JP2015032550A - Sulfide solid electrolyte material, cell and method of producing sulfide solid electrolyte material - Google Patents

Sulfide solid electrolyte material, cell and method of producing sulfide solid electrolyte material Download PDF

Info

Publication number
JP2015032550A
JP2015032550A JP2013163379A JP2013163379A JP2015032550A JP 2015032550 A JP2015032550 A JP 2015032550A JP 2013163379 A JP2013163379 A JP 2013163379A JP 2013163379 A JP2013163379 A JP 2013163379A JP 2015032550 A JP2015032550 A JP 2015032550A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solid electrolyte
sulfide solid
electrolyte material
electrode active
active material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013163379A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
祐樹 加藤
Yuki Kato
祐樹 加藤
崇督 大友
Takamasa Otomo
崇督 大友
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2013163379A priority Critical patent/JP2015032550A/en
Publication of JP2015032550A publication Critical patent/JP2015032550A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sulfide solid electrolyte material good in ion conductivity.SOLUTION: A sulfide solid electrolyte material contains Li element, Si element, P element and S element and is free of Ge element, Sn element and O element and has a peak at the position of 2θ=29.58°±0.50° in the X-ray diffraction measurement using the CuKα ray but no peak at the position of 2θ=27.33°±0.50° or has a value of I/Iof lower than 0.50, where Iis the diffraction intensity of the peak at 2θ=29.58°±0.50° and Iis the diffraction intensity of the peak at 2θ=27.33°±0.50°.

Description

本発明は、イオン伝導性が良好な硫化物固体電解質材料に関する。   The present invention relates to a sulfide solid electrolyte material having good ion conductivity.

近年におけるパソコン、ビデオカメラおよび携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。また、自動車産業界等においても、電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の高出力かつ高容量の電池の開発が進められている。現在、種々の電池の中でも、エネルギー密度が高いという観点から、リチウム電池が注目を浴びている。   With the rapid spread of information-related equipment and communication equipment such as personal computers, video cameras, and mobile phones in recent years, development of batteries that are used as power sources has been regarded as important. Also in the automobile industry and the like, development of high-power and high-capacity batteries for electric vehicles or hybrid vehicles is being promoted. Currently, lithium batteries are attracting attention among various batteries from the viewpoint of high energy density.

現在市販されているリチウム電池は、可燃性の有機溶媒を含む電解液が使用されているため、短絡時の温度上昇を抑える安全装置の取り付けや短絡防止のための構造・材料面での改善が必要となる。これに対し、電解液を固体電解質層に変えて、電池を全固体化したリチウム電池は、電池内に可燃性の有機溶媒を用いないので、安全装置の簡素化が図れ、製造コストや生産性に優れると考えられている。   Since lithium batteries currently on the market use an electrolyte containing a flammable organic solvent, it is possible to install safety devices that suppress the temperature rise during short circuits and to improve the structure and materials to prevent short circuits. Necessary. In contrast, a lithium battery in which the electrolyte is changed to a solid electrolyte layer to make the battery completely solid does not use a flammable organic solvent in the battery, so the safety device can be simplified, and manufacturing costs and productivity can be reduced. It is considered excellent.

全固体リチウム電池に用いられる固体電解質材料として、硫化物固体電解質材料が知られている。例えば、特許文献1においては、Li(4−x)Ge(1−x)の組成を有するLiイオン伝導体(硫化物固体電解質材料)が開示されている。 A sulfide solid electrolyte material is known as a solid electrolyte material used for an all solid lithium battery. For example, Patent Document 1 discloses a Li ion conductor (sulfide solid electrolyte material) having a composition of Li (4-x) Ge (1-x) P x S 4 .

国際公開第2011/118801号International Publication No. 2011/118801

電池の高出力化の観点から、イオン伝導性が良好な固体電解質材料が求められている。本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、イオン伝導性が良好な硫化物固体電解質材料を提供することを主目的とする。   From the viewpoint of increasing the output of a battery, a solid electrolyte material having good ion conductivity is required. The present invention has been made in view of the above problems, and a main object of the present invention is to provide a sulfide solid electrolyte material having good ion conductivity.

上記課題を解決するために、本発明においては、Li元素、Si元素、P元素およびS元素を含有し、Ge元素、Sn元素およびO元素を含有せず、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=29.58°±0.50°の位置にピークを有し、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=27.33°±0.50°の位置にピークを有しないか、上記2θ=27.33°±0.50°の位置にピークを有する場合、上記2θ=29.58°±0.50°のピークの回折強度をIとし、上記2θ=27.33°±0.50°のピークの回折強度をIとした際に、I/Iの値が0.50未満であることを特徴とする硫化物固体電解質材料を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, X-ray diffraction measurement using a CuKα ray, which contains Li element, Si element, P element and S element, does not contain Ge element, Sn element and O element. Or 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° at the peak, and X-ray diffraction measurement using CuKα ray does not have a peak at 2θ = 27.33 ° ± 0.50 °, when having peaks at the 2θ = 27.33 ° ± 0.50 °, the diffraction intensity of the peak of the 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° and I a, the 2θ = 27.33 ° ± Provided is a sulfide solid electrolyte material characterized in that the value of I B / I A is less than 0.50 when the diffraction intensity of a peak at 0.50 ° is I B.

本発明によれば、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相の割合が高いため、イオン伝導性が良好な硫化物固体電解質材料とすることができる。   According to the present invention, since the ratio of the crystal phase having a peak near 2θ = 29.58 ° is high, a sulfide solid electrolyte material having good ion conductivity can be obtained.

また、本発明においては、Li元素およびS元素から構成される八面体Oと、M元素およびS元素から構成される四面体Tと、M元素およびS元素から構成される四面体Tとを有し、上記四面体Tおよび上記八面体Oは稜を共有し、上記四面体Tおよび上記八面体Oは頂点を共有する結晶構造を主体として含有し、上記M元素および上記M元素の少なくとも一方はSi元素を含み、上記M元素および上記M元素の少なくとも一方はP元素を含み、Ge元素、Sn元素およびO元素を含有しないことを特徴とする硫化物固体電解質材料を提供する。 In the present invention, the octahedron O composed of Li element and S elements, M a element and the tetrahedron T 1 composed of S elements, M b element and tetrahedron T consists S elements The tetrahedron T 1 and the octahedron O share a ridge, and the tetrahedron T 2 and the octahedron O mainly contain a crystal structure sharing a vertex, and the Ma element and at least one of the M b element comprises a Si element, at least one of the M a element and the M b element comprises a P element, Ge element, sulfide solid which is characterized by not containing Sn element and O elemental An electrolyte material is provided.

本発明によれば、八面体O、四面体Tおよび四面体Tが所定の結晶構造(三次元構造)を有することから、イオン伝導性が良好な硫化物固体電解質材料とすることができる。 According to the present invention, since octahedron O, tetrahedron T 1 and tetrahedron T 2 have a predetermined crystal structure (three-dimensional structure), a sulfide solid electrolyte material having good ion conductivity can be obtained. .

上記発明においては、上記Si元素および上記P元素の合計に対する上記P元素のモル比が、0.5〜0.7の範囲内であることが好ましい。   In the said invention, it is preferable that the molar ratio of the said P element with respect to the sum total of the said Si element and the said P element exists in the range of 0.5-0.7.

上記発明においては、上記硫化物固体電解質材料が、Li(4−x)Si(1−x)(xは、0.5≦x≦0.7を満たす)で表されることが好ましい。 In the above invention, the sulfide solid electrolyte material is represented by Li (4-x) Si (1-x) P x S 4 (x satisfies 0.5 ≦ x ≦ 0.7). Is preferred.

また、本発明においては、正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成された電解質層とを含有する電池であって、上記正極活物質層、上記負極活物質層および上記電解質層の少なくとも一つが、上述した硫化物固体電解質材料を含有することを特徴とする電池を提供する。   In the present invention, a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer In which at least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the electrolyte layer contains the sulfide solid electrolyte material described above.

本発明によれば、上述した硫化物固体電解質材料を用いることにより、高出力な電池とすることができる。   According to the present invention, a high-power battery can be obtained by using the above-described sulfide solid electrolyte material.

また、本発明においては、上述した硫化物固体電解質材料の製造方法であって、上記硫化物固体電解質材料の構成成分を含有する原料組成物を用いて、メカニカルミリングにより、非晶質化したイオン伝導性材料を合成するイオン伝導性材料合成工程と、上記非晶質化したイオン伝導性材料を加熱することにより、上記硫化物固体電解質材料を得る加熱工程と、を有することを特徴とする硫化物固体電解質材料の製造方法を提供する。   Further, in the present invention, there is provided a method for producing the sulfide solid electrolyte material described above, wherein the ionized by mechanical milling using the raw material composition containing the components of the sulfide solid electrolyte material. Sulfurization comprising: an ion conductive material synthesis step for synthesizing a conductive material; and a heating step for obtaining the sulfide solid electrolyte material by heating the amorphous ion conductive material. A method for producing a solid electrolyte material is provided.

本発明によれば、イオン伝導性材料合成工程で非晶質化を行い、その後、加熱工程を行うことにより、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相の割合が高い硫化物固体電解質材料を得ることができる。そのため、イオン伝導性が良好な硫化物固体電解質材料を得ることができる。   According to the present invention, a sulfide solid electrolyte having a high proportion of crystal phase having a peak near 2θ = 29.58 ° is obtained by performing amorphization in an ion conductive material synthesis step and then performing a heating step. Material can be obtained. Therefore, a sulfide solid electrolyte material having good ion conductivity can be obtained.

