JP2017091810A - Method for manufacturing positive electrode mixture - Google Patents

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ひかる 阿曽
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a positive electrode mixture which enables the increase in a charge/discharge capacity of a sulfur battery.SOLUTION: The above problem is solved by providing a method for manufacturing a positive electrode mixture used for a sulfur battery in the present invention. The method comprises: a preparation step for preparing a sulfide solid electrolyte including an ion conductor having Li, P and S, and LiBr; and an amorphization step for performing the amorphization of a mixture including the sulfide solid electrolyte, a positive electrode active material which is an elemental sulfur, and a conductive assistant which is a carbon material, thereby to obtain the positive electrode mixture increased in LiS content.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、硫黄電池に用いられる正極合材の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a positive electrode mixture used for a sulfur battery.

近年におけるパソコン、ビデオカメラおよび携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。また、自動車産業界等においても、電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の高出力かつ高容量の電池の開発が進められている。   With the rapid spread of information-related equipment and communication equipment such as personal computers, video cameras, and mobile phones in recent years, development of batteries that are used as power sources has been regarded as important. Also in the automobile industry and the like, development of high-power and high-capacity batteries for electric vehicles or hybrid vehicles is being promoted.

硫黄を正極活物質として用いた硫黄電池の開発が進められている。硫黄は、理論容量が約1672mAh/gと非常に高いといった特徴を有する。特許文献1には、LiS−P系固体電解質と、単体硫黄である正極活物質と、炭素材料である導電材を含む正極合材が開示されている。引用文献1には、LiS−P系固体電解質中に、LiIをさらに含有させても良いことが記載されている。特許文献1は、優れた充放電容量を有するリチウム硫黄電池を提供することを目的とする。 Development of sulfur batteries using sulfur as a positive electrode active material is underway. Sulfur is characterized by a very high theoretical capacity of about 1672 mAh / g. Patent Document 1 discloses a positive electrode mixture containing a Li 2 S—P 2 S 5 -based solid electrolyte, a positive electrode active material that is elemental sulfur, and a conductive material that is a carbon material. Cited Document 1 describes that LiI may be further contained in the Li 2 S—P 2 S 5 based solid electrolyte. Patent document 1 aims at providing the lithium sulfur battery which has the outstanding charging / discharging capacity | capacitance.

硫黄電池に関するものではないが、特許文献2には、LiS−P系固体電解質にLiI、LiBr、またはLiClを添加する技術が開示されている。特許文献2は界面抵抗の増加の抑制とバルク抵抗の低下(イオン伝導性の低下)を抑制することを目的とする。 Although not related to sulfur battery, Patent Document 2, LiI to Li 2 S-P 2 S 5 based solid electrolyte, LiBr or the addition of LiCl technique, is disclosed. Patent Document 2 aims to suppress an increase in interface resistance and a decrease in bulk resistance (decrease in ionic conductivity).

国際公開2014/203575号パンフレットInternational Publication No. 2014/203575 Pamphlet 特開2012−048971号公報JP 2012-048771 A

近年、硫黄電池においては、更なる高容量化が求められている。本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、硫黄電池の充放電容量を大きくすることが可能な正極合材の製造方法を提供することを主目的とする。   In recent years, a further increase in capacity has been demanded for sulfur batteries. This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the manufacturing method of the positive electrode compound material which can enlarge the charging / discharging capacity | capacitance of a sulfur battery.

上述した目的を達成するために、本発明においては、硫黄電池に用いられる正極合材の製造方法であって、Li、PおよびSを有するイオン伝導体と、LiBrとから構成される硫化物固体電解質を準備する準備工程と、上記硫化物固体電解質と、単体硫黄である正極活物質と、炭素材料である導電助剤と、を含む混合物を非晶質化して、LiSの含有量を増加させた上記正極合材を得る非晶質化工程と、を有することを特徴とする正極合材の製造方法を提供する。 In order to achieve the above-described object, in the present invention, a method for producing a positive electrode mixture used in a sulfur battery, which is a sulfide solid composed of an ion conductor having Li, P, and S and LiBr The mixture of the preparation step for preparing the electrolyte, the sulfide solid electrolyte, the positive electrode active material that is elemental sulfur, and the conductive additive that is the carbon material is amorphized, and the Li 2 S content is reduced. There is provided an amorphization step for obtaining the increased positive electrode mixture, and a method for producing the positive electrode mixture.

本発明によれば、上記混合物を非晶質化することにより、LiSの含有量を増加させた正極合材を得ることができるため、硫黄電池の充放電容量を大きくすることが可能な正極合材を製造することができる。 According to the present invention, by making the mixture amorphous, it is possible to obtain a positive electrode mixture in which the content of Li 2 S is increased, so that the charge / discharge capacity of the sulfur battery can be increased. A positive electrode mixture can be produced.

本発明は、硫黄電池の充放電容量を大きくすることが可能な正極合材を製造することができるといった効果を奏する。   The present invention has an effect that a positive electrode mixture capable of increasing the charge / discharge capacity of a sulfur battery can be produced.

実施例1、2および比較例1、2の硫黄電池の初期充放電容量測定の結果である。It is a result of the initial stage charge-and-discharge capacity | capacitance measurement of the sulfur battery of Examples 1, 2 and Comparative Examples 1, 2. 実施例1および比較例1、2の正極合材のXPSによる構造解析の結果である。It is a result of the structural analysis by XPS of the positive electrode compound material of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2.

以下、本発明の正極合材の製造方法の詳細を説明する。
本発明の正極合材の製造方法は、硫黄電池に用いられる正極合材の製造方法であって、Li、PおよびSを有するイオン伝導体と、LiBrとから構成される硫化物固体電解質を準備する準備工程と、上記硫化物固体電解質と、単体硫黄である正極活物質と、炭素材料である導電助剤と、を含む混合物を非晶質化して、LiSの含有量を増加させた上記正極合材を得る非晶質化工程と、を有することを特徴とする。
Hereinafter, the detail of the manufacturing method of the positive electrode compound material of this invention is demonstrated.
The method for producing a positive electrode mixture of the present invention is a method for producing a positive electrode mixture used for a sulfur battery, and prepares a sulfide solid electrolyte composed of an ion conductor having Li, P and S and LiBr. The content of Li 2 S was increased by amorphizing a mixture containing a preparatory step, a sulfide solid electrolyte, a positive electrode active material that is elemental sulfur, and a conductive additive that is a carbon material. And an amorphization step for obtaining the positive electrode mixture.

本発明によれば、上記混合物を非晶質化することにより、LiSの含有量を増加させた正極合材を得ることができるため、硫黄電池の充放電容量を大きくすることが可能な正極合材を製造することができる。 According to the present invention, by making the mixture amorphous, it is possible to obtain a positive electrode mixture in which the content of Li 2 S is increased, so that the charge / discharge capacity of the sulfur battery can be increased. A positive electrode mixture can be produced.

