JP2018049732A - Sulfide-based inorganic solid electrolytic material, solid electrolyte film, all-solid lithium ion battery, and method for manufacturing sulfide-based inorganic solid electrolytic material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、硫化物系無機固体電解質材料、固体電解質膜、全固体型リチウムイオン電池および硫化物系無機固体電解質材料の製造方法に関する。 The present invention relates to a sulfide-based inorganic solid electrolyte material, a solid electrolyte membrane, an all solid-state lithium ion battery, and a method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material.
リチウムイオン電池は、一般的に、携帯電話やノートパソコン等の小型携帯機器の電源として使用されている。また、最近では小型携帯機器以外に、電気自動車や電力貯蔵等の電源としてもリチウムイオン電池は使用され始めている。 Lithium ion batteries are generally used as a power source for small portable devices such as mobile phones and notebook computers. Recently, in addition to small portable devices, lithium ion batteries have begun to be used as power sources for electric vehicles and power storage.
現在市販されているリチウムイオン電池には、可燃性の有機溶媒を含む電解液が使用されている。一方、電解液を固体電解質に変えて、電池を全固体化したリチウムイオン電池(以下、全固体型リチウムイオン電池とも呼ぶ。)は、電池内に可燃性の有機溶媒を用いないので、安全装置の簡素化が図れ、製造コストや生産性に優れると考えられている。 An electrolyte solution containing a flammable organic solvent is used in a lithium ion battery currently on the market. On the other hand, a lithium ion battery (hereinafter also referred to as an all-solid-state lithium ion battery) in which the electrolyte is changed to a solid electrolyte to make the battery completely solid does not use a flammable organic solvent in the battery. It is considered that the manufacturing cost and productivity are excellent.
このような固体電解質に用いられる固体電解質材料としては、例えば、硫化物系無機固体電解質材料が知られている。以下の特許文献1には、こうした硫化物系無機固体電解質材料の例が記載されている。 As a solid electrolyte material used for such a solid electrolyte, for example, a sulfide-based inorganic solid electrolyte material is known. Patent Document 1 below describes an example of such a sulfide-based inorganic solid electrolyte material.
特許文献1(特開2016−27545号)には、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=29.86°±1.00°の位置にピークを有し、Li2y+3PS4(0.1≦y≦0.175)の組成を有することを特徴とする硫化物系固体電解質材料が記載されている。 Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2016-27545) has a peak at a position of 2θ = 29.86 ° ± 1.00 ° in X-ray diffraction measurement using CuKα rays, and Li 2y + 3 PS 4 (0. A sulfide-based solid electrolyte material having a composition of 1 ≦ y ≦ 0.175) is described.
本発明者らの検討によれば、従来の硫化物系無機固体電解質材料は、粉末同士の結着性が不十分であり、得られる固体電解質膜にクラックが入ってしまう場合があることが明らかになった。 According to the study by the present inventors, it is clear that the conventional sulfide-based inorganic solid electrolyte material has insufficient powder binding properties, and the resulting solid electrolyte membrane may be cracked. Became.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、クラックの発生が抑制された固体電解質膜を安定的に得ることができる硫化物系無機固体電解質材料を提供するものである。 This invention is made | formed in view of the said situation, and provides the sulfide type inorganic solid electrolyte material which can obtain the solid electrolyte membrane in which generation | occurrence | production of the crack was suppressed stably.
本発明者らはリチウムイオン伝導性および製膜性に優れた硫化物系無機固体電解質材料を実現するための設計指針について鋭意検討した。その結果、安息角が特定の範囲にある硫化物系無機固体電解質材料が粉末同士の結着性に優れ、クラックの発生が抑制された固体電解質膜を安定的に得ることができることが明らかになった。
すなわち、安息角という尺度が、リチウムイオン伝導性および製膜性に優れた硫化物系無機固体電解質材料を実現するための設計指針として有効であることを見出し、本発明に到達した。
The present inventors diligently studied design guidelines for realizing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material excellent in lithium ion conductivity and film forming property. As a result, it has been clarified that sulfide-based inorganic solid electrolyte materials having an angle of repose within a specific range are excellent in binding property between powders and can stably obtain a solid electrolyte membrane in which cracks are suppressed. It was.
That is, the present inventors have found that the measure of repose angle is effective as a design guideline for realizing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material excellent in lithium ion conductivity and film-forming properties, and has reached the present invention.
すなわち、本発明によれば、
リチウムイオン伝導性を有し、かつ、構成元素としてLi、PおよびSを含む粉末状の硫化物系無機固体電解質材料であって、
25℃、アルゴン雰囲気下で測定される安息角が57°以上70°以下である硫化物系無機固体電解質材料が提供される。
That is, according to the present invention,
A powdered sulfide-based inorganic solid electrolyte material having lithium ion conductivity and containing Li, P and S as constituent elements,
There is provided a sulfide-based inorganic solid electrolyte material having an angle of repose of 57 ° or more and 70 ° or less measured at 25 ° C. in an argon atmosphere.
また、本発明によれば、上記硫化物系無機固体電解質材料を主成分として含む固体電解質膜が提供される。 Moreover, according to this invention, the solid electrolyte membrane which contains the said sulfide type inorganic solid electrolyte material as a main component is provided.
また、本発明によれば、
正極層と、固体電解質層と、負極層とがこの順番に積層された全固体型リチウムイオン電池であって、
上記固体電解質層が上記固体電解質膜により構成されたものである全固体型リチウムイオン電池が提供される。
Moreover, according to the present invention,
An all-solid-state lithium ion battery in which a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer are laminated in this order,
There is provided an all solid-state lithium ion battery in which the solid electrolyte layer is composed of the solid electrolyte membrane.
また、本発明によれば、
上記硫化物系無機固体電解質材料を製造するための製造方法であって、
ガラス状の硫化物系無機固体電解質材料(X)と、ガラスセラミック状の硫化物系無機固体電解質材料(Y)とを混合する工程を含む硫化物系無機固体電解質材料の製造方法が提供される。
Moreover, according to the present invention,
A production method for producing the sulfide-based inorganic solid electrolyte material,
Provided is a method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material including a step of mixing a glass-like sulfide-based inorganic solid electrolyte material (X) and a glass-ceramic sulfide-based inorganic solid electrolyte material (Y). .
本発明によれば、クラックの発生が抑制された固体電解質膜を安定的に得ることができる硫化物系無機固体電解質材料を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sulfide type inorganic solid electrolyte material which can obtain stably the solid electrolyte membrane in which generation | occurrence | production of the crack was suppressed can be provided.
以下に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には共通の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは一致していない。数値範囲の「A〜B」は特に断りがなければ、A以上B以下を表す。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings, similar constituent elements are denoted by common reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate. Moreover, the figure is a schematic diagram and does not match the actual dimensional ratio. “A to B” in the numerical range represents A or more and B or less unless otherwise specified.
[硫化物系無機固体電解質材料]
はじめに、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料について説明する。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、リチウムイオン伝導性を有し、かつ、構成元素としてLi、PおよびSを含む粉末状の硫化物系無機固体電解質材料である。
そして、25℃、アルゴン雰囲気下で測定される、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の安息角が57°以上、好ましくは59°以上、より好ましくは60°以上、特に好ましくは61°以上である。
また、25℃、アルゴン雰囲気下で測定される、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の安息角が70°以下、好ましくは68°以下、より好ましくは66°以下である。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料において、上記安息角を上記範囲内とすることにより、硫化物系無機固体電解質材料の粉末同士の結着性が良好となり、固体電解質膜をより薄く、より広く、かつより緻密に形成することができ、クラックの発生が抑制された固体電解質膜を安定的に得ることが可能となる。
また、安息角を上記上限値以下とすることにより、硫化物系無機固体電解質材料のハンドリング性を向上させることができる。
[Sulfide-based inorganic solid electrolyte materials]
First, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment will be described.
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is a powdered sulfide-based inorganic solid electrolyte material having lithium ion conductivity and containing Li, P, and S as constituent elements.
The repose angle of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment, measured at 25 ° C. under an argon atmosphere, is 57 ° or more, preferably 59 ° or more, more preferably 60 ° or more, and particularly preferably 61. More than °.
In addition, the repose angle of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment, which is measured in an argon atmosphere at 25 ° C., is 70 ° or less, preferably 68 ° or less, and more preferably 66 ° or less.
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment, by setting the angle of repose within the above range, the binding property between the powders of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is improved, and the solid electrolyte membrane is made thinner. Therefore, it is possible to stably form a solid electrolyte membrane that can be formed wider and more densely and that suppresses the generation of cracks.
Moreover, the handleability of sulfide type inorganic solid electrolyte material can be improved by making an angle of repose into the said upper limit or less.
ここで、安息角は、粉末状の硫化物系無機固体電解質材料を水平面上に落下させて堆積させることにより得られる円錐の母線と水平面とのなす角をいい、例えば、注入法により求められる。安息角は、さらに具体的には、排出孔径2.63mmの漏斗を通して粉末状の硫化物系無機固体電解質材料を水平面上に堆積させて、堆積している粉末と水平面との角度を測定することにより求めることができる。漏斗の排出孔から水平面までの距離は、例えば、25mmとする。
安息角は、例えば、粉体流動計(古河機械金属社製、JIS Z2502準拠)を用いて測定することができる。
Here, the angle of repose refers to an angle formed by a conical generatrix obtained by dropping and depositing a powdered sulfide-based inorganic solid electrolyte material on a horizontal plane and the horizontal plane, and is obtained, for example, by an injection method. More specifically, the angle of repose is determined by depositing a powdered sulfide-based inorganic solid electrolyte material on a horizontal plane through a funnel having a discharge hole diameter of 2.63 mm, and measuring the angle between the deposited powder and the horizontal plane. It can ask for. The distance from the discharge hole of the funnel to the horizontal plane is, for example, 25 mm.
The angle of repose can be measured using, for example, a powder rheometer (Furukawa Machine Metal Co., Ltd., JIS Z2502 compliant).
本発明者らの検討によれば、従来の硫化物系無機固体電解質材料は、粉末同士の結着性が不十分であり、得られる固体電解質膜にクラックが入ってしまう場合があることが明らかになった。
そこで、本発明者らはリチウムイオン伝導性および製膜性に優れた硫化物系無機固体電解質材料を実現するための設計指針について鋭意検討した。その結果、安息角が特定の範囲にある硫化物系無機固体電解質材料が粉末同士の結着性に優れ、クラックの発生が抑制された固体電解質膜を安定的に得ることができることを見出した。
According to the study by the present inventors, it is clear that the conventional sulfide-based inorganic solid electrolyte material has insufficient powder binding properties, and the resulting solid electrolyte membrane may be cracked. Became.
Therefore, the present inventors diligently studied design guidelines for realizing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material excellent in lithium ion conductivity and film forming property. As a result, it has been found that a sulfide-based inorganic solid electrolyte material having an angle of repose within a specific range is excellent in binding property between powders, and a solid electrolyte membrane in which cracks are suppressed can be stably obtained.
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の安息角は、硫化物系無機固体電解質材料の組成比率や、原料である無機組成物を結晶化してからガラス化すること等の製造条件を高度に制御することにより実現することが可能である。 The angle of repose of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is high in the composition ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material and the production conditions such as vitrification after crystallizing the inorganic composition as a raw material. It is possible to realize this by controlling.
