid battery intended, but is usually preferably in the range of 1 μm to 500 μm. More preferably, it is 10-300 micrometers, Most preferably, it is 20-150 micrometers.

固体電解質層は、例えば本発明の固体電解質、バインダー及び溶媒を含むスラリーを塗布することで製造できる。また、粒状の固体電解質を用いて静電スクリーン印刷法により製造してもよい。   A solid electrolyte layer can be manufactured by apply | coating the slurry containing the solid electrolyte of this invention, a binder, and a solvent, for example. Moreover, you may manufacture by an electrostatic screen printing method using a granular solid electrolyte.

[正極層]
本発明の固体電解質及び正極活物質を含む正極層における、正極活物質の含有量は、50〜90重量%の範囲であることが好ましく、60〜80重量%の範囲内であることがより好ましい。
正極層に用いる固体電解質は、固体電解質ガラスセラミック、固体電解質ガラス、又はこれらの混合物が使用でき、加圧・加熱して電池を成形する場合は、固体電解質ガラスである方がよい。また、正極層は、上記導電助剤、バインダーを含んでもよい。
[Positive electrode layer]
The content of the positive electrode active material in the positive electrode layer containing the solid electrolyte and the positive electrode active material of the present invention is preferably in the range of 50 to 90% by weight, more preferably in the range of 60 to 80% by weight. .
The solid electrolyte used for the positive electrode layer can be a solid electrolyte glass ceramic, a solid electrolyte glass, or a mixture thereof. When a battery is formed by pressurization and heating, the solid electrolyte glass is better. Further, the positive electrode layer may contain the above-mentioned conductive auxiliary agent and binder.

正極層の厚さは、目的とする全固体電池の種類によって適宜選択すればよいが、通常、1μm〜500μmの範囲であることが好ましい。より好ましくは、10〜300μmであり、特に好ましくは、20〜150μmである。   The thickness of the positive electrode layer may be appropriately selected depending on the kind of the all-solid battery intended, but it is usually preferably in the range of 1 μm to 500 μm. More preferably, it is 10-300 micrometers, Most preferably, it is 20-150 micrometers.

正極層は、公知の方法により製造することができ、例えば、塗布法、静電法(静電スプレー法、静電スクリーン法等)により製造することができる。   A positive electrode layer can be manufactured by a well-known method, for example, can be manufactured by the apply | coating method and an electrostatic method (an electrostatic spray method, an electrostatic screen method, etc.).

[負極層]
本発明の固体電解質及び負極活物質を含む負極層における、負極活物質の含有量は、50〜90重量%の範囲であることが好ましく、60〜80重量%の範囲内であることがより好ましい。
負極層に用いる固体電解質は、固体電解質ガラスセラミック、固体電解質ガラス、又はこれらの混合物が使用でき、加圧・加熱して電池を成形する場合は、固体電解質ガラスである方がよい。また、負極層は、上記導電助剤、バインダーを含んでもよい。
負極層の厚み及び製造法は、正極層と同様である。
[Negative electrode layer]
The content of the negative electrode active material in the negative electrode layer containing the solid electrolyte and the negative electrode active material of the present invention is preferably in the range of 50 to 90% by weight, and more preferably in the range of 60 to 80% by weight. .
The solid electrolyte used for the negative electrode layer can be a solid electrolyte glass ceramic, a solid electrolyte glass, or a mixture thereof. When a battery is formed by pressurization and heating, the solid electrolyte glass is better. Moreover, the negative electrode layer may contain the said conductive support agent and a binder.
The thickness and manufacturing method of the negative electrode layer are the same as those of the positive electrode layer.

