JP2016027554A - Solid electrolyte - Google Patents

Solid electrolyte Download PDF

Info

Publication number
JP2016027554A
JP2016027554A JP2015105314A JP2015105314A JP2016027554A JP 2016027554 A JP2016027554 A JP 2016027554A JP 2015105314 A JP2015105314 A JP 2015105314A JP 2015105314 A JP2015105314 A JP 2015105314A JP 2016027554 A JP2016027554 A JP 2016027554A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solid electrolyte
electrolyte according
ion
producing
polyatomic
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
JP2015105314A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
美勝 清野
Yoshikatsu Kiyono
美勝 清野
淳平 丸山
Junpei Maruyama
淳平 丸山
中川 將
Susumu Nakagawa
將 中川
剛 太田
Takeshi Ota
剛 太田
千賀 実
Minoru Chiga
実 千賀
拓明 山田
Hiroaki Yamada
拓明 山田
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.)
Idemitsu Kosan Co Ltd
Original Assignee
Idemitsu Kosan Co Ltd
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 Idemitsu Kosan Co Ltd filed Critical Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority to JP2015105314A priority Critical patent/JP2016027554A/en
Publication of JP2016027554A publication Critical patent/JP2016027554A/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

Landscapes

  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid electrolyte for a new battery excellent in ionic conductivity.SOLUTION: There is provided a solid electrolyte which contains Liions, PSions and polyatomic ions having an ionic radius of 1.5 to 3.1 Å other than the PSions and is amorphous, wherein the polyatomic ions are one or more selected from SiF62-, SCN-, BF4- and AlO2-, the polyatomic ions have an ionic radius of 1.6 to 3.0 Å and the ionic conductivity of the polyatomic ions is 1.0×10to 8.0×10S/cm.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、固体電解質及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a solid electrolyte and a method for producing the same.

近年、携帯情報端末、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等に用いられるリチウムイオン二次電池の需要が増加している。
リチウムイオン二次電池の安全性を確保する方法として、有機系電解液に代えて無機固体電解質を用いた全固体二次電池が研究されている。
In recent years, there has been an increasing demand for lithium ion secondary batteries used in personal digital assistants, portable electronic devices, small household power storage devices, motorcycles powered by motors, electric vehicles, hybrid electric vehicles, and the like.
As a method for ensuring the safety of a lithium ion secondary battery, an all-solid secondary battery using an inorganic solid electrolyte instead of an organic electrolyte has been studied.

全固体二次電池の固体電解質として、例えば、原料に硫化物を使用した様々な硫化物系固体電解質が検討されている(例えば、特許文献1)。   As a solid electrolyte of an all-solid secondary battery, for example, various sulfide-based solid electrolytes using sulfide as a raw material have been studied (for example, Patent Document 1).

特開2010−199033号公報JP 2010-199033 A

本発明の目的は、イオン伝導度に優れる新規な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 novel solid electrolyte excellent in ionic conductivity.

本発明によれば、以下の固体電解質等が提供される。
1. Liイオン、
PS 3−イオン、及び
前記PS 3−イオン以外のイオン半径1.5Å〜3.1Åの多原子イオン
を含む固体電解質。
2.非晶質である1に記載の固体電解質。
3.前記多原子イオンが、SiF 2−,SCN,BF 及びAlO から選択される1以上である1又は2に記載の固体電解質。
4.前記多原子イオンがAlO である1〜3のいずれかに記載の固体電解質。
5.前記多原子イオンのイオン半径が1.6Å〜3.0Åである1〜4のいずれかに記載の固体電解質。
6.前記多原子イオンのイオン半径が1.8Å〜2.8Åである1〜5のいずれかに記載の固体電解質。
7.イオン伝導度が1.0×10−4S/cm〜8.0×10−3S/cmである1〜6のいずれかに記載の固体電解質。
8.結晶質である1及び3〜7のいずれかに記載の固体電解質。
9.チオリシコンII型類似結晶相を含む8に記載の固体電解質。
10.硫化リチウム、リン化合物、及びイオン半径1.5Å〜3.1Åの多原子イオンを生じうる化合物を接触させる工程を含む固体電解質の製造方法。
11.前記リン化合物が硫化リンである10に記載の固体電解質の製造方法。
12.前記硫化リンが五硫化二リンである11に記載の固体電解質の製造方法。
13.前記多原子イオンが、SiF 2−,SCN,BF 及びAlO から選択される1以上である10〜12のいずれかに記載の固体電解質の製造方法。
14.前記多原子イオンがAlO である10〜13のいずれかに記載の固体電解質の製造方法。
15.前記多原子イオンを生じうる化合物が前記多原子イオンのリチウム塩である10〜14のいずれかに記載の固体電解質の製造方法。
16.前記多原子イオンのイオン半径が1.6Å〜3.0Åである10〜15のいずれかに記載の固体電解質の製造方法。
17.前記多原子イオンのイオン半径が1.8Å〜2.8Åである10〜16のいずれかに記載の固体電解質の製造方法。
18.前記接触により得られたガラスをさらに熱処理する工程を含む10〜17のいずれかに記載の固体電解質の製造方法。
19.前記熱処理をガラス転移温度以上結晶化温度以下で行う18に記載の固体電解質の製造方法。
20.前記熱処理を0.01時間〜15時間行う18又は19に記載の固体電解質の製造方法。
21.正極層、固体電解質層、及び負極層を含み、
前記正極層、前記固体電解質層、及び前記負極層のうち少なくとも1つの層が1〜9のいずれかに記載の固体電解質を含む電池。
According to the present invention, the following solid electrolyte and the like are provided.
1. Li + ion,
A solid electrolyte containing PS 4 3- ion and polyatomic ions other than the PS 4 3- ion and having an ionic radius of 1.5 to 3.1 .
2. 2. The solid electrolyte according to 1, which is amorphous.
3. The solid electrolyte according to 1 or 2, wherein the polyatomic ion is one or more selected from SiF 6 2− , SCN , BF 4 and AlO 2 .
4). The solid electrolyte according to any one of 1 to 3, wherein the polyatomic ion is AlO 2 .
5. The solid electrolyte according to any one of 1 to 4, wherein the polyatomic ions have an ionic radius of 1.6 to 3.0 Å.
6). The solid electrolyte according to any one of 1 to 5, wherein an ionic radius of the polyatomic ion is 1.8 to 2.8.
7). The solid electrolyte according to any one of 1 to 6, which has an ionic conductivity of 1.0 × 10 −4 S / cm to 8.0 × 10 −3 S / cm.
8). The solid electrolyte according to any one of 1 and 3 to 7, which is crystalline.
9. 9. The solid electrolyte according to 8, which contains a thiolithicone type II similar crystal phase.
10. A method for producing a solid electrolyte, comprising a step of contacting lithium sulfide, a phosphorus compound, and a compound capable of generating polyatomic ions having an ionic radius of 1.5 to 3.1.
11. 11. The method for producing a solid electrolyte according to 10, wherein the phosphorus compound is phosphorus sulfide.
12 12. The method for producing a solid electrolyte according to 11, wherein the phosphorus sulfide is diphosphorus pentasulfide.
13. The method for producing a solid electrolyte according to any one of 10 to 12, wherein the polyatomic ion is one or more selected from SiF 6 2− , SCN , BF 4 and AlO 2 .
14 Method for producing a solid electrolyte according to any one of 10 to 13 is - the polyatomic ions AlO 2.
15. The method for producing a solid electrolyte according to any one of 10 to 14, wherein the compound capable of generating the polyatomic ion is a lithium salt of the polyatomic ion.
16. The method for producing a solid electrolyte according to any one of 10 to 15, wherein the polyatomic ion has an ionic radius of 1.6 to 3.0 Å.
17. The method for producing a solid electrolyte according to any one of 10 to 16, wherein an ionic radius of the polyatomic ion is 1.8 to 2.8.
18. The manufacturing method of the solid electrolyte in any one of 10-17 including the process of further heat-processing the glass obtained by the said contact.
19. 19. The method for producing a solid electrolyte according to 18, wherein the heat treatment is performed at a glass transition temperature or higher and a crystallization temperature or lower.
20. 20. The method for producing a solid electrolyte according to 18 or 19, wherein the heat treatment is performed for 0.01 to 15 hours.
21. Including a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer;
A battery in which at least one of the positive electrode layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode layer includes the solid electrolyte according to any one of 1 to 9.