本発明においては、イオン伝導性が良好な硫化物固体電解質材料を得ることができるという効果を奏する。   In this invention, there exists an effect that the sulfide solid electrolyte material with favorable ion conductivity can be obtained.

本発明の硫化物固体電解質材料の結晶構造の一例を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining an example of the crystal structure of the sulfide solid electrolyte material of this invention. 本発明の電池の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the battery of this invention. 本発明の硫化物固体電解質材料の製造方法の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing method of the sulfide solid electrolyte material of this invention. 実施例1〜3で得られた硫化物固体電解質材料のX線回折スペクトルである。It is an X-ray diffraction spectrum of the sulfide solid electrolyte material obtained in Examples 1-3. 実施例4、5で得られた硫化物固体電解質材料のX線回折スペクトルである。4 is an X-ray diffraction spectrum of the sulfide solid electrolyte material obtained in Examples 4 and 5. FIG. 比較例1〜3で得られた硫化物固体電解質材料のX線回折スペクトルである。It is an X-ray diffraction spectrum of the sulfide solid electrolyte material obtained in Comparative Examples 1-3. 実施例1〜5および比較例1〜3で得られた硫化物固体電解質材料のLiイオン伝導度の測定結果である。It is a measurement result of Li ion conductivity of the sulfide solid electrolyte material obtained in Examples 1-5 and Comparative Examples 1-3.

以下、本発明の硫化物固体電解質材料、電池、および硫化物固体電解質材料の製造方法について、詳細に説明する。   Hereinafter, the sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing the sulfide solid electrolyte material of the present invention will be described in detail.

A.硫化物固体電解質材料
まず、本発明の硫化物固体電解質材料について説明する。本発明の硫化物固体電解質材料は、2つの実施態様に大別することができる。そこで、本発明の硫化物固体電解質材料について、第一実施態様および第二実施態様に分けて説明する。
A. First, the sulfide solid electrolyte material of the present invention will be described. The sulfide solid electrolyte material of the present invention can be roughly divided into two embodiments. Therefore, the sulfide solid electrolyte material of the present invention will be described separately for the first embodiment and the second embodiment.

1.第一実施態様
第一実施態様の硫化物固体電解質材料は、Li元素、Si元素、P元素およびS元素を含有し、Ge元素、Sn元素およびO元素を含有せず、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=29.58°±0.50°の位置にピークを有し、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=27.33°±0.50°の位置にピークを有しないか、上記2θ=27.33°±0.50°の位置にピークを有する場合、上記2θ=29.58°±0.50°のピークの回折強度をIとし、上記2θ=27.33°±0.50°のピークの回折強度をIとした際に、I/Iの値が0.50未満であることを特徴とするものである。
1. First Embodiment The sulfide solid electrolyte material of the first embodiment contains Li element, Si element, P element and S element, does not contain Ge element, Sn element and O element, and uses CuKα rays. It has a peak at the position of 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° in the line diffraction measurement, and has a peak at the position of 2θ = 27.33 ° ± 0.50 ° in the X-ray diffraction measurement using the CuKα ray. If the peak has a peak at the position of 2θ = 27.33 ° ± 0.50 °, the diffraction intensity of the peak at 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° is I A , and the above 2θ = 27. the diffraction intensity of the peak of 33 ° ± 0.50 ° upon the I B, in which the value of I B / I a is equal to or less than 0.50.

第一実施態様によれば、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相の割合が高いため、イオン伝導性が良好な硫化物固体電解質材料とすることができる。さらに、Siが含まれることから、還元電位が低い硫化物固体電解質材料とすることができる。Siは、イオン半径が小さく、Sと強固な結合を作ることから、還元分解されにくい性質を有すると考えられ、その結果、還元電位が低くなると推定される。また、第一実施態様の硫化物固体電解質材料は、Ge元素およびSn元素を含有しないため、還元分解されにくい硫化物固体電解質材料とすることができる。なお、Liとの合金化電位を比べると、Siは0.35V(Li/Li)付近であるのに対して、Geは0.4V(Li/Li)付近であり、Snは0.6V(Li/Li)付近である。また、第一実施態様の硫化物固体電解質材料は、Ge元素およびSn元素よりも安価なSi元素を用いることで、低コスト化を図ることができる。また、第一実施態様の硫化物固体電解質材料は、O元素を含有しないため、イオン伝導性の高い硫化物固体電解質材料とすることができる。例えば、酸素を含有する原料を用いた場合、結晶中にO元素が偏在した硫化物固体電解質材料となる可能性がある。LiSiPS系では、偏在したO元素が、イオン伝導を阻害する可能性がある。 According to the first embodiment, since the ratio of the crystal phase having a peak near 2θ = 29.58 ° is high, a sulfide solid electrolyte material having good ion conductivity can be obtained. Furthermore, since Si is contained, a sulfide solid electrolyte material having a low reduction potential can be obtained. Since Si has a small ionic radius and forms a strong bond with S, it is considered that Si has a property that is difficult to be reduced and decomposed, and as a result, it is presumed that the reduction potential is lowered. Moreover, since the sulfide solid electrolyte material of the first embodiment does not contain Ge element and Sn element, it can be a sulfide solid electrolyte material that is not easily reduced and decomposed. Incidentally, when comparing the alloying potential between Li, Si whereas a near 0.35V (Li / Li +), Ge is around 0.4V (Li / Li +), Sn 0. It is around 6 V (Li / Li + ). Moreover, the sulfide solid electrolyte material of the first embodiment can reduce the cost by using a Si element that is cheaper than the Ge element and the Sn element. Moreover, since the sulfide solid electrolyte material of the first embodiment does not contain an O element, it can be a sulfide solid electrolyte material having high ion conductivity. For example, when a raw material containing oxygen is used, there is a possibility that a sulfide solid electrolyte material in which O element is unevenly distributed in the crystal is obtained. In the LiSiPS system, the unevenly distributed O element may inhibit ionic conduction.

ここで、特許文献1に記載されたLiGePS系の硫化物固体電解質材料は、29.58°付近にピークを有する。このピークを有する結晶相を、結晶相Aとする。結晶相Aは、イオン伝導性が高い結晶相である。また、結晶相Aは、通常、2θ=17.38°、20.18°、20.44°、23.56°、23.96°、24.93°、26.96°、29.07°、29.58°、31.71°、32.66°、33.39°の位置にピークを有する。なお、これらのピーク位置は、材料組成等によって結晶格子が若干変化し、±0.50°の範囲で前後する場合がある。第一実施態様の硫化物固体電解質材料は、結晶相Aと同様の結晶相を有すると考えられる。   Here, the LiGePS-based sulfide solid electrolyte material described in Patent Document 1 has a peak in the vicinity of 29.58 °. The crystal phase having this peak is referred to as crystal phase A. Crystal phase A is a crystal phase with high ion conductivity. The crystal phase A is usually 2θ = 17.38 °, 20.18 °, 20.44 °, 23.56 °, 23.96 °, 24.93 °, 26.96 °, 29.07 °. , 29.58 °, 31.71 °, 32.66 °, and 33.39 °. Note that these peak positions may vary around ± 0.50 ° with the crystal lattice slightly changing depending on the material composition and the like. The sulfide solid electrolyte material of the first embodiment is considered to have a crystal phase similar to the crystal phase A.

また、特許文献1に記載されたLiGePS系の硫化物固体電解質材料は、2θ=27.33°付近にピークを有する。このピークを有する結晶相を、結晶相Bとする。結晶相Bは、上述した結晶相Aよりもイオン伝導性が低い結晶相である。また、結晶相Bは、通常、2θ=17.46°、18.12°、19.99°、22.73°、25.72°、27.33°、29.16°、29.78°のピークを有すると考えられる。なお、これらのピーク位置も、±0.50°の範囲で前後する場合がある。   The LiGePS sulfide solid electrolyte material described in Patent Document 1 has a peak in the vicinity of 2θ = 27.33 °. The crystal phase having this peak is referred to as crystal phase B. The crystal phase B is a crystal phase having lower ion conductivity than the crystal phase A described above. The crystal phase B usually has 2θ = 17.46 °, 18.12 °, 19.99 °, 22.73 °, 25.72 °, 27.33 °, 29.16 °, 29.78 °. It is thought that it has a peak. Note that these peak positions may also fluctuate within a range of ± 0.50 °.

第一実施態様の硫化物固体電解質材料は、結晶相Bと同様の結晶相を有する場合がある。第一実施態様においては、2θ=29.58°付近のピークの回折強度をIとし、2θ=27.33°付近のピークの回折強度をIとした場合、I/Iの値が、例えば0.50未満であり、0.45以下であることが好ましく、0.25以下であることがより好ましく、0.15以下であることがさらに好ましく、0.07以下であることが特に好ましい。また、I/Iの値は0であることが好ましい。言い換えると、第一実施態様の硫化物固体電解質材料は、2θ=27.33°付近のピークを有しないことが好ましい。 The sulfide solid electrolyte material of the first embodiment may have a crystal phase similar to the crystal phase B. In a first embodiment, 2 [Theta] = 29.58 diffraction intensity of the peak in the vicinity ° and I A, if the diffraction intensity of the peak near 2 [Theta] = 27.33 ° was I B, the value of I B / I A Is, for example, less than 0.50, preferably 0.45 or less, more preferably 0.25 or less, further preferably 0.15 or less, and 0.07 or less. Particularly preferred. Further, the value of I B / I A is preferably 0. In other words, the sulfide solid electrolyte material of the first embodiment preferably has no peak around 2θ = 27.33 °.