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料において、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=15.7±0.3°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度IAとし、回折角2θ=26.9±0.9°の位置に存在する回折ピークの回折強度をIBとしたとき、IB/IAの値が好ましくは20.0以下、より好ましくは15.0以下、さらに好ましくは12.0以下である。
IB/IAを上記上限値以下とすることにより、硫化物系無機固体電解質材のリチウムイオン伝導性をより向上させることができる。さらに、このような硫化物系無機固体電解質材料を用いると、入出力特性により一層優れた全固体型リチウムイオン電池を得ることができる。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the maximum diffraction intensity at the position of diffraction angle 2θ = 15.7 ± 0.3 ° in the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα ray as a radiation source is backed up. a ground intensity I a, when a diffraction intensity of a diffraction peak at the position of the diffraction angle 2θ = 26.9 ± 0.9 ° was I B, preferably the value of I B / I a is 20.0 or less, More preferably, it is 15.0 or less, More preferably, it is 12.0 or less.
The I B / I A With more than the above upper limit, it is possible to further improve the lithium ion conductive sulfide-based inorganic solid electrolyte material. Furthermore, when such a sulfide-based inorganic solid electrolyte material is used, an all-solid-state lithium ion battery having more excellent input / output characteristics can be obtained.
ここで、回折角2θ=15.7±0.3°の位置における最大回折強度は、基準の回折強度であり、回折角2θ=26.9±0.9°の位置に存在する回折ピークは硫化リチウム由来の回折ピークである。
したがって、IB/IAは、硫化物系無機固体電解質材中の硫化リチウムの含有量の指標を表している。IB/IAが小さいほど、硫化物系無機固体電解質材に含まれる硫化リチウムの量が少ないことを意味する。
硫化リチウムはリチウムイオン伝導性が低いため、硫化リチウムの含有量が少ないほど硫化物系無機固体電解質材のリチウムイオン伝導性は向上するものと考えられる。
また、IB/IAは小さければ小さいほど好ましいため下限値は特に限定されないが、例えば0.01以上である。
Here, the maximum diffraction intensity at the position of the diffraction angle 2θ = 15.7 ± 0.3 ° is the reference diffraction intensity, and the diffraction peak existing at the position of the diffraction angle 2θ = 26.9 ± 0.9 ° is It is a diffraction peak derived from lithium sulfide.
Therefore, I B / I A represents an indication of the content of lithium sulfide in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material during. It means that the smaller I B / I A is, the smaller the amount of lithium sulfide contained in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material.
Since lithium sulfide has low lithium ion conductivity, it is considered that the lithium ion conductivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material improves as the lithium sulfide content decreases.
Although the lower limit is not particularly limited because preferably as the I B / I A small as possible, for example, 0.01 or more.
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料において、27.0℃、印加電圧10mV、測定周波数域0.1Hz〜7MHzの測定条件における交流インピーダンス法による、硫化物系無機固体電解質材料のリチウムイオン伝導度が、好ましくは1.0×10−4S・cm−1以上、より好ましくは2.2×10−4S・cm−1以上、さらに好ましくは2.5×10−4S・cm−1以上、特に好ましくは2.8×10−4S・cm−1以上である。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料のリチウムイオン伝導度が上記下限値以上であると、より一層電池特性に優れた全固体型リチウムイオン電池を得ることができる。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, lithium ions of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material by the AC impedance method under measurement conditions of 27.0 ° C., applied voltage of 10 mV, and measurement frequency range of 0.1 Hz to 7 MHz. The conductivity is preferably 1.0 × 10 −4 S · cm −1 or more, more preferably 2.2 × 10 −4 S · cm −1 or more, and further preferably 2.5 × 10 −4 S · cm 1. −1 or more, particularly preferably 2.8 × 10 −4 S · cm −1 or more.
When the lithium ion conductivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is not less than the above lower limit value, an all solid lithium ion battery having further excellent battery characteristics can be obtained.
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、当該硫化物系無機固体電解質材料中のPの含有量に対するLiの含有量のモル比(Li/P)が好ましくは1.0以上10.0以下であり、より好ましくは1.5以上5.0以下であり、さらに好ましくは1.8以上4.5以下であり、さらにより好ましくは2.0以上4.4以下であり、特に好ましくは2.3以上4.3以下である。
また、Pの含有量に対するSの含有量のモル比(S/P)が好ましくは1.0以上10.0以下であり、より好ましくは2.5以上6.0以下であり、さらに好ましくは3.0以上5.0以下であり、さらにより好ましくは3.5以上4.8以下であり、特に好ましくは3.7以上4.5以下である。
ここで、本実施形態の固体電解質材料中のLi、P、およびSの含有量は、例えば、ICP発光分光分析により求めることができる。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment, the molar ratio (Li / P) of the Li content to the P content in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is preferably 1.0 or more and 10. 0 or less, more preferably 1.5 or more and 5.0 or less, further preferably 1.8 or more and 4.5 or less, still more preferably 2.0 or more and 4.4 or less, and particularly preferably Is 2.3 or more and 4.3 or less.
The molar ratio (S / P) of the S content to the P content is preferably 1.0 or more and 10.0 or less, more preferably 2.5 or more and 6.0 or less, and still more preferably It is 3.0 or more and 5.0 or less, More preferably, it is 3.5 or more and 4.8 or less, Especially preferably, it is 3.7 or more and 4.5 or less.
Here, the contents of Li, P, and S in the solid electrolyte material of the present embodiment can be determined by, for example, ICP emission spectroscopic analysis.
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の形状としては、例えば粒子状を挙げることができる。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は特に限定されないが、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径d50が、好ましくは1μm以上40μm以下であり、より好ましくは2μm以上30μm以下、さらに好ましくは3μm以上25μm以下である。
硫化物系無機固体電解質材料の平均粒子径d50を上記範囲内とすることにより、良好なハンドリング性を維持すると共に、得られる固体電解質膜のリチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。
Examples of the shape of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment include a particulate shape.
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment is not particularly limited, but the average particle size d 50 in the weight-based particle size distribution by the laser diffraction / scattering particle size distribution measurement method is preferably 1 μm or more and 40 μm or less, more preferably Is 2 μm or more and 30 μm or less, more preferably 3 μm or more and 25 μm or less.
The average particle size d 50 of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material to be in the above range, while maintaining good handling properties, it is possible to further improve the lithium ion conductivity of the resulting solid electrolyte membrane.
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、例えば、全固体型リチウムイオン電池を構成する固体電解質層に用いられる。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を適用した全固体型リチウムイオン電池の例としては、正極層と、固体電解質層と、負極層とがこの順番に積層されたものが挙げられる。この場合、固体電解質層が硫化物系無機固体電解質材料により構成されたものである。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is used, for example, for a solid electrolyte layer constituting an all solid-state lithium ion battery.
As an example of the all-solid-state lithium ion battery to which the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is applied, one in which a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer are stacked in this order can be given. In this case, the solid electrolyte layer is composed of a sulfide-based inorganic solid electrolyte material.
[硫化物系無機固体電解質材料の製造方法]
次に、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法について説明する。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法は、従来の硫化物系無機固体電解質材料の製造方法とは異なるものである。安息角が上記範囲内にある本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、硫化物系無機固体電解質材料の組成比率や、原料である無機組成物を結晶化してからガラス化すること等の製造条件を高度に制御することが重要である。
より具体的には、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、以下の(A)〜(C)の工程を含む製造方法により得ることができる。また、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法は、以下の(D)および(E)の工程をさらに含んでもよい。
[Method for producing sulfide-based inorganic solid electrolyte material]
Next, the manufacturing method of the sulfide type inorganic solid electrolyte material which concerns on this embodiment is demonstrated.
The method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment is different from the conventional method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment having an angle of repose within the above range is a composition ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material, crystallization of the inorganic composition as a raw material, and vitrification, etc. It is important to highly control the manufacturing conditions.
More specifically, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment can be obtained by a production method including the following steps (A) to (C). Moreover, the manufacturing method of the sulfide type inorganic solid electrolyte material which concerns on this embodiment may further include the following processes (D) and (E).
工程(A):原料である2種以上の無機化合物を含む無機組成物を準備する工程
工程(B):準備した無機組成物を加熱することにより無機組成物を結晶化する工程
工程(C):結晶化した無機組成物を機械的処理することにより、原料である無機化合物同士を化学反応させながら無機組成物をガラス化する工程
工程(D):得られたガラス状の硫化物系無機固体電解質材料(X)と、ガラスセラミック状の硫化物系無機固体電解質材料(Y)とを混合する工程
工程(E):得られた硫化物系無機固体電解質材料を粉砕、分級、または造粒する工程
Step (A): Step of preparing an inorganic composition containing two or more inorganic compounds as raw materials Step (B): Step of crystallizing the inorganic composition by heating the prepared inorganic composition Step (C) : A step of vitrifying the inorganic composition by mechanically reacting the inorganic compounds as raw materials by mechanically treating the crystallized inorganic composition Step (D): the obtained glassy sulfide-based inorganic solid Step of mixing electrolyte material (X) and glass-ceramic sulfide-based inorganic solid electrolyte material (Y) Step (E): Grinding, classifying, or granulating the obtained sulfide-based inorganic solid electrolyte material Process
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法によれば、従来の製造方法に比べて、無機組成物をガラス化する工程を大幅に短縮することができ、その結果、硫化物系無機固体電解質材料の製造時間を短縮することが可能である。この理由については明らかではないが、以下の理由が推察される。
まず、ガラス状態の無機組成物は準安定状態である。一方、結晶状態の無機組成物は安定状態にある。また、2種以上の無機化合物を含む無機組成物を加熱すると活性化エネルギー以上のエネルギーを簡単に与えることができるので、エネルギーの放出とともに低いエネルギー状態である結晶状態の無機組成物が短時間で得られる。そして、安定状態の自由エネルギーと準安定状態の自由エネルギーは近いため、より小さなエネルギーで安定状態の結晶状態から準安定状態のガラス状態にすることができる。
以上の理由から、無機組成物をガラス化する工程(C)の前に、無機組成物を結晶化する工程(B)をおこない、あらかじめ無機組成物を安定状態である結晶状態とすることにより、より小さなエネルギーで準安定状態のガラス状態にすることができ、従来の製造方法に比べて、無機組成物をガラス化する工程を大幅に短縮することができると考えられる。
そして、より小さなエネルギーで準安定状態のガラス状態にすることができるため、安息角が上記範囲内にある本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料が得られると考えられる。
According to the method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the step of vitrifying the inorganic composition can be greatly shortened as compared with the conventional production method. It is possible to shorten the manufacturing time of the inorganic solid electrolyte material. The reason for this is not clear, but the following reason is presumed.
First, a glassy inorganic composition is in a metastable state. On the other hand, the inorganic composition in the crystalline state is in a stable state. In addition, when an inorganic composition containing two or more inorganic compounds is heated, energy higher than the activation energy can be easily given, so that the crystalline inorganic composition which is in a low energy state can be quickly released along with the release of energy. can get. And since the free energy of a stable state and the free energy of a metastable state are near, it can change from the crystal state of a stable state to the glass state of a metastable state with smaller energy.
For the above reasons, before the step (C) for vitrifying the inorganic composition, the step (B) for crystallizing the inorganic composition is performed, and the inorganic composition is made into a stable crystalline state in advance. It can be considered that a metastable glass state can be obtained with smaller energy, and the step of vitrifying the inorganic composition can be greatly shortened as compared with the conventional production method.
And since it can be set to a metastable glass state with smaller energy, it is considered that the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment having an angle of repose within the above range can be obtained.
以下、各工程について詳細に説明する。 Hereinafter, each step will be described in detail.
(無機組成物を準備する工程(A))
はじめに、原料である2種以上の無機化合物を含む無機組成物を準備する。
無機化合物としては機械的処理により互いに化学反応して、構成元素としてLi、P、およびSを含む硫化物系無機固体電解質材料を生成する化合物を2種以上用いる。これらの無機化合物は、生成させる硫化物系無機固体電解質材料に応じて適宜選択することができ、例えば、硫化リチウム、硫化リン、窒化リチウム等を用いることができる。
(Step of preparing an inorganic composition (A))
First, an inorganic composition containing two or more inorganic compounds as raw materials is prepared.