本発明によれば、イオン伝導度に優れる新規な固体電解質が提供できる。   According to the present invention, a novel solid electrolyte excellent in ionic conductivity can be provided.

[固体電解質]
本発明の固体電解質は、Liイオン、PS 3−イオン、及びPS 3−イオン以外のイオン半径1.5Å〜3.1Åの多原子イオンを含む。
[Solid electrolyte]
The solid electrolyte of the present invention includes Li + ions, PS 4 3- ions, and polyatomic ions having an ionic radius of 1.5 to 3.1 以外 other than PS 4 3- ions.

PS 3−を含む固体電解質において、固体電解質中に含まれるPS 3−と同等又は小さいサイズの陰イオンを固体電解質中に分散させることにより、これらが固体電解質に取り込まれ、固体電解質の構造に変化が生じることによってイオン伝導度を向上することができる。
また、多原子のイオン成分とすることにより各種の原子の組み合わせが可能となるため、容易に目的のサイズとすることができる。
In the solid electrolyte containing PS 4 3- , an anion having a size equal to or smaller than that of PS 4 3- contained in the solid electrolyte is dispersed in the solid electrolyte, so that these are taken into the solid electrolyte, and the structure of the solid electrolyte The ionic conductivity can be improved by causing a change in the.
In addition, since various atoms can be combined by using a polyatomic ion component, a desired size can be easily obtained.

PS 3−は、PS 3−のリチウム塩(LiPS)等の、PS 3−を生じうる化合物を含むことにより、固体電解質中に生じさせることができる。
また、後述する製造方法のように硫化リチウムとリン化合物(好ましくは五硫化二リン)を反応させることによって、これらを反応させてPS 3−を生じさせることもできる。
PS 4 3− can be generated in a solid electrolyte by including a compound capable of generating PS 4 3− , such as a lithium salt of PS 4 3− (Li 3 PS 4 ).
Moreover, by reacting lithium sulfide and a phosphorus compound (preferably diphosphorus pentasulfide) as in the production method described later, these can be reacted to produce PS 4 3− .

上記の多原子イオンは、イオン半径が1.5Å〜3.1Åのものであれば特に制限されないが、陰イオンが好ましく、SiF 2−,SCN,BF 及びAlO から選択される1以上であることがより好ましく、AlO がさらに好ましい。 The polyatomic ion is not particularly limited as long as it has an ionic radius of 1.5 to 3.1, but is preferably an anion and selected from SiF 6 2− , SCN , BF 4 and AlO 2 −. 1 or more is more preferable, and AlO 2 is more preferable.

多原子イオンのイオン半径は、好ましくは1.6Å〜3.0Åであり、より好ましくは1.8Å〜2.8Åである。例えば、2.0Å〜2.8Å、2.2Å〜2.8Åである。この範囲であれば、多原子イオンが固体電解質の構造中に取り込まれやすく、イオン伝導度がより向上する。   The ionic radius of the polyatomic ions is preferably 1.6 to 3.0 and more preferably 1.8 to 2.8. For example, they are 2.0? -2.8? And 2.2? -2.8 ?. If it is this range, a polyatomic ion will be easy to be taken in in the structure of a solid electrolyte, and ionic conductivity will improve more.

多原子イオンは、多原子イオンを生じうる化合物(化合物A)を用いることにより固体電解質中に生じさせることができる。
多原子イオンを生じうる化合物は、電離して上記の多原子イオンを発生するものであれば特に制限されないが、例えば上記多原子イオンのリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩等が挙げられる。具体的には、LiSiF、NaSiF、KSiF、KNaSiF、LiSCN、NaSCN、KSCN、LiBF、NaBF、KBF、LiAlO、NaAlO、KAlO等が挙げられる。
Polyatomic ions can be generated in the solid electrolyte by using a compound (compound A) that can generate polyatomic ions.
The compound capable of generating a polyatomic ion is not particularly limited as long as it is ionized to generate the above polyatomic ion. For example, alkali metal salts such as lithium salt, sodium salt, potassium salt and the like of the above polyatomic ion can be used. Can be mentioned. Specifically, Li 2 SiF 6 , Na 2 SiF 6 , K 2 SiF 6 , KNaSiF 6 , LiSCN, NaSCN, KSCN, LiBF 4 , NaBF 4 , KBF 4 , LiAlO 2 , NaAlO 2 , KAlO 2 and the like can be mentioned. .

多原子イオンのイオン半径は以下のようにして求める。
多原子イオンが含まれる物質が結晶中で自由回転しているとみなし、球に近似したイオン半径を求める。具体的には、ポーリングによるイオン半径算出法に基づき、多原子イオンのイオン半径を下記式(I)によって求める。核間距離は、フリーソフトVenus(開発者:泉富士夫氏)を用いて求めることができる。
多原子イオンのイオン半径=核間距離−陽イオンの半径・・・(I)
The ion radius of polyatomic ions is obtained as follows.
Considering that a substance containing polyatomic ions is freely rotating in a crystal, an ion radius approximated to a sphere is obtained. Specifically, the ion radius of polyatomic ions is obtained by the following formula (I) based on the ion radius calculation method by Pauling. The internuclear distance can be obtained using free software Venus (developer: Mr. Fujio Izumi).
Ion radius of polyatomic ion = internuclear distance-radius of cation (I)

核間距離や多原子イオンのイオン半径が2つ以上の数値となる場合は、後述する具体例のように、平均値を用いる。   When the internuclear distance or the ionic radius of polyatomic ions is two or more numerical values, an average value is used as in a specific example described later.

具体的に、PS 3−,SiF 2−,BF ,AlO ,SCNのイオン半径は以下のように計算される。計算には下記の結晶構造データを用い、陽イオンのイオン半径はポーリングの値(6配位)を用いた。 Specifically, the ion radii of PS 4 3− , SiF 6 2− , BF 4 , AlO 2 and SCN are calculated as follows. The following crystal structure data was used for the calculation, and the Pauling value (6-coordinate) was used for the ion radius of the cation.