本発明において、上記混合物を非晶質化することにより、硫黄電池の充放電容量を大きくすることができる理由については、以下のように推測される。
単体硫黄の正極活物質においては、不活性状態の単体硫黄が含まれる。本発明においては、単体硫黄のままでは不活性状態で放電容量に寄与しなかったものが、Liになることで活性化して放電容量に寄与するようになったと推測される。
非晶質工程においては、単体硫黄と、硫化物固体電解質と、導電助剤(炭素材料)と、を含む混合物を非晶質化(例えば、ボールミル)することにより、次の現象が起こると推測される。すなわち、上記混合物を非晶質化する際に、導電助剤(炭素材料)は、単体硫黄を還元する還元剤として機能する。そのため、非晶質化により、単体硫黄が導電助剤(炭素材料)によって還元される。還元された硫黄が、LiBrを含む硫化物固体電解質と反応することで、Liになり活性化されることが推測される。その結果、正極合材中における活性状態の硫黄の割合が増加することにより、放電容量が大きくなると推測される。それに付随して、充電容量も大きくなると推測される。
また、本発明により得られる正極活物質において、LiSの含有量が増加した理由は、単体硫黄の一部の還元反応が進むことにより、硫黄の価数が−2価であるLiSが多く生成されたためと推測される。
In the present invention, the reason why the charge / discharge capacity of the sulfur battery can be increased by making the mixture amorphous is presumed as follows.
The elemental positive electrode active material contains elemental sulfur in an inactive state. In the present invention, it is presumed that what has not contributed to the discharge capacity in the inactive state as it is simple sulfur is activated by becoming Li 2 S 2 and has contributed to the discharge capacity.
In the amorphous process, it is estimated that the following phenomenon will occur by amorphizing (for example, ball milling) a mixture containing elemental sulfur, sulfide solid electrolyte, and conductive additive (carbon material). Is done. That is, when the mixture is made amorphous, the conductive additive (carbon material) functions as a reducing agent that reduces elemental sulfur. Therefore, elemental sulfur is reduced by the conductive auxiliary agent (carbon material) by amorphization. It is presumed that the reduced sulfur reacts with a sulfide solid electrolyte containing LiBr, thereby becoming Li 2 S 2 and being activated. As a result, it is presumed that the discharge capacity is increased by increasing the ratio of sulfur in the active state in the positive electrode mixture. Along with this, it is estimated that the charging capacity also increases.
Moreover, in the positive electrode active material obtained by the present invention, the reason why the content of Li 2 S is increased is that Li 2 S having a sulfur valence of −2 due to the progress of a partial reduction reaction of elemental sulfur. It is presumed that a lot was generated.

本発明により得られる正極活物質において「LiSの含有量を増加させた」ことは、正極合材中における活性状態の硫黄の割合が増加したことを示す1つの指標である。LiSは硫黄の還元反応における最終生成物であるため、Liの含有量に比べて、還元反応の進行度が影響しにくく、指標として用いやすいといった利点がある。LiSの含有量が増加したことは、例えば、XPSによる構造解析を用いて確認することができる。 “Increasing the content of Li 2 S” in the positive electrode active material obtained according to the present invention is one index indicating that the percentage of sulfur in the active state in the positive electrode mixture has increased. Since Li 2 S is the final product in the reduction reaction of sulfur, there is an advantage that the progress of the reduction reaction is less affected and easier to use as an index than the content of Li 2 S 2 . The increase in the content of Li 2 S can be confirmed, for example, using structural analysis by XPS.

なお、一般的に、単体硫黄の正極活物質においては、放電時にはSがLiを経由してLiSになる反応が進行すると考えられている。 In general, it is considered that a reaction in which S becomes Li 2 S via Li 2 S 2 proceeds during discharge in the positive electrode active material of simple sulfur.

後述する実施例1、2および比較例1に示すように、LiS−P−LiBr系固体電解質またはLiS−P−LiI系固体電解質を、単体硫黄および導電助剤とともに非晶質化することにより、LiSが増加する(生成する)との現象、および充放電容量を大きくすることができるとの効果は、今回初めて確認されたものである。 As shown in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 to be described later, Li 2 S—P 2 S 5 —LiBr solid electrolyte or Li 2 S—P 2 S 5 —LiI solid electrolyte is replaced with elemental sulfur and conductive assistant. The phenomenon that Li 2 S increases (generates) by making it amorphous together with the agent and the effect that the charge / discharge capacity can be increased have been confirmed for the first time.

特許文献1の[0023]段落には、LiS−P系固体電解質中に、LiIをさらに含有させても良いことが記載されている。しかしながら、特許文献1には、LiS−P系固体電解質にLiIを加えた実施例の記載はない。また、LiS−P−LiI系固体電解質を用いることにより、LiSが増加するとの現象に関しても、充放電容量を大きくすることができるとの効果に関しても一切開示も示唆もされていない。また、特許文献2は、硫黄電池に関する発明ではなく、LiBrを含有する硫化物固体電解質材料の実施例は記載されていない。 In paragraph [0023] of Patent Document 1, it is described that LiI may be further contained in the Li 2 S—P 2 S 5 based solid electrolyte. However, Patent Document 1 does not describe an example in which LiI is added to a Li 2 S—P 2 S 5 based solid electrolyte. Moreover, there is no disclosure or suggestion regarding the phenomenon that Li 2 S is increased by using the Li 2 S—P 2 S 5 —LiI-based solid electrolyte, and the effect that the charge / discharge capacity can be increased. It has not been. Patent Document 2 is not an invention relating to a sulfur battery, and does not describe an example of a sulfide solid electrolyte material containing LiBr.

すなわち、LiS−P−LiBr系固体電解質、単体硫黄および導電助剤を非晶質化することにより、LiSが増加するとの現象、および充放電容量を大きくすることができるとの効果は、従来技術である特許文献1、2からは予期せぬ現象および効果である。 That is, by making the Li 2 S—P 2 S 5 —LiBr solid electrolyte, elemental sulfur and the conductive additive amorphous, the phenomenon that Li 2 S increases and the charge / discharge capacity can be increased. These effects are unexpected phenomena and effects from Patent Documents 1 and 2, which are conventional techniques.

以下、本発明の製造方法における各工程について説明する。   Hereafter, each process in the manufacturing method of this invention is demonstrated.

1.準備工程
本発明における準備工程は、Li、PおよびSを有するイオン伝導体と、LiBrとから構成される硫化物固体電解質を準備する工程である。
1. Preparatory process The preparatory process in this invention is a process of preparing the sulfide solid electrolyte comprised from the ion conductor which has Li, P, and S, and LiBr.