As the inorganic compound, two or more compounds that chemically react with each other by mechanical treatment to produce a sulfide-based inorganic solid electrolyte material containing Li, P, and S as constituent elements are used. These inorganic compounds can be appropriately selected according to the sulfide-based inorganic solid electrolyte material to be generated. For example, lithium sulfide, phosphorus sulfide, lithium nitride, or the like can be used.
上記無機組成物は、例えば、生成させる硫化物系無機固体電解質材料が所望の組成比になるように、原料である2種以上の無機化合物を所定のモル比で混合することにより得ることができる。
2種以上の無機化合物を混合する方法としては各無機化合物を均一に混合できる混合方法であれば特に限定されないが、例えば、乳鉢、ボールミル、ビーズミル、振動ミル、打撃粉砕装置、ミキサー(パグミキサー、リボンミキサー、タンブラーミキサー、ドラムミキサー、V型混合器等)、気流粉砕機等を用いて混合することができる。
各無機化合物を混合するときの攪拌速度や処理時間、温度、反応圧力、混合物に加えられる重力加速度等の混合条件は、混合物の処理量によって適宜決定することができる。
The inorganic composition can be obtained, for example, by mixing two or more inorganic compounds as raw materials at a predetermined molar ratio so that the sulfide-based inorganic solid electrolyte material to be generated has a desired composition ratio. .
The method for mixing two or more inorganic compounds is not particularly limited as long as each inorganic compound can be mixed uniformly. For example, a mortar, ball mill, bead mill, vibration mill, impact grinding apparatus, mixer (pug mixer, Ribbon mixers, tumbler mixers, drum mixers, V-type mixers, etc.), air pulverizers and the like can be used for mixing.
Mixing conditions such as agitation speed, processing time, temperature, reaction pressure, and gravitational acceleration applied to the mixture when mixing each inorganic compound can be appropriately determined depending on the amount of the mixture treated.
原料として用いる硫化リチウムとしては特に限定されず、市販されている硫化リチウムを使用してもよいし、例えば、水酸化リチウムと硫化水素との反応により得られる硫化リチウムを使用してもよい。高純度な硫化物系無機固体電解質材料を得る観点および副反応を抑制する観点から、不純物の少ない硫化リチウムを使用することが好ましい。
ここで、本実施形態において、硫化リチウムには多硫化リチウムも含まれる。
It does not specifically limit as lithium sulfide used as a raw material, Commercially available lithium sulfide may be used, for example, lithium sulfide obtained by reaction of lithium hydroxide and hydrogen sulfide may be used. From the viewpoint of obtaining a high-purity sulfide-based inorganic solid electrolyte material and suppressing side reactions, it is preferable to use lithium sulfide with less impurities.
Here, in this embodiment, lithium polysulfide is also included in lithium sulfide.
原料として用いる硫化リンとしては特に限定されず、市販されている硫化リン(例えば、P2S5、P4S3、P4S7、P4S5等)を使用することができる。高純度な硫化物系無機固体電解質材料を得る観点および副反応を抑制する観点から、不純物の少ない硫化リンを使用することが好ましい。また、硫化リンに代えて、相当するモル比の単体リン(P)および単体硫黄(S)を用いることもできる。単体リン(P)および単体硫黄(S)は、工業的に生産され、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。 Is not particularly limited as phosphosulfurized used as a raw material, it is possible to use phosphorus sulfide which is commercially available (e.g., P 2 S 5, P 4 S 3, P 4 S 7, P 4 S 5 , etc.). From the viewpoint of obtaining a high-purity sulfide-based inorganic solid electrolyte material and suppressing side reactions, it is preferable to use phosphorus sulfide with less impurities. Further, instead of phosphorus sulfide, simple phosphorus (P) and simple sulfur (S) in a corresponding molar ratio can be used. Simple phosphorus (P) and simple sulfur (S) can be used without particular limitation as long as they are industrially produced and sold.
原料である無機化合物としては窒化リチウムを用いてもよい。ここで、窒化リチウム中の窒素はN2として系内に排出されるため、原料である無機化合物として窒化リチウムを利用することで、構成元素としてLi、P、およびSを含む硫化物系無機固体電解質材料に対し、Li組成のみを増加させることが可能となる。
本実施形態の窒化リチウムとしては特に限定されず、市販されている窒化リチウム(例えば、Li3N等)を使用してもよいし、例えば、金属リチウム(例えば、Li箔)と窒素ガスとの反応により得られる窒化リチウムを使用してもよい。高純度な固体電解質材料を得る観点および副反応を抑制する観点から、不純物の少ない窒化リチウムを使用することが好ましい。
Lithium nitride may be used as the raw material inorganic compound. Here, since nitrogen in lithium nitride is discharged into the system as N 2 , a sulfide-based inorganic solid containing Li, P, and S as constituent elements by using lithium nitride as an inorganic compound as a raw material Only the Li composition can be increased with respect to the electrolyte material.
Is not particularly restricted but includes lithium nitride of the present embodiment, the lithium nitride are commercially available (for example, Li 3 N, etc.) may be used, for example, metallic lithium (eg, Li foil) with nitrogen gas Lithium nitride obtained by the reaction may be used. From the viewpoint of obtaining a high-purity solid electrolyte material and suppressing side reactions, it is preferable to use lithium nitride with less impurities.
(無機組成物を結晶化する工程(B))
つづいて、準備した無機組成物を加熱することにより無機組成物を結晶化する。
無機組成物を加熱する際の温度としては特に限定されないが、200℃以上400℃以下の範囲内であることが好ましく、220℃以上320℃以下の範囲内であることがより好ましい。
(Step of crystallizing inorganic composition (B))
Subsequently, the prepared inorganic composition is heated to crystallize the inorganic composition.
Although it does not specifically limit as temperature at the time of heating an inorganic composition, It is preferable to exist in the range of 200 to 400 degreeC, and it is more preferable to exist in the range of 220 to 320 degreeC.
無機組成物を加熱する時間は、無機組成物を結晶化できる時間であれば特に限定されるものではないが、例えば、1分間以上24時間以下の範囲内であり、好ましくは0.1時間以上10時間以下である。加熱の方法は特に限定されるものではないが、例えば、焼成炉を用いる方法を挙げることができる。なお、このような加熱する際の温度、時間等の条件は、本実施形態の無機材料の特性を最適なものにするため適宜調整することができる。 The time for heating the inorganic composition is not particularly limited as long as the inorganic composition can be crystallized. For example, it is in the range of 1 minute to 24 hours, preferably 0.1 hour or more. 10 hours or less. The heating method is not particularly limited, and examples thereof include a method using a firing furnace. In addition, conditions, such as temperature and time at the time of such a heating, can be suitably adjusted in order to optimize the characteristic of the inorganic material of this embodiment.
また、無機組成物が結晶化したかどうかは、例えば、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて、新たな結晶ピークが生成したか否かで判断することができる。 Whether or not the inorganic composition has been crystallized can be determined by whether or not a new crystal peak has been generated in a spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source, for example.
(無機組成物をガラス化する工程(C))
つづいて、結晶化した無機組成物を機械的処理することにより、原料である無機化合物同士を化学反応させながら無機組成物をガラス化する。
ここで、機械的処理は、原料である2種以上の無機化合物を機械的に衝突させることにより、化学反応させながら無機組成物をガラス化させることができるものであり、例えば、メカノケミカル処理等が挙げられる。
(Step of vitrifying the inorganic composition (C))
Subsequently, the crystallized inorganic composition is mechanically processed to vitrify the inorganic composition while causing a chemical reaction between the inorganic compounds as raw materials.
Here, the mechanical treatment is a method in which two or more inorganic compounds as raw materials are mechanically collided to vitrify the inorganic composition while causing a chemical reaction. For example, mechanochemical treatment, etc. Is mentioned.
ここで、メカノケミカル処理とは、混合対象に、せん断力、衝突力または遠心力のような機械的エネルギーを加えつつガラス化する方法である。メカノケミカル処理によるガラス化をおこなう装置としては、ボールミル、ビーズミル、振動ミル、ターボミル、メカノフュージョン、ディスクミル、ロールミル等の粉砕・分散機や、削岩機や振動ドリル、インパクトドライバ等で代表される回転、押出しおよび打撃を組み合わせた機構からなる打撃粉砕装置等が挙げられる。これらの中でも、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観点から、ボールミルおよびビーズミルが好ましく、ボールミルが特に好ましい。また、連続生産性に優れている観点から、削岩機やインパクトドライバ等で代表される回転、押出しおよび打撃を組み合わせた機構からなる打撃粉砕装置が好ましい。 Here, the mechanochemical treatment is a method of vitrification while applying mechanical energy such as shearing force, collision force or centrifugal force to the object to be mixed. Typical examples of vitrification equipment by mechanochemical treatment include ball mills, bead mills, vibration mills, turbo mills, mechano-fusions, disk mills, roll mills and other grinding / dispersing machines, rock drills, vibratory drills, impact drivers, etc. An impact crushing device having a mechanism that combines rotation, extrusion, and impact is exemplified. Among these, a ball mill and a bead mill are preferable, and a ball mill is particularly preferable from the viewpoint that very high impact energy can be efficiently generated. Further, from the viewpoint of excellent continuous productivity, a hitting and grinding device having a mechanism that combines rotation, extrusion, and hitting represented by a rock drill, an impact driver and the like is preferable.
また、メカノケミカル処理は非活性雰囲気下でおこなうことが好ましい。これにより、無機組成物と、水蒸気や酸素等との反応を抑制することができる。
また、非活性雰囲気下とは、真空雰囲気下または不活性ガス雰囲気下のことである。上記非活性雰囲気下では、水分の接触を避けるために露点が−50℃以下であることが好ましく、−60℃以下であることがより好ましい。上記不活性ガス雰囲気下とは、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス等の不活性ガスの雰囲気下のことである。これらの不活性ガスは、製品への不純物の混入を防止するために、高純度である程好ましい。混合系への不活性ガスの導入方法としては、混合系内が不活性ガス雰囲気で満たされる方法であれば特に限定されないが、不活性ガスをパージする方法、不活性ガスを一定量導入し続ける方法等が挙げられる。
The mechanochemical treatment is preferably performed in an inert atmosphere. Thereby, reaction with an inorganic composition, water vapor | steam, oxygen, etc. can be suppressed.
The term “inactive atmosphere” means a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere. In the non-active atmosphere, the dew point is preferably −50 ° C. or lower, and more preferably −60 ° C. or lower in order to avoid contact with moisture. The “inert gas atmosphere” means an atmosphere of an inert gas such as argon gas, helium gas, nitrogen gas or the like. These inert gases are preferably as high as possible in order to prevent impurities from entering the product. The method of introducing the inert gas into the mixed system is not particularly limited as long as the mixed system is filled with an inert gas atmosphere. However, the inert gas is purged, and a constant amount of inert gas is continuously introduced. Methods and the like.
また、結晶化した無機組成物をガラス化するときに、ヘキサン、トルエン、またはキシレン等の非プロトン性有機溶媒を添加して、溶媒に各原料を分散させた状態でガラス化してもよい。 Further, when the crystallized inorganic composition is vitrified, an aprotic organic solvent such as hexane, toluene, or xylene may be added, and the raw material may be dispersed in the solvent.