PS 3−:γ−LiPS(K.Homma, M.Yonemura, T.Kobayashi, M.Hirayama, R.Kanno Solid State Ionics 182,53(2011))
SiF 2−:KNaSiF(J.Fischer, K.Kramer, Mat.Res.Bull. 26,925(1991))
BF :NaBF(G.Brunton, Acta Cryst, B24, 1703(1968))
AlO :NaAlO(J.A.Kauduk, S.Pei,J.Solid State Chem. 115,126(1995))
SCN:NaSCN(J.W.Bats,P.Coppens,A.Kvick,Acta Crystallogr. B33, 1534(1977)
PS 4 3− : γ-Li 3 PS 4 (K.Homma, M.Yonemura, T.Kobayashi, M.Hirayama, R.Kanno Solid State Ionics 182,53 (2011))
SiF 6 2− : KNaSiF 6 (J. Fischer, K. Kramer, Mat. Res. Bull. 26,925 (1991))
BF 4 : NaBF 4 (G. Brunton, Acta Cryst, B24, 1703 (1968))
AlO 2 : NaAlO 2 (JAKauduk, S.Pei, J. Solid State Chem. 115, 126 (1995))
SCN : NaSCN (JWBats, P. Coppens, A. Kvick, Acta Crystallogr. B33, 1534 (1977)

・PS 3−(γ−LiPS
Li−P核間距離3.64Å,3.74Å(平均3.69Å)
Liのイオン半径0.6Å
PS 3−のイオン半径=3.69−0.6=3.09Å
・ PS 4 3− (γ-Li 3 PS 4 )
Li-P internuclear distance 3.64Å, 3.74Å (average 3.69Å)
Li + ion radius 0.6Å
PS 4 3- ionic radius = 3.69-0.6 = 3.09?

・SiF 2−(KNaSiF
K−Si核間距離3.78Å
のイオン半径1.33Å
Na−Si核間距離3.21Å
Naのイオン半径0.95Å
SiF 2−のイオン半径(K−Si)=3.78−1.33=2.45Å
SiF 2−のイオン半径(Na−Si)=3.21−0.95=2.26Å
SiF 2−のイオン半径(平均)=2.36Å
・ SiF 6 2− (KNaSiF 6 )
K-Si internuclear distance 3.78 mm
K + ion radius 1.33Å
Na-Si internuclear distance of 3.21 mm
Na + ionic radius 0.95Å
SiF 6 2-ionic radius (K-Si) = 3.78-1.33 = 2.45Å
SiF 6 2− ionic radius (Na—Si) = 3.21−0.95 = 2.26 Å
SiF 6 2− ionic radius (average) = 2.36 Å

・BF (NaBF
Na−B核間距離3.10Å,3.16Å(平均3.13Å)
Naのイオン半径0.95Å
BF のイオン半径=3.13−0.95=2.18Å
· BF 4 - (NaBF 4)
Na-B internuclear distance of 3.10 mm, 3.16 mm (average 3.13 mm)
Na + ionic radius 0.95Å
Ion radius of BF 4 = 3.13−0.95 = 2.18Å

・AlO (NaAlO
Na−Al核間距離3.22Å,3.37Å(平均3.30Å)
Naのイオン半径0.95Å
AlO のイオン半径=3.30−0.95=2.35Å
・ AlO 2 (NaAlO 2 )
Na-Al internuclear distance of 3.22 mm, 3.37 mm (average 3.30 mm)
Na + ionic radius 0.95Å
The ionic radius of AlO 2 = 3.30−0.95 = 2.35 Å

・SCN(NaCSN)
Na−C核間距離3.71Å,3.44Å(平均3.58Å)
Naのイオン半径0.95Å
SCNのイオン半径=3.58−0.95=2.63Å
· SCN - (NaCSN)
Na-C internuclear distance 3.71 mm, 3.44 mm (average 3.58 mm)
Na + ionic radius 0.95Å
SCN - ion radius = 3.58-0.95 = 2.63Å

固体電解質にPS 3−及び上記多原子イオンが含まれることは、XRD、ラマン分光、固体−NMR等の結果から、及びこれら複数の結果から判断することができる。 It can be judged from the results of XRD, Raman spectroscopy, solid-NMR, and the like and from the plurality of results that PS 4 3− and the above polyatomic ions are contained in the solid electrolyte.

本発明の固体電解質は非結晶(非晶質)でも結晶(結晶質)でもよく、非晶質が好ましい。
ガラスセラミックス(結晶)は、固体電解質ガラス(非結晶)をガラス転移温度以上の温度で熱処理することで製造でき、好ましくはガラス転移温度以上結晶化温度以下で熱処理することで製造する。
熱処理時間としては、例えば0.01〜15時間であり、好ましくは0.1〜10時間である。
本発明の固体電解質において、固体電解質ガラスに含まれる多原子イオンは、上記熱処理によって固体電解質ガラスセラミックスとなっても変化せずにそのまま含まれている。
The solid electrolyte of the present invention may be amorphous (amorphous) or crystalline (crystalline), and is preferably amorphous.
Glass ceramics (crystals) can be produced by heat-treating solid electrolyte glass (non-crystal) at a temperature above the glass transition temperature, and preferably by heat treatment at a temperature above the glass transition temperature and below the crystallization temperature.
As heat processing time, it is 0.01 to 15 hours, for example, Preferably it is 0.1 to 10 hours.
In the solid electrolyte of the present invention, the polyatomic ions contained in the solid electrolyte glass are contained as they are without changing even if the solid electrolyte glass ceramics is formed by the heat treatment.

ここで固体電解質の状態を表す「ガラス」及び「ガラスセラミックス」は、次のように定義される。
即ち、「ガラス」とは、X線回折測定においてX線回折パターンが実質的に固体電解質原料由来のピーク以外のピークを示さないハローパターンである固体電解質をいう。尚、固体電解質原料由来のピークの有無は問わないものとする。
また、「ガラスセラミックス」とは、固体電解質由来のピークが観測される固体電解質をいう。尚、固体電解質原料由来のピークの有無は問わないものとする。即ち、ガラスセラミックスは、固体電解質由来の結晶構造を含み、一部が固体電解質由来の結晶構造であってもよいし、全部が固体電解質由来の結晶構造であってもよい。ガラスセラミックスは、例えば、ガラスを結晶化して得ることができる。
Here, “glass” and “glass ceramics” representing the state of the solid electrolyte are defined as follows.
That is, “glass” refers to a solid electrolyte in which the X-ray diffraction pattern is a halo pattern that does not substantially show a peak other than the peak derived from the solid electrolyte raw material in the X-ray diffraction measurement. In addition, the presence or absence of the peak derived from a solid electrolyte raw material shall not be ask | required.
“Glass ceramics” refers to a solid electrolyte in which a peak derived from the solid electrolyte is observed. In addition, the presence or absence of the peak derived from a solid electrolyte raw material shall not be ask | required. That is, the glass ceramic includes a crystal structure derived from a solid electrolyte, and a part thereof may be a crystal structure derived from a solid electrolyte, or a whole may be a crystal structure derived from a solid electrolyte. Glass ceramics can be obtained, for example, by crystallizing glass.