(i)硫化物固体電解質
硫化物固体電解質は、Li、P、およびSを有するイオン伝導体と、LiBrとから構成されるものである。硫化物固体電解質は、通常、Liイオン伝導性を有する。LiBrの少なくとも一部は、通常、LiBr成分としてイオン伝導体の構造中に取り込まれた状態で存在する。また、硫化物固体電解質は、X線回折測定において、LiBrのピークを有していても良く、有していなくても良いが、後者が好ましい。イオン伝導性が高いからである。
(I) Sulfide solid electrolyte A sulfide solid electrolyte is comprised from the ion conductor which has Li, P, and S, and LiBr. The sulfide solid electrolyte usually has Li ion conductivity. At least a part of LiBr is usually present in a state of being incorporated into the structure of the ionic conductor as a LiBr component. The sulfide solid electrolyte may or may not have a LiBr peak in X-ray diffraction measurement, but the latter is preferred. This is because ionic conductivity is high.

イオン伝導体は、Li、P、およびSを有するものである。イオン伝導体は、Li、P、およびSを有するものであれば特に限定されるものではないが、中でも、オルト組成を有することが好ましい。化学的安定性の高い硫化物固体電解質とすることができるからである。ここで、オルトとは、一般的に、同じ酸化物を水和して得られるオキソ酸の中で、最も水和度の高いものをいう。本発明においては、硫化物で最もLiSが付加している結晶組成をオルト組成という。例えば、LiS−P系ではLiPSがオルト組成に該当する。 The ionic conductor has Li, P, and S. The ionic conductor is not particularly limited as long as it has Li, P, and S, but among them, it is preferable to have an ortho composition. This is because a sulfide solid electrolyte having high chemical stability can be obtained. Here, ortho generally refers to one having the highest degree of hydration among oxo acids obtained by hydrating the same oxide. In the present invention, the crystal composition in which Li 2 S is added most in the sulfide is called the ortho composition. For example, in the Li 2 S—P 2 S 5 system, Li 3 PS 4 corresponds to the ortho composition.

また、本発明において、「オルト組成を有する」とは、厳密なオルト組成のみならず、その近傍の組成をも含むものである。具体的には、オルト組成のアニオン構造(PS 3−構造)を主体とすることをいう。オルト組成のアニオン構造の割合は、イオン伝導体における全アニオン構造に対して、60mol%以上であることが好ましく、70mol%以上であることがより好ましく、80mol%以上であることがさらに好ましく、90mol%以上であることが特に好ましい。なお、オルト組成のアニオン構造の割合は、ラマン分光法、NMR、XPS等により決定することができる。 In the present invention, “having an ortho composition” includes not only a strict ortho composition but also a composition in the vicinity thereof. Specifically, the main component is an anion structure (PS 4 3- structure) having an ortho composition. The ratio of the anion structure of the ortho composition is preferably 60 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, still more preferably 80 mol% or more, based on the total anion structure in the ion conductor, 90 mol % Or more is particularly preferable. The ratio of the anion structure of the ortho composition can be determined by Raman spectroscopy, NMR, XPS, or the like.

また、硫化物固体電解質は、LiSを含有しても良く、含有しなくても良いが、後者がより好ましい。LiSを含有しない場合は、化学的安定性の高い硫化物固体電解質とすることができるからである。「LiSを含有しない」ことは、X線回折により確認することができる。具体的には、LiSのピーク(2θ=27.0°、31.2°、44.8°、53.1°)を有しない場合は、LiSを含有しないと判断することができる。 The sulfide solid electrolyte may or may not contain Li 2 S, but the latter is more preferable. This is because when Li 2 S is not contained, a sulfide solid electrolyte having high chemical stability can be obtained. “Not containing Li 2 S” can be confirmed by X-ray diffraction. Specifically, when it does not have a Li 2 S peak (2θ = 27.0 °, 31.2 °, 44.8 °, 53.1 °), it can be determined that it does not contain Li 2 S. it can.

また、硫化物固体電解質は、架橋硫黄を含有しても良く、含有しなくても良いが、後者がより好ましい。架橋硫黄を含有しない場合は、化学的安定性の高い硫化物固体電解質とすることができるからである。「架橋硫黄」とは、LiSとPとが反応してなる化合物における架橋硫黄をいう。例えば、LiSおよびPが反応してなるSP−S−PS構造の架橋硫黄が該当する。「架橋硫黄を含有しない」ことは、ラマン分光スペクトルの測定により、確認することができる。例えば、LiS−P系の硫化物固体電解質の場合、SP−S−PS構造のピークが、通常402cm−1に表れる。そのため、このピークが検出されないことが好ましい。 The sulfide solid electrolyte may or may not contain bridging sulfur, but the latter is more preferable. This is because when no cross-linking sulfur is contained, a sulfide solid electrolyte with high chemical stability can be obtained. “Bridged sulfur” refers to bridged sulfur in a compound formed by reaction of Li 2 S and P 2 S 5 . For example, Li 2 S and P 2 S 5 is bridging sulfur reactions to become S 3 PS-PS 3 structure corresponds. It can confirm that "it does not contain bridge | crosslinking sulfur" by the measurement of a Raman spectrum. For example, in the case of a Li 2 S—P 2 S 5 -based sulfide solid electrolyte, the peak of the S 3 P—S—PS 3 structure usually appears at 402 cm −1 . Therefore, it is preferable that this peak is not detected.

また、LiS−P系の硫化物固体電解質の場合、オルト組成を得るLiSおよびPの割合は、モル基準で、LiS:P=75:25である。LiSおよびPの合計に対するLiSの割合は、70mol%〜80mol%の範囲内であることが好ましく、72mol%〜78mol%の範囲内であることがより好ましく、74mol%〜76mol%の範囲内であることがさらに好ましい。 In the case of a Li 2 S—P 2 S 5 -based sulfide solid electrolyte, the ratio of Li 2 S and P 2 S 5 to obtain the ortho composition is Li 2 S: P 2 S 5 = 75: on a molar basis. 25. The ratio of Li 2 S to the sum of Li 2 S and P 2 S 5 is preferably in the range of 70 mol% to 80 mol%, more preferably in the range of 72 mol% to 78 mol%, and 74 mol% to More preferably, it is in the range of 76 mol%.

また、硫化物固体電解質におけるLiBrの割合は、所望の硫化物固体電解質を得ることができる割合であれば特に限定されるものではないが、例えば10mol%〜30mol%の範囲内であることが好ましく、15mol%〜25mol%の範囲内であることがより好ましい。なお、硫化物固体電解質が、aLiBr・(1−a)(bLiS・(1−b)P)の組成を有する場合、aが上記LiBrの割合に該当し、bが上記LiSの割合に該当する。 Further, the ratio of LiBr in the sulfide solid electrolyte is not particularly limited as long as it is a ratio capable of obtaining a desired sulfide solid electrolyte, but is preferably in the range of, for example, 10 mol% to 30 mol%. More preferably, it is in the range of 15 mol% to 25 mol%. When the sulfide solid electrolyte has a composition of aLiBr · (1-a) (bLi 2 S · (1-b) P 2 S 5 ), a corresponds to the ratio of LiBr, and b is the Li 2 corresponds to the proportion of S.