[集電体]
本発明の電池は、正極層、電解質層及び負極層の他に集電体を使用することが好ましい。集電体は公知のものを用いることができる。例えば、Au、Pt、Al、Ti、又は、Cu等のように、硫化物系固体電解質と反応するものをAu等で被覆した層が使用できる。
[Current collector]
The battery of the present invention preferably uses a current collector in addition to the positive electrode layer, the electrolyte layer, and the negative electrode layer. A known current collector can be used. For example, a layer coated with Au or the like that reacts with a sulfide-based solid electrolyte such as Au, Pt, Al, Ti, or Cu can be used.

比較例1
硫化ナトリウム(高純度化学研究所製)を0.650g(0.00833mol)と五硫化二リン(アルドリッチ社製)を0.618g(0.00278mol)をよく混合した。そして、この混合した粉末と直径10mmのジルコニア製ボール10ケと遊星型ボールミル(フリッチュ社製:型番P−7)アルミナ製ポットに投入し完全密閉するとともにこのアルミナ製ポット内に窒素を充填し、窒素雰囲気にした。
はじめの数分間は、遊星型ボールミルの回転を低速回転(85rpm)にして硫化ナトリウムと五硫化二リンを十分混合した。その後、徐々に遊星型ボールミルの回転数を上げ370rpmまで回転数を上げた。遊星型ボールミルの回転数を370rpmで20時間メカニカルミリングを行った。
このメカニカルミリング処理をした白黄色の粉体をX線測定により評価した結果、ガラス化していることが確認でき、非晶質固体電解質(硫化物系ガラス:NaS/P=75/25、MM法)が得られたことを確認した。この固体電解質前駆体のイオン伝導度は1.0×10−5S/cmであった。
Comparative Example 1
0.650 g (0.00833 mol) of sodium sulfide (manufactured by High Purity Chemical Laboratory) and 0.618 g (0.00278 mol) of diphosphorus pentasulfide (manufactured by Aldrich) were mixed well. Then, the mixed powder, 10 zirconia balls having a diameter of 10 mm, and a planetary ball mill (manufactured by Fritsch Co., Ltd .: Model No. P-7) are put into an alumina pot and completely sealed, and the alumina pot is filled with nitrogen, The atmosphere was nitrogen.
For the first few minutes, the planetary ball mill was rotated at a low speed (85 rpm) to sufficiently mix sodium sulfide and diphosphorus pentasulfide. Thereafter, the rotational speed of the planetary ball mill was gradually increased to 370 rpm. Mechanical milling was performed for 20 hours at a rotational speed of the planetary ball mill at 370 rpm.
As a result of evaluating the mechanically milled white-yellow powder by X-ray measurement, it can be confirmed that it is vitrified, and an amorphous solid electrolyte (sulfide-based glass: Na 2 S / P 2 S 5 = 75). / 25, MM method) was obtained. The ionic conductivity of this solid electrolyte precursor was 1.0 × 10 −5 S / cm.

尚、イオン伝導度は、以下の方法で評価した。
試料を断面10mmφ(断面積S=0.785cm)、高さ(L)0.1〜0.3cmの形状に成形し、その試料片の上下から電極端子を取り、交流インピーダンス法により測定し(周波数範囲:5MHz〜0.5Hz、振幅:10mV)、Cole−Coleプロットを得た。高周波側領域に観測される円弧の右端付近で、−Z’’(Ω)が最小となる点での実数部Z’(Ω)を電解質のバルク抵抗R(Ω)とし、以下式に従い、イオン伝導度σ(S/cm)を計算した。
R=ρ(L/S)
σ=1/ρ
本実施例では、リードの距離を約60cmとして測定した。
The ionic conductivity was evaluated by the following method.
A sample was formed into a shape with a cross section of 10 mmφ (cross section S = 0.785 cm 2 ) and a height (L) of 0.1 to 0.3 cm, electrode terminals were taken from the top and bottom of the sample piece, and measured by the AC impedance method (Frequency range: 5 MHz to 0.5 Hz, amplitude: 10 mV), Cole-Cole plot was obtained. In the vicinity of the right end of the arc observed in the high-frequency region, the real part Z ′ (Ω) at the point where −Z ″ (Ω) is minimized is defined as the bulk resistance R (Ω) of the electrolyte. The conductivity σ (S / cm) was calculated.
R = ρ (L / S)
σ = 1 / ρ
In this example, the distance between the leads was measured as about 60 cm.