結晶化した無機組成物をガラス化するときの回転速度や処理時間、温度、反応圧力、無機組成物に加えられる重力加速度等の混合条件は、無機組成物の種類や処理量によって適宜決定することができる。一般的には、回転速度が速いほど、ガラスの生成速度は速くなり、処理時間が長いほどガラスヘの転化率は高くなる。
通常は、線源としてCuKα線を用いたX線回折分析をしたとき、結晶化した無機組成物の回折ピークが消失または低下していたら、無機組成物はガラス化され、所望の硫化物系無機固体電解質材料が得られていると判断することができる。
Mixing conditions such as rotational speed, processing time, temperature, reaction pressure, and gravitational acceleration applied to the inorganic composition when vitrifying the crystallized inorganic composition should be determined appropriately depending on the type of inorganic composition and the amount of treatment. Can do. In general, the faster the rotation speed, the faster the glass production rate, and the longer the treatment time, the higher the conversion to glass.
Usually, when X-ray diffraction analysis using CuKα ray as a radiation source is performed, if the diffraction peak of the crystallized inorganic composition disappears or decreases, the inorganic composition is vitrified, and the desired sulfide-based inorganic It can be determined that a solid electrolyte material is obtained.
ここで、無機組成物をガラス化する工程(C)では、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=15.7±0.3°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度IAとし、回折角2θ=26.9±0.9°の位置に存在する回折ピークの回折強度をIBとしたとき、IB/IAの値が好ましくは20.0以下、より好ましくは15.0以下、さらに好ましくは12.0以下となるまで機械的処理をおこなうことが好ましい。
IB/IAを上記上限値以下とすることにより、硫化物系無機固体電解質材のリチウムイオン伝導性をより向上させることができる。さらに、このような硫化物系無機固体電解質材料を用いると、入出力特性により一層優れた全固体型リチウムイオン電池を得ることができる。
ここで、回折角2θ=15.7±0.3°の位置における最大回折強度は、基準の回折強度であり、回折角2θ=26.9±0.9°の位置に存在する回折ピークは硫化リチウム由来の回折ピークである。
したがって、IB/IAは、硫化物系無機固体電解質材中の硫化リチウムの含有量の指標を表している。IB/IAが小さいほど、硫化物系無機固体電解質材に含まれる硫化リチウムの量が少ないことを意味する。
硫化リチウムはリチウムイオン伝導性が低いため、硫化リチウムの含有量が少ないほど硫化物系無機固体電解質材のリチウムイオン伝導性は向上するものと考えられる。
Here, in the step (C) of vitrifying the inorganic composition, the maximum diffraction intensity at the diffraction angle 2θ = 15.7 ± 0.3 ° in the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as the radiation source. was the background intensity I a, when a diffraction intensity of a diffraction peak at the position of the diffraction angle 2θ = 26.9 ± 0.9 ° was I B, I B / I value of a is preferably 20.0 In the following, it is preferable to perform the mechanical treatment until it becomes 15.0 or less, more preferably 12.0 or less.
The I B / I A With more than the above upper limit, it is possible to further improve the lithium ion conductive sulfide-based inorganic solid electrolyte material. Furthermore, when such a sulfide-based inorganic solid electrolyte material is used, an all-solid-state lithium ion battery having more excellent input / output characteristics can be obtained.
Here, the maximum diffraction intensity at the position of the diffraction angle 2θ = 15.7 ± 0.3 ° is the reference diffraction intensity, and the diffraction peak existing at the position of the diffraction angle 2θ = 26.9 ± 0.9 ° is It is a diffraction peak derived from lithium sulfide.
Therefore, I B / I A represents an indication of the content of lithium sulfide in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material during. It means that the smaller I B / I A is, the smaller the amount of lithium sulfide contained in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material.
Since lithium sulfide has low lithium ion conductivity, it is considered that the lithium ion conductivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material improves as the lithium sulfide content decreases.
また、上記無機組成物をガラス化する工程(C)では、27.0℃、印加電圧10mV、測定周波数域0.1Hz〜7MHzの測定条件における交流インピーダンス法によるリチウムイオン伝導度が好ましくは1.0×10−4S・cm−1以上、より好ましくは1.2×10−4S・cm−1以上となるまで機械的処理をおこなうことが好ましい。これにより、リチウムイオン伝導性により一層優れた硫化物系無機固体電解質材料を得ることができる。 In the step (C) of vitrifying the inorganic composition, the lithium ion conductivity by the alternating current impedance method under the measurement conditions of 27.0 ° C., applied voltage of 10 mV, and measurement frequency range of 0.1 Hz to 7 MHz is preferably 1. It is preferable to perform mechanical treatment until it becomes 0 × 10 −4 S · cm −1 or more, more preferably 1.2 × 10 −4 S · cm −1 or more. As a result, a sulfide-based inorganic solid electrolyte material that is more excellent in lithium ion conductivity can be obtained.
(ガラス状の硫化物系無機固体電解質材料と、ガラスセラミック状の硫化物系無機固体電解質材料とを混合する工程(D))
次いで、得られたガラス状の硫化物系無機固体電解質材料(X)に対し、ガラスセラミック状の硫化物系無機固体電解質材料(Y)をさらに混合する工程をさらにおこなってもよい。これにより、リチウムイオン伝導性により一層優れた硫化物系無機固体電解質材料を得ることができる。
(Step (D) of mixing glassy sulfide-based inorganic solid electrolyte material and glass-ceramic sulfide-based inorganic solid electrolyte material)
Next, a step of further mixing the glass-ceramic sulfide-based inorganic solid electrolyte material (Y) with the glass-like sulfide-based inorganic solid electrolyte material (X) may be further performed. As a result, a sulfide-based inorganic solid electrolyte material that is more excellent in lithium ion conductivity can be obtained.
ここで、ガラス状の硫化物系無機固体電解質材料(X)とガラスセラミック状の硫化物系無機固体電解質材料(Y)との混合方法としては特に限定されないが、例えば、ボールミル、ビーズミル、振動ミル、ターボミル、メカノフュージョン、ディスクミル、ロールミル等の粉砕・分散機や、削岩機や振動ドリル、インパクトドライバ等で代表される回転、押出しおよび打撃を組み合わせた機構からなる打撃粉砕装置等を用いた混合方法が挙げられる。 Here, the mixing method of the glassy sulfide-based inorganic solid electrolyte material (X) and the glass-ceramic sulfide-based inorganic solid electrolyte material (Y) is not particularly limited, and examples thereof include a ball mill, a bead mill, and a vibration mill. , Crushing / dispersing machines such as turbo mills, mechano-fusions, disk mills, roll mills, etc., and crushing and crushing devices composed of a combination of rotation, extrusion and hammering, represented by rock drills, vibration drills, impact drivers, etc. A mixing method is mentioned.
また、ガラス状の硫化物系無機固体電解質材料(X)とガラスセラミック状の硫化物系無機固体電解質材料(Y)との混合は非活性雰囲気下でおこなうことが好ましい。これにより、硫化物系無機固体電解質材料と、水蒸気や酸素等との反応を抑制することができる。
また、非活性雰囲気下とは、真空雰囲気下または不活性ガス雰囲気下のことである。上記非活性雰囲気下では、水分の接触を避けるために露点が−50℃以下であることが好ましく、−60℃以下であることがより好ましい。上記不活性ガス雰囲気下とは、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス等の不活性ガスの雰囲気下のことである。これらの不活性ガスは、製品への不純物の混入を防止するために、高純度である程好ましい。混合系への不活性ガスの導入方法としては、混合系内が不活性ガス雰囲気で満たされる方法であれば特に限定されないが、不活性ガスをパージする方法、不活性ガスを一定量導入し続ける方法等が挙げられる。
Further, it is preferable that the glassy sulfide-based inorganic solid electrolyte material (X) and the glass-ceramic sulfide-based inorganic solid electrolyte material (Y) are mixed in an inert atmosphere. Thereby, reaction with sulfide system inorganic solid electrolyte material, water vapor, oxygen, etc. can be controlled.
The term “inactive atmosphere” means a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere. In the non-active atmosphere, the dew point is preferably −50 ° C. or lower, and more preferably −60 ° C. or lower in order to avoid contact with moisture. The “inert gas atmosphere” means an atmosphere of an inert gas such as argon gas, helium gas, nitrogen gas or the like. These inert gases are preferably as high as possible in order to prevent impurities from entering the product. The method of introducing the inert gas into the mixed system is not particularly limited as long as the mixed system is filled with an inert gas atmosphere. However, the inert gas is purged, and a constant amount of inert gas is continuously introduced. Methods and the like.
ガラス状の硫化物系無機固体電解質材料(X)とガラスセラミック状の硫化物系無機固体電解質材料(Y)とを混合するときの回転速度や処理時間、温度、反応圧力、混合物に加えられる重力加速度等の混合条件は、混合物の種類や処理量によって適宜決定することができる。
通常は、線源としてCuKα線を用いたX線回折分析をしたとき、ガラスセラミック状の硫化物系無機固体電解質材料(Y)の回折ピークが消失または低下していたら、ガラス状の硫化物系無機固体電解質材料(X)とガラスセラミック状の硫化物系無機固体電解質材料(Y)とは十分に混合され、所望の硫化物系無機固体電解質材料が得られていると判断することができる。
Rotational speed, processing time, temperature, reaction pressure, and gravity applied to the mixture when mixing glassy sulfide-based inorganic solid electrolyte material (X) and glass-ceramic sulfide-based inorganic solid electrolyte material (Y) Mixing conditions such as acceleration can be appropriately determined depending on the type of mixture and the amount of processing.
Usually, when X-ray diffraction analysis using CuKα ray as a radiation source is performed, if the diffraction peak of the glass-ceramic sulfide-based inorganic solid electrolyte material (Y) disappears or decreases, the glass-based sulfide-based It can be determined that the inorganic solid electrolyte material (X) and the glass-ceramic sulfide-based inorganic solid electrolyte material (Y) are sufficiently mixed to obtain a desired sulfide-based inorganic solid electrolyte material.
ガラスセラミック状の硫化物系無機固体電解質材料(Y)は、例えば、ガラス状の硫化物系無機固体電解質材料(X)を加熱することにより得ることができる。ガラス状の硫化物系無機固体電解質材料(X)を加熱する際の温度としては特に限定されないが、200℃以上400℃以下の範囲内であることが好ましく、220℃以上320℃以下の範囲内であることがより好ましい。 The glass-ceramic sulfide-based inorganic solid electrolyte material (Y) can be obtained, for example, by heating the glass-like sulfide-based inorganic solid electrolyte material (X). Although it does not specifically limit as temperature at the time of heating glass-like sulfide type inorganic solid electrolyte material (X), It is preferable to exist in the range of 200 degreeC or more and 400 degrees C or less, and in the range of 220 degrees C or more and 320 degrees C or less It is more preferable that
ガラス状の硫化物系無機固体電解質材料(X)を加熱する時間は、ガラス状の硫化物系無機固体電解質材料(X)をガラスセラミック化できる時間であれば特に限定されるものではないが、例えば、1分間以上24時間以下の範囲内であり、好ましくは0.1時間以上10時間以下である。加熱の方法は特に限定されるものではないが、例えば、焼成炉を用いる方法を挙げることができる。なお、このような加熱する際の温度、時間等の条件は、本実施形態の無機材料の特性を最適なものにするため適宜調整することができる。 The time for heating the glassy sulfide-based inorganic solid electrolyte material (X) is not particularly limited as long as the glassy sulfide-based inorganic solid electrolyte material (X) can be converted into a glass ceramic, For example, it is in the range of 1 minute to 24 hours, preferably 0.1 hours to 10 hours. The heating method is not particularly limited, and examples thereof include a method using a firing furnace. In addition, conditions, such as temperature and time at the time of such a heating, can be suitably adjusted in order to optimize the characteristic of the inorganic material of this embodiment.
また、ガラス状の硫化物系無機固体電解質材料(X)がガラスセラミック化したかどうかは、例えば、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて、新たな結晶ピークが生成したか否かで判断することができる。 In addition, whether the glassy sulfide-based inorganic solid electrolyte material (X) has become a glass ceramic, for example, a new crystal peak is generated in a spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source. It can be judged by whether or not.
