JP2016134316A - Solid electrolyte - Google Patents

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JP2016134316A JP2015008903A JP2015008903A JP2016134316A JP 2016134316 A JP2016134316 A JP 2016134316A JP 2015008903 A JP2015008903 A JP 2015008903A JP 2015008903 A JP2015008903 A JP 2015008903A JP 2016134316 A JP2016134316 A JP 2016134316A
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美勝 清野
Yoshikatsu Kiyono
美勝 清野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid electrolyte of high ionic conductivity.SOLUTION: The solid electrolyte includes a sulfide solid electrolyte and LiBHin which solid solution of LiX is formed. In the formula, X represents a halogen atom, -NR, or -NR. Rs respectively represent a hydrogen atom and an alkyl group.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、固体電解質、固体電解質成形体及びそれを用いた全固体電池、及び固体電解質成形体の製造方法に関する。   The present invention relates to a solid electrolyte, a solid electrolyte molded body, an all-solid battery using the same, and a method for producing the solid electrolyte molded body.

硫化物固体電解質は、硫化リチウムと硫化リン等から合成されたものや、さらにハロゲン化物を添加したものが知られている(特許文献1〜3)。   Known sulfide solid electrolytes are those synthesized from lithium sulfide and phosphorus sulfide, and those added with halides (Patent Documents 1 to 3).

軽元素から構成されるLiBH等の錯体水素化物は、高密度水素貯蔵材料として広く研究されているが、近年、固体電解質としての利用が検討されている(特許文献4、非特許文献1)。錯体水素化物は、軽量で高電位であり、安定で熱分解しにくく、変形しやすい等の利点がある。しかしながら、イオン伝導度は硫化物固体電解質に比べると低いという欠点があった。 Complex hydrides such as LiBH 4 composed of light elements have been widely studied as high-density hydrogen storage materials, but in recent years their use as solid electrolytes has been studied (Patent Document 4, Non-Patent Document 1). . The complex hydride is advantageous in that it is lightweight and has a high potential, is stable and hardly decomposes thermally, and is easily deformed. However, there is a drawback that the ionic conductivity is lower than that of the sulfide solid electrolyte.

特開2005−228570号公報JP 2005-228570 A 特開2010−199033号公報JP 2010-199033 A 特開2013−016423号公報JP 2013-016423 A 国際公開第2009/139382号パンフレットInternational Publication No. 2009/139382 Pamphlet

応用物理 第83巻 第2号 2014年Applied Physics Vol.83 No.2 2014

全固体電池の性能向上のため、固体電解質層や電極合材層に用いられる固体電解質には、さらなるイオン伝導度の向上が望まれている。
本発明の目的は、イオン伝導度の高い固体電解質を提供することである。
In order to improve the performance of all-solid-state batteries, further improvements in ionic conductivity are desired for solid electrolytes used in solid electrolyte layers and electrode mixture layers.
An object of the present invention is to provide a solid electrolyte having high ion conductivity.

本発明者らは、鋭意検討した結果、特定の錯体水素化物と硫化物固体電解質を組み合わせることによってイオン伝導度が向上することを見出した。
本発明によれば、以下の固体電解質等が提供される。
1.硫化物固体電解質と、
LiXが固溶したLiBHと、
を含む固体電解質。
(式中、Xは、ハロゲン原子、−NR又は−NRを表す。Rは、それぞれ水素原子又はアルキル基を表す。)
2.前記硫化物固体電解質と前記LiXが固溶したLiBHが粉体である1に記載の固体電解質。
3.前記硫化物固体電解質が、
LiS及びPから得られる固体電解質、
LiS、GeS及びPから得られる固体電解質、
LiS、P及びLiX’から得られる固体電解質、並びに
アルジロダイト型LiPSX’固体電解質
から選択される1以上の固体電解質である1又は2に記載の固体電解質。(式中、X’は、ハロゲン原子を表す。)
4.1〜3のいずれかに記載の固体電解質を加圧成形してなる固体電解質成形体。
5.4に記載の固体電解質成形体を含む全固体電池。
6.硫化物固体電解質の粉体と、LiXが固溶したLiBHの粉体とを含む組成物を加圧成形する工程、及び得られた成形体を熱処理する工程を含む、固体電解質成形体の製造方法。
As a result of intensive studies, the present inventors have found that ionic conductivity is improved by combining a specific complex hydride and a sulfide solid electrolyte.
According to the present invention, the following solid electrolyte and the like are provided.
1. A sulfide solid electrolyte,
LiBH 4 in which LiX is dissolved,
Containing solid electrolyte.
(In the formula, X represents a halogen atom, —NR 2 or —N 2 R. R represents a hydrogen atom or an alkyl group, respectively.)
2. 2. The solid electrolyte according to 1, wherein the sulfide solid electrolyte and LiBH 4 in which LiX is dissolved are powders.
3. The sulfide solid electrolyte is
A solid electrolyte obtained from Li 2 S and P 2 S 5 ;
A solid electrolyte obtained from Li 2 S, GeS 2 and P 2 S 5 ;
The solid electrolyte according to 1 or 2, which is one or more solid electrolytes selected from a solid electrolyte obtained from Li 2 S, P 2 S 5 and LiX ′, and an aldilodite-type Li 6 PS 5 X ′ solid electrolyte. (In the formula, X ′ represents a halogen atom.)
A solid electrolyte molded body obtained by pressure-molding the solid electrolyte according to any one of 4.1 to 3.
An all solid state battery including the solid electrolyte formed body according to 5.4.
6). Manufacture of a solid electrolyte molded body including a step of pressure-molding a composition comprising a sulfide solid electrolyte powder and a LiBH 4 powder in which LiX is dissolved, and a step of heat-treating the obtained molded body Method.

本発明によれば、イオン伝導度の高い固体電解質が提供できる。   According to the present invention, a solid electrolyte having high ionic conductivity can be provided.

全固体電池の一実施形態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows one Embodiment of an all-solid-state battery.

1.固体電解質
本発明の固体電解質は、硫化物固体電解質と、LiXが固溶したLiBHを含む。Xは、ハロゲン原子、−NR又は−NRを表す。Rは水素原子又はアルキル基を表す。
本発明の固体電解質はイオン伝導度が高い。そのため、本発明の固体電解質を用いた全固体電池は高出力を実現できる。
1. Solid Electrolyte The solid electrolyte of the present invention includes a sulfide solid electrolyte and LiBH 4 in which LiX is dissolved. X represents a halogen atom, —NR 2 or —N 2 R. R represents a hydrogen atom or an alkyl group.
The solid electrolyte of the present invention has high ionic conductivity. Therefore, the all-solid battery using the solid electrolyte of the present invention can achieve high output.

以下、各成分等について説明する。
[硫化物固体電解質]
硫化物固体電解質は、構成成分として、アルカリ金属元素、リン及び硫黄を含むものが挙げられ、さらにハロゲンを含んでいてもよい。
硫化物固体電解質の形状は特に制限されないが、好ましくは粉体である。
Hereinafter, each component etc. are demonstrated.
[Sulfide solid electrolyte]
The sulfide solid electrolyte includes those containing an alkali metal element, phosphorus and sulfur as constituent components, and may further contain a halogen.
The shape of the sulfide solid electrolyte is not particularly limited, but is preferably a powder.

硫化物固体電解質は、好ましくは下記式(1)に示す組成を有する。
f・・・(1)
(式中、Lは、アルカリ金属を示す。
Mは、B、Al、Si、Ge、As、Se、Sn、Sb、Te、Pb、Bi、又はこれらの組合せを示す。
XはI、Cl、Br、F、又はこれらの組合せを示す。
a〜fは、それぞれ0<a≦12、0≦b≦0.2、c=1、0<d≦9、0<e≦9、0≦f≦9を満たす。)
The sulfide solid electrolyte preferably has a composition represented by the following formula (1).
L a M b P c S d X e O f ··· (1)
(In the formula, L represents an alkali metal.
M represents B, Al, Si, Ge, As, Se, Sn, Sb, Te, Pb, Bi, or a combination thereof.
X represents I, Cl, Br, F, or a combination thereof.
a to f satisfy 0 <a ≦ 12, 0 ≦ b ≦ 0.2, c = 1, 0 <d ≦ 9, 0 <e ≦ 9, and 0 ≦ f ≦ 9, respectively. )

式(1)において、a〜fはそれぞれ各元素の組成比を示し、0<a≦12、0≦b≦0.2、c=1、0<d≦9、0<e≦9、0≦f≦9を満たす。
式(1)において、好ましくは、bは0であり、より好ましくは、a、c、d、e及びfの比(a:c:d:e:f)がa:c:d:e:f=1〜9:1:3〜7:0.05〜3:0〜2であり、さらに好ましくは、a:c:d:e:f=2〜6.5:1:3.5〜5:0.1〜1.5:0〜1である。最も好ましくは、a:c:d:e:f=2〜6.5:1:3.5〜4.95:0.1〜1.5:0〜0.5である。dは4であると好ましい。
また、fが0でない場合は、d+f=4となるように添加することが望ましい。
各元素の組成比は、固体電解質又は固体電解質前駆体(固体電解質ガラス)を製造する際の原料化合物の配合量を調整することにより制御できる。
In the formula (1), a to f indicate the composition ratio of each element, and 0 <a ≦ 12, 0 ≦ b ≦ 0.2, c = 1, 0 <d ≦ 9, 0 <e ≦ 9, 0 ≦ f ≦ 9 is satisfied.
In the formula (1), preferably, b is 0, and more preferably, the ratio of a, c, d, e and f (a: c: d: e: f) is a: c: d: e: f = 1 to 9: 1: 3 to 7: 0.05 to 3: 0 to 2, more preferably, a: c: d: e: f = 2 to 6.5: 1: 3.5 5: 0.1-1.5: 0-1. Most preferably, a: c: d: e: f = 2 to 6.5: 1: 3.5 to 4.95: 0.1 to 1.5: 0 to 0.5. d is preferably 4.
When f is not 0, it is desirable to add so that d + f = 4.
The composition ratio of each element can be controlled by adjusting the compounding amount of the raw material compound when producing the solid electrolyte or the solid electrolyte precursor (solid electrolyte glass).