ガラスセラミックスに含まれる結晶構造としては、LiPS結晶構造、Li結晶構造、LiPS結晶構造、Li11結晶構造、Li4−xGe1−x系チオリシコンII型の結晶構造(Kannoら、Journal of The Electrochemical Society,148(7)A742−746(2001)参照)等が挙げられる。これら構造はX線回折(XRD)測定により確認できる。
結晶率は通常20%以上99%以下であり、例えば25%以上90%以下、30%以上80%以下である。
As the crystal structure contained in the glass ceramic, Li 3 PS 4 crystal structure, Li 4 P 2 S 6 crystal structure, Li 7 PS 6 crystal structure, Li 7 P 3 S 11 crystal structure, Li 4-x Ge 1-x P x S 4 series thiolysicon type II crystal structure (see Kanno et al., Journal of The Electrochemical Society, 148 (7) A742-746 (2001)). These structures can be confirmed by X-ray diffraction (XRD) measurement.
The crystallinity is usually 20% or more and 99% or less, for example, 25% or more and 90% or less, and 30% or more and 80% or less.

上記チオリシコンII型の結晶構造は、これまでLiPSの一部をGeに置換することで(Li4−xGe1−x系)析出させ、高イオン伝導性結晶としており、それ以外の元素では困難であった。これに対し、本発明では多原子イオンを含む固体電解質ガラスを熱処理することで、得られる固体電解質ガラスセラミックス中に上記と類似の高イオン伝導性結晶を析出させることができる。
尚、ここで「類似」とは、XRDパターンにおいて例えば2θの値が若干シフトしている、又はピーク強度が若干変化している程度であって、高イオン伝導性の効果が得られることに変わりなく、実質的にXRDパターンが同じであることを意味する。
The thiolithicone type II crystal structure has so far been deposited by replacing a part of Li 3 PS 4 with Ge (Li 4-x Ge 1-x P x S 4 system) to form a high ion conductive crystal. It was difficult with other elements. On the other hand, in the present invention, a high ion conductive crystal similar to the above can be precipitated in the obtained solid electrolyte glass ceramic by heat-treating the solid electrolyte glass containing polyatomic ions.
Here, “similar” means that, for example, the value of 2θ is slightly shifted or the peak intensity is slightly changed in the XRD pattern, and the effect of high ion conductivity is obtained. It means that the XRD pattern is substantially the same.

本発明の固体電解質は、後述する固体電解質の製造方法によって製造することができる。
本発明の固体電解質はイオン伝導度に優れ、例えば1.0×10−4〜8.0×10−3S/cm、1.0×10−4〜5.0×10−3S/cm、2.0×10−4〜5.0×10−3S/cmのイオン伝導度を有する。イオン伝導度は実施例に記載の方法によって測定する。
The solid electrolyte of the present invention can be produced by a solid electrolyte production method described later.
The solid electrolyte of the present invention is excellent in ionic conductivity, for example, 1.0 × 10 −4 to 8.0 × 10 −3 S / cm, 1.0 × 10 −4 to 5.0 × 10 −3 S / cm. 2.0 × 10 −4 to 5.0 × 10 −3 S / cm. Ionic conductivity is measured by the method described in the examples.

[固体電解質の製造方法]
本発明の固体電解質の製造方法は、硫化リチウム(LiS)、リン化合物、及びイオン半径1.5Å〜3.1Åの多原子イオンを生じうる化合物(化合物A)を接触させる工程を含む。化合物Aは上記で説明したものと同じである。
[Method for producing solid electrolyte]
The method for producing a solid electrolyte of the present invention includes a step of contacting lithium sulfide (Li 2 S), a phosphorus compound, and a compound (compound A) capable of generating polyatomic ions having an ionic radius of 1.5 to 3.1 接触. Compound A is the same as described above.

硫化リチウムは、特に制限なく使用できるが、高純度のものが好ましい。硫化リチウムは、例えば、特開平7−330312号、特開平9−283156号、特開2010−163356、特願2009−238952に記載の方法により製造することができる。   Lithium sulfide can be used without particular limitation, but high purity is preferred. Lithium sulfide can be produced, for example, by the methods described in JP-A-7-330312, JP-A-9-283156, JP-A 2010-163356, and Japanese Patent Application No. 2009-233892.

硫化リチウムは、硫黄酸化物のリチウム塩の総含有量が0.15質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.1質量%以下であり、かつN−メチルアミノ酪酸リチウムの含有量が0.15質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.1質量%以下である。硫黄酸化物のリチウム塩の総含有量が0.15質量%以下であると、溶融急冷法やメカニカルミリング法で得られる固体電解質は、ガラス状電解質(完全非晶質)となる。一方、硫黄酸化物のリチウム塩の総含有量が0.15質量%を越えると、得られる電解質は、最初から結晶化物となるおそれがある。熱処理前から結晶化物である固体電解質はイオン伝導度が低いおそれがある他、熱処理によるイオン伝導度の向上も見込めないおそれがある。   The lithium sulfide preferably has a total lithium oxide lithium salt content of 0.15% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or less, and a lithium N-methylaminobutyrate content. The content is preferably 0.15% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or less. When the total content of the lithium salt of sulfur oxide is 0.15% by mass or less, the solid electrolyte obtained by the melt quenching method or the mechanical milling method becomes a glassy electrolyte (fully amorphous). On the other hand, when the total content of the lithium salt of sulfur oxide exceeds 0.15% by mass, the obtained electrolyte may become a crystallized product from the beginning. The solid electrolyte, which is a crystallized product before the heat treatment, may have a low ionic conductivity and may not be expected to improve the ionic conductivity by the heat treatment.

また、N−メチルアミノ酪酸リチウムの含有量が0.15質量%以下であると、N−メチルアミノ酪酸リチウムの劣化物がリチウムイオン電池のサイクル性能を低下させることがない。このように不純物が低減された硫化リチウムを用いると、高イオン伝導性電解質が得られる。   In addition, when the content of lithium N-methylaminobutyrate is 0.15% by mass or less, a deteriorated product of lithium N-methylaminobutyrate does not deteriorate the cycle performance of the lithium ion battery. When lithium sulfide with reduced impurities is used, a high ion conductive electrolyte can be obtained.

上述した特開平7−330312号及び特開平9−283156号に基づいて硫化リチウムを製造した場合、硫化リチウムが硫黄酸化物のリチウム塩等を含むため、精製することが好ましい。
一方、特開2010−163356に記載の硫化リチウムの製法で製造した硫化リチウムは、硫黄酸化物のリチウム塩等の含有量が非常に少ないため、精製せずに用いてもよい。
好ましい精製法としては、例えば、国際公開WO2005/40039号に記載された精製法等が挙げられる。具体的には、上記のようにして得られた硫化リチウムを、有機溶媒を用い、100℃以上の温度で洗浄する。
When lithium sulfide is produced based on the above-mentioned JP-A-7-330312 and JP-A-9-283156, it is preferable to purify the lithium sulfide because it contains a lithium salt of a sulfur oxide.
On the other hand, lithium sulfide produced by the method for producing lithium sulfide described in JP-A-2010-163356 may be used without purification because it contains a very small amount of sulfur oxide lithium salt or the like.
As a preferable purification method, for example, a purification method described in International Publication No. WO2005 / 40039 and the like can be mentioned. Specifically, the lithium sulfide obtained as described above is washed at a temperature of 100 ° C. or higher using an organic solvent.