ガラス状の硫化物系無機固体電解質材料(X)に対するガラスセラミック状の硫化物系無機固体電解質材料(Y)の混合比(質量比)は特に限定されないが、好ましくは0.1以上10以下、より好ましくは0.2以上5.0以下、さらに好ましくは0.4以上2.0以下、特に好ましくは0.6以上1.5以下である。
混合比が上記範囲内であると、得られる硫化物系無機固体電解質材料のリチウムイオン伝導性と製膜性のバランスがより一層優れる。
The mixing ratio (mass ratio) of the glass-ceramic sulfide-based inorganic solid electrolyte material (Y) to the glass-like sulfide-based inorganic solid electrolyte material (X) is not particularly limited, but is preferably 0.1 or more and 10 or less, More preferably, it is 0.2 or more and 5.0 or less, More preferably, it is 0.4 or more and 2.0 or less, Especially preferably, it is 0.6 or more and 1.5 or less.
When the mixing ratio is within the above range, the balance between lithium ion conductivity and film forming property of the obtained sulfide-based inorganic solid electrolyte material is further improved.
(粉砕、分級、または造粒する工程(E))
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法では、必要に応じて、得られた硫化物系無機固体電解質材料を粉砕、分級、または造粒する工程をさらにおこなってもよい。例えば、粉砕により微粒子化し、その後、分級操作や造粒操作によって粒子径を調整することにより、所望の粒子径を有する硫化物系無機固体電解質材料を得ることができる。上記粉砕方法としては特に限定されず、ミキサー、気流粉砕、乳鉢、回転ミル、コーヒーミル等公知の粉砕方法を用いることができる。また、上記分級方法としては特に限定されず、篩等公知の方法を用いることができる。
これらの粉砕または分級は、空気中の水分との接触を防ぐことができる点から、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下で行うことが好ましい。
(Step of grinding, classifying or granulating (E))
In the method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment, a step of pulverizing, classifying, or granulating the obtained sulfide-based inorganic solid electrolyte material may be further performed as necessary. For example, a sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a desired particle diameter can be obtained by making fine particles by pulverization and then adjusting the particle diameter by classification operation or granulation operation. It does not specifically limit as said grinding | pulverization method, Well-known grinding | pulverization methods, such as a mixer, airflow grinding | pulverization, a mortar, a rotary mill, a coffee mill, can be used. Moreover, it does not specifically limit as said classification method, Well-known methods, such as a sieve, can be used.
These pulverization or classification are preferably performed in an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere from the viewpoint that contact with moisture in the air can be prevented.
[固体電解質膜]
次に、本実施形態に係る固体電解質膜について説明する。
本実施形態に係る固体電解質膜は、前述した本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を主成分として含む固体電解質膜である。
[Solid electrolyte membrane]
Next, the solid electrolyte membrane according to the present embodiment will be described.
The solid electrolyte membrane according to the present embodiment is a solid electrolyte membrane containing the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment as a main component.
本実施形態に係る固体電解質膜は、例えば、全固体型リチウムイオン電池を構成する固体電解質層に用いられる。
本実施形態に係る固体電解質膜を適用した全固体型リチウムイオン電池の例としては、正極層と、固体電解質層と、負極層とがこの順番に積層されたものが挙げられる。この場合、固体電解質層が固体電解質膜により構成されたものである。
The solid electrolyte membrane according to the present embodiment is used for, for example, a solid electrolyte layer constituting an all solid-state lithium ion battery.
As an example of the all solid-state lithium ion battery to which the solid electrolyte membrane according to the present embodiment is applied, a battery in which a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer are stacked in this order can be given. In this case, the solid electrolyte layer is constituted by a solid electrolyte membrane.
本実施形態に係る固体電解質膜の平均厚みは、好ましくは5μm以上500μm以下であり、より好ましくは10μm以上200μm以下であり、さらに好ましくは20μm以上100μm以下である。上記固体電解質膜の平均厚みが上記下限値以上であると、硫化物系無機固体電解質材料の欠落や、固体電解質膜表面のクラックの発生をより一層抑制できる。また、上記固体電解質膜の平均厚みが上記上限値以下であると、固体電解質膜のインピーダンスをより一層低下させることができる。その結果、得られる全固体型リチウムイオン電池の電池特性をより一層向上できる。 The average thickness of the solid electrolyte membrane according to this embodiment is preferably 5 μm or more and 500 μm or less, more preferably 10 μm or more and 200 μm or less, and further preferably 20 μm or more and 100 μm or less. When the average thickness of the solid electrolyte membrane is equal to or more than the lower limit, it is possible to further suppress the loss of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material and the occurrence of cracks on the surface of the solid electrolyte membrane. Moreover, the impedance of a solid electrolyte membrane can be further reduced as the average thickness of the said solid electrolyte membrane is below the said upper limit. As a result, the battery characteristics of the obtained all solid-state lithium ion battery can be further improved.
本実施形態に係る固体電解質膜は、粉末状の硫化物系無機固体電解質材料の加圧成形体であることが好ましい。すなわち、粒子状の無機固体電解質材料を加圧し、無機固体電解質材料同士のアンカー効果で一定の強度を有する固体電解質膜とすることが好ましい。
加圧成形体とすることにより、無機固体電解質材料同士の結合が起こり、得られる固体電解質膜の強度はより一層高くなる。その結果、無機固体電解質材料の欠落や、無機固体電解質材料表面のクラックの発生をより一層抑制できる。
The solid electrolyte membrane according to the present embodiment is preferably a pressure formed body of a powdered sulfide-based inorganic solid electrolyte material. That is, it is preferable to pressurize the particulate inorganic solid electrolyte material to obtain a solid electrolyte membrane having a certain strength due to the anchor effect between the inorganic solid electrolyte materials.
By using a pressure-molded body, the inorganic solid electrolyte materials are bonded to each other, and the strength of the obtained solid electrolyte membrane is further increased. As a result, the loss of the inorganic solid electrolyte material and the occurrence of cracks on the surface of the inorganic solid electrolyte material can be further suppressed.
本実施形態に係る固体電解質膜中の上記した本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の含有量は、固体電解質膜の全体を100質量%としたとき、好ましくは98質量%以上、より好ましくは99質量%以上、さらに好ましくは100質量%である。これにより、無機固体電解質材料間の接触性が改善され、固体電解質膜の界面接触抵抗を低下させることができる。その結果、固体電解質膜のリチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。そして、このようなリチウムイオン伝導性に優れた固体電解質膜を用いることにより、得られる全固体型リチウムイオン電池の電池特性をより一層向上できる。 The content of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment in the solid electrolyte membrane according to the present embodiment is preferably 98% by mass or more when the entire solid electrolyte membrane is 100% by mass. Preferably it is 99 mass% or more, More preferably, it is 100 mass%. Thereby, the contact property between inorganic solid electrolyte materials is improved, and the interface contact resistance of a solid electrolyte membrane can be reduced. As a result, the lithium ion conductivity of the solid electrolyte membrane can be further improved. And the battery characteristic of the all-solid-state type lithium ion battery obtained can be further improved by using such a solid electrolyte membrane excellent in lithium ion conductivity.
固体電解質膜の平面形状は、特に限定されず、電極層や集電体層の形状に合わせて適宜選択することが可能であるが、例えば、矩形とすることができる。 The planar shape of the solid electrolyte membrane is not particularly limited and can be appropriately selected according to the shape of the electrode layer or the current collector layer. For example, it can be rectangular.
また、本実施形態に係る固体電解質膜にはバインダー樹脂が含まれてもよいが、バインダー樹脂の含有量は、固体電解質膜の全体を100質量%としたとき、好ましくは0.5質量%未満、より好ましくは0.1質量%以下、さらに好ましくは0.05質量%以下、さらにより好ましくは0.01質量%以下である。また、本実施形態に係る固体電解質膜は、バインダー樹脂を実質的に含まないことがさらにより好ましく、バインダー樹脂を含まないことが最も好ましい。
これにより、固体電解質材料間の接触性が改善され、固体電解質膜の界面接触抵抗を低下させることができる。その結果、固体電解質膜のリチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。そして、このようなリチウムイオン伝導性に優れた固体電解質膜を用いることにより、得られる全固体型リチウムイオン電池の電池特性を向上できる。
なお、「バインダー樹脂を実質的に含まない」とは、本実施形態の効果が損なわれない程度には含有してもよいことを意味する。また、固体電解質層と正極層または負極層との間に粘着性樹脂層を設ける場合、固体電解質層と粘着性樹脂層との界面近傍に存在する粘着性樹脂層由来の粘着性樹脂は、「固体電解質膜中のバインダー樹脂」から除かれる。
Further, the solid electrolyte membrane according to this embodiment may contain a binder resin, but the content of the binder resin is preferably less than 0.5% by mass when the entire solid electrolyte membrane is 100% by mass. More preferably, it is 0.1 mass% or less, More preferably, it is 0.05 mass% or less, More preferably, it is 0.01 mass% or less. Further, the solid electrolyte membrane according to this embodiment is still more preferably substantially free of binder resin, and most preferably free of binder resin.
Thereby, the contact property between solid electrolyte materials is improved, and the interface contact resistance of a solid electrolyte membrane can be reduced. As a result, the lithium ion conductivity of the solid electrolyte membrane can be further improved. And the battery characteristic of the obtained all-solid-type lithium ion battery can be improved by using the solid electrolyte membrane excellent in such lithium ion conductivity.
Note that “substantially free of binder resin” means that it may be contained to the extent that the effects of the present embodiment are not impaired. Further, when an adhesive resin layer is provided between the solid electrolyte layer and the positive electrode layer or the negative electrode layer, the adhesive resin derived from the adhesive resin layer present in the vicinity of the interface between the solid electrolyte layer and the adhesive resin layer is “ It is removed from the “binder resin in the solid electrolyte membrane”.
上記バインダー樹脂とは固体電解質材料間を結着させるために、リチウムイオン電池に一般的に使用される結着剤のことをいい、例えば、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、スチレン・ブタジエン系ゴム、ポリイミド等が挙げられる。 The binder resin refers to a binder generally used for lithium ion batteries in order to bind solid electrolyte materials. For example, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, carboxymethyl cellulose, polytetrafluoroethylene. , Polyvinylidene fluoride, styrene / butadiene rubber, polyimide and the like.
本実施形態に係る固体電解質膜は、例えば、粉末状の硫化物系無機固体電解質材料を金型のキャビティ表面上または基材表面上に膜状に堆積させ、次いで、膜状に堆積した硫化物系無機固体電解質材料を加圧することにより得ることができる。
上記硫化物系無機固体電解質材料を加圧する方法は特に限定されず、例えば、金型のキャビティ表面上に粉末状の硫化物系無機固体電解質材料を堆積させた場合は金型と押し型によるプレス、粉末状の硫化物系無機固体電解質材料を基材表面上に堆積させた場合は金型と押し型によるプレスやロールプレス、平板プレス等を用いることができる。
硫化物系無機固体電解質材料を加圧する圧力は、例えば、10MPa以上500MPa以下である。
The solid electrolyte membrane according to the present embodiment is obtained by depositing, for example, a powdered sulfide-based inorganic solid electrolyte material in a film shape on the cavity surface or the substrate surface of a mold, and then the sulfide deposited in the film shape. It can be obtained by pressurizing the inorganic inorganic electrolyte material.
The method for pressurizing the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is not particularly limited. For example, when powdered sulfide-based inorganic solid electrolyte material is deposited on the cavity surface of the mold, pressing with a mold and a pressing mold is performed. When the powdered sulfide-based inorganic solid electrolyte material is deposited on the surface of the substrate, a press using a die and a pressing die, a roll press, a flat plate press, or the like can be used.