また、第一実施態様の硫化物固体電解質材料は、Li元素、Si元素、P元素およびS元素を少なくとも含有する。第一実施態様の硫化物固体電解質材料は、Li元素、Si元素、P元素およびS元素のみを含有していても良く、他の元素をさらに含有していても良い。Li元素の一部は、一価または二価の金属元素により置換されていても良く、置換されていなくても良い。Li元素の一部を他の元素で置換した場合、イオン伝導性が向上する場合がある。上記金属元素としては、Na、K、Mg、CaおよびZnの少なくとも一種を挙げることができる。   In addition, the sulfide solid electrolyte material of the first embodiment contains at least a Li element, a Si element, a P element, and a S element. The sulfide solid electrolyte material of the first embodiment may contain only Li element, Si element, P element and S element, or may further contain other elements. A part of the Li element may be substituted with a monovalent or divalent metal element, or may not be substituted. When a part of the Li element is replaced with another element, ion conductivity may be improved. Examples of the metal element include at least one of Na, K, Mg, Ca, and Zn.

また、Si元素またはP元素の一部は、三価、四価または五価の元素により置換されていても良く、置換されていなくても良い。これらの元素としては、例えば、Sb、B、Al、Ga、In、Ti、Zr、V、Nbの少なくとも一種を挙げることができる。上記金属元素の置換量は、例えばXRDのリートベルト解析、およびICP発光分光法により決定することができる。   Further, a part of the Si element or P element may be substituted by a trivalent, tetravalent or pentavalent element, or may not be substituted. Examples of these elements include at least one of Sb, B, Al, Ga, In, Ti, Zr, V, and Nb. The substitution amount of the metal element can be determined, for example, by XRD Rietveld analysis and ICP emission spectroscopy.

また、第一実施態様においては、Si元素およびP元素の合計に対するP元素のモル比(P元素のモル数/(Si元素およびP元素の合計のモル数))が、例えば0.5以上であることが好ましく、0.6以上であることがより好ましい。一方、上記モル比は、例えば0.7以下であることが好ましく、0.65以下であることがより好ましい。結晶相AにおけるSi元素およびP元素の割合が最適になり、イオン伝導パスにおけるボトルネックが解消され、イオン伝導性が向上するからである。   In the first embodiment, the molar ratio of P element to the sum of Si element and P element (number of moles of P element / (total number of moles of Si element and P element)) is, for example, 0.5 or more. It is preferable that it is 0.6 or more. On the other hand, the molar ratio is, for example, preferably 0.7 or less, and more preferably 0.65 or less. This is because the ratio of the Si element and the P element in the crystal phase A is optimized, the bottleneck in the ion conduction path is eliminated, and the ion conductivity is improved.

また、第一実施態様の硫化物固体電解質材料は、Ge元素およびSn元素を含有しない。「Ge元素を含有しない」とは、Si元素、P元素およびGe元素の合計に対するGe元素のモル比(Ge元素のモル数/(Si元素、P元素およびGe元素の合計のモル数))が、0.1以下であることをいう。「Sn元素を含有しない」の定義についても、同様である。中でも、上記モル比は、それぞれ、0.07以下であることが好ましく、0.05以下であることがより好ましい。耐還元性の向上を図ることができるからである。なお、上記モル比は0であっても良い。上記モル比は、ICP発光分光法により確認することができる。ICP発光分光法により質量分布を求め、原子量で割ることで、各元素のモル数(モル分率)を求めることができる。   Moreover, the sulfide solid electrolyte material of the first embodiment does not contain Ge element and Sn element. “No Ge element” means that the molar ratio of Ge element to the sum of Si element, P element and Ge element (number of moles of Ge element / (total number of moles of Si element, P element and Ge element)) , 0.1 or less. The same applies to the definition of “not containing Sn element”. Especially, it is preferable that each said molar ratio is 0.07 or less, and it is more preferable that it is 0.05 or less. This is because the reduction resistance can be improved. The molar ratio may be zero. The molar ratio can be confirmed by ICP emission spectroscopy. By obtaining the mass distribution by ICP emission spectroscopy and dividing by the atomic weight, the number of moles (molar fraction) of each element can be obtained.

また、第一実施態様の硫化物固体電解質材料は、O元素を含有しない。「O元素を含有しない」とは、S元素およびO元素の合計に対するO元素のモル比(O元素のモル数/(S元素およびO元素の合計のモル数))が0.2以下であることをいう。中でも、上記モル比は、0.1以下であることが好ましく、0.07以下であることがより好ましい。イオン伝導性の向上を図ることができるからである。なお、上記モル比は0であっても良い。上記モル比は、例えばXRDのリートベルト解析、および中性子回折のリートベルト解析により確認することができる。   Moreover, the sulfide solid electrolyte material of the first embodiment does not contain an O element. “O element does not contain” means that the molar ratio of the O element to the sum of the S element and the O element (the number of moles of the O element / (the total number of moles of the S element and the O element)) is 0.2 or less. That means. Among these, the molar ratio is preferably 0.1 or less, and more preferably 0.07 or less. This is because the ion conductivity can be improved. The molar ratio may be zero. The molar ratio can be confirmed, for example, by XRD Rietveld analysis and neutron diffraction Rietveld analysis.

また、第一実施態様の硫化物固体電解質材料の組成は、所定のI/Iの値を得ることができる組成であれば特に限定されるものではないが、例えばLi(4−x)Si(1−x)(xは、0.5≦x≦0.7を満たす)で表されることが好ましい。イオン伝導性の高い硫化物固体電解質材料とすることができるからである。Li(4−x)Si(1−x)の組成は、LiPSおよびLiSiSの固溶体の組成に該当する。すなわち、この組成は、LiPSおよびLiSiSのタイライン上の組成に該当する。LiPSおよびLiSiSは、いずれもオルト組成に該当し、化学的安定性が高いという利点を有する。 The composition of the sulfide solid electrolyte material of the first embodiment, but is not particularly limited as long as the composition can be obtained the value of a given I B / I A, for example, Li (4-x) It is preferably represented by Si (1-x) P x S 4 (x satisfies 0.5 ≦ x ≦ 0.7). This is because a sulfide solid electrolyte material having high ion conductivity can be obtained. The composition of Li (4-x) Si (1-x) P x S 4 corresponds to the composition of the solid solution of Li 3 PS 4 and Li 4 SiS 4 . That is, this composition corresponds to the composition on the tie line of Li 3 PS 4 and Li 4 SiS 4 . Li 3 PS 4 and Li 4 SiS 4 both correspond to the ortho composition and have an advantage of high chemical stability.

また、Li(4−x)Si(1−x)におけるxは、所定のI/Iの値を得ることができる値であれば特に限定されるものではないが、中でも、0.55≦xを満たすことが好ましく、0.6≦xを満たすことがより好ましい。一方、上記xは、x≦0.7を満たすことが好ましく、x≦0.65を満たすことがより好ましい。さらにイオン伝導性が良好な硫化物固体電解質材料とすることができるからである。 Also, x in Li (4-x) Si ( 1-x) P x S 4 is not particularly limited as long as the value can be obtained the value of a given I B / I A, among others 0.55 ≦ x is preferable, and 0.6 ≦ x is more preferable. On the other hand, x preferably satisfies x ≦ 0.7, and more preferably satisfies x ≦ 0.65. This is because a sulfide solid electrolyte material having good ion conductivity can be obtained.

また、第一実施態様の硫化物固体電解質材料の還元電位は、例えば0.3V(vs Li/Li)以下であることが好ましく、0.25V(vs Li/Li)以下であることがより好ましい。 In addition, the reduction potential of the sulfide solid electrolyte material of the first embodiment is preferably 0.3 V (vs Li / Li + ) or less, for example, and preferably 0.25 V (vs Li / Li + ) or less. More preferred.

第一実施態様の硫化物固体電解質材料は、通常、結晶性を有する硫化物固体電解質材料である。また、第一実施態様の硫化物固体電解質材料は、イオン伝導性が高いことが好ましく、25℃における硫化物固体電解質材料のイオン伝導性は、1.0×10−3S/cm以上であることが好ましい。また、第一実施態様の硫化物固体電解質材料の形状は特に限定されるものではないが、例えば粉末状を挙げることができる。さらに、粉末状の硫化物固体電解質材料の平均粒径は、例えば0.1μm〜50μmの範囲内であることが好ましい。 The sulfide solid electrolyte material of the first embodiment is usually a sulfide solid electrolyte material having crystallinity. The sulfide solid electrolyte material of the first embodiment preferably has high ionic conductivity, and the ionic conductivity of the sulfide solid electrolyte material at 25 ° C. is 1.0 × 10 −3 S / cm or more. It is preferable. Moreover, the shape of the sulfide solid electrolyte material of the first embodiment is not particularly limited, and examples thereof include powder. Furthermore, the average particle diameter of the powdered sulfide solid electrolyte material is preferably in the range of 0.1 μm to 50 μm, for example.

第一実施態様の硫化物固体電解質材料は、高いイオン伝導性を有するものであるので、イオン伝導性を必要とする任意の用途に用いることができる。中でも、第一実施態様の硫化物固体電解質材料は、電池に用いられるものであることが好ましい。電池の高出力化に大きく寄与することができるからである。また、第一実施態様の硫化物固体電解質材料の製造方法については、後述する「C.硫化物固体電解質材料の製造方法」で詳細に説明する。また、第一実施態様の硫化物固体電解質材料は、後述する第二実施態様の特徴を兼ね備えたものであっても良い。   Since the sulfide solid electrolyte material of the first embodiment has high ionic conductivity, it can be used for any application that requires ionic conductivity. Especially, it is preferable that the sulfide solid electrolyte material of a 1st embodiment is what is used for a battery. This is because it can greatly contribute to the high output of the battery. The method for producing the sulfide solid electrolyte material of the first embodiment will be described in detail in “C. Method for producing sulfide solid electrolyte material” described later. Further, the sulfide solid electrolyte material of the first embodiment may have the characteristics of the second embodiment described later.