比較例2
比較例1で得られた固体電解質前駆体を、280℃で2時間、加熱処理して結晶化し、固体電解質を得た。加熱処理後の固体電解質のイオン伝導度は2.0×10−4S/cmであった。X線回折測定の結果、立方晶NaPS構造であることが確認され、得られた固体電解質は、固体電解質ガラスセラミックであることが確認された。
Comparative Example 2
The solid electrolyte precursor obtained in Comparative Example 1 was crystallized by heat treatment at 280 ° C. for 2 hours to obtain a solid electrolyte. The ionic conductivity of the solid electrolyte after the heat treatment was 2.0 × 10 −4 S / cm. As a result of X-ray diffraction measurement, it was confirmed that the structure was a cubic Na 3 PS 4 structure, and the obtained solid electrolyte was confirmed to be a solid electrolyte glass ceramic.

実施例1
原料として、比較例1で得られた固体電解質前駆体0.843g、及びヨウ化ナトリウム(アルドリッチ社製)0.156gを用いた他は比較例1と同様にして、非晶質固体電解質(硫化物系ガラス:NaS/P/NaI=63/21/16、MM法)を製造した。この非晶質固体電解質の室温におけるイオン伝導度σは2.5×10−5S/cmであった。
得られた非晶質固体電解質を200℃で2時間、加熱処理して結晶化し、固体電解質を得た。加熱処理後の固体電解質のイオン伝導度は8.0×10−4S/cmであった。
Example 1
An amorphous solid electrolyte (sulfurized) was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that 0.843 g of the solid electrolyte precursor obtained in Comparative Example 1 and 0.156 g of sodium iodide (Aldrich) were used as raw materials. Physical glass: Na 2 S / P 2 S 5 / NaI = 63/21/16, MM method) was produced. The ionic conductivity σ of this amorphous solid electrolyte at room temperature was 2.5 × 10 −5 S / cm.
The obtained amorphous solid electrolyte was crystallized by heat treatment at 200 ° C. for 2 hours to obtain a solid electrolyte. The ionic conductivity of the solid electrolyte after the heat treatment was 8.0 × 10 −4 S / cm.

実施例2
原料として、硫化ナトリウム0.507g(0.0065mol)、五硫化二リン(アルドリッチ社製)0.482g(0.00217mol)、よう化ナトリウム(アルドリッチ社製)0.221g(0.00165mol)を用いた他は、実施例1と同様にして非晶質固体電解質(硫化物系ガラス:NaS/P/NaI=63/21/16、MM法)を製造した。この非晶質固体電解質の室温におけるイオン伝導度σは2.7×10−5S/cmであった
得られた非晶質固体電解質を200℃で2時間、加熱処理して結晶化し、固体電解質を得た。加熱処理後の固体電解質のイオン伝導度は7.5×10−4S/cmであった。
Example 2
As raw materials, 0.507 g (0.0065 mol) of sodium sulfide, 0.482 g (0.00217 mol) of diphosphorus pentasulfide (Aldrich) and 0.221 g (0.00165 mol) of sodium iodide (Aldrich) are used. In the same manner as in Example 1, an amorphous solid electrolyte (sulfide-based glass: Na 2 S / P 2 S 5 / NaI = 63/21/16, MM method) was produced. The ionic conductivity σ of this amorphous solid electrolyte at room temperature was 2.7 × 10 −5 S / cm. The obtained amorphous solid electrolyte was crystallized by heat treatment at 200 ° C. for 2 hours. An electrolyte was obtained. The ionic conductivity of the solid electrolyte after the heat treatment was 7.5 × 10 −4 S / cm.