The pressure for pressurizing the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is, for example, 10 MPa or more and 500 MPa or less.
また、必要に応じて、膜状に堆積した硫化物系無機固体電解質材料を加圧するとともに加熱してもよい。加熱加圧を行えば硫化物系無機固体電解質材料同士の融着・結合が起こり、得られる固体電解質膜の強度はより一層高くなる。その結果、硫化物系無機固体電解質材料の欠落や、硫化物系無機固体電解質材料表面のクラックの発生をより一層抑制できる。
硫化物系無機固体電解質材料を加熱する温度は、例えば、40℃以上500℃以下である。
If necessary, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material deposited in a film shape may be pressurized and heated. If heating and pressurization is performed, the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials are fused and bonded to each other, and the strength of the obtained solid electrolyte membrane is further increased. As a result, the loss of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material and the occurrence of cracks on the surface of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material can be further suppressed.
The temperature which heats a sulfide type inorganic solid electrolyte material is 40 degreeC or more and 500 degrees C or less, for example.
[全固体型リチウムイオン電池]
つぎに、本実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池200について説明する。図1は、本発明に係る実施形態の全固体型リチウムイオン電池200の構造の一例を模式的に示した断面図である。本実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池200はリチウムイオン二次電池であるが、リチウムイオン一次電池であってもよい。
[All-solid-state lithium-ion battery]
Next, the all solid-state
本実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池200は、正極層210と、固体電解質層220と、負極層230とがこの順番に積層されてなる。そして、固体電解質層220が、本実施形態に係る固体電解質膜により構成されたものである。
また、実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池200は、正極層210と、固体電解質層220と、負極層230とにより構成される単位セルを2つ以上積層させることにより、バイポーラ型リチウムイオン電池とすることもできる。
全固体型リチウムイオン電池200の形状は特に限定されず、円筒型、コイン型、角型、フィルム型その他任意の形状が挙げられる。
The all solid-state
In addition, the all-solid-state
The shape of the all-solid-state
本実施形態に係る全固体型リチウムイオン電池200は、一般的に公知の方法に準じて製造される。例えば、正極層210と、固体電解質層220と、負極層230とを重ねたものを、円筒型、コイン型、角型、フィルム型その他任意の形状に形成することにより作製される。
The all-solid-state
正極層210は特に限定されず、全固体型リチウムイオン電池に一般的に用いられている正極を使用することができる。正極層210は特に限定されないが、一般的に公知の方法に準じて製造することができる。例えば、正極活物質を含む正極活物質層をアルミ箔等の集電体上に形成することにより得ることができる。
正極活物質層の厚みや密度は、電池の使用用途等に応じて適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。
The
The thickness and density of the positive electrode active material layer are not particularly limited because they are appropriately determined according to the intended use of the battery, and can be set according to generally known information.
上記正極活物質層は正極活物質を含む。
正極活物質としては特に限定されず、全固体型リチウムイオン電池の正極層に使用可能な一般的に公知の正極活物質を用いることができる。例えば、リチウムコバルト酸化物(LiCoO2)、リチウムニッケル酸化物(LiNiO2)、リチウムマンガン酸化物(LiMn2O4)、固溶体酸化物(Li2MnO3−LiMO2(M=Co、Ni等))、リチウム−マンガン−ニッケル酸化物(LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2)、オリビン型リチウムリン酸化物(LiFePO4)等の複合酸化物;ポリアニリン、ポリピロール等の導電性高分子;Li2S、CuS、Li−Cu−S化合物、TiS2、FeS、MoS2、Li−Mo−S化合物、Li−Ti−S化合物、Li−V−S化合物等の硫化物系正極活物質;硫黄を含浸したアセチレンブラック、硫黄を含浸した多孔質炭素、硫黄と炭素の混合粉等の硫黄を活物質とした材料;等を用いることができる。これらの正極活物質は1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
これらの中でも、より高い放電容量密度を有し、かつ、サイクル特性により優れる観点から、硫化物系正極活物質が好ましく、Li−Mo−S化合物、Li−Ti−S化合物、Li−V−S化合物から選択される一種または二種以上がより好ましい。
The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material.
It does not specifically limit as a positive electrode active material, The generally well-known positive electrode active material which can be used for the positive electrode layer of an all-solid-state type lithium ion battery can be used. For example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), solid solution oxide (Li 2 MnO 3 —LiMO 2 (M = Co, Ni, etc.) ), Lithium-manganese-nickel oxide (LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 ), olivine-type lithium phosphorus oxide (LiFePO 4 ) and other complex oxides; polyaniline, polypyrrole and other highly conductive materials Molecule: sulfide positive electrode active such as Li 2 S, CuS, Li—Cu—S compound, TiS 2 , FeS, MoS 2 , Li—Mo—S compound, Li—Ti—S compound, Li—VS compound Substances: Acetylene black impregnated with sulfur, porous carbon impregnated with sulfur, sulfur-carbon mixed powder, etc. It is possible. These positive electrode active materials may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
Among these, from the viewpoint of having a higher discharge capacity density and more excellent cycle characteristics, a sulfide-based positive electrode active material is preferable, and a Li—Mo—S compound, a Li—Ti—S compound, a Li—V—S is preferable. One or more selected from compounds are more preferred.
ここで、Li−Mo−S化合物は構成元素としてLi、Mo、およびSを含んでいるものであり、通常は原料であるモリブデン硫化物および硫化リチウムをメカノケミカル処理等の混合粉砕することにより得ることができる。
また、Li−Ti−S化合物は構成元素としてLi、Ti、およびSを含んでいるものであり、通常は原料であるチタン硫化物と硫化リチウムをメカノケミカル処理等の混合粉砕することにより得ることができる。
Li−V−S化合物は構成元素としてLi、V、およびSを含んでいるものであり、通常は原料であるバナジウム硫化物と硫化リチウムをメカノケミカル処理等の混合粉砕することにより得ることができる。
Here, the Li—Mo—S compound contains Li, Mo, and S as constituent elements, and is usually obtained by mixing and grinding molybdenum sulfide and lithium sulfide, which are raw materials, such as mechanochemical treatment. be able to.
Li-Ti-S compounds contain Li, Ti, and S as constituent elements, and are usually obtained by mixing and grinding titanium sulfide and lithium sulfide, which are raw materials, such as mechanochemical treatment. Can do.
The Li-VS compound contains Li, V, and S as constituent elements, and can usually be obtained by mixing and grinding vanadium sulfide and lithium sulfide, which are raw materials, such as mechanochemical treatment. .
上記正極活物質層は特に限定されないが、正極活物質以外の成分として、例えば、固体電解質材料、バインダー、導電助剤等から選択される一種または二種以上の材料を含んでもよい。
正極活物質層中の各種材料の配合割合は、電池の使用用途等に応じて、適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。
Although the said positive electrode active material layer is not specifically limited, As a component other than a positive electrode active material, 1 type, or 2 or more types of materials selected from a solid electrolyte material, a binder, a conductive support agent, etc. may be included, for example.
The mixing ratio of various materials in the positive electrode active material layer is not particularly limited because it is appropriately determined according to the intended use of the battery, and can be generally set according to known information.
負極層230は特に限定されず、全固体型リチウムイオン電池に一般的に用いられているものを使用することができる。負極層230は特に限定されないが、一般的に公知の方法に準じて製造することができる。例えば、負極活物質を含む負極活物質層を銅箔等の集電体上に形成することにより得ることができる。
負極活物質層の厚みや密度は、電池の使用用途等に応じて適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。
The
The thickness and density of the negative electrode active material layer are not particularly limited because they are appropriately determined according to the intended use of the battery and the like, and can generally be set according to known information.
上記負極活物質層は負極活物質を含む。
負極活物質としては特に限定されず、全固体型リチウムイオン電池の負極層に使用可能な一般的に公知の負極活物質を用いることができる。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、樹脂炭、炭素繊維、活性炭、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素質材料;スズ、スズ合金、シリコン、シリコン合金、ガリウム、ガリウム合金、インジウム、インジウム合金、アルミニウム、アルミニウム合金等を主体とした金属系材料;ポリアセン、ポリアセチレン、ポリピロール等の導電性ポリマー;金属リチウム;リチウムチタン複合酸化物(例えばLi4Ti5O12)等が挙げられる。これらの負極活物質は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material.
It does not specifically limit as a negative electrode active material, The generally well-known negative electrode active material which can be used for the negative electrode layer of an all-solid-type lithium ion battery can be used. For example, carbonaceous materials such as natural graphite, artificial graphite, resin charcoal, carbon fiber, activated carbon, hard carbon, soft carbon; tin, tin alloy, silicon, silicon alloy, gallium, gallium alloy, indium, indium alloy, aluminum, aluminum Examples thereof include metal materials mainly composed of alloys; conductive polymers such as polyacene, polyacetylene, and polypyrrole; metal lithium; lithium titanium composite oxide (for example, Li 4 Ti 5 O 12 ). These negative electrode active materials may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
上記負極活物質層は特に限定されないが、負極活物質以外の成分として、例えば、固体電解質材料、バインダー、導電助剤等から選択される一種または二種以上の材料を含んでもよい。
負極活物質層中の各種材料の配合割合は、電池の使用用途等に応じて、適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。
Although the said negative electrode active material layer is not specifically limited, As a component other than a negative electrode active material, 1 type, or 2 or more types of materials selected from a solid electrolyte material, a binder, a conductive support agent, etc. may be included, for example.
The mixing ratio of various materials in the negative electrode active material layer is not particularly limited because it is appropriately determined according to the intended use of the battery and the like, and can be generally set according to known information.
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, these are illustrations of this invention and various structures other than the above are also employable.
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, although an example and a comparative example explain the present invention, the present invention is not limited to these.
<評価方法>
はじめに、以下の実施例および比較例における評価方法を説明する。
<Evaluation method>
First, evaluation methods in the following examples and comparative examples will be described.
(1)粒度分布
レーザー回折散乱式粒度分布測定装置(マルバーン社製、マスターサイザー3000)を用いて、レーザー回折法により、実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料の粒度分布を測定した。測定結果から、各硫化物系無機固体電解質材料について、重量基準の累積分布における50%累積時の粒径(D50、平均粒径)をそれぞれ求めた。
(1) Particle size distribution Particle size distribution of sulfide-based inorganic solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples by a laser diffraction method using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (manufactured by Malvern, Mastersizer 3000). Was measured. From the measurement results, for each sulfide-based inorganic solid electrolyte material, the particle size (D 50 , average particle size) at 50% accumulation in the weight-based cumulative distribution was determined.
(2)ICP発光分光分析
ICP発光分光分析装置(セイコーインスツルメント社製、SPS3000)を用いて、ICP発光分光分析法により測定し、実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料中の各元素の質量%をそれぞれ求め、それに基づいて、各元素のモル比をそれぞれ計算した。
(2) ICP emission spectroscopic analysis Using an ICP emission spectroscopic analyzer (Seiko Instruments Inc., SPS3000), measurement was performed by ICP emission spectroscopic analysis, and sulfide-based inorganic solid electrolytes obtained in Examples and Comparative Examples The mass% of each element in the material was determined, and the molar ratio of each element was calculated based on that.
(3)X線回折分析
X線回折装置(リガク社製、RINT2000)を用いて、X線回折分析法により、実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料の回折スペクトルをそれぞれ求めた。なお、線源としてCuKα線を用いた。ここで、回折角2θ=15.7±0.3°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度IAとし、回折角2θ=26.9±0.9°の位置に存在する回折ピークの回折強度をIBとし、IB/IAを求めた。
(3) X-ray diffraction analysis Using an X-ray diffractometer (RINT2000, RINT2000), the diffraction spectra of the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials obtained in the examples and comparative examples were obtained by X-ray diffraction analysis, respectively. Asked. Note that CuKα rays were used as the radiation source. Here, the maximum diffraction intensity at the position of the diffraction angle 2θ = 15.7 ± 0.3 ° and background intensity I A, the diffraction of the diffraction peak at the position of the diffraction angle 2θ = 26.9 ± 0.9 ° the intensity and I B, was obtained I B / I a.