2.第二実施態様
次に、本発明の硫化物固体電解質材料の第二実施態様について説明する。第二実施態様の硫化物固体電解質材料は、Li元素およびS元素から構成される八面体Oと、M元素およびS元素から構成される四面体Tと、M元素およびS元素から構成される四面体Tとを有し、上記四面体Tおよび上記八面体Oは稜を共有し、上記四面体Tおよび上記八面体Oは頂点を共有する結晶構造を主体として含有し、上記M元素および上記M元素の少なくとも一方はSi元素を含み、上記M元素および上記M元素の少なくとも一方はP元素を含み、Ge元素、Sn元素およびO元素を含有しないことを特徴とするものである。
2. Second Embodiment Next, a second embodiment of the sulfide solid electrolyte material of the present invention will be described. Sulfide solid electrolyte material of the second embodiment, the octahedron O composed of Li element and S elements, a tetrahedron T 1 composed of M a element and S elements, composed of M b elements and S elemental and a tetrahedron T 2 that is, the tetrahedron T 1 and the octahedron O share a crest above tetrahedron T 2 and the octahedron O contains mainly a crystalline structure that share vertices, at least one of the M a element and the M b element comprises a Si element, characterized in that said at least one of M a element and the M b element which comprises a P element, not containing Ge elements, Sn element and O elemental It is what.

第二実施態様によれば、八面体O、四面体Tおよび四面体Tが所定の結晶構造(三次元構造)を有することから、イオン伝導性が良好な硫化物固体電解質材料とすることができる。さらに、Siが含まれることから、還元電位が低い硫化物固体電解質材料とすることができる。 According to the second embodiment, since the octahedron O, the tetrahedron T 1 and the tetrahedron T 2 have a predetermined crystal structure (three-dimensional structure), a sulfide solid electrolyte material having good ion conductivity is obtained. Can do. Furthermore, since Si is contained, a sulfide solid electrolyte material having a low reduction potential can be obtained.

図1は、第二実施態様の硫化物固体電解質材料の結晶構造の一例を説明する斜視図である。図1に示す結晶構造において、八面体Oは、典型的には、中心元素としてLiを有し、八面体の頂点に6個のSを有するLiS八面体である。四面体Tは、中心元素としてMを有し、四面体の頂点に4個のSを有しており、典型的にはSiS四面体およびPS四面体である。四面体Tは、中心元素としてMを有し、四面体の頂点に4個のSを有しており、典型的にはPS四面体である。さらに、四面体Tおよび八面体Oは稜を共有し、四面体Tおよび八面体Oは頂点を共有している。 FIG. 1 is a perspective view for explaining an example of the crystal structure of the sulfide solid electrolyte material of the second embodiment. In the crystal structure shown in FIG. 1, the octahedron O is typically a LiS 6 octahedron having Li as a central element and six S at the apex of the octahedron. The tetrahedron T 1 has Ma as a central element, has four S at the apex of the tetrahedron, and is typically a SiS 4 tetrahedron and a PS 4 tetrahedron. Tetrahedron T 2 are, have a M b as the central element, it has four S to the apex of the tetrahedron, typically PS 4 tetrahedron. Furthermore, the tetrahedron T 1 and the octahedron O share a ridge, and the tetrahedron T 2 and the octahedron O share a vertex.

元素およびM元素の少なくとも一方は、通常、Si元素を含む。すなわち、M元素またはM元素がSi元素を含んでいても良く、M元素およびM元素の両方がSi元素を含んでいても良い。また、M元素およびM元素の少なくとも一方は、通常、P元素を含む。すなわち、M元素またはM元素がP元素を含んでいても良く、M元素およびM元素の両方がP元素を含んでいても良い。 At least one of the M a element and M b element, typically includes a Si element. That may be M a element or M b element contains a Si element, both M a element and M b element may contain a Si element. At least one of the M a element and M b element, typically includes a P element. That, M a element or M b element may include a P element, both M a element and M b element may include a P element.

第二実施態様の硫化物固体電解質材料は、上記結晶構造を主体として含有することを大きな特徴とする。硫化物固体電解質材料の全結晶構造における上記結晶構造の割合は特に限定されるものではないが、より高いことが好ましい。イオン伝導性の高い硫化物固体電解質材料とすることができるからである。上記結晶構造の割合は、具体的には、70wt%以上であることが好ましく、90wt%以上であることがより好ましい。なお、上記結晶構造の割合は、例えば、放射光XRDにより測定することができる。特に、第二実施態様の硫化物固体電解質材料は、上記結晶構造の単相材料であることが好ましい。イオン伝導性を極めて高くすることができるからである。   The sulfide solid electrolyte material of the second embodiment is characterized mainly by containing the crystal structure as a main component. The ratio of the crystal structure in the entire crystal structure of the sulfide solid electrolyte material is not particularly limited, but is preferably higher. This is because a sulfide solid electrolyte material having high ion conductivity can be obtained. Specifically, the ratio of the crystal structure is preferably 70 wt% or more, and more preferably 90 wt% or more. In addition, the ratio of the said crystal structure can be measured by synchrotron radiation XRD, for example. In particular, the sulfide solid electrolyte material of the second embodiment is preferably a single-phase material having the above crystal structure. This is because the ion conductivity can be made extremely high.

なお、第二実施態様におけるM元素、M元素およびその他の事項については、上述した第一実施態様と同様であるので、ここでの記載は省略する。 Incidentally, M a element in the second embodiment, the M b elements and other matters are the same as in the first embodiment described above, the description thereof is omitted here.

B.電池
次に、本発明の電池について説明する。本発明の電池は、正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成された電解質層とを含有する電池であって、上記正極活物質層、上記負極活物質層および上記電解質層の少なくとも一つが、上述した硫化物固体電解質材料を含有することを特徴とするものである。
B. Battery Next, the battery of the present invention will be described. The battery of the present invention includes a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, In which at least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the electrolyte layer contains the sulfide solid electrolyte material described above.

本発明によれば、上述した硫化物固体電解質材料を用いることにより、高出力な電池とすることができる。   According to the present invention, a high-power battery can be obtained by using the above-described sulfide solid electrolyte material.

図2は、本発明の電池の一例を示す概略断面図である。図2における電池10は、正極活物質を含有する正極活物質層1と、負極活物質を含有する負極活物質層2と、正極活物質層1および負極活物質層2の間に形成された電解質層3と、正極活物質層1の集電を行う正極集電体4と、負極活物質層2の集電を行う負極集電体5と、これらの部材を収納する電池ケース6とを有するものである。本発明においては、正極活物質層1、負極活物質層2および電解質層3の少なくとも一つが、上記「A.硫化物固体電解質材料」に記載した硫化物固体電解質材料を含有することを大きな特徴とする。中でも、本発明においては、負極活物質層2または電解質層3に含まれる上記硫化物固体電解質材料が、負極活物質と接していることが好ましい。上記硫化物固体電解質材料は還元電位が低く、Siを含有しない硫化物固体電解質材料を用いる場合に比べて、使用可能な負極活物質の選択の幅が広がるという利点、作動電位が低い負極活物質を用いることで電池電圧が大きくなるという利点があるからである。
以下、本発明の電池について、構成ごとに説明する。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the battery of the present invention. The battery 10 in FIG. 2 was formed between the positive electrode active material layer 1 containing the positive electrode active material, the negative electrode active material layer 2 containing the negative electrode active material, and the positive electrode active material layer 1 and the negative electrode active material layer 2. An electrolyte layer 3, a positive electrode current collector 4 for collecting current of the positive electrode active material layer 1, a negative electrode current collector 5 for collecting current of the negative electrode active material layer 2, and a battery case 6 for housing these members. It is what you have. In the present invention, at least one of the positive electrode active material layer 1, the negative electrode active material layer 2, and the electrolyte layer 3 contains the sulfide solid electrolyte material described in the above-mentioned “A. Sulfide solid electrolyte material”. And In particular, in the present invention, the sulfide solid electrolyte material contained in the negative electrode active material layer 2 or the electrolyte layer 3 is preferably in contact with the negative electrode active material. The above-mentioned sulfide solid electrolyte material has a low reduction potential, and has an advantage that the range of selection of usable negative electrode active materials is wider than when a sulfide solid electrolyte material not containing Si is used, and a negative electrode active material having a low operating potential This is because there is an advantage that the battery voltage increases by using.
Hereinafter, the battery of this invention is demonstrated for every structure.