式(1)に示す組成を有する固体電解質は、好ましくは下記式(1’)に示す組成を有する固体電解質である。
・・・(1’)
(式中、Lは、アルカリ金属を示す。
Mは、B、Al、Si、Ge、As、Se、Sn、Sb、Te、Pb、Bi、又はこれらの組合せを示す。
XはI、Cl、Br、F、又はこれらの組合せを示す。
a〜eは、それぞれ0<a≦12、0≦b≦0.2、c=1、0<d≦9、0<e≦9を満たす。)
The solid electrolyte having the composition represented by the formula (1) is preferably a solid electrolyte having a composition represented by the following formula (1 ′).
L a M b P c S d X e ··· (1 ')
(In the formula, L represents an alkali metal.
M represents B, Al, Si, Ge, As, Se, Sn, Sb, Te, Pb, Bi, or a combination thereof.
X represents I, Cl, Br, F, or a combination thereof.
a to e satisfy 0 <a ≦ 12, 0 ≦ b ≦ 0.2, c = 1, 0 <d ≦ 9, and 0 <e ≦ 9, respectively. )

式(1’)において、a〜eはそれぞれ各元素の組成比を示し、0<a≦12、0≦b≦0.2、c=1、0<d≦9、0<e≦9を満たす。
好ましくは、bは0であり、より好ましくは、a、c、d、eの比(a:c:d:e)がa:c:d:e=1〜9:1:3〜7:0.05〜3であり、さらに好ましくは、a:c:d:e=2〜6.5:1:3.5〜5:0.1〜1.5である。最も好ましくは、a:c:d:e=2〜6.5:1:3.5〜4.95:0.1〜1.5である。
dは4であると好ましい。
また、アルジロダイト型のLiPSX組成を有する固体電解質も好ましい。
In the formula (1 ′), a to e each indicate a composition ratio of each element, and 0 <a ≦ 12, 0 ≦ b ≦ 0.2, c = 1, 0 <d ≦ 9, and 0 <e ≦ 9. Fulfill.
Preferably, b is 0, and more preferably, the ratio of a, c, d, e (a: c: d: e) is a: c: d: e = 1-9: 1: 3-7: It is 0.05-3, More preferably, it is a: c: d: e = 2-6.5: 1: 3.5-5: 0.1-1.5. Most preferably, a: c: d: e = 2 to 6.5: 1: 3.5 to 4.95: 0.1 to 1.5.
d is preferably 4.
A solid electrolyte having an argilodite-type Li 6 PS 5 X composition is also preferable.

f及びLで表わされる固体電解質を構成する各元素は、好ましくは以下の通りである。
Lのアルカリ金属は、Li、Na、K、Rb、Ce及びFrから選択される1つ以上が挙げられ、好ましくはLi及びNaから選択される1つ以上であり、より好ましくはLiである。
Mは、好ましくはB、Al、Si、Ge又はこれらの組み合わせである。
Xは、好ましくはI、Br又はClであり、より好ましくはBrである。
L a M b P c S d X e O f and L a M b P c S each element constituting the solid electrolyte represented by d X e are preferably as follows.
The alkali metal of L includes one or more selected from Li, Na, K, Rb, Ce and Fr, preferably one or more selected from Li and Na, and more preferably Li.
M is preferably B, Al, Si, Ge or a combination thereof.
X is preferably I, Br or Cl, more preferably Br.

[硫化物固体電解質の製造方法]
(1)原料
硫化物固体電解質は、例えば下記成分(A)及び(B)、又は(A)、(B)及び(C)を用いることにより調製できる。
(A)アルカリ金属硫化物
(B)M’で表される化合物
(C)M''で表わされる化合物
(式中、M’は、Li、Na、B、Al、Si、P、Ge、又はこれらの組み合わせを示す。
M''は、Li、Na、B、Al、Si、P、S、Ge、As、Se、Sn、Sb、Te、Pb、Bi、又はこれらの組み合わせを示す。
XはF、Cl、Br、I、又はこれらの組み合わせを示す。
wは1又は2の整数を示す。
m、n及びxは、それぞれ1〜10の整数を示す。)
[Production Method of Sulfide Solid Electrolyte]
(1) Raw material A sulfide solid electrolyte can be prepared by using, for example, the following components (A) and (B), or (A), (B) and (C).
(A) an alkali metal sulfide (B) M 'm S n compound represented by (C) M''w X x compound represented by (wherein, M' is, Li, Na, B, Al , Si , P, Ge, or a combination thereof.
M ″ represents Li, Na, B, Al, Si, P, S, Ge, As, Se, Sn, Sb, Te, Pb, Bi, or a combination thereof.
X represents F, Cl, Br, I, or a combination thereof.
w represents an integer of 1 or 2.
m, n and x each represent an integer of 1 to 10. )

成分(A)、(B)及び(C)は、それぞれ1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   Each of the components (A), (B) and (C) may be used alone or in combination of two or more.

(A)アルカリ金属硫化物としては、LiS(硫化リチウム)、NaS(硫化ナトリウム)が挙げられ、好ましくは硫化リチウムである。
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。例えば、特開平7−330312号公報、特開平9−283156号公報、特開2010−163356号公報、特開2011−84438号公報、特開2011−136899号公報に記載の方法により製造することができる。
The (A) alkali metal sulfide, Li 2 S (lithium sulfide), Na 2 S (sodium sulfide) and the like, preferably lithium sulfide.
Lithium sulfide can be used without particular limitation, but high purity is preferred. For example, it can be produced by the methods described in JP-A-7-330312, JP-A-9-283156, JP-A 2010-163356, JP-A 2011-84438, and JP-A 2011-136899. it can.

具体的に、炭化水素系有機溶媒中で水酸化リチウムと硫化水素とを70℃〜300℃で反応させて、水硫化リチウムを生成し、次いでこの反応液を脱硫化水素化することにより硫化リチウムを合成できる(特開2010−163356号公報)。
また、水溶媒中で水酸化リチウムと硫化水素とを10℃〜100℃で反応させて、水硫化リチウムを生成し、次いでこの反応液を脱硫化水素化することにより硫化リチウムを合成できる(特開2011−84438号公報)。
Specifically, lithium hydroxide and hydrogen sulfide are reacted at 70 ° C. to 300 ° C. in a hydrocarbon-based organic solvent to produce lithium hydrosulfide, and then the reaction solution is dehydrosulfurized to form lithium sulfide. Can be synthesized (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-163356).
In addition, lithium hydroxide and hydrogen sulfide are reacted at 10 ° C. to 100 ° C. in an aqueous solvent to produce lithium hydrosulfide, and then the reaction liquid is dehydrosulfurized to synthesize lithium sulfide (special feature). No. 2011-84438).

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。
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等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。
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.
Further, when the content of lithium N-methylaminobutyrate is 0.15% by mass or less, 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号公報及び特開平9−283156号公報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号公報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、国際公開第2005/40039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 lithium sulfide because it contains a lithium salt of sulfur oxide.
On the other hand, lithium sulfide produced by the method for producing lithium sulfide described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-163356 may be used without purification because it contains a very small amount of lithium oxide lithium salt.
As a preferable purification method, for example, the purification method described in International Publication No. 2005/40039 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.

(B)M’で表される化合物としては、P(三硫化二リン)、P(五硫化二リン)、SiS(硫化珪素)、Al(硫化アルミニウム)、GeS(硫化ゲルマニウム)、B(三硫化二砒素)、NaS(硫化ナトリウム)等が挙げられ、好ましくはPである。
五硫化二リン(P)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。
(B) Examples of the compound represented by M 'm S n, P 2 S 3 ( trisulfide diphosphorus), P 2 S 5 (phosphorus pentasulfide), SiS 2 (sulfide silicon), Al 2 S 3 ( Aluminum sulfide), GeS 2 (germanium sulfide), B 2 S 3 (diarsenic trisulfide), Na 2 S (sodium sulfide) and the like can be mentioned, and P 2 S 5 is preferable.
As long as diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) is industrially manufactured and sold, it can be used without particular limitation.

(C)M''で表わされる化合物は、好ましくはM''がリチウム又はリンである化合物である。
ハロゲン元素を含む化合物である(C)M''で表わされる化合物は、具体的には、LiF,LiCl,LiBr,LiI,BCl,BBr,BI,AlF,AlBr,AlI,AlCl,SiF,SiCl,SiCl,SiCl,SiBr,SiBrCl,SiBrCl,SiI,PF,PF,PCl,PCl,PBr,PI,PCl,P,SF,SF,SF,S10,SCl,SCl,SBr,GeF,GeCl,GeBr,GeI,GeF,GeCl,GeBr,GeI,AsF,AsCl,AsBr,AsI,AsF,SeF,SeF,SeCl,SeCl,SeBr,SeBr,SnF,SnCl,SnBr,SnI,SnF,SnCl,SnBr,SnI,SbF,SbCl,SbBr,SbI,SbF,SbCl,PbF,PbCl,PbF,PbCl,PbBr,PbI,BiF,BiCl,BiBr,BiI,TeF,Te10,TeF,TeCl,TeCl,TeBr,TeBr,TeI、NaI,NaF,NaCl,NaBr等が挙げられ、好ましくLiCl,LiBr,LiI,PCl、PCl、PBr及びPBrであり、より好ましくはLiCl,LiBr,LiI及びPBrである。
尚、上記(C)成分に替えて、例えばPOClやPOBrのような(C)式で表される化合物の酸化物を用いることもできる。
(C) The compound represented by M ″ w X x is preferably a compound in which M ″ is lithium or phosphorus.
Specifically, the compound represented by (C) M ″ w X x which is a compound containing a halogen element includes LiF, LiCl, LiBr, LiI, BCl 3 , BBr 3 , BI 3 , AlF 3 , AlBr 3 , AlI 3, AlCl 3, SiF 4 , SiCl 4, SiCl 3, Si 2 Cl 6, SiBr 4, SiBrCl 3, SiBr 2 Cl 2, SiI 4, PF 3, PF 5, PCl 3, PCl 5, PBr 3, PI 3 , P 2 Cl 4 , P 2 I 4 , SF 2 , SF 4 , SF 6 , S 2 F 10 , SCl 2 , S 2 Cl 2 , S 2 Br 2 , GeF 4 , GeCl 4 , GeBr 4 , GeI 4 , GeF 2, GeCl 2, GeBr 2, GeI 2, AsF 3, AsCl 3, AsBr 3, AsI 3, AsF 5, SeF 4, SeF , SeCl 2, SeCl 4, Se 2 Br 2, SeBr 4, SnF 4, SnCl 4, SnBr 4, SnI 4, SnF 2, SnCl 2, SnBr 2, SnI 2, SbF 3, SbCl 3, SbBr 3, SbI 3 , SbF 5, SbCl 5, PbF 4, PbCl 4, PbF 2, PbCl 2, PbBr 2, PbI 2, BiF 3, BiCl 3, BiBr 3, BiI 3, TeF 4, Te 2 F 10, TeF 6, TeCl 2 , TeCl 4 , TeBr 2 , TeBr 4 , TeI 4 , NaI, NaF, NaCl, NaBr and the like, preferably LiCl, LiBr, LiI, PCl 5 , PCl 3 , PBr 5 and PBr 3 , more preferably LiCl. , LiBr, is LiI and PBr 3.
In place of the component (C), an oxide of a compound represented by the formula (C) such as POCl 3 or POBr 3 can also be used.