リン化合物としては、硫化リンが好ましく、五硫化二リン(P)がより好ましい。五硫化二リンは、工業的に製造され、販売されているものであれば、特に限定なく使用することができる。 As the phosphorus compound, phosphorus sulfide is preferable, and phosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) is more preferable. As long as diphosphorus pentasulfide is manufactured and sold industrially, it can be used without particular limitation.

接触工程は、MM(メカニカルミリング)法、溶融法、炭化水素系溶媒中で原料を接触させる方法(国際公開第2009/047977号)、炭化水素系溶媒中で原料を接触させる手段と粉砕合成手段とを交互に行う方法(特開2010−140893号公報)、溶媒中で原料を接触させる工程の後に粉砕合成工程を行う方法(国際公開第2013/042371号)、その他の方法で行うことができる。   The contacting step includes an MM (mechanical milling) method, a melting method, a method of bringing a raw material into contact with a hydrocarbon solvent (International Publication No. 2009/047977), a means for bringing the raw material into contact with a hydrocarbon solvent, and a pulverizing and synthesizing means. Can be carried out by a method of alternately carrying out the above (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-140893), a method of performing a pulverizing synthesis step after a step of contacting a raw material in a solvent (International Publication No. 2013/042371), or other methods. .

上記の製造方法は、LiS、リン化合物及び化合物Aを一時に接触させてもよいし、LiSとリン化合物を接触させて固体電解質(硫化物系固体電解質)を調製し、その硫化物系固体電解質と化合物Aを接触させて行ってもよい。
いずれの場合においても、LiSとリン化合物を原料とする硫化物系固体電解質に、化合物Aに由来する多原子イオンが分散した固体電解質が得られる。
尚、「硫化物固体電解質」自体の定義とは一般に、硫黄元素を含み、室温で固体であり、イオン伝導性を有する物質と定義される。本発明においては、硫化物固体電解質のうちどこまでを権利範囲とするかは、リチウム元素、硫黄元素、及びリン元素を含む硫化物固体電解質であることが好ましい。
以下、LiSとリン化合物を原料とする硫化物系固体電解質について説明する。
In the above manufacturing method, Li 2 S, phosphorus compound and compound A may be contacted at once, or Li 2 S and phosphorus compound are contacted to prepare a solid electrolyte (sulfide-based solid electrolyte), and the sulfide The physical solid electrolyte and compound A may be contacted.
In any case, a solid electrolyte in which polyatomic ions derived from the compound A are dispersed in a sulfide-based solid electrolyte using Li 2 S and a phosphorus compound as raw materials is obtained.
The definition of “sulfide solid electrolyte” itself is generally defined as a substance that contains elemental sulfur, is solid at room temperature, and has ionic conductivity. In the present invention, it is preferable that the right range of the sulfide solid electrolyte is a sulfide solid electrolyte containing lithium element, sulfur element, and phosphorus element.
Hereinafter, a sulfide-based solid electrolyte using Li 2 S and a phosphorus compound as raw materials will be described.

LiSとリン化合物のモル比は50:50〜95:5が好ましい。
LiSとリン化合物を原料とする硫化物系固体電解質としては、少なくともLiSとリン化合物を原料とする硫化物系固体電解質が好ましい。
少なくともLiSとリン化合物を原料とする硫化物系固体電解質としては、原料として用いるLiSとリン化合物のモル比がLiS:P=60:40〜82:18となる硫化物系固体電解質が好ましく、より好ましくは、LiSとリン化合物のモル比がLiS:リン化合物=65:35〜82:18である硫化物系固体電解質であり、例えば、LiS:リン化合物=68:32〜82:18、LiS:リン化合物=72:38〜78:22である。
The molar ratio between Li 2 S and the phosphorus compound is preferably 50:50 to 95: 5.
The sulfide-based solid electrolyte of Li 2 S and a phosphorus compound as a raw material, at least Li 2 S and phosphorus compound as the raw material sulfide-based solid electrolyte is preferable.
As a sulfide-based solid electrolyte using at least Li 2 S and a phosphorus compound as raw materials, the molar ratio of Li 2 S and phosphorus compound used as raw materials is Li 2 S: P 2 S 5 = 60: 40 to 82:18. preferably the sulfide-based solid electrolyte, more preferably, Li 2 S and the molar ratio Li 2 phosphorus compound S: phosphorus compounds = 65: 35-82: 18 is a sulfide-based solid electrolyte, for example, Li 2 S: phosphorus compound = 68: 32~82: 18, Li 2 S: phosphorus compound = 72: 38 to 78: a 22.

また、少なくともLiSとリン化合物を原料とする硫化物系固体電解質としては、LiSとリン化合物を原料とする硫化物系固体電解質が好ましい。
LiSとリン化合物を原料とする硫化物系固体電解質としては、原料として用いるLiSとリン化合物のモル比がLiS:リン化合物=60:40〜82:18となる硫化物系固体電解質が好ましく、より好ましくは、LiSとリン化合物のモル比がLiS:リン化合物=65:35〜82:18である。
即ち、硫化物系固体電解質に含まれるLi、P及びSを、LiSとリン化合物の比に換算した場合に、モル比がLiS:リン化合物=60:40〜82:18となる硫化物系固体電解質が好ましく、より好ましくは、LiSとリン化合物のモル比がLiS:リン化合物=65:35〜82:18である硫化物系固体電解質であり、例えば、LiS:リン化合物=68:32〜82:18、LiS:リン化合物=72:38〜78:22である。
Moreover, as the sulfide-based solid electrolyte using at least Li 2 S and a phosphorus compound as raw materials, a sulfide-based solid electrolyte using Li 2 S and a phosphorus compound as raw materials is preferable.
Li 2 S and a sulfide-based solid electrolyte phosphorus compound as the raw material, is used as a raw material Li 2 S and 2 molar ratio Li of the phosphorus compound S: phosphorus compounds = 60: 40 to 82: 18 to become sulfide solid electrolyte, more preferably, Li 2 S and the molar ratio Li 2 phosphorus compound S: phosphorus compounds = 65: 35 to 82: a 18.
That, Li contained in the sulfide-based solid electrolyte, the P and S, in the case in terms of the ratio of Li 2 S and a phosphorus compound, the molar ratio of Li 2 S: phosphorus compound = 60: 40 to 82: the 18 preferably the sulfide-based solid electrolyte, more preferably, Li 2 S and the molar ratio Li 2 phosphorus compound S: phosphorus compounds = 65: 35-82: 18 is a sulfide-based solid electrolyte, for example, Li 2 S: phosphorus compound = 68: 32~82: 18, Li 2 S: phosphorus compound = 72: 38 to 78: a 22.