硫化物固体電解質の形状としては、例えば粒子状を挙げることができる。粒子状の硫化物固体電解質の平均粒径(D50)は、例えば0.1μm〜50μmの範囲内であることが好ましい。また、上記硫化物固体電解質は、Liイオン伝導性が高いことが好ましく、常温におけるLiイオン伝導度は、例えば1×10−4S/cm以上であることが好ましく、1×10−3S/cm以上であることがより好ましい。 Examples of the shape of the sulfide solid electrolyte include a particulate shape. The average particle diameter (D 50 ) of the particulate sulfide solid electrolyte is preferably in the range of 0.1 μm to 50 μm, for example. Also, the sulfide solid electrolyte is preferably higher Li ion conductivity, Li ion conductivity at room temperature is preferably for example 1 × 10 -4 S / cm or more, 1 × 10 -3 S / More preferably, it is cm or more.

硫化物固体電解質は、例えば、硫化物ガラスであっても良く、ガラスセラミックスであっても良い。硫化物固体電解質は、例えば、原料であるLiS、PおよびLiBrの少なくとも一つを含んでいても良い。 The sulfide solid electrolyte may be, for example, sulfide glass or glass ceramics. The sulfide solid electrolyte may contain, for example, at least one of Li 2 S, P 2 S 5 and LiBr which are raw materials.

(ii)準備工程
準備工程においては、硫化物固体電解質を作製しても良く、市販品の硫化物固体電解質を準備しても良い。硫化物固体電解質の作製方法としては、例えば、LiS、PおよびLiBrを含有する原料組成物を非晶質化して硫化物固体電解質を得る方法を挙げることができる。そのため、準備工程は、LiS、PおよびLiBrを含有する原料組成物を非晶質化して硫化物固体電解質を作製する硫化物固体電解質作製工程であっても良い。なお、原料組成物中のLiS、PおよびLiBrの各構成の含有量については、上述した硫化物固体電解質中の各構成の含有量に合わせて調整される。
(Ii) Preparation Step In the preparation step, a sulfide solid electrolyte may be prepared, or a commercially available sulfide solid electrolyte may be prepared. Examples of the method for producing a sulfide solid electrolyte include a method of obtaining a sulfide solid electrolyte by amorphizing a raw material composition containing Li 2 S, P 2 S 5 and LiBr. Therefore, the preparation step may be a sulfide solid electrolyte preparation step in which a raw material composition containing Li 2 S, P 2 S 5 and LiBr is made amorphous to produce a sulfide solid electrolyte. Incidentally, Li 2 S in the raw material composition, the content of each component of the P 2 S 5 and LiBr is tailored to the content of each component of the sulfide solid electrolyte described above.

原料組成物を非晶質化する方法としては、例えば、メカニカルミリングを挙げることができる。メカニカルミリングは、乾式メカニカルミリングであっても良く、湿式メカニカルミリングであっても良いが、後者が好ましい。メカニカルミリングは、例えばボールミルを挙げることができ、遊星型ボールミルがより好ましい。   Examples of a method for amorphizing the raw material composition include mechanical milling. The mechanical milling may be dry mechanical milling or wet mechanical milling, but the latter is preferred. Examples of mechanical milling include a ball mill, and a planetary ball mill is more preferable.

メカニカルミリングの各種条件は、所望の硫化物固体電解質を得ることができるように設定する。遊星型ボールミルを行う際の台盤回転数としては、例えば200rpm〜500rpmの範囲内であることが好ましい。また、遊星型ボールミルを行う際の処理時間は、例えば1時間〜100時間の範囲内であることが好ましい。メカニカルミリングは、不活性ガス雰囲気(例えばArガス雰囲気)で行なうことが好ましい。   Various conditions of mechanical milling are set so that a desired sulfide solid electrolyte can be obtained. The number of platen rotations when performing the planetary ball mill is preferably in the range of 200 rpm to 500 rpm, for example. Moreover, it is preferable that the processing time at the time of performing a planetary ball mill exists in the range of 1 hour-100 hours, for example. Mechanical milling is preferably performed in an inert gas atmosphere (for example, an Ar gas atmosphere).

湿式メカニカルミリングに用いられる液体としては、硫化水素が発生しない程度の非プロトン性を有していることが好ましく、具体的には、極性の非プロトン性液体、無極性の非プロトン性液体等の非プロトン性液体を挙げることができる。   The liquid used for wet mechanical milling preferably has an aprotic property such that hydrogen sulfide is not generated. Specifically, a polar aprotic liquid, a nonpolar aprotic liquid, etc. Mention may be made of aprotic liquids.

原料組成物を非晶質化することにより、通常、非晶質の硫化物固体電解質(硫化物ガラス)が得られる。硫化物固体電解質の作製方法においては、必要に応じて硫化物ガラスを熱処理しても良い。熱処理温度としては、例えば、100℃〜300℃の範囲内であることが好ましい。熱処理時間は、例えば1分間〜24時間の範囲内であることが好ましい。また、熱処理は、不活性ガス雰囲気(例えばArガス雰囲気)で行うことが好ましい。熱処理の方法は、例えば、焼成炉を用いる方法を挙げることができる。   By making the raw material composition amorphous, an amorphous sulfide solid electrolyte (sulfide glass) is usually obtained. In the method for producing a sulfide solid electrolyte, the sulfide glass may be heat-treated as necessary. As heat processing temperature, it is preferable to exist in the range of 100 to 300 degreeC, for example. The heat treatment time is preferably in the range of 1 minute to 24 hours, for example. The heat treatment is preferably performed in an inert gas atmosphere (for example, an Ar gas atmosphere). Examples of the heat treatment method include a method using a firing furnace.

2.非晶質化工程
本発明における非晶質化工程は、硫化物固体電解質と、単体硫黄である正極活物質と、炭素材料である導電助剤と、を含む混合物を非晶質化して、LiSの含有量を増加させた正極合材を得る工程である。非晶質化工程においては、通常、混合物中のLiSの含有量に比べて、正極合材中のLiSの含有量を増加させる。
2. Amorphization step The amorphization step in the present invention is performed by amorphizing a mixture containing a sulfide solid electrolyte, a positive electrode active material that is elemental sulfur, and a conductive additive that is a carbon material, 2 is a step of obtaining a positive electrode mixture in which the content of S is increased. In the amorphization process, usually, than the content of Li 2 S in the mixture, increasing the content of Li 2 S in the positive electrode material.