(4)リチウムイオン伝導度の測定
実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料に対して、交流インピーダンス法によるリチウムイオン伝導度の測定をおこなった。
リチウムイオン伝導度の測定は、北斗電工社製のポテンショスタット/ガルバノスタットSP−300を用いた。試料の大きさはφ9.5mm、厚さ1.3mm、測定条件は、印加電圧10mV、測定温度27.0℃、測定周波数域0.1Hz〜7MHz、電極はLi箔とした。
ここで、リチウムイオン伝導度測定用の試料としては、プレス装置を用いて、実施例および比較例で得られた粉末状の硫化物系無機固体電解質材料を270MPa、10分間プレスして得られる厚さ1.3mmの板状の硫化物系無機固体電解質材料を用いた。
(4) Measurement of lithium ion conductivity Lithium ion conductivity was measured by an alternating current impedance method for the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples.
For the measurement of lithium ion conductivity, a potentiostat / galvanostat SP-300 manufactured by Hokuto Denko Corporation was used. The sample size was φ9.5 mm, thickness 1.3 mm, measurement conditions were applied voltage 10 mV, measurement temperature 27.0 ° C., measurement frequency range 0.1 Hz to 7 MHz, and the electrode was Li foil.
Here, as a sample for measuring lithium ion conductivity, a thickness obtained by pressing a powdery sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in Examples and Comparative Examples at 270 MPa for 10 minutes using a press device. A plate-like sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a thickness of 1.3 mm was used.
(5)安息角の測定
安息角の測定は粉体流動計(古河機械金属社製、JIS Z2502準拠)を用いて注入法で行った。実施例および比較例で得られた粉末状の硫化物系無機固体電解質材料5gを秤量し、漏斗(傾斜角60°)底部のφ2.63mm(排出孔径)のオリフィスから硫化物系無機固体電解質材料をφ14mmの円板に円錐状に堆積させ、その円錐の母線と底面とがなす角(安息角)αを計測した。ここで、漏斗の排出孔から円板までの距離は25mmとした。
tan α=円錐の高さ/(0.5×円板の直径)
(5) Measurement of repose angle The repose angle was measured by an injection method using a powder rheometer (Furukawa Machine Metal Co., Ltd., JIS Z2502 compliant). 5 g of the powdered sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in Examples and Comparative Examples was weighed, and the sulfide-based inorganic solid electrolyte material was passed through an orifice of φ2.63 mm (discharge hole diameter) at the bottom of the funnel (inclination angle 60 °). Were deposited in a conical shape on a φ14 mm disk, and the angle (repose angle) α formed by the generatrix and the bottom of the cone was measured. Here, the distance from the discharge hole of the funnel to the disc was 25 mm.
tan α = cone height / (0.5 × diameter of disk)
(6)製膜性の評価
実施例および比較例で得られた粉末状の硫化物系無機固体電解質材料10mgを、270MPaでφ14mm×0.4mmにプレス成型して固体電解質膜を作製した。次いで、得られた固体電解質膜の表面を電子顕微鏡(SEM)で観察し、硫化物系無機固体電解質材料の製膜性を以下の基準で評価した。
〇:硫化物系無機固体電解質材料の粉末同士の結着性が良好で、かつ、硫化物系無機固体電解質材料の粉末同士が結着して硫化物系無機固体電解質材料が緻密化している
×:硫化物系無機固体電解質材料の粉末同士の結着性が不良で、かつ、固体電解質膜表面に細かいクラックが発生し、硫化物系無機固体電解質材料が緻密化していない
(6) Evaluation of film forming property 10 mg of the powdered sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in Examples and Comparative Examples was press-molded at 270 MPa to φ14 mm × 0.4 mm to prepare a solid electrolyte membrane. Subsequently, the surface of the obtained solid electrolyte membrane was observed with an electron microscope (SEM), and the film forming property of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material was evaluated according to the following criteria.
○: The binding property between the powders of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is good, and the powders of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material are bound together, and the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is densified. : Sulfide-based inorganic solid electrolyte material powder has poor binding properties, fine cracks are generated on the surface of the solid electrolyte membrane, and the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is not densified
<実施例1>
構成元素としてLi、PおよびSを含む粉末状の硫化物系無機固体電解質材料を以下の手順で作製した。
原料には、Li2S(Alfa Aesar製、純度99.9%)、P2S5(関東化学製試薬)を使用した。Li3Nは、以下の手順で作製した。
まず、窒素雰囲気のグローブボックス中で、Li箔(本城金属社製純度99.8%、厚さ0.5mm)にステンレス製の剣山を使用し、φ1mm以下の穴を多数開けた。Li箔は穴の部分から黒紫色に変化し始め、そのまま、常温で24時間放置することでLi箔すべてが黒紫色のLi3Nに変化した。Li3Nは、メノウ乳鉢で粉砕後、ステンレス製篩で篩い分けし、75μm以下の粉末を回収し硫化物系無機固体電解質材料の原料とした。
つづいて、アルゴングローブボックス中で各原料をLi2S:P2S5:Li3N=67.5:22.5:10.0(モル%)になるように精秤し、これら粉末を20分間メノウ乳鉢で混合し、無機組成物を得た。次いで、無機組成物5gを秤量し、アルミナルツボ中で300℃、1時間加熱処理し、無機組成物を結晶化した。次いで、結晶化した無機組成物2gを秤量し、φ10mmのジルコニア製ボール500gとともに、アルミナ製ボールミルポット(内容積400mL)に入れ、125rpmで6時間混合粉砕することで硫化物系無機固体電解質材料を得た。
得られた硫化物系無機固体電解質材料について各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Example 1>
A powdery sulfide-based inorganic solid electrolyte material containing Li, P, and S as constituent elements was prepared by the following procedure.
Li 2 S (manufactured by Alfa Aesar, purity 99.9%) and P 2 S 5 (reagent manufactured by Kanto Chemical) were used as raw materials. Li 3 N was produced by the following procedure.
First, in a nitrogen atmosphere glove box, a stainless steel sword mountain was used for Li foil (purity 99.8%, thickness 0.5 mm manufactured by Honjo Metal Co., Ltd.), and a number of holes having a diameter of 1 mm or less were formed. The Li foil began to turn black-purple from the hole, and all the Li foil changed to black-purple Li 3 N by leaving it at room temperature for 24 hours. Li 3 N was pulverized in an agate mortar and then sieved with a stainless steel sieve, and a powder of 75 μm or less was recovered and used as a raw material for sulfide-based inorganic solid electrolyte material.
Subsequently, each raw material was precisely weighed in an argon glove box so that Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 67.5: 22.5: 10.0 (mol%). The mixture was mixed in an agate mortar for 20 minutes to obtain an inorganic composition. Next, 5 g of the inorganic composition was weighed and heat-treated in an alumina crucible at 300 ° C. for 1 hour to crystallize the inorganic composition. Next, 2 g of the crystallized inorganic composition was weighed, put into an alumina ball mill pot (internal volume 400 mL) together with 500 g of zirconia balls having a diameter of 10 mm, and mixed and pulverized at 125 rpm for 6 hours to obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. Obtained.
Each evaluation was performed about the obtained sulfide type inorganic solid electrolyte material. The obtained results are shown in Table 1.
<実施例2〜4>
Li/PおよびS/Pが表1に示す値になるように各原料の比率を変更した以外は実施例1と同様にして硫化物系無機固体電解質材料をそれぞれ作製し、各評価をそれぞれおこなった。得られた結果を表1にそれぞれ示す。
<Examples 2 to 4>
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the ratio of each raw material was changed so that Li / P and S / P were values shown in Table 1, and each evaluation was performed. It was. The obtained results are shown in Table 1, respectively.
<実施例5>
原料には、Li2S(Alfa Aesar製、純度99.9%)、P2S5(関東化学製試薬)を使用した。つづいて、アルゴングローブボックス中で各原料をLi2S:P2S5=80.0:20.0(モル%)になるように精秤し、これら粉末を10分間メノウ乳鉢で混合し、無機組成物を得た。次いで、無機組成物5gを秤量し、アルミナルツボ中で220℃で1時間加熱処理し、無機組成物を結晶化した。結晶化した無機組成物2gを秤量し、φ10mmのジルコニア製ボール500gとともに、アルミナ製ボールミルポット(内容積400mL)に入れ、125rpmで6時間混合粉砕することで硫化物系無機固体電解質材料を得た。
得られた硫化物系無機固体電解質材料について各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Example 5>
Li 2 S (manufactured by Alfa Aesar, purity 99.9%) and P 2 S 5 (reagent manufactured by Kanto Chemical) were used as raw materials. Subsequently, each raw material was precisely weighed so that Li 2 S: P 2 S 5 = 80.0: 20.0 (mol%) in an argon glove box, and these powders were mixed in an agate mortar for 10 minutes. An inorganic composition was obtained. Next, 5 g of the inorganic composition was weighed and heat-treated at 220 ° C. for 1 hour in an alumina crucible to crystallize the inorganic composition. 2 g of the crystallized inorganic composition was weighed, put together with 500 g of φ10 mm zirconia balls into an alumina ball mill pot (internal volume 400 mL), and mixed and pulverized at 125 rpm for 6 hours to obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. .
Each evaluation was performed about the obtained sulfide type inorganic solid electrolyte material. The obtained results are shown in Table 1.
<実施例6>
無機組成物の加熱処理温度を240℃に変更した以外は実施例5と同様にして硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Example 6>
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was prepared and evaluated in the same manner as in Example 5 except that the heat treatment temperature of the inorganic composition was changed to 240 ° C. The obtained results are shown in Table 1.
<実施例7>
無機組成物の加熱処理温度を260℃に変更した以外は実施例5と同様にして硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Example 7>
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was prepared and evaluated in the same manner as in Example 5 except that the heat treatment temperature of the inorganic composition was changed to 260 ° C. The obtained results are shown in Table 1.
<実施例8>
無機組成物の加熱処理温度を280℃に変更した以外は実施例5と同様にして硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Example 8>
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was produced in the same manner as in Example 5 except that the heat treatment temperature of the inorganic composition was changed to 280 ° C., and each evaluation was performed. The obtained results are shown in Table 1.
<実施例9>
無機組成物の加熱処理温度を300℃に変更した以外は実施例5と同様にして硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Example 9>
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was prepared and evaluated in the same manner as in Example 5 except that the heat treatment temperature of the inorganic composition was changed to 300 ° C. The obtained results are shown in Table 1.
<実施例10>
無機組成物の加熱処理温度を280℃に変更し、かつ、各原料の割合をLi2S:P2S5=70.0:30.0(モル%)とした以外は実施例5と同様にして硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Example 10>
The same as Example 5 except that the heat treatment temperature of the inorganic composition was changed to 280 ° C., and the ratio of each raw material was changed to Li 2 S: P 2 S 5 = 70.0: 30.0 (mol%). Thus, a sulfide-based inorganic solid electrolyte material was prepared and evaluated. The obtained results are shown in Table 1.
<実施例11>
無機組成物の加熱処理温度を280℃に変更し、かつ、各原料の割合をLi2S:P2S5=75.0:25.0(モル%)とした以外は実施例5と同様にして硫化物系無機固体電解質材料をそれぞれ作製し、各評価をおこなった。
得られた結果を表1に示す。
<Example 11>
The same as in Example 5 except that the heat treatment temperature of the inorganic composition was changed to 280 ° C. and the ratio of each raw material was changed to Li 2 S: P 2 S 5 = 75.0: 25.0 (mol%). Thus, each of the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials was prepared and evaluated.