LiSとリン化合物を原料とする硫化物系固体電解質には、LiSとリン化合物の他、さらにハロゲン化物を添加してもよい。ハロゲン化物としてはLiI、LiBr、LiCl等が挙げられる。ハロゲン化物を添加した固体電解質として、具体的には、Li、P、S及びIを含む硫化物系固体電解質、Li、P、S及びBrを含む硫化物系固体電解質、Li、P、S及びClを含む硫化物系固体電解質が挙げられる。 The sulfide-based solid electrolyte of Li 2 S and a phosphorus compound as a raw material, other Li 2 S and a phosphorus compound, may be further added a halide. Examples of the halide include LiI, LiBr, LiCl and the like. Specific examples of the solid electrolyte to which a halide is added include a sulfide-based solid electrolyte containing Li, P, S and I, a sulfide-based solid electrolyte containing Li, P, S and Br, Li, P, S and Examples thereof include sulfide-based solid electrolytes containing Cl.

LiS及びリン化合物のモル量の合計に対するハロゲン化物のモル量の比は、好ましくは[LiS+リン化合物]:ハロゲン化物=50:50〜99:1であり、より好ましくは[LiS+リン化合物]:ハロゲン化物=60:40〜98:2であり、さらに好ましくは[LiS+リン化合物]:ハロゲン化物=70:30〜98:2であり、特に好ましくは[LiS+リン化合物]:ハロゲン化物=72:28〜98:2であり、例えば[LiS+リン化合物]:ハロゲン化物=72:28〜90:10、[LiS+リン化合物]:ハロゲン化物=75:25〜88:12である。 The ratio of the molar amount of halide to the total molar amount of Li 2 S and phosphorus compound is preferably [Li 2 S + phosphorus compound]: halide = 50: 50 to 99: 1, more preferably [Li 2 S + phosphorus compound]: halide = 60: 40 to 98: 2, more preferably [Li 2 S + phosphorus compound]: halide = 70: 30 to 98: 2, particularly preferably [Li 2 S + phosphorus]. Compound]: halide = 72: 28 to 98: 2, for example, [Li 2 S + phosphorus compound]: halide = 72: 28 to 90:10, [Li 2 S + phosphorus compound]: halide = 75: 25 ~ 88: 12.

LiSとリン化合物を原料とする固体電解質としては、具体的にはLiS−P,LiI−LiS−P,LiBr−LiS−P,LiCl−LiS−P,LiPO−LiS−SiS等の硫化物系固体電解質が挙げられる。 Specific examples of solid electrolytes using Li 2 S and phosphorus compounds as raw materials include Li 2 S—P 2 S 5 , LiI—Li 2 S—P 2 S 5 , LiBr—Li 2 S—P 2 S 5 , Examples thereof include sulfide-based solid electrolytes such as LiCl—Li 2 S—P 2 S 5 and Li 3 PO 4 —Li 2 S—Si 2 S.

LiS及びリン化合物のモル量の合計に対する化合物Aのモル量の比は、[LiS+リン化合物]:化合物A=99:1〜60:40であり、より好ましくは[LiS+リン化合物]:化合物A=95:5〜70:30である。 The ratio of the molar amount of compound A to the total molar amount of Li 2 S and phosphorus compound is [Li 2 S + phosphorus compound]: compound A = 99: 1 to 60:40, more preferably [Li 2 S + phosphorus]. Compound]: Compound A = 95: 5 to 70:30.

固体電解質を結晶質のものとする場合、上記で得られた非結晶の固体電解質を加熱して結晶化複合体を得る。   When the solid electrolyte is crystalline, the amorphous solid electrolyte obtained above is heated to obtain a crystallization complex.

本発明の固体電解質は二次電池に用いることができ、この電池は、携帯情報端末、携帯電子機器、家庭用小型電力貯蔵装置、モーターを電力源とする自動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の電池として用いることができる。   The solid electrolyte of the present invention can be used for a secondary battery, such as a portable information terminal, a portable electronic device, a small electric power storage device for home use, a motorcycle using a motor as a power source, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, etc. It can be used as a battery.

製造例1[硫化リチウムの製造]
(1)硫化リチウム(LiS)の製造
撹拌翼のついた10リットルオートクレーブにN−メチル−2−ピロリドン(NMP)3326.4g(33.6モル)及び水酸化リチウム287.4g(12モル)を仕込み、300rpm、130℃に昇温した。昇温後、液中に硫化水素を3リットル/分の供給速度で2時間吹き込んだ。
続いて、この反応液を窒素気流下(200cc/分)昇温し、反応した硫化水素の一部を脱硫化水素化した。昇温するにつれ、上記硫化水素と水酸化リチウムの反応により副生した水が蒸発を始めたが、この水はコンデンサにより凝縮し系外に抜き出した。水を系外に留去すると共に反応液の温度は上昇するが、180℃に達した時点で昇温を停止し、一定温度に保持した。脱硫化水素反応が終了後(約80分)反応を終了し、硫化リチウムを得た。
Production Example 1 [Production of lithium sulfide]
(1) Production of lithium sulfide (Li 2 S) In a 10 liter autoclave equipped with a stirring blade, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) 3326.4 g (33.6 mol) and lithium hydroxide 287.4 g (12 mol) ) And heated to 300 rpm and 130 ° C. After the temperature rise, hydrogen sulfide was blown into the liquid at a supply rate of 3 liters / minute for 2 hours.
Subsequently, this reaction solution was heated in a nitrogen stream (200 cc / min) to dehydrosulfide a part of the reacted hydrogen sulfide. As the temperature increased, water produced as a by-product due to the reaction between hydrogen sulfide and lithium hydroxide started to evaporate, but this water was condensed by the condenser and extracted out of the system. While water was distilled out of the system, the temperature of the reaction solution rose, but when the temperature reached 180 ° C., the temperature increase was stopped and the temperature was kept constant. After the dehydrosulfurization reaction was completed (about 80 minutes), the reaction was completed to obtain lithium sulfide.

(2)硫化リチウムの精製
上記(1)で得られた500mLのスラリー反応溶液(NMP−硫化リチウムスラリー)中のNMPをデカンテーションした後、脱水したNMP100mLを加え、105℃で約1時間撹拌した。その温度のままNMPをデカンテーションした。さらにNMP100mLを加え、105℃で約1時間撹拌し、その温度のままNMPをデカンテーションし、同様の操作を合計4回繰り返した。デカンテーション終了後、窒素気流下230℃(NMPの沸点以上の温度)で硫化リチウムを常圧下で3時間乾燥した。得られた硫化リチウム中の不純物含有量を測定した。
尚、亜硫酸リチウム(LiSO)、硫酸リチウム(LiSO)並びにチオ硫酸リチウム(Li)の各硫黄酸化物、及びN−メチルアミノ酪酸リチウム(LMAB)の含有量は、イオンクロマトグラフ法により定量した。その結果、硫黄酸化物の総含有量は0.13質量%であり、LMABは0.07質量%であった。
(2) Purification of lithium sulfide After decanting NMP in the 500 mL slurry reaction solution (NMP-lithium sulfide slurry) obtained in (1) above, 100 mL of dehydrated NMP was added and stirred at 105 ° C. for about 1 hour. . NMP was decanted at that temperature. Further, 100 mL of NMP was added, stirred at 105 ° C. for about 1 hour, NMP was decanted at that temperature, and the same operation was repeated a total of 4 times. After completion of the decantation, lithium sulfide was dried at 230 ° C. (temperature higher than the boiling point of NMP) under a nitrogen stream for 3 hours under normal pressure. The impurity content in the obtained lithium sulfide was measured.
Incidentally, lithium sulfite (Li 2 SO 3), the content of each sulfur oxide lithium sulfate (Li 2 SO 4) and lithium thiosulfate (Li 2 S 2 O 3) , and N- methylamino acid lithium (LMAB) Was quantified by ion chromatography. As a result, the total content of sulfur oxides was 0.13% by mass, and LMAB was 0.07% by mass.