非晶質化工程で得られる正極合材は、通常、活性状態の硫黄の含有量を増加させた正極合材であり、通常、LiSの含有量と、Liの含有量とを増加させた正極合材である。なお、上記のように、本発明においては、LiSの含有量を、硫黄の活性化の指標としているが、特段の問題がなければ、Liの含有量を上記指標として用いても良い。すなわち、非晶質化工程は、硫化物固体電解質と、単体硫黄である正極活物質と、炭素材料である導電助剤と、を含む混合物を非晶質化して、Liの含有量を増加させた正極合材を得る工程であっても良い。 The positive electrode mixture obtained in the amorphization step is usually a positive electrode mixture in which the content of sulfur in the active state is increased. Usually, the content of Li 2 S and the content of Li 2 S 2 Is a positive electrode composite in which As described above, in the present invention, the content of Li 2 S is used as an index for activating sulfur, but if there is no particular problem, the content of Li 2 S 2 is used as the index. Also good. That is, the amorphization step amorphizes a mixture containing a sulfide solid electrolyte, a positive electrode active material that is elemental sulfur, and a conductive additive that is a carbon material, and the content of Li 2 S 2 It may be a step of obtaining a positive electrode mixture with an increased amount.

非晶質化工程で得られる正極合材中のLiSの含有量としては、正極合材中の活性状態の硫黄の含有量を増加させることができれば良いが、例えば、正極合材中のLiの含有量よりも少ないことが好ましい。具体的には、XPSスペクトルのLiSに該当する結合エネルギーの強度(160eV)(A)と、Liに該当する結合エネルギーの強度(161eV)(B)との強度比(B/A)が、4以上であることが好ましい。また、B/Aは、例えば、10以下である。 As the content of Li 2 S in the positive electrode mixture obtained in the amorphization step, it is sufficient that the content of sulfur in the active state in the positive electrode mixture can be increased. The content is preferably less than the content of Li 2 S 2 . Specifically, the intensity ratio (B / B) of the intensity (160 eV) (A) of the binding energy corresponding to Li 2 S in the XPS spectrum and the intensity (161 eV) (B) of the binding energy corresponding to Li 2 S 2 A) is preferably 4 or more. Moreover, B / A is 10 or less, for example.

(i)混合物
非晶質化工程に用いられる混合物は、硫化物固体電解質と、単体硫黄である正極活物質と、炭素材料である導電助剤と、を含む。
(I) Mixture The mixture used in the amorphization step includes a sulfide solid electrolyte, a positive electrode active material that is elemental sulfur, and a conductive additive that is a carbon material.

硫化物固体電解質は、準備工程で準備されたものである。
混合物中の硫化物固体電解質の含有量としては、例えば、正極活物質(単体硫黄)100重量部に対して、硫化物固体電解質が20重量部〜400重量部の範囲内であることが好ましく、150重量部〜300重量部の範囲内であることがより好ましい。硫化物固体電解質の含有量が少ないと、本発明により得られる正極合材のイオン伝導性を十分なものとすることが困難となる可能性があるからである。
The sulfide solid electrolyte is prepared in the preparation process.
As the content of the sulfide solid electrolyte in the mixture, for example, the sulfide solid electrolyte is preferably in the range of 20 to 400 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material (single sulfur), More preferably, it is in the range of 150 to 300 parts by weight. This is because if the content of the sulfide solid electrolyte is small, it may be difficult to make the ion conductivity of the positive electrode mixture obtained by the present invention sufficient.

本発明における正極活物質は、通常、単体硫黄である。
単体硫黄としては、例えば、S硫黄が挙げられる。具体的には、α硫黄(斜方硫黄)、β硫黄(単斜硫黄)、γ硫黄(単斜硫黄)が挙げられる。
The positive electrode active material in the present invention is usually elemental sulfur.
The elemental sulfur, for example, S 8 sulfur. Specific examples include α sulfur (rhombic sulfur), β sulfur (monoclinic sulfur), and γ sulfur (monoclinic sulfur).

混合物中の正極活物質の含有量としては、例えば、20重量%以上であることが好ましく、25重量%以上であることがより好ましい。また、混合物中の正極活物質の含有量としては、例えば、40重量%以下であることが好ましく、35重量%以下であることがより好ましい。正極活物質の含有量が少ないと、十分な充放電容量を確保することが困難となる可能性があるからである。   As content of the positive electrode active material in a mixture, it is preferable that it is 20 weight% or more, for example, and it is more preferable that it is 25 weight% or more. Moreover, as content of the positive electrode active material in a mixture, it is preferable that it is 40 weight% or less, for example, and it is more preferable that it is 35 weight% or less. This is because if the content of the positive electrode active material is small, it may be difficult to ensure a sufficient charge / discharge capacity.

非晶質化工程に用いられる導電助剤は、炭素材料である。導電助剤は、正極合材の電子伝導性を向上させる機能を有する。また、導電助剤は、混合物を非晶質化する際に、単体硫黄を還元する還元剤として機能すると推測される。   The conductive aid used in the amorphization process is a carbon material. The conductive auxiliary agent has a function of improving the electronic conductivity of the positive electrode mixture. In addition, it is presumed that the conductive auxiliary agent functions as a reducing agent that reduces elemental sulfur when the mixture is made amorphous.

導電助剤は、炭素材料であれば良く、例えば、アセチレンブラック、活性炭、ファーネスブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン等を挙げることができる。   The conductive auxiliary agent may be a carbon material, and examples thereof include acetylene black, activated carbon, furnace black, carbon nanotube, and graphene.

混合物中の導電助剤の含有量としては、例えば、正極活物質(単体硫黄)100重量部に対して、20重量部〜200重量部の範囲内であることが好ましく、100重量部〜150重量部の範囲内であることがより好ましい。   As content of the conductive support agent in a mixture, it is preferable to exist in the range of 20 weight part-200 weight part with respect to 100 weight part of positive electrode active materials (single sulfur), for example, 100 weight part-150 weight part. More preferably within the range of parts.

(ii)非晶質化工程
非晶質化工程においては、混合物を非晶質化して、LiSの含有量を増加させた正極合材を得る。
混合物の非晶質化方法としては、LiSの含有量を増加させた正極合材を得ることが可能な方法であれば特に限定されない。非晶質化方法としては、例えば、メカニカルミリングを挙げることができる。また、例えば、乾式メカニカルミリングであっても良く、湿式メカニカルミリングであっても良い。
(Ii) Amorphization step In the amorphization step, the mixture is amorphized to obtain a positive electrode mixture in which the content of Li 2 S is increased.
The method for making the mixture amorphous is not particularly limited as long as it is a method capable of obtaining a positive electrode mixture in which the content of Li 2 S is increased. Examples of the amorphization method include mechanical milling. Further, for example, dry mechanical milling or wet mechanical milling may be used.

メカニカルミリングは、正極合材を、機械的エネルギーを付与しながら混合する方法であれば特に限定されるものではないが、例えばボールミル、振動ミル、ターボミル、メカノフュージョン、ディスクミル等を挙げることができ、中でもボールミルが好ましく、特に遊星型ボールミルが好ましい。   The mechanical milling is not particularly limited as long as it mixes the positive electrode mixture while applying mechanical energy, and examples thereof include a ball mill, a vibration mill, a turbo mill, a mechanofusion, and a disk mill. Among these, a ball mill is preferable, and a planetary ball mill is particularly preferable.