1.負極活物質層
本発明における負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含有する層であり、必要に応じて、固体電解質材料、導電化材および結着材の少なくとも一つを含有していても良い。特に、本発明においては、負極活物質層が固体電解質材料を含有し、その固体電解質材料が、上述した硫化物固体電解質材料であることが好ましい。上記硫化物固体電解質材料は還元電位が低く、Siを含有しない硫化物固体電解質材料を用いる場合に比べて、使用可能な負極活物質の選択の幅が広がるからである。負極活物質層に含まれる上記硫化物固体電解質材料の割合は、電池の種類によって異なるものであるが、例えば0.1体積%〜80体積%の範囲内、中でも1体積%〜60体積%の範囲内、特に10体積%〜50体積%の範囲内であることが好ましい。また、負極活物質としては、例えば金属活物質およびカーボン活物質を挙げることができる。金属活物質としては、例えばIn、Al、SiおよびSn等を挙げることができる。一方、カーボン活物質としては、例えばメソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、高配向性グラファイト(HOPG)、ハードカーボン、ソフトカーボン等を挙げることができる。特に、本発明においては、負極活物質層が上記硫化物固体電解質材料を含有し、負極活物質の作動電位(Liイオンの挿入反応が生じる電位)が、上記硫化物固体電解質材料の還元電位よりも高いことが好ましい。
1. Negative electrode active material layer The negative electrode active material layer in the present invention is a layer containing at least a negative electrode active material, and may contain at least one of a solid electrolyte material, a conductive material and a binder, if necessary. good. In particular, in the present invention, the negative electrode active material layer preferably contains a solid electrolyte material, and the solid electrolyte material is the sulfide solid electrolyte material described above. This is because the sulfide solid electrolyte material has a low reduction potential, and the range of selection of usable negative electrode active materials is wider than when a sulfide solid electrolyte material containing no Si is used. The ratio of the sulfide solid electrolyte material contained in the negative electrode active material layer varies depending on the type of the battery. For example, it is in the range of 0.1% by volume to 80% by volume, and in particular, 1% by volume to 60% by volume. It is preferable to be within the range, particularly within the range of 10% by volume to 50% by volume. Examples of the negative electrode active material include a metal active material and a carbon active material. Examples of the metal active material include In, Al, Si, and Sn. On the other hand, examples of the carbon active material include mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG), hard carbon, and soft carbon. In particular, in the present invention, the negative electrode active material layer contains the sulfide solid electrolyte material, and the operating potential of the negative electrode active material (potential at which Li ion insertion reaction occurs) is less than the reduction potential of the sulfide solid electrolyte material. Is preferably high.

負極活物質層は、さらに導電化材を含有していても良い。導電化材の添加により、負極活物質層の導電性を向上させることができる。導電化材としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンファイバー等を挙げることができる。また、負極活物質層は、結着材を含有していても良い。結着材の種類としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のフッ素含有結着材等を挙げることができる。また、負極活物質層の厚さは、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。   The negative electrode active material layer may further contain a conductive material. By adding a conductive material, the conductivity of the negative electrode active material layer can be improved. Examples of the conductive material include acetylene black, ketjen black, and carbon fiber. The negative electrode active material layer may contain a binder. Examples of the type of binder include fluorine-containing binders such as polyvinylidene fluoride (PVDF). Moreover, it is preferable that the thickness of a negative electrode active material layer exists in the range of 0.1 micrometer-1000 micrometers, for example.

2.電解質層
本発明における電解質層は、正極活物質層および負極活物質層の間に形成される層である。電解質層は、イオンの伝導を行うことができる層であれば特に限定されるものではないが、固体電解質材料から構成される固体電解質層であることが好ましい。電解液を用いる電池に比べて、安全性の高い電池を得ることができるからである。さらに、本発明においては、固体電解質層が、上述した硫化物固体電解質材料を含有することが好ましい。固体電解質層に含まれる上記硫化物固体電解質材料の割合は、例えば10体積%〜100体積%の範囲内、中でも50体積%〜100体積%の範囲内であることが好ましい。固体電解質層の厚さは、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内、中でも0.1μm〜300μmの範囲内であることが好ましい。また、固体電解質層の形成方法としては、例えば、固体電解質材料を圧縮成形する方法等を挙げることができる。
2. Electrolyte layer The electrolyte layer in this invention is a layer formed between a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer. The electrolyte layer is not particularly limited as long as it is a layer capable of conducting ions, but is preferably a solid electrolyte layer made of a solid electrolyte material. This is because a battery with higher safety can be obtained as compared with a battery using an electrolytic solution. Furthermore, in this invention, it is preferable that a solid electrolyte layer contains the sulfide solid electrolyte material mentioned above. The ratio of the sulfide solid electrolyte material contained in the solid electrolyte layer is, for example, preferably in the range of 10% to 100% by volume, and more preferably in the range of 50% to 100% by volume. The thickness of the solid electrolyte layer is, for example, preferably in the range of 0.1 μm to 1000 μm, and more preferably in the range of 0.1 μm to 300 μm. Moreover, as a formation method of a solid electrolyte layer, the method of compression-molding a solid electrolyte material etc. can be mentioned, for example.

また、本発明における電解質層は、電解液から構成される層であっても良い。電解液を用いる場合、固体電解質層を用いる場合に比べて安全性をさらに配慮する必要があるが、より高出力な電池を得ることができる。また、この場合は、通常、正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方が、上述した硫化物固体電解質材料を含有することになる。電解液は、通常、リチウム塩および有機溶媒(非水溶媒)を含有する。リチウム塩としては、例えばLiPF、LiBF、LiClO、LiAsF等の無機リチウム塩、およびLiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CSO、LiC(CFSO等の有機リチウム塩等を挙げることができる。上記有機溶媒としては、例えばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ブチレンカーボネート(BC)等を挙げることができる。 Further, the electrolyte layer in the present invention may be a layer composed of an electrolytic solution. When the electrolytic solution is used, it is necessary to further consider safety compared to the case where the solid electrolyte layer is used, but a battery with higher output can be obtained. In this case, usually, at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer contains the above-described sulfide solid electrolyte material. The electrolytic solution usually contains a lithium salt and an organic solvent (nonaqueous solvent). Examples of the lithium salt include inorganic lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , and LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiC An organic lithium salt such as (CF 3 SO 2 ) 3 can be used. Examples of the organic solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), butylene carbonate (BC), and the like.

3.正極活物質層
本発明における正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有する層であり、必要に応じて、固体電解質材料、導電化材および結着材の少なくとも一つを含有していても良い。特に、本発明においては、正極活物質層が固体電解質材料を含有し、その固体電解質材料が、上述した硫化物固体電解質材料であることが好ましい。正極活物質層に含まれる上記硫化物固体電解質材料の割合は、電池の種類によって異なるものであるが、例えば0.1体積%〜80体積%の範囲内、中でも1体積%〜60体積%の範囲内、特に10体積%〜50体積%の範囲内であることが好ましい。また、正極活物質としては、例えばLiCoO、LiMnO、LiNiMn、LiVO、LiCrO、LiFePO、LiCoPO、LiNiO、LiNi1/3Co1/3Mn1/3等を挙げることができる。なお、正極活物質層に用いられる導電化材および結着材については、上述した負極活物質層における場合と同様である。また、正極活物質層の厚さは、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。
3. Positive electrode active material layer The positive electrode active material layer in the present invention is a layer containing at least a positive electrode active material, and may contain at least one of a solid electrolyte material, a conductive material and a binder, if necessary. good. In particular, in the present invention, the positive electrode active material layer preferably contains a solid electrolyte material, and the solid electrolyte material is preferably the sulfide solid electrolyte material described above. The ratio of the sulfide solid electrolyte material contained in the positive electrode active material layer varies depending on the type of the battery. For example, it is in the range of 0.1% by volume to 80% by volume, and in particular, 1% by volume to 60% by volume. It is preferable to be within the range, particularly within the range of 10% by volume to 50% by volume. As the positive electrode active material, for example, LiCoO 2 , LiMnO 2 , Li 2 NiMn 3 O 8 , LiVO 2 , LiCrO 2 , LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiNiO 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 etc. can be mentioned. Note that the conductive material and the binder used in the positive electrode active material layer are the same as those in the negative electrode active material layer described above. Moreover, it is preferable that the thickness of a positive electrode active material layer exists in the range of 0.1 micrometer-1000 micrometers, for example.

4.その他の構成
本発明の電池は、上述した負極活物質層、電解質層および正極活物質層を少なくとも有するものである。さらに通常は、正極活物質層の集電を行う正極集電体、および負極活物質層の集電を行う負極集電体を有する。正極集電体の材料としては、例えばSUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタンおよびカーボン等を挙げることができる。一方、負極集電体の材料としては、例えばSUS、銅、ニッケルおよびカーボン等を挙げることができる。また、正極集電体および負極集電体の厚さや形状等については、電池の用途等に応じて適宜選択することが好ましい。また、本発明に用いられる電池ケースには、一般的な電池の電池ケースを用いることができる。電池ケースとしては、例えばSUS製電池ケース等を挙げることができる。
4). Other Configurations The battery of the present invention has at least the negative electrode active material layer, the electrolyte layer, and the positive electrode active material layer described above. Furthermore, it usually has a positive electrode current collector for collecting current of the positive electrode active material layer and a negative electrode current collector for collecting current of the negative electrode active material layer. Examples of the material for the positive electrode current collector include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium, and carbon. On the other hand, examples of the material for the negative electrode current collector include SUS, copper, nickel, and carbon. In addition, the thickness and shape of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are preferably appropriately selected according to the use of the battery. Moreover, the battery case of a general battery can be used for the battery case used for this invention. Examples of the battery case include a SUS battery case.

5.電池
本発明の電池は、一次電池であっても良く、二次電池であっても良いが、中でも二次電池であることが好ましい。繰り返し充放電でき、例えば車載用電池として有用だからである。本発明の電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型および角型等を挙げることができる。また、本発明の電池の製造方法は、上述した電池を得ることができる方法であれば特に限定されるものではなく、一般的な電池の製造方法と同様の方法を用いることができる。例えば、本発明の電池が全固体電池である場合、その製造方法の一例としては、正極活物質層を構成する材料、固体電解質層を構成する材料、および負極活物質層を構成する材料を順次プレスすることにより、発電要素を作製し、この発電要素を電池ケースの内部に収納し、電池ケースをかしめる方法等を挙げることができる。
5. Battery The battery of the present invention may be a primary battery or a secondary battery, but among them, a secondary battery is preferable. This is because it can be repeatedly charged and discharged and is useful, for example, as an in-vehicle battery. Examples of the shape of the battery of the present invention include a coin type, a laminate type, a cylindrical type, and a square type. Moreover, the manufacturing method of the battery of this invention will not be specifically limited if it is a method which can obtain the battery mentioned above, The method similar to the manufacturing method of a general battery can be used. For example, when the battery of the present invention is an all-solid battery, as an example of the manufacturing method thereof, a material constituting the positive electrode active material layer, a material constituting the solid electrolyte layer, and a material constituting the negative electrode active material layer are sequentially provided. Examples of the method include producing a power generation element by pressing, housing the power generation element inside the battery case, and caulking the battery case.