The obtained results are shown in Table 1.
<実施例12>
原料には、Li2S(Alfa Aesar製、純度99.9%)、P2S5(関東化学製試薬)を使用した。つづいて、アルゴングローブボックス中で各原料をLi2S:P2S5=80.0:20.0(モル%)になるように精秤し、これら粉末を10分間メノウ乳鉢で混合し、無機組成物を得た。次いで、無機組成物5gを秤量し、アルミナルツボ中で300℃で1時間加熱処理し、無機組成物を結晶化した。結晶化した無機組成物2gを秤量し、φ10mmのジルコニア製ボール500gとともに、アルミナ製ボールミルポット(内容積400mL)に入れ、125rpmで6時間混合粉砕することで硫化物系無機固体電解質材料を得た。得られた硫化物系無機固体電解質材料について各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Example 12>
Li 2 S (manufactured by Alfa Aesar, purity 99.9%) and P 2 S 5 (reagent manufactured by Kanto Chemical) were used as raw materials. Subsequently, each raw material was precisely weighed so that Li 2 S: P 2 S 5 = 80.0: 20.0 (mol%) in an argon glove box, and these powders were mixed in an agate mortar for 10 minutes. An inorganic composition was obtained. Next, 5 g of the inorganic composition was weighed and heat-treated at 300 ° C. for 1 hour in an alumina crucible to crystallize the inorganic composition. 2 g of the crystallized inorganic composition was weighed, put together with 500 g of φ10 mm zirconia balls into an alumina ball mill pot (internal volume 400 mL), and mixed and pulverized at 125 rpm for 6 hours to obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. . Each evaluation was performed about the obtained sulfide type inorganic solid electrolyte material. The obtained results are shown in Table 1.
<比較例1>
原料には、Li2S(Alfa Aesar製、純度99.9%)、P2S5(関東化学製試薬)を使用した。つづいて、アルゴングローブボックス中で各原料をLi2S:P2S5=80.0:20.0(モル%)になるように精秤し、これら粉末を20分間メノウ乳鉢で混合し、無機組成物を得た。次いで、無機組成物2gを秤量し、φ10mmのジルコニア製ボール500gとともに、アルミナ製ボールミルポット(内容積400mL)に入れ、 125rpmで200時間混合粉砕することで硫化物系無機固体電解質材料を得た。得られた硫化物系無機固体電解質材料について各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
Li 2 S (manufactured by Alfa Aesar, purity 99.9%) and P 2 S 5 (reagent manufactured by Kanto Chemical) were used as raw materials. Subsequently, each raw material was precisely weighed so that Li 2 S: P 2 S 5 = 80.0: 20.0 (mol%) in an argon glove box, and these powders were mixed in an agate mortar for 20 minutes. An inorganic composition was obtained. Next, 2 g of the inorganic composition was weighed, put together with 500 g of φ10 mm zirconia balls into an alumina ball mill pot (internal volume 400 mL), and mixed and ground at 125 rpm for 200 hours to obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. Each evaluation was performed about the obtained sulfide type inorganic solid electrolyte material. The obtained results are shown in Table 1.
<比較例2>
実施例1で得られたガラス状の硫化物系無機固体電解質材料を2g秤量し、アルゴングローブボックス中で300℃、2時間加熱処理することでガラスセラミック状の硫化物系無機固体電解質材料を得た。得られたガラスセラミック状の硫化物系無機固体電解質材料について各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Comparative example 2>
2 g of the glassy sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in Example 1 is weighed and heated in an argon glove box at 300 ° C. for 2 hours to obtain a glass-ceramic sulfide-based inorganic solid electrolyte material. It was. Each evaluation was performed about the obtained glass-ceramic sulfide type inorganic solid electrolyte material. The obtained results are shown in Table 1.
<実施例13>
実施例1で得られたガラス状の硫化物系無機固体電解質材料と比較例2で得られたガラスセラミック状の硫化物系無機固体電解質材料を質量比で5:5になるように秤量し、これら粉末を20分間メノウ乳鉢で混合した。次いで、混合粉末2gを秤量し、φ10mmのジルコニア製ボール500gとともに、アルミナ製ボールミルポット(内容積400mL)に入れ、125rpmで1時間混合することで硫化物系無機固体電解質材料を得た。得られた硫化物系無機固体電解質材料について各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Example 13>
The glassy sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in Example 1 and the glass-ceramic sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in Comparative Example 2 were weighed so as to have a mass ratio of 5: 5. These powders were mixed in an agate mortar for 20 minutes. Next, 2 g of the mixed powder was weighed and put into an alumina ball mill pot (internal volume 400 mL) together with 500 g of zirconia balls having a diameter of 10 mm, and mixed at 125 rpm for 1 hour to obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. Each evaluation was performed about the obtained sulfide type inorganic solid electrolyte material. The obtained results are shown in Table 1.
<比較例3>
実施例12で得られたガラス状の硫化物系無機固体電解質材料を2g秤量し、アルゴングローブボックス中で270℃、2時間加熱処理することでガラスセラミック状の硫化物系無機固体電解質材料を得た。得られたガラスセラミック状の硫化物系無機固体電解質材料について各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Comparative Example 3>
2 g of the glassy sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in Example 12 was weighed and heat-treated in an argon glove box at 270 ° C. for 2 hours to obtain a glass-ceramic sulfide-based inorganic solid electrolyte material. It was. Each evaluation was performed about the obtained glass-ceramic sulfide type inorganic solid electrolyte material. The obtained results are shown in Table 1.
<実施例14>
実施例12で得られたガラス状の硫化物系無機固体電解質材料と比較例3で得られたガラスセラミック状の硫化物系無機固体電解質材料を質量比で5:5になるように秤量し、これら粉末を20分間メノウ乳鉢で混合した。次いで、混合粉末2gを秤量し、φ10mmのジルコニア製ボール500gとともに、アルミナ製ボールミルポット(内容積400mL)に入れ、125rpmで1時間混合することで硫化物系無機固体電解質材料を得た。得られた硫化物系無機固体電解質材料について各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Example 14>
The glassy sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in Example 12 and the glass-ceramic sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in Comparative Example 3 were weighed so as to have a mass ratio of 5: 5. These powders were mixed in an agate mortar for 20 minutes. Next, 2 g of the mixed powder was weighed and put into an alumina ball mill pot (internal volume 400 mL) together with 500 g of zirconia balls having a diameter of 10 mm, and mixed at 125 rpm for 1 hour to obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. Each evaluation was performed about the obtained sulfide type inorganic solid electrolyte material. The obtained results are shown in Table 1.
安息角が57°以上70°以下である実施例1〜14の硫化物系無機固体電解質材料はリチウムイオン伝導性および製膜性に優れていた。これに対し、安息角が57°未満である比較例1〜3の硫化物系無機固体電解質材料はリチウムイオン伝導性に優れていたものの製膜性に劣っていた。
また、ガラス状の硫化物系無機固体電解質材料と、ガラスセラミック状の硫化物系無機固体電解質材料とを混合して得られる実施例13および14の硫化物系無機固体電解質材料はリチウムイオン伝導性が特に優れていた。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte materials of Examples 1 to 14 having an angle of repose of 57 ° to 70 ° were excellent in lithium ion conductivity and film forming property. On the other hand, the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials of Comparative Examples 1 to 3 having an angle of repose of less than 57 ° were inferior in film forming property although they were excellent in lithium ion conductivity.
Further, the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials of Examples 13 and 14 obtained by mixing a glass-like sulfide-based inorganic solid electrolyte material and a glass-ceramic sulfide-based inorganic solid electrolyte material are lithium ion conductive. Was particularly good.
200 全固体型リチウムイオン電池
210 正極層
220 固体電解質層
230 負極層
200 all-solid-state
Claims (10)
25℃、アルゴン雰囲気下で測定される安息角が57°以上70°以下である硫化物系無機固体電解質材料。 A powdered sulfide-based inorganic solid electrolyte material having lithium ion conductivity and containing Li, P and S as constituent elements,
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having an angle of repose of 57 ° to 70 ° measured at 25 ° C. in an argon atmosphere.
前記硫化物系無機固体電解質材料中の前記Pの含有量に対する前記Liの含有量のモル比(Li/P)が1.0以上10.0以下であり、前記Pの含有量に対する前記Sの含有量のモル比(S/P)が1.0以上10.0以下である硫化物系無機固体電解質材料。 The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to claim 1,
The molar ratio (Li / P) of the Li content to the P content in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is 1.0 or more and 10.0 or less, and the S content relative to the P content A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a molar ratio (S / P) of 1.0 to 10.0.
レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における、前記硫化物系無機固体電解質材料の平均粒子径d50が1μm以上40μm以下である硫化物系無機固体電解質材料。 The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to claim 1 or 2,
In weight particle size distribution by a laser diffraction scattering particle size distribution measurement method, the sulfide-based inorganic solid electrolyte average particle size d 50 of material is 1μm or more 40μm or less sulfide-based inorganic solid electrolyte material.
全固体型リチウムイオン電池を構成する固体電解質層に用いられる硫化物系無機固体電解質材料。 In the sulfide system inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 3,
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material used for a solid electrolyte layer constituting an all solid-state lithium ion battery.
線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=15.7±0.3°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度IAとし、回折角2θ=26.9±0.9°の位置に存在する回折ピークの回折強度をIBとしたとき、IB/IAの値が20.0以下である硫化物系無機固体電解質材料。 In the sulfide system inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 4,
In the spectrum obtained by X-ray diffraction using a CuKα ray the highest diffraction intensity at the position of the diffraction angle 2θ = 15.7 ± 0.3 ° and background intensity I A as a radiation source, a diffraction angle 2 [Theta] = 26.9 ± A sulfide-based inorganic solid electrolyte material in which the value of I B / IA is 20.0 or less, where I B is the diffraction intensity of a diffraction peak present at a position of 0.9 °.
27.0℃、印加電圧10mV、測定周波数域0.1Hz〜7MHzの測定条件における交流インピーダンス法による、前記硫化物系無機固体電解質材料のリチウムイオン伝導度が1.0×10−4S・cm−1以上である硫化物系無機固体電解質材料。 The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 5,
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material has a lithium ion conductivity of 1.0 × 10 −4 S · cm according to an AC impedance method under measurement conditions of 27.0 ° C., an applied voltage of 10 mV, and a measurement frequency range of 0.1 Hz to 7 MHz. A sulfide-based inorganic solid electrolyte material that is −1 or more.
前記固体電解質層が請求項7に記載の固体電解質膜により構成されたものである全固体型リチウムイオン電池。 An all-solid-state lithium ion battery in which a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer are laminated in this order,
An all-solid-state lithium ion battery in which the solid electrolyte layer is constituted by the solid electrolyte membrane according to claim 7.
ガラス状の硫化物系無機固体電解質材料(X)と、ガラスセラミック状の硫化物系無機固体電解質材料(Y)とを混合する工程を含む硫化物系無機固体電解質材料の製造方法。 A manufacturing method for manufacturing the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 6,
A method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material comprising a step of mixing a glassy sulfide-based inorganic solid electrolyte material (X) and a glass-ceramic sulfide-based inorganic solid electrolyte material (Y).
前記ガラス状の硫化物系無機固体電解質材料(X)に対する前記ガラスセラミック状の硫化物系無機固体電解質材料(Y)の混合比(質量比)が0.1以上10以下である硫化物系無機固体電解質材料の製造方法。 A method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to claim 9,
A sulfide-based inorganic material having a mixing ratio (mass ratio) of the glass-ceramic sulfide-based inorganic solid electrolyte material (Y) to the glassy sulfide-based inorganic solid electrolyte material (X) of 0.1 to 10 A method for producing a solid electrolyte material.
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