また、メカニカルミリングの各種条件は、正極合材中のLiSの含有量が増加するように設定する。例えば、遊星型ボールミルを用いる場合、容器に正極合材および粉砕用ボールを加え、所定の回転数および時間で処理を行う。遊星型ボールミルを行う際の台盤回転数としては、例えば200rpm〜700rpmの範囲内であることが好ましく、300rpm〜500rpmの範囲内であることがより好ましい。また、遊星型ボールミルを行う際の処理時間は、例えば30分〜30時間の範囲内であることが好ましく、5時間〜20時間の範囲内であることがより好ましい。また、ボールミルに用いられる容器および粉砕用ボールの材料としては、例えばZrOおよびAl等を挙げることができる。また、粉砕用ボールの径は、例えば1mm〜20mmの範囲内である。メカニカルミリングは、不活性ガス雰囲気(例えばArガス雰囲気)で行なうことが好ましい。 Various conditions of mechanical milling are set so that the content of Li 2 S in the positive electrode mixture increases. For example, when a planetary ball mill is used, a positive electrode mixture and a grinding ball are added to a container, and processing is performed at a predetermined rotation speed and time. The rotation speed of the base plate when performing the planetary ball mill is preferably in the range of 200 rpm to 700 rpm, for example, and more preferably in the range of 300 rpm to 500 rpm. Further, the treatment time when performing the planetary ball mill is preferably in the range of 30 minutes to 30 hours, for example, and more preferably in the range of 5 hours to 20 hours. Examples of the material for the container and ball for grinding used in the ball mill include ZrO 2 and Al 2 O 3 . Moreover, the diameter of the ball for grinding | pulverization exists in the range of 1 mm-20 mm, for example. Mechanical milling is preferably performed in an inert gas atmosphere (for example, an Ar gas atmosphere).

3.硫黄電池用正極合材
本発明により得られる正極合材は、通常、硫黄電池の正極層に用いられる。そのため、本発明においては、正極層と、負極層と、上記正極層および上記負極層の間に形成された電解質層とを有し、上記正極層を、上述した正極合材を用いて形成する正極層形成工程を有する硫黄電池の製造方法を提供することもできる。ここで、硫黄電池とは、正極活物質として単体硫黄を用いた電池をいう。電解質層に用いられる電解質としては、例えば、固体電解質を用いることが好ましい。固体電解質としては、特に限定されず、例えば、上述した硫化物固体電解質を用いることができる。負極活物質としては、特に限定されず、例えば、金属リチウム、リチウム合金(例えば、Li−In合金)等を挙げることができる。硫黄電池は、通常、正極層の集電を行なう正極集電体と、負極層の集電を行なう負極集電体とを有する。
3. Positive electrode mixture for sulfur battery The positive electrode mixture obtained by this invention is normally used for the positive electrode layer of a sulfur battery. Therefore, in this invention, it has a positive electrode layer, a negative electrode layer, and the electrolyte layer formed between the said positive electrode layer and the said negative electrode layer, and forms the said positive electrode layer using the positive electrode compound material mentioned above. A method for manufacturing a sulfur battery having a positive electrode layer forming step can also be provided. Here, the sulfur battery refers to a battery using elemental sulfur as a positive electrode active material. As the electrolyte used for the electrolyte layer, for example, a solid electrolyte is preferably used. It does not specifically limit as a solid electrolyte, For example, the sulfide solid electrolyte mentioned above can be used. The negative electrode active material is not particularly limited, and examples thereof include metal lithium and a lithium alloy (for example, a Li—In alloy). The sulfur battery usually has a positive electrode current collector that collects current from the positive electrode layer and a negative electrode current collector that collects current from the negative electrode layer.

硫黄電池は、一次電池であっても良く、二次電池であっても良いが、二次電池であることが好ましい。繰り返し充放電でき、例えば車載用電池として有用だからである。なお、一次電池には、二次電池の一次電池的使用(充電後、一度の放電だけを目的とした使用)も含まれる。硫黄電池は、なかでも、リチウム硫黄電池であることが好ましい。   The sulfur battery may be a primary battery or a secondary battery, but is preferably a secondary battery. This is because it can be repeatedly charged and discharged and is useful, for example, as an in-vehicle battery. Note that the primary battery includes primary battery use (use for the purpose of discharging only once after charging). In particular, the sulfur battery is preferably a lithium sulfur battery.

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

以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。なお、特段の断りがない限り、秤量、合成、乾燥等の各操作は、Ar雰囲気下で行った。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Unless otherwise specified, each operation such as weighing, synthesis, and drying was performed in an Ar atmosphere.

[実施例1]
(固体電解質の作製)
LiS(日本化学工業製)、P(アルドリッチ製)およびLiBr(日宝化学製)を出発原料とした。モル比で、LiBr:LiS:Pが、20:60:20となるように、各材料をメノウ乳鉢で5分混合した。その混合物2gを遊星型ボールミルの容器(45cc、ZrO製)に投入し、脱水ヘプタン(水分量30ppm以下、4g)を投入し、さらにZrOボール(φ=5mm、53g)を投入し、容器を完全に密閉した。この容器を遊星型ボールミル機(フリッチュ製P7)に取り付け、台盤回転数500rpmで、2時間メカニカルミリングを行った。その後、110℃で1時間乾燥することによりヘプタンを除去し、硫化物ガラスを得た。なお、組成はモル表記で20LiBr・80(0.75LiS・0.25P)であった。次に、得られた硫化物ガラスを石英管中に真空封入し、170℃で熱処理を行った。具体的には、予め170℃に保った炉内にサンプルを投入し、3時間熱処理を行い、ガラスセラミックスである固体電解質を得た。
[Example 1]
(Production of solid electrolyte)
Li 2 S (manufactured by Nippon Kagaku Kogyo Co., Ltd.), P 2 S 5 (manufactured by Aldrich) and LiBr (manufactured by Niho Chemical) were used as starting materials. The materials were mixed in an agate mortar for 5 minutes so that the molar ratio of LiBr: Li 2 S: P 2 S 5 was 20:60:20. 2 g of the mixture is put into a planetary ball mill container (45 cc, made of ZrO 2 ), dehydrated heptane (moisture content of 30 ppm or less, 4 g) is added, and ZrO 2 balls (φ = 5 mm, 53 g) are further charged. Was completely sealed. This container was attached to a planetary ball mill (P7 made by Fritsch), and mechanical milling was performed for 2 hours at a base plate rotation speed of 500 rpm. Then, the heptane was removed by drying at 110 degreeC for 1 hour, and sulfide glass was obtained. The composition was 20 LiBr · 80 (0.75 Li 2 S · 0.25P 2 S 5 ) in terms of mole. Next, the obtained sulfide glass was vacuum-sealed in a quartz tube and heat-treated at 170 ° C. Specifically, the sample was put into a furnace previously maintained at 170 ° C. and heat-treated for 3 hours to obtain a solid electrolyte that was glass ceramic.