実施例3
原料として、硫化ナトリウム(高純度化学研究所製)を0.566g(0.00725mol)、五硫化二リン(アルドリッチ社製)0.532g(0.00239mol)、臭化ナトリウム(アルドリッチ社製)0.140g(0.00161mol)を良く混合した。そして、この混合した粉末と直径10mmのジルコニア製ボール10ケと遊星型ボールミル(フリッチュ社製:型番P−7)アルミナ製ポットに投入し完全密閉するとともにこのアルミナ製ポット内にアルゴンを充填し、アルゴン雰囲気にした。
はじめの数分間は、遊星型ボールミルの回転を低速回転(100rpm)にして硫化ナトリウムと五硫化二リンを十分混合した。その後、徐々に遊星型ボールミルの回転数を上げ370rpmまで回転数を上げた。遊星型ボールミルの回転数を370rpmで20時間メカニカルミリングを行い、白黄色の粉体である電解質前駆体(硫化物系ガラス:NaS/P/NaBr=64/21/14、MM法)を得た。この電解質前駆体の室温におけるイオン伝導度σは2.8×10−5S/cmであった。
得られた非晶質固体電解質を、200℃で2時間、加熱処理して結晶化し、固体電解質を得た。加熱処理後の固体電解質のイオン伝導度は1.0×10−3S/cmであった。
Example 3
As raw materials, 0.566 g (0.00725 mol) of sodium sulfide (manufactured by High Purity Chemical Laboratory), 0.532 g (0.00239 mol) of diphosphorus pentasulfide (manufactured by Aldrich), sodium bromide (manufactured by Aldrich) 0 140 g (0.00161 mol) was mixed well. Then, the mixed powder, 10 zirconia balls having a diameter of 10 mm, and a planetary ball mill (manufactured by Fritsch: Model No. P-7) are put into an alumina pot and completely sealed, and the alumina pot is filled with argon, Argon atmosphere.
For the first few minutes, the planetary ball mill was rotated at a low speed (100 rpm) to sufficiently mix sodium sulfide and diphosphorus pentasulfide. Thereafter, the rotational speed of the planetary ball mill was gradually increased to 370 rpm. The planetary ball mill was mechanically milled at 370 rpm for 20 hours, and the electrolyte precursor (sulfide-based glass: Na 2 S / P 2 S 5 / NaBr = 64/21/14, MM, white-yellow powder) Law). The ionic conductivity σ at room temperature of this electrolyte precursor was 2.8 × 10 −5 S / cm.
The obtained amorphous solid electrolyte was crystallized by heat treatment at 200 ° C. for 2 hours to obtain a solid electrolyte. The ionic conductivity of the solid electrolyte after the heat treatment was 1.0 × 10 −3 S / cm.

実施例4
原料として、硫化ナトリウム(高純度化学研究所製)を0.512g(0.00657mol)、五硫化二リン(アルドリッチ社製)0.482g(0.00217mol)、臭化ナトリウム(アルドリッチ社製)0.220g(0.00253mol)を用いた他は、実施例3と同様にして非晶質固体電解質(硫化物系ガラス:NaS/P/NaBr=58/19/23、MM法)を製造した。この非晶質固体電解質の室温におけるイオン伝導度σは3.0×10−5S/cmであった。
得られた非晶質固体電解質を、200℃で2時間、加熱処理して結晶化し、固体電解質を得た。加熱処理後の固体電解質のイオン伝導度は1.3×10−3S/cmであった。
Example 4
As raw materials, sodium sulfide (manufactured by High-Purity Chemical Laboratory) 0.512 g (0.00657 mol), diphosphorus pentasulfide (manufactured by Aldrich) 0.482 g (0.00217 mol), sodium bromide (manufactured by Aldrich) 0 Amorphous solid electrolyte (sulfide-based glass: Na 2 S / P 2 S 5 / NaBr = 58/19/23, MM method, except that .220 g (0.00253 mol) was used ) Was manufactured. The ionic conductivity σ at room temperature of this amorphous solid electrolyte was 3.0 × 10 −5 S / cm.
The obtained amorphous solid electrolyte was crystallized by heat treatment at 200 ° C. for 2 hours to obtain a solid electrolyte. The ionic conductivity of the solid electrolyte after the heat treatment was 1.3 × 10 −3 S / cm.