上記成分のうち、好ましくは、LiS及びPから得られる固体電解質、LiS、GeS及びPから得られる固体電解質、LiS、P及びLiX’から得られる固体電解質が好ましい。 Of the above components, preferably, a solid electrolyte obtained from Li 2 S and P 2 S 5 , a solid electrolyte obtained from Li 2 S, GeS 2 and P 2 S 5 , Li 2 S, P 2 S 5 and LiX ′. A solid electrolyte obtained from is preferred.

式(1)に示す組成を有する固体電解質は、成分(C)が酸素元素を含まない化合物であっても、後述するガラス化促進剤を用いることによって、酸素元素を含む式(1)の組成を有する固体電解質を製造することができる。   The solid electrolyte having the composition represented by the formula (1) is a compound of the formula (1) containing an oxygen element by using a vitrification accelerator described later, even if the component (C) is a compound not containing an oxygen element. Can be produced.

成分(A):(B)のモル比は、例えば、65:35〜85:15であり、好ましくは(A):(B)=67:33〜83:17(モル比)であり、さらに好ましくは(A):(B)=67:33〜80:20(モル比)であり、最も好ましくは(A):(B)=72:28〜78:22(モル比)である。
また、この時、成分(A)及び(B)のモル量の合計に対する(C)のモル量の比は、好ましくは50:50〜99:1であり、より好ましくは[(A)+(B)]:(C)=55:45〜97:3(モル比)であり、さらに好ましくは[(A)+(B)]:(C)=60:40〜96:4(モル比)であり、特に好ましくは[(A)+(B)]:(C)=70:30〜96:4(モル比)である。
上記のモル比は成分(C)のM''がリン以外の場合に特に好ましい。
The molar ratio of components (A) :( B) is, for example, 65:35 to 85:15, preferably (A) :( B) = 67: 33 to 83:17 (molar ratio), Preferably (A) :( B) = 67: 33 to 80:20 (molar ratio), most preferably (A) :( B) = 72: 28 to 78:22 (molar ratio).
At this time, the ratio of the molar amount of (C) to the total molar amount of components (A) and (B) is preferably 50:50 to 99: 1, more preferably [(A) + ( B)] :( C) = 55: 45 to 97: 3 (molar ratio), more preferably [(A) + (B)] :( C) = 60: 40 to 96: 4 (molar ratio). Especially preferably, [(A) + (B)] :( C) = 70: 30 to 96: 4 (molar ratio).
The above molar ratio is particularly preferred when M ″ of component (C) is other than phosphorus.

また、成分(A):(B)のモル比は、例えば、60:40〜90:10であり、好ましくは(A):(B)=70:30〜90:10(モル比)であり、より好ましくは(A):(B)=72:28〜88:12(モル比)であり、さらに好ましくは(A):(B)=74:26〜86:14(モル比)であり、特に好ましくは(A):(B)=75:25〜85:15(モル比)であり、最も好ましくは、成分(A)が硫化リチウムであり、成分(B)五硫化二リンであって、(A):(B)=77:23〜83:17(モル比)である。
また、この時、成分(A)及び(B)のモル量の合計に対する(C)のモル量の比は、好ましくは50:50〜99:1であり、より好ましくは[(A)+(B)]:(C)=80:20〜98:2(モル比)であり、さらに好ましくは[(A)+(B)]:(C)=85:15〜98:2(モル比)であり、特に好ましくは[(A)+(B)]:(C)=90:10〜98:2である。
上記のモル比は成分(C)のM''がリンである場合に特に好ましい。
The molar ratio of components (A) :( B) is, for example, 60:40 to 90:10, preferably (A) :( B) = 70: 30 to 90:10 (molar ratio). More preferably, (A) :( B) = 72: 28 to 88:12 (molar ratio), and still more preferably (A) :( B) = 74: 26 to 86:14 (molar ratio). Particularly preferably, (A) :( B) = 75: 25 to 85:15 (molar ratio), most preferably component (A) is lithium sulfide and component (B) is diphosphorus pentasulfide. (A) :( B) = 77: 23 to 83:17 (molar ratio).
At this time, the ratio of the molar amount of (C) to the total molar amount of components (A) and (B) is preferably 50:50 to 99: 1, more preferably [(A) + ( B)] :( C) = 80: 20 to 98: 2 (molar ratio), more preferably [(A) + (B)] :( C) = 85: 15 to 98: 2 (molar ratio). Particularly preferably, [(A) + (B)] :( C) = 90: 10 to 98: 2.
The above molar ratio is particularly preferred when M ″ of component (C) is phosphorus.

尚、上記成分(A)、成分(B)やハロゲン元素を含む化合物である成分(C)の他に、ガラス転移温度を低減する化合物(ガラス化促進剤)を添加してもよい。ガラス化促進剤の例としては、LiPO、LiSiO、LiGeO、LiBO、LiAlO、LiCaO、LiInO、NaPO、NaSiO、NaGeO、NaBO、NaAlO、NaCaO、NaInO等の無機化合物が挙げられる。 In addition to the component (A), the component (B) and the component (C) which is a compound containing a halogen element, a compound (vitrification accelerator) for reducing the glass transition temperature may be added. Examples of vitrification promoters include Li 3 PO 4 , Li 4 SiO 4 , Li 4 GeO 4 , Li 3 BO 3 , Li 3 AlO 3 , Li 3 CaO 3 , Li 3 InO 3 , Na 3 PO 4 , Na Examples include inorganic compounds such as 4 SiO 4 , Na 4 GeO 4 , Na 3 BO 3 , Na 3 AlO 3 , Na 3 CaO 3 , and Na 3 InO 3 .

(2)ガラス状の固体電解質の製造方法
上記成分(A)〜(C)及び任意にガラス化促進剤等を用いて、以下の方法によりガラス状の固体電解質を製造することができる。
原料(例えば硫化リチウム、五硫化二リン及びハロゲン化合物)を、上記配合比で混合し、以下の(i)〜(vii)のいずれかにより処理することにより、ガラス状の固体電解質を製造することができる。
以下、各製造方法について説明する。
(2) Manufacturing method of glassy solid electrolyte A glassy solid electrolyte can be manufactured with the following method using said component (A)-(C) and the vitrification promoter etc. arbitrarily.
A glassy solid electrolyte is produced by mixing raw materials (for example, lithium sulfide, diphosphorus pentasulfide, and halogen compound) at the above-mentioned blending ratio and treating them according to any of the following (i) to (vii). Can do.
Hereinafter, each manufacturing method will be described.

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

(ii)メカニカルミリング法(MM法)
MM法は、原料を所定量混合し、機械的なエネルギーを与えることによりガラス状の固体電解質を得る方法である。
機械的なエネルギーを与える方法は特に問わないが、例えば、各種ボールミルを例示することができる。
例えば、五硫化二燐(P)、硫化リチウム(LiS)及びハロゲン化合物を所定量乳鉢にて混合し、例えば、各種ボールミル等を使用して所定時間反応させることにより、ガラス状の固体電解質が得られる。
上記原料を用いたMM法は、室温で反応させることができる。そのため、原料の熱分解が起らず、仕込み組成のガラス状の固体電解質を得ることができるという利点がある。
また、MM法ではガラス状の固体電解質の製造と同時に、微粉末化できるという利点もある。
(Ii) Mechanical milling method (MM method)
The MM method is a method of obtaining a glassy solid electrolyte by mixing a predetermined amount of raw materials and applying mechanical energy.
A method for applying mechanical energy is not particularly limited, and various ball mills can be exemplified.
For example, by mixing a predetermined amount of diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ), lithium sulfide (Li 2 S) and a halogen compound in a mortar and reacting them for a predetermined time using, for example, various ball mills, a glassy state is obtained. The solid electrolyte is obtained.
The MM method using the above raw materials can be reacted at room temperature. Therefore, there is an advantage that a glassy solid electrolyte having a charged composition can be obtained without thermal decomposition of the raw material.
Further, the MM method has an advantage that it can be finely powdered simultaneously with the production of the glassy solid electrolyte.

MM法には、回転ボールミル、転動ボールミル、振動ボールミル、遊星ボールミル等種々の形式を用いることができる。
MM法の条件としては、例えば、遊星型ボールミル機を使用した場合、回転速度を数十〜数百回転/分とし、0.5時間〜100時間処理すればよい。
また、ボールミルのボールは異なる径のボールを混合して使用してもよい。
また、MM処理の際のミル内の温度を調整してもよい。
MM処理時の原料温度は、室温から200℃まで必要に応じて加熱してもよい。
Various types such as a rotating ball mill, a rolling ball mill, a vibrating ball mill, and a planetary ball mill can be used for the MM method.
As conditions for the MM method, for example, when a planetary ball mill is used, the rotational speed may be set to several tens to several hundreds of revolutions / minute, and the treatment may be performed for 0.5 hours to 100 hours.
The balls of the ball mill may be used by mixing balls having different diameters.
Moreover, you may adjust the temperature in the mill in the case of MM processing.
The raw material temperature during MM treatment may be heated from room temperature to 200 ° C. as necessary.

(iii)固相法
固相法は、原料を混合し所定温度で加熱することによりガラス状の固体電解質を得る方法である。例えば、五硫化二燐(P)と硫化リチウム(LiS)、及びハロゲン化合物を所定量乳鉢にて混合し、100〜900℃の温度で加熱することにより、ガラス状の固体電解質が得られる
(Iii) Solid phase method The solid phase method is a method of obtaining a glassy solid electrolyte by mixing raw materials and heating at a predetermined temperature. For example, by mixing a predetermined amount of diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ), lithium sulfide (Li 2 S), and a halogen compound in a mortar and heating at a temperature of 100 to 900 ° C., a glassy solid electrolyte is obtained. Is obtained

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

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

上記炭化水素系溶媒としては、飽和炭化水素、不飽和炭化水素又は芳香族炭化水素が使用できる。
飽和炭化水素としては、ヘキサン、ペンタン、2−エチルヘキサン、ヘプタン、デカン、シクロヘキサン等が挙げられる。
不飽和炭化水素としては、ヘキセン、ヘプテン、シクロヘキセン等が挙げられる。
芳香族炭化水素としては、トルエン、キシレン、デカリン、1、2、3、4−テトラヒドロナフタレン等が挙げられる。
炭化水素系溶媒としては、特にトルエン、キシレンが好ましい。
As the hydrocarbon solvent, saturated hydrocarbon, unsaturated hydrocarbon, or aromatic hydrocarbon can be used.
Examples of the saturated hydrocarbon include hexane, pentane, 2-ethylhexane, heptane, decane, and cyclohexane.
Examples of the unsaturated hydrocarbon include hexene, heptene, cyclohexene and the like.
Aromatic hydrocarbons include toluene, xylene, decalin, 1, 2, 3, 4-tetrahydronaphthalene and the like.
As the hydrocarbon solvent, toluene and xylene are particularly preferable.

