JP2018133227A - Method for manufacturing solid sulfide electrolyte - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid sulfide electrolyte which can suppress the generation of hydrogen sulfide during exposure to the air, and the lowering of ion conductivity.SOLUTION: A method for manufacturing a solid sulfide electrolyte comprises: a ball-milling step of performing, by a ball-mill, a first mechanical milling process on a raw material composition including LiS, PS, LiI and LiBr to synthesize sulfide glass; a particle size-controlling step of adding BiSand an ether compound to the sulfide glass, and performing, by the ball-mill, a second mechanical milling process on the resultant mixture in such a condition that a total crushing energy E per unit weight, defined by a predetermined formula becomes smaller than that in the first mechanical milling process, thereby making the sulfide glass corpuscles while modifying the quality of the sulfide glass with BiS; and a baking step of baking the sulfide glass subjected to quality modification by BiSand atomization into corpuscles at a temperature equal to or higher than a crystallization temperature to obtain a solid sulfide electrolyte, which is a glass ceramic. In the method, these steps are implemented in this order.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本願は、硫化物固体電解質の製造方法を開示するものである。   The present application discloses a method for producing a sulfide solid electrolyte.

難燃性の固体電解質を用いた固体電解質層を有する金属イオン二次電池(例えば、リチウムイオン二次電池等。以下において「全固体電池」ということがある。)は、安全性を確保するためのシステムを簡素化しやすい等の長所を有している。   A metal ion secondary battery having a solid electrolyte layer using a flame retardant solid electrolyte (for example, a lithium ion secondary battery, etc., hereinafter sometimes referred to as “all solid battery”) is used for ensuring safety. It has advantages such as easy to simplify the system.

このような全固体電池に関する技術として、例えば特許文献1には、Li、P、Biを含有し、大気中の水分と接触した際に発生する硫化水素の発生を抑制する硫化物固体電解質材料が開示されている。   As a technique related to such an all solid state battery, for example, Patent Document 1 discloses a sulfide solid electrolyte material that contains Li, P, Bi and suppresses the generation of hydrogen sulfide that occurs when it comes into contact with moisture in the atmosphere. It is disclosed.

また、特許文献2には、LiS、P5、LiI及びLiBrを少なくとも含有する、LiS−P−LiI−LiBr系硫化物固体電解質の製造方法が開示されている。特許文献3には、LiS−P系硫化物固体電解質にFe、ZnO及びBiから選択される化合物を含み、大気暴露時の硫化水素発生の抑制を目的とする硫化物固体電解質が開示されている。 Patent Document 2 discloses a method for producing a Li 2 S—P 2 S 5 —LiI—LiBr-based sulfide solid electrolyte containing at least Li 2 S, P 2 S 5, LiI, and LiBr. . Patent Document 3 includes a compound selected from Fe 2 O 3 , ZnO and Bi 2 O 3 in a Li 2 S—P 2 S 5 -based sulfide solid electrolyte, and is intended to suppress the generation of hydrogen sulfide when exposed to the atmosphere. A sulfide solid electrolyte is disclosed.

特開2014−154376号公報JP 2014-154376 A 特開2015−011898号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2015-011898 国際公開第2011/118799号International Publication No. 2011/118799

特許文献1に記載の硫化物固体電解質では、硫化物固定電解質のバルク中にBi成分が分散してバルクのイオン伝導を阻害し、イオン伝導度が低下するという問題があった。   In the sulfide solid electrolyte described in Patent Document 1, there is a problem that the Bi component is dispersed in the bulk of the sulfide fixed electrolyte to inhibit bulk ionic conduction and the ionic conductivity is lowered.

そこで本開示は、大気暴露時に硫化水素の発生を抑制し且つイオン伝導度の低下を抑制することが可能な硫化物固体電解質を提供することを課題とする。   Then, this indication makes it a subject to provide the sulfide solid electrolyte which can suppress generation | occurrence | production of hydrogen sulfide at the time of atmospheric exposure, and can suppress the fall of ion conductivity.