(正極合材の作製)
硫黄粉末(アルドリッチ製)、アセチレンブラック(導電助剤)を準備した。重量比で、硫黄:導電助剤:固体電解質が、100:100:200となるように秤量した。これらの各材料を遊星ボールミルの容器(45cc、ZrO製)に投入し、さらにZrOボール(φ=5mm、53g)を投入し、容器を完全に密封した。この容器を遊星ボールミル機(フリッチュ製P7)に取り付け、台盤回転数400rpmで、5時間メカニカルミリングを行なった。以上により、正極合材を得た。
(Preparation of positive electrode mixture)
Sulfur powder (manufactured by Aldrich) and acetylene black (conductive aid) were prepared. It was weighed so that sulfur: conducting aid: solid electrolyte was 100: 100: 200 by weight ratio. Each of these materials was put into a planetary ball mill container (45 cc, made of ZrO 2 ), and further ZrO 2 balls (φ = 5 mm, 53 g) were put in, and the container was completely sealed. This container was attached to a planetary ball mill machine (P7 made by Fritsch), and mechanical milling was performed at a base plate rotation speed of 400 rpm for 5 hours. Thus, a positive electrode mixture was obtained.

(電池の組み立て)
負極層としてLi−In合金を準備した。
1cmのセラミックス製の型に固体電解質を100mgを入れ、1ton/cmでプレスし固体電解質層を圧粉成形した。その片側に正極合材を10mgを入れ、1ton/cmでプレスして正極層を作成した。その逆側に、負極層であるLi−In合金を配置して、4ton/cmでプレスすることで、発電要素を得た。正極層側にAl箔(正極集電体)、負極層側にCu箔(負極集電体)を配置した。以上の手順により電池を作製した。
(Battery assembly)
A Li—In alloy was prepared as a negative electrode layer.
100 mg of the solid electrolyte was put into a 1 cm 2 ceramic mold and pressed at 1 ton / cm 2 to compact the solid electrolyte layer. On one side, 10 mg of the positive electrode mixture was put and pressed at 1 ton / cm 2 to prepare a positive electrode layer. On the opposite side, a Li—In alloy as a negative electrode layer was arranged and pressed at 4 ton / cm 2 to obtain a power generation element. Al foil (positive electrode current collector) was disposed on the positive electrode layer side, and Cu foil (negative electrode current collector) was disposed on the negative electrode layer side. A battery was produced by the above procedure.

[実施例2]
固体電解質の作製時に、モル比で、LiBr:LiS:Pが、30:52.5:17.5となるように、各材料を秤量したこと以外は、実施例1と同様にして電池を得た。固体電解質の組成はモル表記で30LiBr・70(0.75LiS・0.25P)であった。
[Example 2]
Same as Example 1 except that each material was weighed so that LiBr: Li 2 S: P 2 S 5 was 30: 52.5: 17.5 in the molar ratio during the production of the solid electrolyte. A battery was obtained. The composition of the solid electrolyte was 30LiBr · 70 (0.75Li 2 S · 0.25P 2 S 5 ) in terms of mole.

[比較例1]
固体電解質の作製時に、モル比で、LiI:LiS:Pが、20:60:20となるように、各材料を秤量したこと以外は、実施例1と同様にして電池を得た。固体電解質の組成はモル表記で20LiI・80(0.75LiS・0.25P)であった。
[Comparative Example 1]
The battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that each material was weighed so that the molar ratio of LiI: Li 2 S: P 2 S 5 was 20:60:20 during the production of the solid electrolyte. Obtained. The composition of the solid electrolyte was 20LiI · 80 (0.75Li 2 S · 0.25P 2 S 5 ) in terms of mole.

[比較例2]
固体電解質の作製時に、モル比で、LiS:Pが、75:25となるように、各材料を秤量したこと以外は、実施例1と同様にして電池を得た。固体電解質の組成はモル表記で75LiS・25Pであった。
[Comparative Example 2]
A battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that each material was weighed so that the molar ratio of Li 2 S: P 2 S 5 was 75:25 when the solid electrolyte was produced. The composition of the solid electrolyte was 75Li 2 S · 25P 2 S 5 in terms of mole.

[評価]
(初期充放電容量測定)
実施例1、2および比較例1、2で得た全固体電池に対して、電流値400mA/cm(CC−CV 200mA/cmcut)、0.5V〜2.5V(対極Li−In)、温度25℃で充放電を行なった。測定結果を図1に示す。
[Evaluation]
(Initial charge / discharge capacity measurement)
Current values of 400 mA / cm 2 (CC-CV 200 mA / cm 2 cut), 0.5 V to 2.5 V (counter electrode Li-In) for all solid state batteries obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 ), And charging / discharging was performed at a temperature of 25 ° C. The measurement results are shown in FIG.

実施例1、2および比較例1、2の初期充放電容量測定の結果を図1に示す。図1から、実施例1、2および比較例1は、比較例2に比べて充放電容量が大きくなることが確認された。この結果から、組成中にLiBrまたはLiIのハロゲン化Liを含む固体電解質を用いた正極合材を使用することで、充放電容量を大きくすることができることが確認された。
また、実施例1は、比較例1に比べて、充放電容量が大きくなることが確認された。この結果から、LiBrを含む固体電解質を用いた正極合材を使用した場合は、LiIを含む固体電解質を用いた正極合材を使用した場合に比べて、充放電容量を大きくすることができることが確認された。
The results of the initial charge / discharge capacity measurement in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in FIG. From FIG. 1, it was confirmed that Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 had a larger charge / discharge capacity than Comparative Example 2. From this result, it was confirmed that the charge / discharge capacity can be increased by using a positive electrode mixture using a solid electrolyte containing LiBr or LiI halogenated Li in the composition.
In addition, it was confirmed that the charge / discharge capacity of Example 1 was larger than that of Comparative Example 1. From this result, when the positive electrode mixture using the solid electrolyte containing LiBr is used, the charge / discharge capacity can be increased as compared with the case where the positive electrode mixture using the solid electrolyte containing LiI is used. confirmed.