C.硫化物固体電解質材料の製造方法
次に、本発明の硫化物固体電解質材料の製造方法について説明する。本発明の硫化物固体電解質材料の製造方法は、上述した硫化物固体電解質材料の製造方法であって、上記硫化物固体電解質材料の構成成分を含有する原料組成物を用いて、メカニカルミリングにより、非晶質化したイオン伝導性材料を合成するイオン伝導性材料合成工程と、上記非晶質化したイオン伝導性材料を加熱することにより、上記硫化物固体電解質材料を得る加熱工程と、を有することを特徴とするものである。
C. Next, a method for producing a sulfide solid electrolyte material of the present invention will be described. The method for producing a sulfide solid electrolyte material of the present invention is a method for producing the sulfide solid electrolyte material described above, using a raw material composition containing the components of the sulfide solid electrolyte material, by mechanical milling, An ion conductive material synthesis step of synthesizing the amorphous ion conductive material, and a heating step of obtaining the sulfide solid electrolyte material by heating the amorphous ion conductive material. It is characterized by this.

本発明によれば、イオン伝導性材料合成工程で非晶質化を行い、その後、加熱工程を行うことにより、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相の割合が高い硫化物固体電解質材料を得ることができる。そのため、イオン伝導性が良好な硫化物固体電解質材料を得ることができる。さらに、Siが含まれることから、還元電位が低い硫化物固体電解質材料を得ることができる。   According to the present invention, a sulfide solid electrolyte having a high proportion of crystal phase having a peak near 2θ = 29.58 ° is obtained by performing amorphization in an ion conductive material synthesis step and then performing a heating step. Material can be obtained. Therefore, a sulfide solid electrolyte material having good ion conductivity can be obtained. Furthermore, since Si is contained, a sulfide solid electrolyte material having a low reduction potential can be obtained.

図3は、本発明の硫化物固体電解質材料の製造方法の一例を示す説明図である。図3における硫化物固体電解質材料の製造方法では、まず、LiS、PおよびSiSを混合することにより、原料組成物を作製する。この際、空気中の水分によって原料組成物が劣化することを防止するために、不活性ガス雰囲気下で原料組成物を作製することが好ましい。次に、原料組成物にボールミルを行い、非晶質化したイオン伝導性材料を得る。次に、非晶質化したイオン伝導性材料を加熱し、結晶性を向上させることで、硫化物固体電解質材料を得る。 FIG. 3 is an explanatory view showing an example of a method for producing a sulfide solid electrolyte material of the present invention. In the method for producing a sulfide solid electrolyte material in FIG. 3, first, a raw material composition is prepared by mixing Li 2 S, P 2 S 5 and SiS 2 . At this time, in order to prevent the raw material composition from being deteriorated by moisture in the air, it is preferable to prepare the raw material composition in an inert gas atmosphere. Next, the raw material composition is ball milled to obtain an amorphous ion conductive material. Next, the amorphous ion conductive material is heated to improve the crystallinity, thereby obtaining a sulfide solid electrolyte material.

本発明においては、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相の割合が高い硫化物固体電解質材料を得ることができるが、以下、その理由について説明する。本発明においては、従来の合成方法である固相法と異なり、一度、非晶質化したイオン伝導性材料を合成する。これにより、イオン伝導性の高い結晶相A(2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相)が析出しやすい環境になり、その後の加熱工程により、結晶相Aを積極的に析出させることができ、I/Iの値を、従来不可能であった0.50未満にすることができると考えられる。非晶質化により結晶相Aが析出しやすい環境になる理由は、完全には明らかではないが、メカニカルミリングによりイオン伝導性材料における固溶域が変化し、結晶相Aが析出しにくい環境から析出しやすい環境に変化した可能性が考えられる。
以下、本発明の硫化物固体電解質材料の製造方法について、工程ごとに説明する。
In the present invention, a sulfide solid electrolyte material having a high proportion of crystal phase having a peak around 2θ = 29.58 ° can be obtained. The reason will be described below. In the present invention, unlike the conventional solid phase method, which is a conventional synthesis method, an amorphous ion conductive material is synthesized once. As a result, the crystal phase A with high ion conductivity (crystal phase having a peak near 2θ = 29.58 °) is likely to precipitate, and the crystal phase A is positively precipitated by the subsequent heating step. It is considered that the value of I B / I A can be made less than 0.50, which was impossible in the past. The reason why the crystalline phase A is likely to precipitate due to the amorphization is not completely clear, but the solid solution region in the ion conductive material changes due to mechanical milling and the crystalline phase A is difficult to precipitate. There is a possibility that the environment has changed to an easy depositing environment.
Hereafter, the manufacturing method of the sulfide solid electrolyte material of this invention is demonstrated for every process.

1.イオン伝導性材料合成工程
まず、本発明におけるイオン伝導性材料合成工程について説明する。本発明におけるイオン伝導性材料合成工程は、上記硫化物固体電解質材料の構成成分を含有する原料組成物を用いて、メカニカルミリングにより、非晶質化したイオン伝導性材料を合成する工程である。
1. Ion Conductive Material Synthesis Step First, the ion conductive material synthesis step in the present invention will be described. The ion conductive material synthesizing step in the present invention is a step of synthesizing an amorphous ion conductive material by mechanical milling using a raw material composition containing the components of the sulfide solid electrolyte material.

本発明における原料組成物は、Li元素、Si元素、P元素およびS元素を少なくとも含有する。また、原料組成物は、上述した他の元素を含有していても良い。Li元素を含有する化合物は、例えば、Liの硫化物を挙げることができる。Liの硫化物としては、具体的にはLiSを挙げることができる。 The raw material composition in the present invention contains at least Li element, Si element, P element and S element. Moreover, the raw material composition may contain the other element mentioned above. Examples of the compound containing Li element include a sulfide of Li. Specific examples of the sulfide of Li include Li 2 S.

Si元素を含有する化合物は、例えば、Siの単体、Siの硫化物等を挙げることができる。Siの硫化物としては、具体的にはSiS等を挙げることができる。また、P元素を含有する化合物は、例えば、Pの単体、Pの硫化物等を挙げることができる。Pの硫化物としては、具体的にはP等を挙げることができる。また、原料組成物に用いられる他の元素についても、単体や硫化物を用いることができる。 Examples of the compound containing Si element include Si simple substance, Si sulfide and the like. Specific examples of the sulfide of Si include SiS 2 and the like. Examples of the compound containing the P element include a simple substance of P and a sulfide of P. Specific examples of P sulfide include P 2 S 5 . Moreover, a simple substance and sulfide can be used also about the other element used for a raw material composition.

メカニカルミリングは、試料を、機械的エネルギーを付与しながら粉砕する方法である。本発明においては、原料組成物に対して、機械的エネルギーを付与することで、非晶質化したイオン伝導性材料を合成する。このようなメカニカルミリングとしては、例えば、振動ミル、ボールミル、ターボミル、メカノフュージョン、ディスクミル等を挙げることができ、中でも振動ミルおよびボールミルが好ましい。   Mechanical milling is a method of crushing a sample while applying mechanical energy. In the present invention, an amorphous ion conductive material is synthesized by applying mechanical energy to the raw material composition. Examples of such mechanical milling include a vibration mill, a ball mill, a turbo mill, a mechanofusion, a disk mill, and the like, and among them, a vibration mill and a ball mill are preferable.

振動ミルの条件は、非晶質化したイオン伝導性材料を得ることができるものであれば特に限定されるものではない。振動ミルの振動振幅は、例えば5mm〜15mmの範囲内、中でも6mm〜10mmの範囲内であることが好ましい。振動ミルの振動周波数は、例えば500rpm〜2000rpmの範囲内、中でも1000rpm〜1800rpmの範囲内であることが好ましい。振動ミルの試料の充填率は、例えば1体積%〜80体積%の範囲内、中でも5体積%〜60体積%の範囲内、特に10体積%〜50体積%の範囲内であることが好ましい。また、振動ミルには、振動子(例えばアルミナ製振動子)を用いることが好ましい。   The conditions of the vibration mill are not particularly limited as long as an amorphous ion conductive material can be obtained. The vibration amplitude of the vibration mill is, for example, preferably in the range of 5 mm to 15 mm, and more preferably in the range of 6 mm to 10 mm. The vibration frequency of the vibration mill is, for example, preferably in the range of 500 rpm to 2000 rpm, and more preferably in the range of 1000 rpm to 1800 rpm. The filling rate of the sample of the vibration mill is, for example, preferably in the range of 1% by volume to 80% by volume, more preferably in the range of 5% by volume to 60% by volume, and particularly preferably in the range of 10% by volume to 50% by volume. Moreover, it is preferable to use a vibrator (for example, an alumina vibrator) for the vibration mill.