実施例5
原料として、硫化ナトリウム(高純度化学研究所製)を0.459g(0.00588mol)、五硫化二リン(アルドリッチ社製)0.431g(0.00194mol)、臭化ナトリウム(アルドリッチ社製)0.302g(0.00348mol)を用いた他は、実施例3と同様にして固体電解質前駆体(硫化物系ガラス:NaS/P/NaBr=52/17/31、MM法)を製造した。この非晶質固体電解質の室温におけるイオン伝導度σは3.1×10−5S/cmであった。
得られた非晶質固体電解質を、200℃で2時間、加熱処理し結晶化固体電解質を得た。加熱処理後の固体電解質のイオン伝導度は1.2×10−3S/cmであった。
Example 5
As raw materials, sodium sulfide (manufactured by High-Purity Chemical Laboratory) 0.459 g (0.00588 mol), diphosphorus pentasulfide (manufactured by Aldrich) 0.431 g (0.00194 mol), sodium bromide (manufactured by Aldrich) 0 Solid electrolyte precursor (sulfide glass: Na 2 S / P 2 S 5 / NaBr = 52/17/31, MM method) except that .302 g (0.00348 mol) was used Manufactured. This amorphous solid electrolyte had an ionic conductivity σ at room temperature of 3.1 × 10 −5 S / cm.
The obtained amorphous solid electrolyte was heat-treated at 200 ° C. for 2 hours to obtain a crystallized solid electrolyte. The ionic conductivity of the solid electrolyte after the heat treatment was 1.2 × 10 −3 S / cm.

実施例6
原料として、硫化ナトリウム(高純度化学研究所製)を0.603g(0.00773mol)、五硫化二リン(アルドリッチ社製)0.574g(0.00258mol)、塩化ナトリウム(アルドリッチ社製)0.072g(0.00175mol)を用いた他は、実施例3と同様にして非晶質固体電解質(硫化物系ガラス:NaS/P/NaCl=64/21/14、MM法)を製造した。この非晶質固体電解質の室温におけるイオン伝導度σは1.5×10−5S/cmであった。
得られた非晶質固体電解質を、200℃で2時間、加熱処理して結晶化し、固体電解質を得た。加熱処理後の固体電解質のイオン伝導度は0.6×10−3S/cmであった。
Example 6
As raw materials, 0.63 g (0.00773 mol) of sodium sulfide (manufactured by High Purity Chemical Laboratory), 0.574 g (0.00258 mol) of diphosphorus pentasulfide (manufactured by Aldrich), sodium chloride (manufactured by Aldrich) Amorphous solid electrolyte (sulfide-based glass: Na 2 S / P 2 S 5 / NaCl = 64/21/14, MM method) in the same manner as in Example 3 except that 072 g (0.00175 mol) was used. Manufactured. The ionic conductivity σ of this amorphous solid electrolyte at room temperature was 1.5 × 10 −5 S / cm.
The obtained amorphous solid electrolyte was crystallized by heat treatment at 200 ° C. for 2 hours to obtain a solid electrolyte. The ionic conductivity of the solid electrolyte after the heat treatment was 0.6 × 10 −3 S / cm.