図1から、実施例1、2および比較例1は、比較例2に比べて一段目の充放電プラトーが増加していることが確認された。ここで、電位から、一段目の充電プラトー(実施例1では、100mAh/g〜1000mAh/g付近)はLiS由来に帰属されると推測される。この結果から、組成中にLiBrまたはLiIのハロゲン化Liを含む固体電解質を用いた正極合材を使用することで、放電時に生成されるLiSの量が増えることが示唆された。
また、実施例1は、比較例1に比べて一段目の充放電プラトーが増加していることが確認された。この結果から、LiBrを含む固体電解質を用いた正極合材を使用した場合は、LiIを含む固体電解質を用いた正極合材を使用した場合に比べて、放電時に生成されるLiSの量が増えることが示唆された。
一方、実施例1は、実施例2に比べて、一段目の充放電プラトーの量は同程度であったが、二段目の充放電プラトーの量が減少していることが確認された。この結果から、固体電解質中のLiBrが多すぎる場合は、放電時に生成されるLiSの量は増加しない可能性がある。
From FIG. 1, it was confirmed that Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 had an increase in the first stage charge / discharge plateau compared to Comparative Example 2. Here, from the potential, it is presumed that the first-stage charging plateau (in Example 1, around 100 mAh / g to 1000 mAh / g) is attributed to Li 2 S. From this result, it was suggested that the amount of Li 2 S generated at the time of discharge increases by using a positive electrode mixture using a solid electrolyte containing LiBr or LiI halogenated Li in the composition.
In addition, it was confirmed that the charge / discharge plateau in the first stage increased in Example 1 as compared with Comparative Example 1. From this result, when the positive electrode mixture using the solid electrolyte containing LiBr is used, the amount of Li 2 S generated at the time of discharge is larger than when the positive electrode mixture using the solid electrolyte containing LiI is used. Was suggested to increase.
On the other hand, in Example 1, the amount of the first stage charge / discharge plateau was similar to that in Example 2, but it was confirmed that the amount of the second stage charge / discharge plateau decreased. From this result, when there is too much LiBr in the solid electrolyte, there is a possibility that the amount of Li 2 S generated during discharge does not increase.

充放電容量が増加した理由および放電時に生成されるLiSの量が増える理由については以下のように推測される。
組成中にLiBrまたはLiIのハロゲン化Liを含む固体電解質、単体硫黄および導電助剤をメカニカルミリングすることにより、正極合材の全域的または局所的に熱および圧力がかかり、ハロゲン化Liと単体硫黄とが反応することにより、不活性状態の単体硫黄が、Liになり活性化されたためと推測される。また、LiBrはLiIに比べて粉末に軟性があることから、単体硫黄と反応しやすく、Liが生成されやすいと推測される。
The reason why the charge / discharge capacity is increased and the reason why the amount of Li 2 S generated during discharge is increased is presumed as follows.
By mechanically milling a solid electrolyte containing LiBr or LiI halogenated Li in the composition, elemental sulfur and a conductive additive, heat and pressure are applied to the entire area of the positive electrode mixture, and Li halide and elemental sulfur are applied. It is presumed that the inactive elemental sulfur became Li 2 S 2 and activated by the reaction. Moreover, since LiBr has softer powder than LiI, LiBr is likely to react with elemental sulfur and Li 2 S 2 is likely to be generated.

(XPSによる構造解析)
実施例1、比較例1、2の固体電解質、正極合材について、XPSによる構造解析を行なった。結果を図2に示す。図2においてはリファレンスとして単体硫黄(S)のスペクトルも併せて示す。
実施例1、比較例1、2の固体電解質のスペクトルにおいては、いずれもLiSに該当する結合エネルギー(約160eV)のスペクトル強度は確認されなかった。一方、実施例1および比較例1、2の正極合材のスペクトルにおいては、実施例1および比較例1ではLiSのスペクトル強度が確認されたのに対し、比較例2ではLiSのスペクトル強度が確認されなかった。この結果から、組成中にLiBrまたはLiIのハロゲン化Liを含む固体電解質、単体硫黄および導電助剤をメカニカルミリングすることにより、LiSが生成することが確認された。
正極合材のSに該当する結合エネルギー(約164eV)におけるスペクトルについて、実施例1および比較例1のスペクトルの傾きが、比較例2のスペクトルの傾きに比べて大きくなっていることが確認された。この結果から、単体硫黄とハロゲン化Liとが反応してLiSが生成したと推測される。
(Structural analysis by XPS)
Structural analysis by XPS was performed on the solid electrolyte and the positive electrode mixture of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. The results are shown in FIG. In FIG. 2, the spectrum of elemental sulfur (S 0 ) is also shown as a reference.
In the spectra of the solid electrolytes of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the spectral intensity of the binding energy (about 160 eV) corresponding to Li 2 S was not confirmed. On the other hand, in the spectra of the positive electrode composites of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 , the spectral intensity of Li 2 S was confirmed in Example 1 and Comparative Example 1, whereas in Li 2 S in Comparative Example 2, The spectral intensity was not confirmed. From this result, it was confirmed that Li 2 S was generated by mechanically milling a solid electrolyte containing LiBr or LiI halogenated Li in the composition, elemental sulfur, and a conductive additive.
Regarding the spectrum at the binding energy (about 164 eV) corresponding to S 0 of the positive electrode composite material, it was confirmed that the slope of the spectrum of Example 1 and Comparative Example 1 was larger than the slope of the spectrum of Comparative Example 2. It was. From this result, it is presumed that elemental sulfur and halogenated Li reacted to generate Li 2 S.

また、正極合材のスペクトルについて、比較例1に比べて実施例1では、約161eV(Liに該当する結合エネルギー)から約160eVのスペクトルの面積が大きくなることが確認された。この結果から、LiBrを用いた場合は、LiIを用いた場合に比べて、Liを生成しやすいことが確認された。
Liが生成しやすい理由としては、LiBrはLiIと比較して粉末に軟性があることから、正極合材を非晶質化する際に、単体硫黄と反応しやすかったためと推測される。
Further, regarding the spectrum of the positive electrode composite material, it was confirmed that in Example 1, the spectrum area from about 161 eV (binding energy corresponding to Li 2 S 2 ) to about 160 eV increased compared to Comparative Example 1. From this result, it was confirmed that when LiBr was used, Li 2 S 2 was more easily generated than when LiI was used.
The reason why Li 2 S 2 is likely to be generated is presumed that LiBr was more flexible than LiI, so that it easily reacted with elemental sulfur when the positive electrode mixture was amorphized. .

Claims (1)

硫黄電池に用いられる正極合材の製造方法であって、
Li、PおよびSを有するイオン伝導体と、LiBrとから構成される硫化物固体電解質を準備する準備工程と、
前記硫化物固体電解質と、単体硫黄である正極活物質と、炭素材料である導電助剤と、を含む混合物を非晶質化して、LiSの含有量を増加させた前記正極合材を得る非晶質化工程と、
を有することを特徴とする正極合材の製造方法。
A method for producing a positive electrode mixture used in a sulfur battery,
A preparatory step of preparing a sulfide solid electrolyte composed of an ion conductor having Li, P and S and LiBr;
The positive electrode mixture in which the content of Li 2 S is increased by amorphizing a mixture containing the sulfide solid electrolyte, a positive electrode active material that is elemental sulfur, and a conductive additive that is a carbon material. Obtaining an amorphization step;
The manufacturing method of the positive electrode compound material characterized by having.
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