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

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

上述の溶液法で使用する溶媒は、後述する製造方法で使用する溶媒にも同様に使用することができる。   The solvent used by the above-mentioned solution method can be used similarly for the solvent used by the manufacturing method mentioned later.

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

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

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

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

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

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

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

湿式メカニカルミリング処理の回転速度及び回転時間は特に限定されないが、回転速度が速いほど、ガラス状の固体電解質の生成速度は速くなり、回転時間が長いほどガラス状の固体電解質ヘの原料の転化率は高くなる。但し、メカニカルミリング処理の回転速度が速くすると粉砕機にかかる負担が大きくなるおそれがあり、回転時間を長くするとガラス状の電解質の製造に時間がかかる。
また、ボールミルのボールは異なる径のボールを混合して使用してもよい。
上記の他、MM処理の際のミル内の温度を調整してもよい。MM法の条件としては、例えば、遊星型ボールミル機を使用した場合、回転速度を数十〜数百回転/分とし、0.5時間〜100時間処理すればよい。
The rotation speed and rotation time of the wet mechanical milling process are not particularly limited, but the higher the rotation speed, the faster the production rate of the glassy solid electrolyte, and the longer the rotation time, the conversion rate of the raw material to the glassy solid electrolyte Becomes higher. However, if the rotational speed of the mechanical milling process is increased, the burden on the pulverizer may be increased. If the rotation time is increased, it takes time to produce a glassy electrolyte.
The balls of the ball mill may be used by mixing balls having different diameters.
In addition to the above, the temperature in the mill during MM processing may be adjusted. As conditions for the MM method, for example, when a planetary ball mill is used, the rotational speed may be set to several tens to several hundreds of revolutions / minute, and the treatment may be performed for 0.5 hours to 100 hours.

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

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

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

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

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

接触工程の時間は、5分以上200時間以下が好ましい。
ここで、上記接触工程の時間は、反応槽に原料及びガラス状の固体電解質が留まっている時間を示す。従って、原料及びガラス状の固体電解質が遊星型ボールミル機と反応槽を循環するが、反応開始から終了までに原料及びガラス状の固体電解質が反応槽に留まっている時間の合計になる。
The time for the contacting step is preferably from 5 minutes to 200 hours.
Here, the time of the said contact process shows the time when the raw material and the glassy solid electrolyte remain in the reaction tank. Accordingly, the raw material and the glassy solid electrolyte circulate in the planetary ball mill and the reaction tank, but the total time that the raw material and the glassy solid electrolyte remain in the reaction tank from the start to the end of the reaction.

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

以上、ガラス状の固体電解質の製造方法を説明したが、上述の製造方法のいずれの場合であっても、原料を混ぜる順番(接触させる順番)は特に限定されない。   As mentioned above, although the manufacturing method of glassy solid electrolyte was demonstrated, even if it is a case of any of the above-mentioned manufacturing methods, the order (order to contact) which mixes a raw material is not specifically limited.

得られた硫化物系ガラスを焼成処理し結晶化させて、リチウムイオン伝導性硫化物系結晶化ガラスとしてもよい。
焼成温度は、例えば150℃〜360℃であり、180℃〜350℃が特に好ましい。焼成時間は、結晶が生成する条件であれば特に限定はなく、瞬時であっても長時間であっても構わない。また、焼成温度までの昇温パターンについても特に限定はない。
The obtained sulfide-based glass may be fired and crystallized to obtain a lithium ion conductive sulfide-based crystallized glass.
A calcination temperature is 150 to 360 degreeC, for example, and 180 to 350 degreeC is especially preferable. The firing time is not particularly limited as long as the crystal is generated, and may be instantaneous or long. Moreover, there is no limitation in particular also about the temperature rising pattern to baking temperature.

[LiXが固溶したLiBH
本発明では、リチウム化合物LiXが固溶した錯体水素化物LiBHを用いる。以下、本成分を「LiBH−LiX固溶体」という場合がある。
固溶とは、LiBHが示す結晶構造を維持したまま、リチウム化合物LiXが、LiBHの結晶構造中の一部に置換したことをいう。
固溶していることは、X線回折測定(XRD)によって得られたピークの位置が、LiBHのピークの位置からシフトしていることによって確認する。
[LiBH 4 in which LiX is dissolved]
In the present invention, a complex hydride LiBH 4 in which a lithium compound LiX is dissolved is used. Hereinafter, this component may be referred to as “LiBH 4 —LiX solid solution”.
Solid solution and while maintaining the crystal structure illustrated is LiBH 4, lithium compound LiX is, say that it has replaced part of the crystal structure of LiBH 4.
The solid solution is confirmed by the fact that the peak position obtained by X-ray diffraction measurement (XRD) is shifted from the LiBH 4 peak position.

Xは、ハロゲン原子、−NR又は−NRを表す。Rは水素原子又はアルキル基を表す。−NRの2個のRは同じであっても異なっていてもよい。 X represents a halogen atom, —NR 2 or —N 2 R. R represents a hydrogen atom or an alkyl group. Two Rs in —NR 2 may be the same or different.

上記の錯体水素化物の固溶体は、その形状を容易に変えることができる。本発明の固体電解質は、硫化物固体電解質にこのような錯体水素化物固溶体を添加することで、固体電解質をシート状(例えば、全固体電池の固体電解層、極合材層の固体電解質、イオン伝導度を測定するシートサンプルの固体電解質等)とした場合に、硫化物固体電解質粉体の隙間に錯体水素化物を満たして圧密することができ、Li11のような熱融着に近い状態とすることができ、界面抵抗が低下するためイオン伝導度が向上する。 The shape of the solid solution of the complex hydride can be easily changed. The solid electrolyte of the present invention is obtained by adding such a complex hydride solid solution to a sulfide solid electrolyte, thereby converting the solid electrolyte into a sheet (for example, a solid electrolyte layer of an all-solid battery, a solid electrolyte of an electrode mixture layer, an ion In the case of a solid electrolyte or the like of a sheet sample for measuring conductivity), a gap between sulfide solid electrolyte powders can be filled with a complex hydride and consolidated, and heat fusion such as Li 7 P 3 S 11 can be performed. Since the interface resistance is lowered, the ionic conductivity is improved.

LiBHとしては特に制限はなく、還元剤や水素吸蔵媒体として用いられている従来公知のものを使用することができる。LiBHの純度は80%以上が好ましく、90%以上がより好ましい。純度が80%未満になると、固体電解質の性能が低下するおそれがある。 LiBH not particularly limited as 4, it can be used conventionally known which are used as the reducing agent and the hydrogen storage medium. The purity of LiBH 4 is preferably 80% or more, and more preferably 90% or more. If the purity is less than 80%, the performance of the solid electrolyte may be deteriorated.

Xのハロゲン原子としては、ヨウ素原子(I)、臭素原子(Br)、フッ素原子(F)、塩素原子(Cl)等が挙げられ、I、Br又はClが好ましい。
Rのアルキル基の炭素数としては1〜5が好ましい。
LiXとしては、LiI,LiBr又はLiClが好ましく、LiBrがより好ましい。
Examples of the halogen atom for X include an iodine atom (I), a bromine atom (Br), a fluorine atom (F), a chlorine atom (Cl), and the like, and I, Br, or Cl is preferable.
As carbon number of the alkyl group of R, 1-5 are preferable.
LiX is preferably LiI, LiBr or LiCl, and more preferably LiBr.

LiX化合物についても従来公知のものを使用することができる。LiXの純度は80%以上が好ましく、90%以上がより好ましい。純度が80%未満になると、固体電解質の性能が低下するおそれがある。
LiX化合物は1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。
A conventionally well-known thing can be used also about a LiX compound. The purity of LiX is preferably 80% or more, and more preferably 90% or more. If the purity is less than 80%, the performance of the solid electrolyte may be deteriorated.
A LiX compound may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

LiBH−LiX固溶体におけるLiBHとLiXの含有モル比(LiBH:LiX)は、1:1〜20:1が好ましく、1:1〜10:1がより好ましい。上記の下限以上であると、高いイオン伝導度が得られやすくなり、上限以下であると、高温相(高イオン伝導相)の転移温度が低下しやすいため、LiBHの高温相の転移温度(115℃)未満において、イオン伝導度を十分に向上することができる。 The content molar ratio of LiBH 4 and LiX (LiBH 4 : LiX) in the LiBH 4 -LiX solid solution is preferably 1: 1 to 20: 1, and more preferably 1: 1 to 10: 1. If it is above the above lower limit, high ionic conductivity is likely to be obtained, and if it is below the upper limit, the transition temperature of the high temperature phase (high ionic conduction phase) tends to be lowered, so the transition temperature of the high temperature phase of LiBH 4 ( When the temperature is lower than 115 ° C., the ionic conductivity can be sufficiently improved.

[LiBH−LiX固溶体の製造方法]
LiBH−LiX固溶体は、LiBHとLiX化合物とを混合し、得られた混合物を加熱して溶融又は焼結させ、その後、冷却することにより製造することができるが、特にこの方法に限定されない。このうち、LiBHとLiX化合物とを均一に備える固溶体を得ることができる点で溶融混合を施す方法が好ましい。
[Method for producing LiBH 4 -LiX solid solution]
The LiBH 4 -LiX solid solution can be produced by mixing LiBH 4 and a LiX compound, heating the obtained mixture to melt or sinter, and then cooling, but is not particularly limited to this method. . Among these, the method of performing melt mixing is preferable in that a solid solution uniformly including LiBH 4 and a LiX compound can be obtained.

LiBHとLiX化合物との混合モル比(LiBH:LiX化合物)は、上記と同様の理由により、1:1〜20:1が好ましく、1:1〜10:1がより好ましい。 The mixing molar ratio between LiBH 4 and the LiX compound (LiBH 4 : LiX compound) is preferably 1: 1 to 20: 1 and more preferably 1: 1 to 10: 1 for the same reason as described above.

上記の混合物の加熱温度は、通常50℃以上であり、150℃以上が好ましく、200℃以上がより好ましく、250℃以上が特に好ましく、300℃以上が最も好ましい。加熱温度が50℃未満であると、混合物の溶融や焼結が不十分となるおそれがある。特に、混合物を焼結させる場合の加熱温度は、通常50〜240℃であり、150〜240℃が好ましく、200〜240℃がより好ましい。   The heating temperature of the above mixture is usually 50 ° C. or higher, preferably 150 ° C. or higher, more preferably 200 ° C. or higher, particularly preferably 250 ° C. or higher, and most preferably 300 ° C. or higher. If the heating temperature is less than 50 ° C, the mixture may be insufficiently melted or sintered. In particular, the heating temperature for sintering the mixture is usually 50 to 240 ° C, preferably 150 to 240 ° C, and more preferably 200 to 240 ° C.