製造例2[固体電解質の製造]
製造例1で製造した硫化リチウム0.383g(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。
Production Example 2 [Production of solid electrolyte]
0.383 g (0.00833 mol) of lithium sulfide produced in Production Example 1 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.

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(硫化物ガラス)していることが確認できた。31PNMR測定を行ったところ、83.0ppmにメインピークを示した。 For the first few minutes, the planetary ball mill was rotated at a low speed (100 rpm) to sufficiently mix lithium 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 was confirmed that the powder was vitrified (sulfide glass). 31 PNMR measurement showed a main peak at 83.0 ppm.

実施例1
20LiAlO:60LiS:20Pの比率(mol%)になるように、0.3094gのLiAlO、0.6470gのLiS(製造例1で製造したもの)、及び1.0433gのP(アルドリッチ社製)を混合し、そのうち1gを45mlアルミナポットに投入した。これに、ジルコニアボール10個(直径10mm)を入れ、遊星型ボールミル(フリッチェP−7)を用いて、370rpmで40時間メカニカルミリングを行って反応させた。反応終了後サンプルを取り出し、イオン伝導度を測定した。結果を表1に示す。また、サンプルを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た。
Example 1
0.3094 g of LiAlO 2 , 0.6470 g of Li 2 S (manufactured in Production Example 1), and 1.0433 g so as to have a ratio (mol%) of 20LiAlO 2 : 60Li 2 S: 20P 2 S 5 P 2 S 5 (manufactured by Aldrich) was mixed, and 1 g of the mixture was put into a 45 ml alumina pot. Ten zirconia balls (diameter 10 mm) were put in this, and reacted by performing mechanical milling at 370 rpm for 40 hours using a planetary ball mill (Fritche P-7). After completion of the reaction, a sample was taken out and the ionic conductivity was measured. The results are shown in Table 1. Moreover, as a result of evaluating the sample by X-ray measurement, it was confirmed that the sample was vitrified.

尚、イオン伝導度(Liイオン伝導度)は以下のようにして測定した。
複合体を錠剤成形機に充填し、360MPaの圧力を加え成形体を得た。さらに、カーボンペーストを成形体の両面に塗布、乾燥させることによって電極を形成し、伝導度測定用の成形体(直径約10mm、厚み約1mm)を作製した。この成形体について交流インピーダンス測定によりイオン伝導度測定を実施した。伝導度の値は25℃における数値を採用した。
In addition, ion conductivity (Li ion conductivity) was measured as follows.
The composite was filled in a tablet molding machine, and a pressure of 360 MPa was applied to obtain a molded product. Furthermore, an electrode was formed by applying and drying carbon paste on both surfaces of the molded body, and a molded body for measuring conductivity (diameter of about 10 mm, thickness of about 1 mm) was produced. The molded body was subjected to ionic conductivity measurement by AC impedance measurement. The conductivity value was a value at 25 ° C.

比較例1
製造例2で得られた固体電解質について実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
Comparative Example 1
The solid electrolyte obtained in Production Example 2 was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

Figure 2016027554
Figure 2016027554

表1より、特定の多原子イオン又はそれを生じうる化合物を含む本発明の固体電解質は、イオン伝導度に優れることが分かる。   From Table 1, it can be seen that the solid electrolyte of the present invention containing a specific polyatomic ion or a compound capable of generating the same has excellent ionic conductivity.

実施例2
実施例1で得られたガラス電解質を、結晶化温度(Tc)から5℃低い温度である225℃で、0.5時間熱処理しガラスセラミックス化した。
得られた固体電解質ガラスセラミックスについてXRD測定したの結果、チオリシコンII型類似結晶相が析出していることを確認した。また、得られた固体電解質ガラスセラミックスについて実施例1と同様にしてイオン伝導度を測定したところ、伝導率は0.51mS/cmであった。
Example 2
The glass electrolyte obtained in Example 1 was heat treated at 225 ° C., which is 5 ° C. lower than the crystallization temperature (Tc), for 0.5 hour to form glass ceramics.
As a result of XRD measurement of the obtained solid electrolyte glass ceramic, it was confirmed that a thiolithicone type II similar crystal phase was precipitated. Moreover, when the ionic conductivity was measured like Example 1 about the obtained solid electrolyte glass ceramics, conductivity was 0.51 mS / cm.

実施例3
実施例1で得られたガラス電解質を、結晶化温度(Tc)から5℃低い温度である225℃で、1時間熱処理しガラスセラミックス化した。
得られた固体電解質ガラスセラミックスについてXRD測定したの結果、チオリシコンII型類似結晶相が析出していることを確認した。また、得られた固体電解質ガラスセラミックスについて実施例1と同様にしてイオン伝導度を測定したところ、伝導率は0.44mS/cmであった。
Example 3
The glass electrolyte obtained in Example 1 was heat treated at 225 ° C., which is 5 ° C. lower than the crystallization temperature (Tc), for 1 hour to form glass ceramics.
As a result of XRD measurement of the obtained solid electrolyte glass ceramic, it was confirmed that a thiolithicone type II similar crystal phase was precipitated. Further, when the ionic conductivity of the obtained solid electrolyte glass ceramics was measured in the same manner as in Example 1, the conductivity was 0.44 mS / cm.

本発明の固体電解質を用いた電池は、携帯情報端末、携帯電子機器、家庭用小型電力貯蔵装置、モーターを電力源とする自動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の電池として用いることができる。   The battery using the solid electrolyte of the present invention can be used as a battery for a portable information terminal, a portable electronic device, a small household power storage device, a motorcycle using a motor as a power source, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, or the like.