ボールミルの条件は、非晶質化したイオン伝導性材料を得ることができるものであれば特に限定されるものではない。一般的に、回転数が大きいほど、イオン伝導性材料の生成速度は速くなり、処理時間が長いほど、原料組成物からイオン伝導性材料への転化率は高くなる。遊星型ボールミルを行う際の台盤回転数としては、例えば200rpm〜500rpmの範囲内、中でも250rpm〜400rpmの範囲内であることが好ましい。また、遊星型ボールミルを行う際の処理時間は、例えば1時間〜100時間の範囲内、中でも1時間〜70時間の範囲内であることが好ましい。   The conditions of the ball mill are not particularly limited as long as an amorphous ion conductive material can be obtained. In general, the higher the number of rotations, the faster the production rate of the ion conductive material, and the longer the treatment time, the higher the conversion rate from the raw material composition to the ion conductive material. The rotation speed of the base plate when performing the planetary ball mill is preferably in the range of, for example, 200 rpm to 500 rpm, and more preferably in the range of 250 rpm to 400 rpm. Further, the treatment time when performing the planetary ball mill is preferably in the range of, for example, 1 hour to 100 hours, and more preferably in the range of 1 hour to 70 hours.

なお、本発明においては、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相が析出しやすい環境となるように、非晶質化したイオン伝導性材料を合成することが好ましい。   In the present invention, it is preferable to synthesize an amorphous ion conductive material so that a crystal phase having a peak near 2θ = 29.58 ° is easily deposited.

2.加熱工程
本発明における加熱工程は、上記非晶質化したイオン伝導性材料を加熱することにより、上記硫化物固体電解質材料を得る工程である。
2. Heating Step The heating step in the present invention is a step of obtaining the sulfide solid electrolyte material by heating the amorphous ion conductive material.

本発明においては、非晶質化したイオン伝導性材料を加熱することにより、結晶性の向上を図る。この加熱を行うことで、イオン伝導性の高い結晶相A(2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相)を積極的に析出させることができ、I/Iの値を、従来不可能であった0.50未満にすることができる。 In the present invention, crystallinity is improved by heating the amorphous ion conductive material. By performing this heating, the crystal phase A having high ion conductivity (a crystal phase having a peak around 2θ = 29.58 °) can be positively precipitated, and the value of I B / I A is It could be less than 0.50, which was impossible.

本発明における加熱温度は、所望の硫化物固体電解質材料を得ることができる温度であれば特に限定されるものではないが、結晶相A(2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相)の結晶化温度以上の温度であることが好ましい。具体的には、上記加熱温度が300℃以上であることが好ましく、350℃以上であることがより好ましく、400℃以上であることがさらに好ましく、450℃以上であることが特に好ましい。一方、上記加熱温度は、1000℃以下であることが好ましく、700℃以下であることがより好ましく、650℃以下であることがさらに好ましく、600℃以下であることが特に好ましい。また、加熱時間は、所望の硫化物固体電解質材料が得られるように適宜調整することが好ましい。また、本発明における加熱は、酸化を防止する観点から、不活性ガス雰囲気下または真空中で行うことが好ましい。また、本発明により得られる硫化物固体電解質材料については、上記「A.硫化物固体電解質材料」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。   The heating temperature in the present invention is not particularly limited as long as it is a temperature at which a desired sulfide solid electrolyte material can be obtained. Crystal phase A (crystalline phase having a peak around 2θ = 29.58 °) It is preferable that the temperature is equal to or higher than the crystallization temperature. Specifically, the heating temperature is preferably 300 ° C. or higher, more preferably 350 ° C. or higher, further preferably 400 ° C. or higher, and particularly preferably 450 ° C. or higher. On the other hand, the heating temperature is preferably 1000 ° C. or less, more preferably 700 ° C. or less, further preferably 650 ° C. or less, and particularly preferably 600 ° C. or less. Moreover, it is preferable to adjust a heating time suitably so that a desired sulfide solid electrolyte material may be obtained. Moreover, it is preferable to perform the heating in this invention in inert gas atmosphere or a vacuum from a viewpoint of preventing oxidation. In addition, the sulfide solid electrolyte material obtained by the present invention is the same as the contents described in the above-mentioned “A. Sulfide solid electrolyte material”, and therefore description thereof is omitted here.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

[実施例1]
出発原料として、硫化リチウム(LiS、日本化学工業社製)と、五硫化二リン(P、アルドリッチ社製)と、硫化珪素(SiS、高純度化学社製)を用いた。これらの粉末をアルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、下記表1に示す割合で混合し、原料組成物を得た。次に、原料組成物1gを、ジルコニアボール(10mmφ、10個)とともに、ジルコニア製のポット(45ml)に入れ、ポットを完全に密閉した(アルゴン雰囲気)。このポットを遊星型ボールミル機(フリッチュ製P7)に取り付け、台盤回転数370rpmで、40時間メカニカルミリングを行った。これにより、非晶質化したイオン伝導性材料を得た。
[Example 1]
As starting materials, lithium sulfide (Li 2 S, manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 , manufactured by Aldrich Corporation), and silicon sulfide (SiS 2 , manufactured by High Purity Chemical Co., Ltd.) were used. . These powders were mixed at a ratio shown in Table 1 below in a glove box under an argon atmosphere to obtain a raw material composition. Next, 1 g of the raw material composition was placed in a zirconia pot (45 ml) together with zirconia balls (10 mmφ, 10 pieces), and the pot was completely sealed (argon atmosphere). This pot was attached to a planetary ball mill (P7 made by Fritsch), and mechanical milling was performed at a base plate rotation speed of 370 rpm for 40 hours. Thereby, an amorphous ion conductive material was obtained.

次に、得られたイオン伝導性材料の粉末を、カーボンコートした石英管に入れ真空封入した。真空封入した石英管の圧力は、約80Paであった。次に、石英管を焼成炉に設置し、6時間かけて室温から550℃まで昇温し、550℃を8時間維持し、その後室温まで徐冷した。これにより、Li3.5Si0.50.5の組成を有する硫化物固体電解質材料を得た。なお、上記組成は、Li(4−x)Si(1−x)におけるx=0.5の組成に該当する。 Next, the obtained ion conductive material powder was placed in a carbon-coated quartz tube and vacuum-sealed. The pressure of the vacuum sealed quartz tube was about 80 Pa. Next, the quartz tube was placed in a firing furnace, heated from room temperature to 550 ° C. over 6 hours, maintained at 550 ° C. for 8 hours, and then gradually cooled to room temperature. Thereby, a sulfide solid electrolyte material having a composition of Li 3.5 Si 0.5 P 0.5 S 4 was obtained. The above composition corresponds to the composition of x = 0.5 in Li (4-x) Si ( 1-x) P x S 4.

[実施例2〜5、比較例1〜3]
原料組成物の割合を、下記表1に示す割合に変更したこと以外は、実施例1と同様にして硫化物固体電解質材料を得た。
[Examples 2 to 5, Comparative Examples 1 to 3]
A sulfide solid electrolyte material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the ratio of the raw material composition was changed to the ratio shown in Table 1 below.

[評価]
(X線回折測定)
実施例1〜5および比較例1〜3で得られた硫化物固体電解質材料を用いて、X線回折(XRD)測定を行った。XRD測定は、粉末試料に対して、不活性雰囲気下、CuKα線使用の条件で行った。その結果を図4〜図6に示す。図4(a)に示すように、実施例1では、上述した結晶相Aのピークが現れた。一方、実施例1では、イオン伝導性の低い結晶相Bのピークである2θ=27.33°±0.50°のピークは確認されなかった(I/I=0)。
[Evaluation]
(X-ray diffraction measurement)
X-ray diffraction (XRD) measurement was performed using the sulfide solid electrolyte materials obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3. XRD measurement was performed on the powder sample under an inert atmosphere and using CuKα rays. The results are shown in FIGS. As shown in FIG. 4A, in Example 1, the above-described peak of the crystal phase A appeared. On the other hand, in Example 1, the peak of 2θ = 27.33 ° ± 0.50 ° which is the peak of the crystal phase B having low ion conductivity was not confirmed (I B / I A = 0).

実施例2〜5および比較例1〜3についても、同様にI/Iの値を求めた。その結果を表2に示す。 For even Examples 2-5 and Comparative Examples 1-3, similarly to determine the value of I B / I A. The results are shown in Table 2.

表2に示すように、実施例1〜3では、イオン伝導性の低い結晶相Bのピークは確認されなかった。実施例4、5では、イオン伝導性の低い結晶相Bのピークがわずかに確認された。一方、比較例1では、イオン伝導性の高い結晶相Aは確認されず、比較例2では、イオン伝導性の高い結晶相Aはわずかしか確認されなかった。また、比較例3では、イオン伝導性の低い結晶相Bのピークがわずかに確認された。   As shown in Table 2, in Examples 1 to 3, the peak of the crystal phase B having low ion conductivity was not confirmed. In Examples 4 and 5, the peak of the crystal phase B having low ion conductivity was slightly confirmed. On the other hand, in Comparative Example 1, the crystal phase A with high ion conductivity was not confirmed, and in Comparative Example 2, only a few crystal phases A with high ion conductivity were confirmed. Further, in Comparative Example 3, a slight peak of the crystal phase B having low ion conductivity was confirmed.

(X線構造解析)
実施例1で得られた硫化物固体電解質材料の結晶構造をX線構造解析により同定した。XRDで得られた回折図形を基に直接法で晶系・結晶群を決定し、その後、実空間法により結晶構造を同定した。その結果、上述した図1のような結晶構造を有することが確認された。すなわち、四面体T(SiS四面体およびPS四面体)と、八面体O(LiS八面体)とは稜を共有し、四面体T(SiS四面体)と、八面体O(LiS八面体)とは頂点を共有している結晶構造であった。
(X-ray structural analysis)
The crystal structure of the sulfide solid electrolyte material obtained in Example 1 was identified by X-ray structural analysis. Based on the diffraction pattern obtained by XRD, a crystal system and a crystal group were determined by a direct method, and then a crystal structure was identified by a real space method. As a result, it was confirmed that the crystal structure as shown in FIG. That is, tetrahedron T 1 (SiS 4 tetrahedron and PS 4 tetrahedron) and octahedron O (LiS 6 octahedron) share a ridge, and tetrahedron T 2 (SiS 4 tetrahedron) and octahedron O (LiS 6 octahedron) was a crystal structure sharing a vertex.