また、このようにして得られた固溶体を115℃以上に加熱し、その後、冷却することが好ましい。これにより、LiBHの高温相の転移温度未満における固体電解質のイオン伝導度が増大する傾向がある。 Moreover, it is preferable to heat the solid solution thus obtained to 115 ° C. or higher and then cool it. This tends to increase the ionic conductivity of the solid electrolyte below the transition temperature of the high temperature phase of LiBH 4 .

LiBH−LiX固溶体の形状は特に制限されないが、好ましくは粉体である。 The shape of the LiBH 4 -LiX solid solution is not particularly limited, but is preferably a powder.

[硫化物固体電解質とLiBH−LiX固溶体の配合比]
硫化物固体電解質とLiBH−LiX固溶体の配合比(硫化物固体電解質:LiBH−LiX固溶体(モル比))は、通常、99.9〜50:0.1〜50であり、好ましくは、99.9〜80:0.1〜20であり、より好ましくは、99.9〜90:0.1〜10である。
この範囲であれば、イオン伝導度の向上効果が特に優れる。
[Sulfide solid electrolyte and LiBH 4 -LiX solid solution blending ratio]
The blending ratio of the sulfide solid electrolyte and the LiBH 4 -LiX solid solution (sulfide solid electrolyte: LiBH 4 -LiX solid solution (molar ratio)) is usually 99.9-50: 0.1-50, preferably It is 99.9-80: 0.1-20, More preferably, it is 99.9-90: 0.1-10.
If it is this range, the improvement effect of ion conductivity will be especially excellent.

本発明の固体電解質は、上記の硫化物固体電解質及びLiBH−LiX固溶体に加えて、後述する固体電解質成形体に用いる材料を任意に含んでもよい。
本発明の固体電解質は、例えば、90%重量以上、95重量%以上、98重量%以上、100重量%が硫化物固体電解質、LiBH−LiX固溶体及び固体電解質成形体に用いる任意材料からなってもよい。
In addition to the sulfide solid electrolyte and LiBH 4 -LiX solid solution, the solid electrolyte of the present invention may optionally contain a material used for a solid electrolyte molded body to be described later.
The solid electrolyte of the present invention comprises, for example, 90% by weight or more, 95% by weight or more, 98% by weight or more, and 100% by weight of an arbitrary material used for a sulfide solid electrolyte, a LiBH 4 -LiX solid solution, and a solid electrolyte molded body. Also good.

[配合方法]
硫化物固体電解質とLiBH−LiX固溶体との混合(配合)は、例えば、乳鉢、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、遊星ボールミル、振動ボールミル、サンドミル、カッターミルを用いた乾式混合によって実施でき、その他、有機溶媒中に原料を分散させた後に、乳鉢、ボールミル、ビーズミル、遊星ボールミル、振動ボールミル、サンドミル、フィルミックスを用いた湿式混合を行い、溶媒を除去することでも実施できる。
[Mixing method]
Mixing (compounding) of the sulfide solid electrolyte and LiBH 4 -LiX solid solution can be carried out by dry mixing using, for example, a mortar, ball mill, bead mill, jet mill, planetary ball mill, vibration ball mill, sand mill, cutter mill, After the raw materials are dispersed in an organic solvent, wet mixing using a mortar, ball mill, bead mill, planetary ball mill, vibration ball mill, sand mill, or fill mix is performed to remove the solvent.

2.固体電解質成形体及びその製造方法
本発明の固体電解質成形体は、硫化物固体電解質の粉体とLiBH−LiX固溶体の粉体とを含む組成物を加圧成形して得られる。硫化物固体電解質とLiBH−LiX固溶体は上述した通りである。
加圧成形のみでもよいが、熱処理をする工程を含むと好ましい。熱処理により、固体電解質をガラスセラミックス化することができる。
尚、上記の粉体を溶媒によりスラリー状にして成形体として、溶媒を除去して最終的な成形体やシートとすることもできる。
2. Solid Electrolyte Molded Body and Manufacturing Method Thereof The solid electrolyte molded body of the present invention is obtained by pressure molding a composition containing a sulfide solid electrolyte powder and a LiBH 4 -LiX solid solution powder. The sulfide solid electrolyte and the LiBH 4 -LiX solid solution are as described above.
Although only pressure molding may be used, it is preferable to include a heat treatment step. The solid electrolyte can be converted into glass ceramics by heat treatment.
In addition, the above powder can be made into a slurry by using a solvent to form a molded body, and the solvent can be removed to form a final molded body or sheet.

粉体の成形圧力は、通常、30〜400MPaであり、例えば、2〜250MPaである。
熱処理温度は、通常、150℃〜360℃である。熱処理温度が150℃未満であると、高イオン伝導性の結晶ガラスが得られにくい場合があり、加熱処理温度が360℃超であると、イオン伝導性の低い結晶構造となるおそれがある。
The molding pressure of the powder is usually 30 to 400 MPa, for example, 2 to 250 MPa.
The heat treatment temperature is usually 150 ° C to 360 ° C. If the heat treatment temperature is less than 150 ° C., it may be difficult to obtain a highly ion-conductive crystal glass, and if the heat treatment temperature exceeds 360 ° C., a crystal structure with low ion conductivity may be formed.

加熱温度は、好ましくは、固体電解質(ガラス)のガラス転移温度(Tg)以上、固体電解質(ガラス)の結晶化温度(Tc)+100℃以下であることが好ましい。加熱温度が固体電解質(ガラス)のTg未満の場合、製造時間が非常に長くなるおそれがある。一方、(Tc+100℃)を超えると、得られる固体電解質(ガラスセラミックス)中に不純物等が含まれる場合があり、イオン伝導度が低下するおそれがある。   The heating temperature is preferably not less than the glass transition temperature (Tg) of the solid electrolyte (glass) and not more than the crystallization temperature (Tc) of the solid electrolyte (glass) + 100 ° C. or less. If the heating temperature is lower than the Tg of the solid electrolyte (glass), the production time may be very long. On the other hand, when it exceeds (Tc + 100 ° C.), impurities or the like may be contained in the obtained solid electrolyte (glass ceramic), and the ionic conductivity may be lowered.

加熱温度は、より好ましくは、(Tg+5℃)以上、(Tc+90℃)以下、さらに好ましくは、(Tg+10℃)以上、(Tc+80℃)以下である。   The heating temperature is more preferably (Tg + 5 ° C.) or more and (Tc + 90 ° C.) or less, and further preferably (Tg + 10 ° C.) or more and (Tc + 80 ° C.) or less.

例えば、加熱温度は、150℃以上360℃以下であり、好ましくは160℃以上350℃以下であり、より好ましくは180℃以上310℃以下であり、さらに好ましくは180℃以上290℃以下であり、特に好ましくは190℃以上270℃以下である。   For example, the heating temperature is 150 ° C. or higher and 360 ° C. or lower, preferably 160 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, more preferably 180 ° C. or higher and 310 ° C. or lower, more preferably 180 ° C. or higher and 290 ° C. or lower, Especially preferably, it is 190 degreeC or more and 270 degrees C or less.

また、熱物性の測定により2つのピークがある場合は、低温側の第1結晶化ピークの温度をTc1とし、高温側の第2結晶化ピークの温度をTc2として、Tc1以上、Tc2以下で加熱すると好ましい。
昇温方法については特に指定がない。所定温度までゆっくり昇温してもよいし、急速に加熱してもよい。
In addition, when there are two peaks by thermophysical property measurement, the temperature of the first crystallization peak on the low temperature side is Tc1, the temperature of the second crystallization peak on the high temperature side is Tc2, and heating is performed at Tc1 or more and Tc2 or less. It is preferable.
There is no specific specification for the temperature raising method. The temperature may be raised slowly to a predetermined temperature or heated rapidly.

ガラス状の固体電解質の結晶化温度は、示差熱−熱重量測定等で特定することができ、例えば熱重量測定装置(メトラートレド社製TGA/DSC1)を使用し、ガラス状の固体電解質約20mgを、昇温速度10℃/分で加熱することにより測定することで特定できる。
尚、結晶化温度等は昇温速度等により変化することあり、熱処理する昇温速度に近い速度での測定でのTcを基準に選ぶ必要がある。従って、実施例以外の昇温速度で処理する場合は、最適な熱処理温度は変化するが、熱処理する昇温速度で測定されたTcを基準として上記条件にて熱処理することが望ましい。
The crystallization temperature of the glassy solid electrolyte can be specified by differential thermo-thermogravimetry or the like. For example, a thermogravimetry apparatus (TGA / DSC1 manufactured by METTLER TOLEDO) is used, and the glassy solid electrolyte is about 20 mg. Can be identified by measuring by heating at a heating rate of 10 ° C./min.
It should be noted that the crystallization temperature or the like may change depending on the temperature rising rate or the like, and should be selected based on Tc measured at a rate close to the temperature rising rate for heat treatment. Therefore, when the treatment is performed at a temperature raising rate other than the example, the optimum heat treatment temperature changes, but it is desirable to perform the heat treatment under the above-mentioned conditions with reference to Tc measured at the temperature raising rate for heat treatment.

加熱時間は、0.005分以上、10時間以下が好ましい。さらに好ましくは、0.005分以上、5時間以下であり、特に好ましくは、0.01分以上、3時間以下である。
昇温方法については特に指定がない。所定温度までゆっくり昇温してもよいし、急速に加熱してもよい。
加熱は、露点−40℃以下の環境下で行うことが好ましく、より好ましくは露点−60℃以下の環境下で行うことが好ましい。加熱時の気圧は、常圧であってもよく、減圧下であってもよい。雰囲気は、空気中であってもよく、不活性雰囲気下であってもよい。
The heating time is preferably 0.005 minutes or more and 10 hours or less. More preferably, it is 0.005 minutes or more and 5 hours or less, and particularly preferably 0.01 minutes or more and 3 hours or less.
There is no specific specification for the temperature raising method. The temperature may be raised slowly to a predetermined temperature or heated rapidly.
Heating is preferably performed in an environment with a dew point of −40 ° C. or lower, more preferably in an environment with a dew point of −60 ° C. or lower. The atmospheric pressure during heating may be a normal pressure or a reduced pressure. The atmosphere may be in the air or an inert atmosphere.