実施例7
アルゴン雰囲気下において硫化ナトリウム(高純度化学研究所製)を0.658g(0.00844mol)と五硫化二リン(アルドリッチ社製)0.471g(0.00212mol){LiS/P=80/20(mol/mol)}となるように混合し、さらに三臭化リン0.160g(0.00058mol)を滴下しよく混合した。そして、この混合した粉末と直径10mmのアルミナ製ボール10ケと遊星型ボールミル(フリッチュ社製:型番P−7)をアルミナ製ポットに投入しアルゴン雰囲気のまま完全密閉した。
はじめの数分間は、遊星型ボールミルの回転を低速回転(100rpm)にして硫化リチウムと五硫化二リンと三臭化リンとを十分混合した。その後、徐々に遊星型ボールミルの回転数を上げ370rpmまで回転数を上げた。遊星型ボールミルの回転数を370rpmで20時間メカニカルミリングを行い、粉体である非晶質固体電解質(硫化物系ガラス:NaS/P/PBr=76/19/5、MM法)を得た。この非晶質固体電解質の室温におけるイオン伝導度σは3.2×10−5S/cmであった。
得られた非晶質固体電解質を、200℃で2時間、加熱処理して結晶化し固体電解質を得た。加熱処理後の固体電解質のイオン伝導度は1.5×10−3S/cmであった。
Example 7
0.658 g (0.00844 mol) of sodium sulfide (manufactured by High Purity Chemical Research Laboratory) and 0.471 g (0.00212 mol) of diphosphorus pentasulfide (manufactured by Aldrich) under an argon atmosphere {Li 2 S / P 2 S 5 = 80/20 (mol / mol)}, and 0.160 g (0.00058 mol) of phosphorus tribromide was further added dropwise and mixed well. The mixed powder, 10 alumina balls having a diameter of 10 mm, and a planetary ball mill (manufactured by Fritsch: Model No. P-7) were put into an alumina pot and completely sealed in an argon atmosphere.
For the first few minutes, the planetary ball mill was rotated at a low speed (100 rpm) to sufficiently mix lithium sulfide, diphosphorus pentasulfide, and phosphorous tribromide. Thereafter, the rotational speed of the planetary ball mill was gradually increased to 370 rpm. A planetary ball mill is mechanically milled at 370 rpm for 20 hours, and is a powdered amorphous solid electrolyte (sulfide glass: Na 2 S / P 2 S 5 / PBr 3 = 76/19/5, MM Law). The ionic conductivity σ at room temperature of this amorphous solid electrolyte was 3.2 × 10 −5 S / cm.
The obtained amorphous solid electrolyte was crystallized by heat treatment at 200 ° C. for 2 hours to obtain a solid electrolyte. The ionic conductivity of the solid electrolyte after the heat treatment was 1.5 × 10 −3 S / cm.

比較例1−2及び実施例1−7の結果を下記表1にまとめる。尚、比較例1及び実施例5については、下記方法により、硫化水素濃度平均値を評価した。   The results of Comparative Example 1-2 and Example 1-7 are summarized in Table 1 below. In addition, about the comparative example 1 and Example 5, the hydrogen sulfide concentration average value was evaluated by the following method.