(Liイオン伝導度測定)
実施例1〜5および比較例1〜3で得られた硫化物固体電解質材料を用いて、25℃でのLiイオン伝導度を測定した。まず、硫化物固体電解質材料を200mg秤量し、マコール製のシリンダに入れ、4ton/cmの圧力でプレスした。得られたペレットの両端をSUS製ピンで挟み、ボルト締めによりペレットに拘束圧を印加し、評価用セルを得た。評価用セルを25℃に保った状態で、交流インピーダンス法によりLiイオン伝導度を算出した。測定には、ソーラトロン1260を用い、印加電圧5mV、測定周波数域0.01〜1MHzとした。その結果を図7に示す。図7に示すように、実施例1〜5では、比較例1、2よりも高いLiイオン伝導度を示した。また、実施例1〜5では、比較例3と同等以上のLiイオン伝導度を示した。
(Li ion conductivity measurement)
Li ion conductivity at 25 ° C. was measured using the sulfide solid electrolyte materials obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3. First, 200 mg of the sulfide solid electrolyte material was weighed, placed in a cylinder made by Macor and pressed at a pressure of 4 ton / cm 2 . Both ends of the obtained pellet were sandwiched between SUS pins, and restraint pressure was applied to the pellet by bolting to obtain an evaluation cell. With the evaluation cell kept at 25 ° C., Li ion conductivity was calculated by the AC impedance method. For the measurement, Solartron 1260 was used, and the applied voltage was 5 mV and the measurement frequency range was 0.01 to 1 MHz. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 7, in Examples 1-5, Li ion conductivity higher than Comparative Examples 1 and 2 was shown. In Examples 1 to 5, Li ion conductivity equal to or higher than that of Comparative Example 3 was shown.

1 … 正極活物質層
2 … 負極活物質層
3 … 電解質層
4 … 正極集電体
5 … 負極集電体
6 … 電池ケース
10 … 電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode active material layer 2 ... Negative electrode active material layer 3 ... Electrolyte layer 4 ... Positive electrode collector 5 ... Negative electrode collector 6 ... Battery case 10 ... Battery

Claims (6)

Li元素、Si元素、P元素およびS元素を含有し、
Ge元素、Sn元素およびO元素を含有せず、
CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=29.58°±0.50°の位置にピークを有し、
CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=27.33°±0.50°の位置にピークを有しないか、
前記2θ=27.33°±0.50°の位置にピークを有する場合、前記2θ=29.58°±0.50°のピークの回折強度をIとし、前記2θ=27.33°±0.50°のピークの回折強度をIとした際に、I/Iの値が0.50未満であることを特徴とする硫化物固体電解質材料。
Containing Li element, Si element, P element and S element,
Does not contain Ge element, Sn element and O element,
It has a peak at a position of 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° in X-ray diffraction measurement using CuKα ray,
Whether or not there is a peak at a position of 2θ = 27.33 ° ± 0.50 ° in X-ray diffraction measurement using CuKα ray,
If having a peak at the 2θ = 27.33 ° ± 0.50 °, the diffraction intensity of the peak of the 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° and I A, the 2θ = 27.33 ° ± A sulfide solid electrolyte material, wherein the value of I B / I A is less than 0.50 when the diffraction intensity of the peak at 0.50 ° is I B.
Li元素およびS元素から構成される八面体Oと、M元素およびS元素から構成される四面体Tと、M元素およびS元素から構成される四面体Tとを有し、前記四面体Tおよび前記八面体Oは稜を共有し、前記四面体Tおよび前記八面体Oは頂点を共有する結晶構造を主体として含有し、
前記M元素および前記M元素の少なくとも一方はSi元素を含み、
前記M元素および前記M元素の少なくとも一方はP元素を含み、
Ge元素、Sn元素およびO元素を含有しないことを特徴とする硫化物固体電解質材料。
Has a octahedron O composed of Li element and S elements, a tetrahedron T 1 composed of M a element and S elements, a tetrahedron T 2 composed of M b element and S elements, wherein The tetrahedron T 1 and the octahedron O share a ridge, and the tetrahedron T 2 and the octahedron O mainly contain a crystal structure sharing a vertex,
At least one of the M a element and the M b element comprises a Si element,
At least one of the M a element and the M b element comprises a P element,
A sulfide solid electrolyte material characterized by not containing Ge element, Sn element and O element.
前記Si元素および前記P元素の合計に対する前記P元素のモル比が、0.5〜0.7の範囲内であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の硫化物固体電解質材料。   3. The sulfide solid electrolyte material according to claim 1, wherein a molar ratio of the P element to a total of the Si element and the P element is in a range of 0.5 to 0.7. . 前記硫化物固体電解質材料が、Li(4−x)Si(1−x)(xは、0.5≦x≦0.7を満たす)で表されることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載の硫化物固体電解質材料。 The sulfide solid electrolyte material is represented by Li (4-x) Si (1-x) P x S 4 (x satisfies 0.5 ≦ x ≦ 0.7). The sulfide solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 3. 正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に形成された電解質層とを含有する電池であって、
前記正極活物質層、前記負極活物質層および前記電解質層の少なくとも一つが、請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載の硫化物固体電解質材料を含有することを特徴とする電池。
A battery comprising a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. And
At least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the electrolyte layer contains the sulfide solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 4. battery.
請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載の硫化物固体電解質材料の製造方法であって、
前記硫化物固体電解質材料の構成成分を含有する原料組成物を用いて、メカニカルミリングにより、非晶質化したイオン伝導性材料を合成するイオン伝導性材料合成工程と、
前記非晶質化したイオン伝導性材料を加熱することにより、前記硫化物固体電解質材料を得る加熱工程と、
を有することを特徴とする硫化物固体電解質材料の製造方法。
A method for producing a sulfide solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 4, comprising:
An ion conductive material synthesizing step of synthesizing an amorphous ion conductive material by mechanical milling using a raw material composition containing components of the sulfide solid electrolyte material;
A heating step of obtaining the sulfide solid electrolyte material by heating the amorphous ion conductive material;
A method for producing a sulfide solid electrolyte material, comprising:
JP2013163379A 2013-08-06 2013-08-06 Sulfide solid electrolyte material, cell and method of producing sulfide solid electrolyte material Pending JP2015032550A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013163379A JP2015032550A (en) 2013-08-06 2013-08-06 Sulfide solid electrolyte material, cell and method of producing sulfide solid electrolyte material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013163379A JP2015032550A (en) 2013-08-06 2013-08-06 Sulfide solid electrolyte material, cell and method of producing sulfide solid electrolyte material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015032550A true JP2015032550A (en) 2015-02-16

Family

ID=52517692

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013163379A Pending JP2015032550A (en) 2013-08-06 2013-08-06 Sulfide solid electrolyte material, cell and method of producing sulfide solid electrolyte material

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2015032550A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109314274A (en) * 2016-03-11 2019-02-05 国立大学法人东京工业大学 Sulfide solid electrolyte
CN109641805A (en) * 2016-08-23 2019-04-16 国立大学法人东京工业大学 Sulfide solid electrolyte
US10333170B2 (en) * 2015-02-25 2019-06-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material
CN111740081A (en) * 2019-03-25 2020-10-02 丰田自动车株式会社 Positive electrode mixture, all-solid-state battery, and method for producing positive electrode mixture
CN112777632A (en) * 2021-01-25 2021-05-11 武汉船用电力推进装置研究所(中国船舶重工集团公司第七一二研究所) Sulfide lithium ion solid electrolyte and preparation method and application thereof

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10333170B2 (en) * 2015-02-25 2019-06-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material
CN109314274A (en) * 2016-03-11 2019-02-05 国立大学法人东京工业大学 Sulfide solid electrolyte
CN109641805A (en) * 2016-08-23 2019-04-16 国立大学法人东京工业大学 Sulfide solid electrolyte
EP3505500A4 (en) * 2016-08-23 2020-07-29 Tokyo Institute of Technology Sulfide solid electrolyte
US11152641B2 (en) 2016-08-23 2021-10-19 Tokyo Institute Of Technology Sulfide solid electrolyte
CN111740081A (en) * 2019-03-25 2020-10-02 丰田自动车株式会社 Positive electrode mixture, all-solid-state battery, and method for producing positive electrode mixture
CN111740081B (en) * 2019-03-25 2024-03-15 丰田自动车株式会社 Positive electrode mixture, all-solid-state battery, and method for producing positive electrode mixture
CN112777632A (en) * 2021-01-25 2021-05-11 武汉船用电力推进装置研究所(中国船舶重工集团公司第七一二研究所) Sulfide lithium ion solid electrolyte and preparation method and application thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6288716B2 (en) Method for producing sulfide solid electrolyte material
JP6222134B2 (en) Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material
JP5888610B2 (en) Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material
JP6044587B2 (en) Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material
JP6044588B2 (en) Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material
JP5720753B2 (en) Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material
JP5888609B2 (en) Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material
JP5880581B2 (en) Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material
JP5975071B2 (en) Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material
JP5527673B2 (en) Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material
JP6037444B2 (en) Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material
JP5561383B2 (en) Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material
JP6315617B2 (en) Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material
JP6036996B2 (en) Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material
WO2013084944A1 (en) Battery
JP2015032550A (en) Sulfide solid electrolyte material, cell and method of producing sulfide solid electrolyte material
JP5895917B2 (en) Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material