加熱処理して得られる固体電解質成形体は、固体電解質粉体が互いに融着していている。融着とは、粒子状の固体電解質の一部が溶解し、溶解した部分が他の固体電解質と一体化することを意味する。
電解質層に用いることができる本発明の固体電解質成形体は、結晶成分を有する固体電解質、ガラス状の固体電解質、又はこれらの混合物を使用して製造することが好ましく、加圧・加熱して電解質層を成形する場合は、ガラス状の固体電解質を含んでいた方が好ましい。また、結晶成分を有する固体電解質を用いて製造する場合であって、加圧・加熱して電解質を成形する場合は、結晶成分を有する固体電解質にはガラス成分が含まれていることが好ましい。また、固体電解質層は、固体電解質の板状体であってもよい。尚、固体電解質粒子の一部又は全部が溶解し、板状体になっている場合も含む。
In the solid electrolyte molded body obtained by the heat treatment, the solid electrolyte powders are fused to each other. Fusion means that a part of the particulate solid electrolyte is dissolved and the dissolved part is integrated with another solid electrolyte.
The solid electrolyte molded body of the present invention that can be used for the electrolyte layer is preferably produced using a solid electrolyte having a crystal component, a glassy solid electrolyte, or a mixture thereof, and is subjected to pressure and heating to form an electrolyte. When the layer is formed, it is preferable to include a glassy solid electrolyte. Moreover, when manufacturing using the solid electrolyte which has a crystal component, Comprising: When shape | molding electrolyte by pressurizing and heating, it is preferable that the glass component is contained in the solid electrolyte which has a crystal component. The solid electrolyte layer may be a solid electrolyte plate. In addition, the case where part or all of the solid electrolyte particles are dissolved to form a plate-like body is included.

3.全固体電池
本発明の固体電解質成形体は、リチウムイオン二次電池等の全固体電池の固体電解質層、正極合材層、負極合材層に用いることができる。
本発明の固体電解質成形体は、その用途に応じて、製造の際にバインダー(結着剤)、正極活物質、負極活物質、導電助剤を添加して、正極、電解質層、負極等、電池の構成材料として、及び電池を構成する部材(層)として使用できる。
3. All-solid battery The solid electrolyte molded body of the present invention can be used for a solid electrolyte layer, a positive electrode mixture layer, and a negative electrode mixture layer of an all-solid battery such as a lithium ion secondary battery.
The solid electrolyte molded body of the present invention, depending on its use, a binder (binder), a positive electrode active material, a negative electrode active material, a conductive additive is added during production, and a positive electrode, an electrolyte layer, a negative electrode, etc. It can be used as a battery constituent material and as a member (layer) constituting the battery.

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

正極活物質としては、リチウムイオンの挿入脱離が可能な物質、電池分野において正極活物質として公知のものが使用できる。
例えば、V、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiMn、Li(NiCoMn)O(ここで、0<a<1、0<b<1、0<c<1、a+b+c=1)、LiNi0.8Co0.15Al0.05、LiNi1−YCoO2、LiCo1−YMn、LiNi1−YMn(ここで、0≦Y<1)、Li(NiCoMn)O(0<a<2、0<b<2、0<c<2、a+b+c=2)、LiMn2−ZNiZO、LiMn2−ZCo(ここで、0<Z<2)、LiCoPO、LiFePO、酸化ビスマス(Bi)、鉛酸ビスマス(BiPb)、酸化銅(CuO)、酸化バナジウム(V13)、LiCoO,LiNiO,LiMn,LiFePO,LiCoPO,LiMn1/3Ni1/3Co1/3,LiMn1.5Ni0.5等の酸化物が挙げられる。それ以外の正極活物質としては、例えば、硫化物系では、単体硫黄(S)、硫化チタン(TiS)、硫化モリブデン(MoS)、硫化鉄(FeS、FeS)、硫化銅(CuS)及び硫化ニッケル(Ni)、硫化リチウム(LiS)、有機ジスルフィド化合物、カーボンスルフィド化合物、硫黄等が使用できる。好ましくは、高い理論容量を有するS、LiSが使用できる。
As the positive electrode active material, a material capable of inserting and desorbing lithium ions, and a material known as a positive electrode active material in the battery field can be used.
For example, V 2 O 5 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li (Ni a Co b Mn c ) O 2 (where 0 <a <1, 0 <b <1, 0 < c <1, a + b + c = 1), LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , LiNi 1-Y Co Y O 2, LiCo 1-Y Mn Y 2 O 2 , LiNi 1-Y Mn Y 2 O 2 ( Here, 0 ≦ Y <1), Li (Ni a Co b Mn c ) O 4 (0 <a <2, 0 <b <2, 0 <c <2, a + b + c = 2), LiMn 2−Z NiZO 4 , LiMn 2 -Z Co Z O 4 (where 0 <Z <2), LiCoPO 4 , LiFePO 4 , bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), bismuth leadate (Bi 2 Pb 2 O 5 ), copper oxide (CuO), vanadium oxide (V 6 O 13 Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x Mn 2 O 4 , Li x FePO 4 , Li x CoPO 4 , Li x Mn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 , Li x Mn 1 And oxides such as 0.5 Ni 0.5 O 2 . Other positive electrode active materials include, for example, elemental sulfur (S), titanium sulfide (TiS 2 ), molybdenum sulfide (MoS 2 ), iron sulfide (FeS, FeS 2 ), copper sulfide (CuS) in the sulfide system. And nickel sulfide (Ni 3 S 2 ), lithium sulfide (Li 2 S), organic disulfide compounds, carbon sulfide compounds, sulfur, and the like can be used. Preferably, S and Li 2 S having a high theoretical capacity can be used.

上記有機ジスルフィド化合物及びカーボンスルフィド化合物を以下に例示する。

Figure 2016134316
(式(A)〜(C)において、Xはそれぞれ置換基であり、n及びmはそれぞれ独立に1〜2の整数であり、p及びqはそれぞれ独立に1〜4の整数である。
式(D)において、Zはそれぞれ−S−又は−NH−であり、nは繰返数2〜300の整数である。)
Figure 2016134316
(式中、n及びmはそれぞれ独立の整数である。) The organic disulfide compound and the carbon sulfide compound are exemplified below.
Figure 2016134316
(In Formulas (A) to (C), X is a substituent, n and m are each independently an integer of 1 to 2, and p and q are each independently an integer of 1 to 4.
In formula (D), Z is -S- or -NH-, respectively, and n is an integer of 2 to 300 repetitions. )
Figure 2016134316
(In the formula, n and m are independent integers.)

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

負極活物質としては、リチウムイオンの挿入脱離が可能な物質、電池分野において負極活物質として公知のものが使用できる。
例えば、炭素材料、具体的には、人造黒鉛、黒鉛炭素繊維、樹脂焼成炭素、熱分解気相成長炭素、コークス、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、フルフリルアルコール樹脂焼成炭素、ポリアセン、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、天然黒鉛及び難黒鉛化性炭素等が挙げられ、これらの混合物でもよい。好ましくは、人造黒鉛である。
また、金属リチウム、金属インジウム、金属アルミ、金属ケイ素等の金属自体や他の元素、化合物と組み合わせた合金を、負極材として用いることができる。中でも、高い理論容量を有するケイ素、スズ、リチウム金属が好ましい。
As the negative electrode active material, a material capable of inserting and desorbing lithium ions, and a material known as a negative electrode active material in the battery field can be used.
For example, carbon materials, specifically artificial graphite, graphite carbon fiber, resin-fired carbon, pyrolytic vapor-grown carbon, coke, mesocarbon microbeads (MCMB), furfuryl alcohol resin-fired carbon, polyacene, pitch-based carbon Examples thereof include fibers, vapor-grown carbon fibers, natural graphite, and non-graphitizable carbon, and a mixture thereof may be used. Preferably, it is artificial graphite.
In addition, an alloy combined with a metal itself such as metallic lithium, metallic indium, metallic aluminum, metallic silicon, or another element or compound can be used as the negative electrode material. Among these, silicon, tin, and lithium metal having a high theoretical capacity are preferable.

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

電解質層(シート)は、本発明の固体電解質成形体からなる。
電解質層は、使用目的に応じて固体電解質成形体及び他の電解質からなってもよい。電解質層の厚さは、0.001mm以上1mm以下であることが好ましい。
The electrolyte layer (sheet) is made of the solid electrolyte molded body of the present invention.
The electrolyte layer may be composed of a solid electrolyte molded body and other electrolytes depending on the purpose of use. The thickness of the electrolyte layer is preferably 0.001 mm or more and 1 mm or less.

他の電解質は、例えばポリマー系固体電解質、酸化物系固体電解質である。
ポリマー系固体電解質は、特に制限はない。例えば、特開2010−262860に開示されているように、フッ素樹脂、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポリアクリレートやこれらの誘導体、共重合体等の、ポリマー電解質として用いられる材料が挙げられる。
The other electrolyte is, for example, a polymer solid electrolyte or an oxide solid electrolyte.
The polymer-based solid electrolyte is not particularly limited. For example, as disclosed in JP 2010-262860 A, materials used as a polymer electrolyte such as a fluororesin, polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polyacrylate, derivatives thereof, and copolymers thereof can be used.

フッ素樹脂としては、例えば、フッ化ビニリデン(VdF)、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、テトラフルオロエチレン(TFE)や、これらの誘導体等を構成単位として含むものが挙げられる。具体的には、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリヘキサフルオロプロピレン(PHFP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のホモポリマーや、VdFとHFPとの共重合体(以下、この共重合体を「P(VdF−HFP)」と示す場合がある。)等の2元共重合体や3元共重合体、等が挙げられる。   As a fluororesin, what contains vinylidene fluoride (VdF), hexafluoropropylene (HFP), tetrafluoroethylene (TFE), these derivatives, etc. as a structural unit is mentioned, for example. Specifically, a homopolymer such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polyhexafluoropropylene (PHFP), polytetrafluoroethylene (PTFE), or a copolymer of VdF and HFP (hereinafter, this copolymer is referred to as “ P (VdF-HFP) ”may be used, and binary copolymers and ternary copolymers.

酸化物系固体電解質には、LiN、LISICON類、La0.55Li0.35TiO等のペロブスカイト構造を有する結晶や、NASICON型構造を有するLiTi12、さらにこれら結晶化させた電解質等を用いることができる。 Examples of the oxide-based solid electrolyte include crystals having a perovskite structure such as LiN, LISICON, La 0.55 Li 0.35 TiO 3 , LiTi 2 P 3 O 12 having a NASICON type structure, and further crystallizing these. An electrolyte or the like can be used.