Claims (21)

Liイオン、
PS 3−イオン、及び
前記PS 3−イオン以外のイオン半径1.5Å〜3.1Åの多原子イオン
を含む固体電解質。
Li + ion,
A solid electrolyte containing PS 4 3- ion and polyatomic ions other than the PS 4 3- ion and having an ionic radius of 1.5 to 3.1 .
非晶質である請求項1に記載の固体電解質。   The solid electrolyte according to claim 1, which is amorphous. 前記多原子イオンが、SiF 2−,SCN,BF 及びAlO から選択される1以上である請求項1又は2に記載の固体電解質。 The solid electrolyte according to claim 1, wherein the polyatomic ion is one or more selected from SiF 6 2− , SCN , BF 4 and AlO 2 . 前記多原子イオンがAlO である請求項1〜3のいずれかに記載の固体電解質。 The solid electrolyte according to claim 1, wherein the polyatomic ion is AlO 2 . 前記多原子イオンのイオン半径が1.6Å〜3.0Å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 polyatomic ion has an ionic radius of 1.6 to 3.0 請求. 前記多原子イオンのイオン半径が1.8Å〜2.8Åである請求項1〜5のいずれかに記載の固体電解質。   The solid electrolyte according to claim 1, wherein the polyatomic ion has an ionic radius of 1.8 to 2.8 Å. イオン伝導度が1.0×10−4S/cm〜8.0×10−3S/cmである請求項1〜6のいずれかに記載の固体電解質。 The solid electrolyte according to claim 1, wherein the ionic conductivity is 1.0 × 10 −4 S / cm to 8.0 × 10 −3 S / cm. 結晶質である請求項1及び3〜7のいずれかに記載の固体電解質。   The solid electrolyte according to claim 1, which is crystalline. チオリシコンII型類似結晶相を含む請求項8に記載の固体電解質。   The solid electrolyte according to claim 8, comprising a thiolithicone type II-like crystal phase. 硫化リチウム、リン化合物、及びイオン半径1.5Å〜3.1Åの多原子イオンを生じうる化合物を接触させる工程を含む固体電解質の製造方法。   A method for producing a solid electrolyte, comprising a step of contacting lithium sulfide, a phosphorus compound, and a compound capable of generating polyatomic ions having an ionic radius of 1.5 to 3.1. 前記リン化合物が硫化リンである請求項10に記載の固体電解質の製造方法。   The method for producing a solid electrolyte according to claim 10, wherein the phosphorus compound is phosphorus sulfide. 前記硫化リンが五硫化二リンである請求項11に記載の固体電解質の製造方法。   The method for producing a solid electrolyte according to claim 11, wherein the phosphorus sulfide is diphosphorus pentasulfide. 前記多原子イオンが、SiF 2−,SCN,BF 及びAlO から選択される1以上である請求項10〜12のいずれかに記載の固体電解質の製造方法。 The method for producing a solid electrolyte according to claim 10, wherein the polyatomic ion is one or more selected from SiF 6 2− , SCN , BF 4 and AlO 2 . 前記多原子イオンがAlO である請求項10〜13のいずれかに記載の固体電解質の製造方法。 The method for producing a solid electrolyte according to claim 10, wherein the polyatomic ion is AlO 2 . 前記多原子イオンを生じうる化合物が前記多原子イオンのリチウム塩である請求項10〜14のいずれかに記載の固体電解質の製造方法。   The method for producing a solid electrolyte according to claim 10, wherein the compound capable of generating the polyatomic ion is a lithium salt of the polyatomic ion. 前記多原子イオンのイオン半径が1.6Å〜3.0Åである請求項10〜15のいずれかに記載の固体電解質の製造方法。   The method for producing a solid electrolyte according to any one of claims 10 to 15, wherein the polyatomic ion has an ionic radius of 1.6 to 3.0 請求. 前記多原子イオンのイオン半径が1.8Å〜2.8Åである請求項10〜16のいずれかに記載の固体電解質の製造方法。   The method for producing a solid electrolyte according to any one of claims 10 to 16, wherein an ion radius of the polyatomic ion is 1.8 to 2.8. 前記接触により得られたガラスをさらに熱処理する工程を含む請求項10〜17のいずれかに記載の固体電解質の製造方法。   The manufacturing method of the solid electrolyte in any one of Claims 10-17 including the process of further heat-processing the glass obtained by the said contact. 前記熱処理をガラス転移温度以上結晶化温度以下で行う請求項18に記載の固体電解質の製造方法。   The method for producing a solid electrolyte according to claim 18, wherein the heat treatment is performed at a glass transition temperature or more and a crystallization temperature or less. 前記熱処理を0.01時間〜15時間行う請求項18又は19に記載の固体電解質の製造方法。   The method for producing a solid electrolyte according to claim 18 or 19, wherein the heat treatment is performed for 0.01 hours to 15 hours. 正極層、固体電解質層、及び負極層を含み、
前記正極層、前記固体電解質層、及び前記負極層のうち少なくとも1つの層が請求項1〜9のいずれかに記載の固体電解質を含む電池。
Including a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer;
A battery in which at least one of the positive electrode layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode layer includes the solid electrolyte according to claim 1.
JP2015105314A 2014-07-04 2015-05-25 Solid electrolyte Pending JP2016027554A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015105314A JP2016027554A (en) 2014-07-04 2015-05-25 Solid electrolyte

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014138678 2014-07-04
JP2014138678 2014-07-04
JP2015105314A JP2016027554A (en) 2014-07-04 2015-05-25 Solid electrolyte

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016027554A true JP2016027554A (en) 2016-02-18

Family

ID=55352845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015105314A Pending JP2016027554A (en) 2014-07-04 2015-05-25 Solid electrolyte

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016027554A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019091572A (en) * 2017-11-13 2019-06-13 トヨタ自動車株式会社 Solid electrolyte
US10535895B2 (en) 2017-06-14 2020-01-14 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Sulfide solid electrolyte material and battery containing the same
CN114039087A (en) * 2021-11-08 2022-02-11 厦门大学 Sulfide solid electrolyte and application thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10535895B2 (en) 2017-06-14 2020-01-14 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Sulfide solid electrolyte material and battery containing the same
JP2019091572A (en) * 2017-11-13 2019-06-13 トヨタ自動車株式会社 Solid electrolyte
CN114039087A (en) * 2021-11-08 2022-02-11 厦门大学 Sulfide solid electrolyte and application thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6259617B2 (en) Method for producing solid electrolyte
JP5414143B2 (en) Method for producing sulfide solid electrolyte
KR101181148B1 (en) Lithium ion conducting sulfide based crystallized glass and method for production thereof
JP6302901B2 (en) Method for producing solid electrolyte
JP5311169B2 (en) Lithium ion conductive solid electrolyte, method for producing the same, solid electrolyte for lithium secondary battery using the solid electrolyte, and all solid lithium battery using the solid electrolyte for secondary battery
JP5577028B2 (en) Method for producing sulfide solid electrolyte
JP5189304B2 (en) Glass ceramic and method for producing the same
WO2014073197A1 (en) Solid electrolyte
JP5838954B2 (en) Method for producing sulfide solid electrolyte
JP6936251B2 (en) Method for producing sulfide solid electrolyte
JP6236220B2 (en) Method for producing sulfide solid electrolyte
EP2732451A1 (en) Method for producing sulfide solid electrolyte materials
WO2015064518A1 (en) Method for producing sulfide solid electrolyte
JP2014029796A (en) Lithium ion conductive crystallized solid electrolyte, and method for manufacturing the same
JP6088797B2 (en) Solid electrolyte
JP2014212065A (en) Method for producing solid electrolyte
JP5270825B2 (en) Glass composition and method for producing glass ceramic
JP2016027554A (en) Solid electrolyte
JP5685814B2 (en) Method for producing sulfide solid electrolyte material
JP6309344B2 (en) Solid electrolyte and battery
JP2016141574A (en) Method for manufacturing solid electrolyte
KR20150138723A (en) Solution-based synthesis of Li containing sulfide solid electrolyte
JP2015076284A (en) Method for manufacturing solid electrolyte

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180228

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20180228

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190123

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190129

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20190806