[硫化水素濃度平均値(ppm)の測定]
図2に示す測定装置を使用した。
測定試料を、露点−80℃の環境の窒素グローボックス内にて乳鉢でよく粉砕した。測定試料0.1gを100mlシュレンク瓶内に封入した。
次に、シュレンク瓶内に一旦水中に通した空気(ウェットエア)を500ml/分で流通させた。ウェットエアの温度は25℃、湿度は80〜90%であった。
流通開始1分後〜1分45秒後の間にシュレンク瓶から排出されたガスを捕集して第一サンプルガスとし、三菱化学アナリテック製TS−100を用いて、紫外蛍光法により硫黄分を定量して、サンプルガスの硫化水素濃度を算出した。尚、サンプルガスをアジレント6890(硫黄選択検出器(SIEVERS355)付)を用いてガスクロマトグラフにて定性分析したところ、硫黄分はその99%以上硫化水素ガスになっていることを確認した。
流通開始5分後〜5分45秒後、流通開始10分後〜10分45秒後、流通開始20分後〜20分45秒後、流通開始60分後〜60分45秒後にシュレンク瓶から排出されたガスについても、第一サンプルガスと同様に測定した。
硫化水素濃度と測定時間から硫化水素濃度平均値(ppm)を求めた。
[Measurement of hydrogen sulfide concentration average value (ppm)]
The measuring device shown in FIG. 2 was used.
The measurement sample was well pulverized in a mortar in a nitrogen glow box in an environment with a dew point of −80 ° C. A measurement sample (0.1 g) was sealed in a 100 ml Schlenk bottle.
Next, air (wet air) once passed through the water in the Schlenk bottle was circulated at 500 ml / min. The temperature of the wet air was 25 ° C. and the humidity was 80 to 90%.
The gas discharged from the Schlenk bottle between 1 minute and 1 minute 45 seconds after the start of distribution is collected and used as the first sample gas. Using TS-100 manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech, sulfur content is obtained by the ultraviolet fluorescence method. The hydrogen sulfide concentration of the sample gas was calculated. The sample gas was qualitatively analyzed with a gas chromatograph using an Agilent 6890 (with a sulfur selective detector (SIEVERS 355)), and it was confirmed that the sulfur content was 99% or more of the hydrogen sulfide gas.
From the Schlenk bottle 5 minutes to 5 minutes 45 seconds after the start of distribution, 10 minutes to 10 minutes 45 seconds after the start of distribution, 20 minutes to 20 minutes 45 seconds after the start of distribution, 60 minutes to 60 minutes 45 seconds after the start of distribution The discharged gas was also measured in the same manner as the first sample gas.
The average value (ppm) of hydrogen sulfide concentration was determined from the hydrogen sulfide concentration and measurement time.

Figure 2014028717
Figure 2014028717

本発明の固体電解質は、電池の電解質層、電極層に用いることができる。   The solid electrolyte of the present invention can be used for an electrolyte layer and an electrode layer of a battery.

1、2 製造装置
10 粉砕機(力学的エネルギー供与手段)
20 反応槽(接触手段)
22 容器
24 撹拌翼
26 冷却管
30 ヒータ
40 オイルバス
50 第1の連結管(連結手段)
52 第2の連結管(連結手段)
54 ポンプ(循環手段)
60 熱交換器
11 測定試料
12 シュレンク瓶
13 流量計
14 水槽
15 ガス採集部
16 トラップ
1, 2 Production equipment 10 Crusher (Mechanical energy supply means)
20 Reaction tank (contact means)
22 container 24 stirring blade 26 cooling pipe 30 heater 40 oil bath 50 first connection pipe (connection means)
52 Second connecting pipe (connecting means)
54 Pump (circulation means)
60 Heat Exchanger 11 Measurement Sample 12 Schlenk Bottle 13 Flowmeter 14 Water Tank 15 Gas Collection Unit 16 Trap

Claims (14)

ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びラジウムから選択される1以上の元素、リン元素、硫黄元素、及びハロゲン元素を含む固体電解質。   A solid electrolyte containing one or more elements selected from sodium, potassium, rubidium, cesium, francium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium and radium, a phosphorus element, a sulfur element, and a halogen element. 下記式(1)を満たす請求項1に記載の固体電解質。
…(1)
(式中、Lは、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba及びRaから選択される1以上の元素である。
Mは、B、Al、Si、Ge、Ga、In、As、Se、Sn、Sb、Te、Pb及びBiから選択される1以上の元素である。
Xは、F、Cl、Br、I、Atから選択される1以上のハロゲン元素である。
a〜eは、各元素の組成比を示し、0.1<a≦15、0≦b≦3、0<c≦5、0<d≦15、0.1<e≦3である。)
The solid electrolyte of Claim 1 which satisfy | fills following formula (1).
L a M b P c S d X e ... (1)
(In the formula, L is one or more elements selected from Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba and Ra.
M is one or more elements selected from B, Al, Si, Ge, Ga, In, As, Se, Sn, Sb, Te, Pb, and Bi.
X is one or more halogen elements selected from F, Cl, Br, I, and At.
a to e indicate the composition ratio of each element, and 0.1 <a ≦ 15, 0 ≦ b ≦ 3, 0 <c ≦ 5, 0 <d ≦ 15, and 0.1 <e ≦ 3. )
前記式(1)のbが0であり、cが1である請求項2に記載の固体電解質。   The solid electrolyte according to claim 2, wherein b in the formula (1) is 0 and c is 1. 4. 前記式(1)において、0.5≦d≦4である請求項2又は3に記載の固体電解質。   The solid electrolyte according to claim 2 or 3, wherein in the formula (1), 0.5≤d≤4. 25℃でのイオン伝導度が3×10−4Scm−1以上である請求項1〜4のいずれかに記載の固体電解質。 The solid electrolyte according to any one of claims 1 to 4, wherein the ionic conductivity at 25 ° C is 3 x 10 -4 Scm -1 or more. 硫化燐、硫黄及び燐、硫化燐及び硫黄、並びに硫化燐、硫黄及び燐から選択されるいずれか1つ、
下記式(2)にで表わされる化合物、及び
下記式(3)で表わされる化合物を用いて得られる請求項1〜5のいずれかに記載の固体電解質。
…(2)
(式(2)中、Qは、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、B、Al、Si、P、S、Ge、Ga、In、As、Se、Sn、Sb、Te、Pb及びBiから選択される1以上である。
wは1〜4の整数のいずれかであり、xは1〜10の整数のいずれかである。
Xは、F、Cl、Br、I、Atから選択される1以上のハロゲン元素である。)
S …(3)
(式(3)中、Lは、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba及びRaから選択される1以上である。
yは0.5〜4である。)
Any one selected from phosphorus sulfide, sulfur and phosphorus, phosphorus sulfide and sulfur, and phosphorus sulfide, sulfur and phosphorus;
The solid electrolyte according to any one of claims 1 to 5, obtained by using a compound represented by the following formula (2) and a compound represented by the following formula (3).
Q w X x (2)
(In the formula (2), Q is Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, B, Al, Si, P, S, Ge, Ga, In, As, One or more selected from Se, Sn, Sb, Te, Pb, and Bi.
w is any integer of 1 to 4, and x is any integer of 1 to 10.
X is one or more halogen elements selected from F, Cl, Br, I, and At. )
L y S (3)
(In Formula (3), L is 1 or more selected from Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Ra.
y is 0.5-4. )
前記式(2)のQがPであり、前記式(2)のXがBr、I又はClである請求項6に記載の固体電解質。   The solid electrolyte according to claim 6, wherein Q in the formula (2) is P, and X in the formula (2) is Br, I, or Cl. 前記式(2)のQがNa、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba又はRaであり、前記式(2)のXがBr、I又はClである請求項6に記載の固体電解質。   The Q in the formula (2) is Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba or Ra, and the X in the formula (2) is Br, I or Cl. The solid electrolyte according to 1. 請求項1〜8のいずれかに記載の固体電解質を含む電解質シート。   An electrolyte sheet comprising the solid electrolyte according to claim 1. 請求項1〜8のいずれかに記載の固体電解質から製造された電解質シート。   The electrolyte sheet manufactured from the solid electrolyte in any one of Claims 1-8. 請求項1〜8のいずれかに記載の固体電解質を含む電極シート。   The electrode sheet containing the solid electrolyte in any one of Claims 1-8. 請求項1〜8のいずれかに記載の固体電解質から製造された電極シート。   The electrode sheet manufactured from the solid electrolyte in any one of Claims 1-8. 請求項1〜8のいずれかに記載の固体電解質を含む二次電池。   The secondary battery containing the solid electrolyte in any one of Claims 1-8. 請求項1〜8のいずれかに記載の固体電解質から製造された二次電池。   The secondary battery manufactured from the solid electrolyte in any one of Claims 1-8.
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