正極層は、正極活物質と電解質と導電助剤を含むことが好ましい。また、バインダーを含んでいてもよい。
正極層において、正極活物質、電解質、導電助剤等の割合は、特に制限は無く公知の割合を用いることができる。
正極層の厚さは、0.01mm以上10mm以下であることが好ましい。
正極層は、公知の方法により製造することができる。例えば、塗布法、静電法(静電スプレー法、静電スクリーン法等)により製造することができる。
The positive electrode layer preferably contains a positive electrode active material, an electrolyte, and a conductive additive. Moreover, the binder may be included.
In the positive electrode layer, the ratios of the positive electrode active material, the electrolyte, the conductive auxiliary agent and the like are not particularly limited, and known ratios can be used.
The thickness of the positive electrode layer is preferably 0.01 mm or more and 10 mm or less.
The positive electrode layer can be produced by a known method. For example, it can be produced by a coating method or an electrostatic method (electrostatic spray method, electrostatic screen method, etc.).

負極層は、負極活物質、電解質、及び導電助剤を含むことが好ましい。また、バインダーを含んでいてもよい。
負極層の厚さは、0.01mm以上10mm以下であることが好ましい。
負極層は、公知の方法により製造することができる。例えば、塗布法、静電法(静電スプレー法、静電スクリーン法等)により製造することができる。
It is preferable that a negative electrode layer contains a negative electrode active material, an electrolyte, and a conductive support agent. Moreover, the binder may be included.
The thickness of the negative electrode layer is preferably 0.01 mm or more and 10 mm or less.
The negative electrode layer can be produced by a known method. For example, it can be produced by a coating method or an electrostatic method (electrostatic spray method, electrostatic screen method, etc.).

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

全固体電池は、好ましくは正極層、電解質層及び負極層の少なくとも1つが、本発明の固体電解質成形体からなる全固体電池である。
本態様では、正極層、電解質層及び負極層の少なくとも1つが本発明の固体電解質成形体からなっていればよい。
The all solid state battery is preferably an all solid state battery in which at least one of the positive electrode layer, the electrolyte layer, and the negative electrode layer is made of the solid electrolyte molded body of the present invention.
In this embodiment, it is sufficient that at least one of the positive electrode layer, the electrolyte layer, and the negative electrode layer is made of the solid electrolyte molded body of the present invention.

図1は全固体電池の一実施形態を示す概略断面図である。
全固体電池100は、正極110及び負極130からなる一対の電極間に本発明の固体電解質成形体120が挟持されている。正極110及び負極130にはそれぞれ集電体140及び142が設けられている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of an all-solid battery.
In the all solid state battery 100, the solid electrolyte molded body 120 of the present invention is sandwiched between a pair of electrodes including a positive electrode 110 and a negative electrode 130. Current collectors 140 and 142 are provided on the positive electrode 110 and the negative electrode 130, respectively.

負極130は、負極活物質からなり、好ましくは硫化物系電解質粉体を含む負極合材を加熱処理してなる負極である。負極合材において、硫化物系電解質粉体と負極材の混合比(重量比)は、好ましくは硫化物系電解質粉体:負極活物質=20〜50:80〜50である。
上記正極110及び負極130に、導電助剤として、電子が正極活物質内で円滑に移動するようにするために、上述の導電助剤を適宜添加してもよい。
The negative electrode 130 is a negative electrode made of a negative electrode active material, preferably a heat treatment of a negative electrode mixture containing sulfide-based electrolyte powder. In the negative electrode mixture, the mixing ratio (weight ratio) between the sulfide-based electrolyte powder and the negative electrode material is preferably sulfide-based electrolyte powder: negative electrode active material = 20-50: 80-50.
In order to allow electrons to move smoothly in the positive electrode active material, the above-described conductive aid may be added to the positive electrode 110 and the negative electrode 130 as appropriate.

正極及び負極は、上記極材を集電体の少なくとも一部に膜状に形成することで作製できる。製膜方法としては、例えば、ブラスト法、エアロゾルデポジション法、コールドスプレー法、スパッタリング法、気相成長法又は溶射法等が挙げられる。このような方法により製膜することで、極材層の空隙率をより小さくすることができ、イオン伝導度を向上させることができる。
簡便な装置や室温条件下、電解質の結晶状態を変化させない温度範囲で製膜できることから、ブラスト法やエアロゾルデポジション法が好ましい。
The positive electrode and the negative electrode can be produced by forming the electrode material in a film shape on at least a part of the current collector. Examples of the film forming method include a blast method, an aerosol deposition method, a cold spray method, a sputtering method, a vapor phase growth method, and a thermal spraying method. By forming a film by such a method, the porosity of the electrode material layer can be further reduced, and the ionic conductivity can be improved.
Blasting and aerosol deposition are preferred because they can be formed in a temperature range that does not change the crystal state of the electrolyte under simple equipment and room temperature conditions.

集電体140,142としては、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、ゲルマニウム、インジウム、リチウム、又はこれらの合金等からなる板状体や箔状体等が使用できる。   Examples of the current collectors 140 and 142 include copper, magnesium, stainless steel, titanium, iron, cobalt, nickel, zinc, aluminum, germanium, indium, lithium, or a plate or foil made of these alloys. Can be used.

全固体電池は、上述した電池用部材を貼り合せ、接合することで製造できる。接合する方法としては、各部材を積層し、加圧・圧着する方法や、2つのロール間を通して加圧する方法(roll to roll)等がある。接合面にイオン伝導性を有する活物質や、イオン伝導性を阻害しない接着物質を介して接合してもよい。接合においては、固体電解質の結晶構造が変化しない範囲で加熱融着してもよい。   An all-solid-state battery can be manufactured by bonding and joining the battery members described above. As a method of joining, there are a method of laminating each member, pressurizing and pressure bonding, a method of pressing through two rolls (roll to roll), and the like. You may join to a joint surface through the active material which has ion conductivity, and the adhesive material which does not inhibit ion conductivity. In joining, heat fusion may be performed as long as the crystal structure of the solid electrolyte does not change.

また、上記の方法で製造した全固体電池を、さらに加熱処理すると好ましい。加熱条件は、通常、100〜350℃、0.1〜10時間である。加熱することにより高出力の電池が作製できる。尚、全固体電池の加熱処理は、負極、固体電解質成形体及び正極のみからなる電池素子部分だけを加熱処理する場合も含む。また、安全装置、ラッピング等の加熱処理は含まない。   Moreover, it is preferable that the all solid state battery manufactured by the above method is further heat-treated. The heating conditions are usually 100 to 350 ° C. and 0.1 to 10 hours. A battery with high output can be produced by heating. The heat treatment of the all-solid battery includes a case where only the battery element portion including only the negative electrode, the solid electrolyte formed body, and the positive electrode is heat-treated. Also, it does not include heat treatment such as safety devices and lapping.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
以下の実施例において、イオン伝導度(σ)の評価は以下のように行った。
試料を、断面直径10mm(断面積S=0.785cm)、高さ0.1〜0.3cmの円筒形状に成形して試料片とする。試料片の上下から電極端子を取る。交流インピーダンス法により測定し(周波数範囲:5MHz〜0.5Hz、振幅:10mV)、Cole−Coleプロットを得る。高周波側領域に観測される円弧の右端付近で、−Z’’(Ω)が最小となる点での実数部Z’(Ω)を電解質のバルク抵抗R(Ω)とし、下記式に従い、イオン伝導度σ(S/cm)を計算する。尚、リードの距離を約60cmとして測定した。
R=ρ(L/S)
σ=1/ρ
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
In the following examples, the ionic conductivity (σ) was evaluated as follows.
The sample is molded into a cylindrical shape having a cross-sectional diameter of 10 mm (cross-sectional area S = 0.785 cm 2 ) and a height of 0.1-0.3 cm to obtain a sample piece. Take electrode terminals from above and below the specimen. Measurement is performed by the AC impedance method (frequency range: 5 MHz to 0.5 Hz, amplitude: 10 mV), and a Cole-Cole plot is obtained. In the vicinity of the right end of the arc observed in the high-frequency region, the real part Z ′ (Ω) at the point where −Z ″ (Ω) is the minimum is the bulk resistance R (Ω) of the electrolyte. The conductivity σ (S / cm) is calculated. In addition, the distance of the lead was measured at about 60 cm.
R = ρ (L / S)
σ = 1 / ρ

製造例1
[硫化リチウムの製造(NMP法)]
(1)硫化リチウムの製造
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)及び無水水酸化リチウム287.4g(12モル)を仕込み、300rpmで130℃に昇温した。昇温後、液中に硫化水素を3L/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)で昇温し、生成した水硫化リチウムを脱硫化水素化し硫化リチウムを得た。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しはじめ、この水を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が上昇し、180℃に達した時点で昇温を停止し、一定温度に保持した。水硫化リチウムの脱硫化水素反応(約80分)が終了後、反応を終了し硫化リチウムを得た。
Production Example 1
[Production of lithium sulfide (NMP method)]
(1) Production of lithium sulfide A 10-liter autoclave equipped with a stirring blade was charged with 3326.4 g (33.6 mol) of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and 287.4 g (12 mol) of anhydrous lithium hydroxide. The temperature was raised to 130 ° C. at 300 rpm. After the temperature increase, hydrogen sulfide was blown into the liquid for 2 hours at a supply rate of 3 L / min.
Subsequently, the temperature of the reaction solution was raised under a nitrogen stream (200 cc / min), and the produced lithium hydrosulfide was desulfurized to obtain lithium sulfide. As the temperature increased, water produced as a by-product due to the reaction between hydrogen sulfide and lithium hydroxide began to evaporate, and this water was condensed by a condenser and extracted out of the system. Water was distilled out of the system and the temperature of the reaction solution rose. When the temperature reached 180 ° C., the temperature increase was stopped and the temperature was kept constant. After the dehydrosulfurization reaction of lithium hydrosulfide (about 80 minutes) was completed, the reaction was terminated to obtain lithium sulfide.

(2)硫化リチウムの精製
(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)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。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、脱水ヘプタン100mLを加え、室温で撹拌して、上澄み除去を行った。この操作を5回繰り返した。このヘプタンスラリーを採取し、窒素気流下でろ過することで溶媒を除去した。200℃で真空乾燥を行い、精製硫化リチウムを得た。
得られた精製硫化リチウムの純度を電位差滴定により算出したところ、98.9重量%であった。
BET比表面積(クリプトン法)を評価したところ、比表面積0.04m/g,細孔容積0.001ml/g以下であった。
(2) Purification of lithium sulfide After decanting NMP in the 500 mL slurry reaction solution (NMP-lithium sulfide slurry) obtained in (1), 100 mL of dehydrated NMP was added and stirred at 105 ° C. for about 1 hour. NMP was decanted at that temperature. The same operation was repeated 4 times in total. After completion of the decantation, 100 mL of dehydrated heptane was added, and the mixture was stirred at room temperature to remove the supernatant. This operation was repeated 5 times. The heptane slurry was collected and filtered under a nitrogen stream to remove the solvent. Vacuum drying was performed at 200 ° C. to obtain purified lithium sulfide.
The purity of the obtained purified lithium sulfide was calculated by potentiometric titration to be 98.9% by weight.
When the BET specific surface area (krypton method) was evaluated, the specific surface area was 0.04 m 2 / g and the pore volume was 0.001 ml / g or less.

製造例2
[硫化物固体電解質ガラスの製造(LiS/P/LiBr=75/25/16.8(MM法))]
製造例1で得られた硫化リチウム0.337g(0.00717mol)、五硫化ニリン(アルドリッチ社製)0.532g(0.00239mol)、及び臭化リチウム(アルドリッチ社製)0.140g(0.00161mol)をよく混合した。この混合した粉末と直径10mmのジルコニア製ボール10コとを遊星型ボールミル(フリッチェ社製: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、窒素雰囲気とした。
始めの数分間は、遊星型ボールミルの回転を低速回転(100rpm)にして、その後、徐々に遊星型ボールミルの回転数を上げて370rpmまで上げた。回転数370rpmで20時間メカニカルミリングを行った。
XRD測定(CuKα:λ=1.5405Å)したところ、原料由来の特性ピークがなくなっており、原料が反応していることを確認した。
Production Example 2
[Production of sulfide solid electrolyte glass (Li 2 S / P 2 S 5 /LiBr=75/25/16.8 (MM method))]
0.337 g (0.00717 mol) of lithium sulfide obtained in Production Example 1, 0.532 g (0.00239 mol) of nilin pentasulfide (manufactured by Aldrich), and 0.140 g (0.003 mol) of lithium bromide (manufactured by Aldrich). 00161 mol) was mixed well. The mixed powder and 10 zirconia balls having a diameter of 10 mm are put into a planetary ball mill (Fritche: Model No. P-7) alumina pot and completely sealed, and the alumina pot is filled with nitrogen. The atmosphere.
During the first few minutes, the planetary ball mill was rotated at a low speed (100 rpm), and then the planetary ball mill was gradually increased to 370 rpm. Mechanical milling was performed at a rotational speed of 370 rpm for 20 hours.
As a result of XRD measurement (CuKα: λ = 1.5405Å), the characteristic peak derived from the raw material disappeared, and it was confirmed that the raw material had reacted.

製造例3
[硫化物固体電解質ガラスセラミックスの製造(LiS/P/LiBr=75/25/16.8)]
製造例2と同様にして製造した硫化物ガラスを、アルゴン雰囲気で220℃で2時間熱処理し、硫化物ガラスセラミックス粉体を得た。この硫化物ガラスセラミックス粉体のイオン伝導度は1.0×10−3S/cmであった。
Production Example 3
[Production of sulfide solid electrolyte glass ceramics (Li 2 S / P 2 S 5 /LiBr=75/25/16.8)]
The sulfide glass produced in the same manner as in Production Example 2 was heat-treated at 220 ° C. for 2 hours in an argon atmosphere to obtain sulfide glass ceramic powder. The ionic conductivity of the sulfide glass ceramic powder was 1.0 × 10 −3 S / cm.

製造例4
[LiBH−LiBr固溶体の製造]
特許文献4に準拠し、LiBH(アルドリッチ社製、純度90%)とLiBr(アルドリッチ社製、純度99.99%)とを、LiBH:LiBr=3:1のモル比で混合し、この混合物をガラスセルに移した後、320℃に加熱して溶融混合した。その後、この溶融混合物を室温まで冷却して、LiBH−LiBr固溶体を得た。X線回折測定(XRD)を行った結果、得られたピークの位置が、LiBHのピークの位置からシフトしていたことから、固溶していることを確認した。また、未反応原料がないことは原料のXRDピークが消失したことから確認した。
得られたLiBH−LiBr固溶体についてXRD測定(CuKα:λ=1.5405Å)したところ、特許文献4と同様の特性ピークが観察された。
このLiBH−LiBr固溶体を乳鉢で十分粉砕し、次工程に供した。
Production Example 4
[Production of LiBH 4 -LiBr solid solution]
According to Patent Document 4, LiBH 4 (manufactured by Aldrich, purity 90%) and LiBr (manufactured by Aldrich, purity 99.99%) were mixed at a molar ratio of LiBH 4 : LiBr = 3: 1. After the mixture was transferred to a glass cell, it was heated to 320 ° C. and melt mixed. Thereafter, this molten mixture was cooled to room temperature to obtain a LiBH 4 -LiBr solid solution. As a result of performing X-ray diffraction measurement (XRD), the position of the obtained peak was shifted from the position of the LiBH 4 peak, so that it was confirmed that it was dissolved. The absence of unreacted raw material was confirmed from the disappearance of the XRD peak of the raw material.
When the obtained LiBH 4 -LiBr solid solution was subjected to XRD measurement (CuKα: λ = 1.5405Å), the same characteristic peak as in Patent Document 4 was observed.
This LiBH 4 -LiBr solid solution was sufficiently pulverized in a mortar and subjected to the next step.

実施例1
[固体電解質粉体の製造]
製造例3で得られた硫化物固体電解質ガラスセラミックスの粉体と、製造例4で得られたLiBH−LiBr固溶体の粉体を、モル比で90:10となるように配合して固体電解質粉体とした。
この固体電解質粉体を錠剤成形機に充填し、185MPaの圧力を加えて固体電解質シートとした。厚みは1.5mmであった。
この固体電解質シートのイオン伝導度は3.0×10−3S/cmであった。
Example 1
[Manufacture of solid electrolyte powder]
The sulfide solid electrolyte glass ceramic powder obtained in Production Example 3 and the LiBH 4 -LiBr solid solution powder obtained in Production Example 4 were blended in a molar ratio of 90:10 to obtain a solid electrolyte. Powdered.
This solid electrolyte powder was filled in a tablet molding machine, and a pressure of 185 MPa was applied to obtain a solid electrolyte sheet. The thickness was 1.5 mm.
The ionic conductivity of this solid electrolyte sheet was 3.0 × 10 −3 S / cm.

実施例2
[固体電解質粉体の製造]
製造例2で得られた硫化物固体電解質ガラスの粉体と、製造例4で得られたLiBH−LiBr固溶体の粉体を、モル比で90:10となるように配合して固体電解質粉体とした。
この固体電解質粉体を錠剤成形機に充填し、185MPaの圧力を加えて固体電解質シートとした。厚みは1.5mmであった。この固体電解質シートをガラス瓶に入れ、さらにアルゴン雰囲気のSUS管に入れて密封し、220℃2時間の熱処理を施した。
この固体電解質シートのイオン伝導度は4.0×10−3S/cmであった。
Example 2
[Manufacture of solid electrolyte powder]
The powder of the sulfide solid electrolyte glass obtained in Production Example 2 and the powder of the LiBH 4 -LiBr solid solution obtained in Production Example 4 were blended in a molar ratio of 90:10 to obtain a solid electrolyte powder. The body.
This solid electrolyte powder was filled in a tablet molding machine, and a pressure of 185 MPa was applied to obtain a solid electrolyte sheet. The thickness was 1.5 mm. This solid electrolyte sheet was put in a glass bottle, further sealed in a SUS tube in an argon atmosphere, and heat-treated at 220 ° C. for 2 hours.
The ionic conductivity of this solid electrolyte sheet was 4.0 × 10 −3 S / cm.

比較例1
比較例1として、LiBH−LiX固溶体を含まない固体電解質である、製造例3のガラスセラミックスを採用した。このガラスセラミックスのイオン伝導度は1.0×10−3S/cmであった。
Comparative Example 1
As Comparative Example 1, the glass ceramic of Production Example 3, which is a solid electrolyte not including a LiBH 4 —LiX solid solution, was employed. The ionic conductivity of this glass ceramic was 1.0 × 10 −3 S / cm.

本発明の固体電解質は、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に使用できる。   The solid electrolyte of the present invention can be used for a lithium ion secondary battery used in a portable information terminal, a portable electronic device, a small household electric power storage device, a motorcycle using a motor as a power source, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, and the like.

100 全固体電池
110 正極層
120 固体電解質層
130 負極層
140,142 集電体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 All-solid-state battery 110 Positive electrode layer 120 Solid electrolyte layer 130 Negative electrode layer 140,142 Current collector

Claims (6)

硫化物固体電解質と、
LiXが固溶したLiBHと、
を含む固体電解質。
(式中、Xは、ハロゲン原子、−NR又は−NRを表す。Rは、それぞれ水素原子又はアルキル基を表す。)
A sulfide solid electrolyte,
LiBH 4 in which LiX is dissolved,
Containing solid electrolyte.
(In the formula, X represents a halogen atom, —NR 2 or —N 2 R. R represents a hydrogen atom or an alkyl group, respectively.)
前記硫化物固体電解質と前記LiXが固溶したLiBHが粉体である請求項1に記載の固体電解質。 The solid electrolyte according to claim 1, wherein the sulfide solid electrolyte and LiBH 4 in which LiX is dissolved are powders. 前記硫化物固体電解質が、
LiS及びPから得られる固体電解質、
LiS、GeS及びPから得られる固体電解質、
LiS、P及びLiX’から得られる固体電解質、並びに
アルジロダイト型LiPSX’固体電解質
から選択される1以上の固体電解質である請求項1又は2に記載の固体電解質。(式中、X’は、ハロゲン原子を表す。)
The sulfide solid electrolyte is
A solid electrolyte obtained from Li 2 S and P 2 S 5 ;
A solid electrolyte obtained from Li 2 S, GeS 2 and P 2 S 5 ;
The solid electrolyte according to claim 1, which is one or more solid electrolytes selected from a solid electrolyte obtained from Li 2 S, P 2 S 5 and LiX ′, and an aldilodite Li 6 PS 5 X ′ solid electrolyte. (In the formula, X ′ represents a halogen atom.)
請求項1〜3のいずれかに記載の固体電解質を加圧成形してなる固体電解質成形体。   The solid electrolyte molded object formed by pressure-molding the solid electrolyte in any one of Claims 1-3. 請求項4に記載の固体電解質成形体を含む全固体電池。   An all-solid battery comprising the solid electrolyte molded body according to claim 4. 硫化物固体電解質の粉体と、LiXが固溶したLiBHの粉体とを含む組成物を加圧成形する工程、及び得られた成形体を熱処理する工程を含む、固体電解質成形体の製造方法。 Manufacture of a solid electrolyte molded body including a step of pressure-molding a composition comprising a sulfide solid electrolyte powder and a LiBH 4 powder in which LiX is dissolved, and a step of heat-treating the obtained molded body Method.
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