上記課題を解決するために、本開示は以下の手段をとる。
本開示は、LiS、P、LiI及びLiBrを含む原料組成物に対し、ボールミルを用いた第1のメカニカルミリングを行い、硫化物ガラスを合成するボールミル工程と、硫化物ガラスにBi及びエーテル化合物を添加し、下記式(1)で定義される単位重量当たりの総粉砕エネルギーEが第1のメカニカルミリングよりも小さい条件で、ボールミルを用いた第2のメカニカルミリングを行い、硫化物ガラスをBiで改質しつつ微粒化する粒度調整工程と、Biで改質され且つ微粒化した硫化物ガラスを結晶化温度以上の温度で焼成し、ガラスセラミックスである硫化物固体電解質を得る焼成工程と、をこの順に有する、硫化物固体電解質の製造方法である。
E=1/2nmv/s・t 式(1)
(nはメディアの数(個)、mはメディア1個当たりの重量(kg)、vはメディアの速度(m/s)、sは(i)ボールミル工程においては原料組成物の重量(g)、(ii)粒度調整工程においては硫化物ガラスの重量(g)、tは処理時間(秒)である。)
In order to solve the above problems, the present disclosure takes the following means.
In the present disclosure, a ball mill process for synthesizing a sulfide glass by performing a first mechanical milling using a ball mill on a raw material composition containing Li 2 S, P 2 S 5 , LiI, and LiBr; Bi 2 S 3 and an ether compound are added, and the second mechanical milling using a ball mill is performed under the condition that the total grinding energy E per unit weight defined by the following formula (1) is smaller than that of the first mechanical milling. Performing a particle size adjustment step of atomizing the sulfide glass while reforming the sulfide glass with Bi 2 S 3 , and firing the sulfide glass modified and atomized with Bi 2 S 3 at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature; And a firing step for obtaining a sulfide solid electrolyte, which is a ceramic, in this order.
E = 1/2 nmv 2 / s · t Formula (1)
(N is the number of media (pieces), m is the weight (kg) per media, v is the speed of the media (m / s), s is (i) the weight of the raw material composition in the ball mill process (g) (Ii) In the particle size adjustment step, the weight (g) of sulfide glass and t is the processing time (seconds).

本開示によれば、大気暴露時に硫化水素の発生を抑制し且つイオン伝導度の低下を抑制することが可能な硫化物固体電解質を提供することができる。   According to the present disclosure, it is possible to provide a sulfide solid electrolyte capable of suppressing the generation of hydrogen sulfide during exposure to the atmosphere and suppressing the decrease in ionic conductivity.

図1(a)は、従来技術に係る硫化物固体電解質の製造方法の一例を示すフローチャート、及び、該製造方法により得られる硫化物固体電解質のバルク断面を概念的に示す図であり、図1(b)は、本開示の製造方法の一例を示すフローチャート、及び、該製造方法により得られる硫化物固体電解質のバルク断面を概念的に示す図である。FIG. 1A is a flow chart showing an example of a method for producing a sulfide solid electrolyte according to the prior art, and a diagram conceptually showing a bulk cross section of the sulfide solid electrolyte obtained by the production method. (B) is a flow chart showing an example of the manufacturing method of the present disclosure, and a diagram conceptually showing a bulk cross section of a sulfide solid electrolyte obtained by the manufacturing method. 実施例1及び比較例1の初期伝導度及びHS発生速度の測定結果を示す図である。Is a graph showing measurement results of the initial conductivity and H 2 S evolution rate of Example 1 and Comparative Example 1.

以下、本開示について説明する。なお、以下に示す形態は本開示の例示であり、本開示は以下に示す形態に限定されない。また、特に断らない限り、数値A及びBについて「A〜B」という表記は「A以上B以下」を意味するものとする。かかる表記において数値Bのみに単位を付した場合には、当該単位が数値Aにも適用されるものとする。   Hereinafter, the present disclosure will be described. In addition, the form shown below is an illustration of this indication and this indication is not limited to the form shown below. Unless otherwise specified, the notation “A to B” for the numerical values A and B means “A to B”. In this notation, when a unit is attached to only the numerical value B, the unit is also applied to the numerical value A.

図1(a)は、従来技術に係る硫化物固体電解質の製造方法の一例を示すフローチャート及び該製造方法により得られる硫化物固体電解質のバルク断面を概念的に示す図であり、図1(b)は、本開示の製造方法の一例を示すフローチャート及び該製造方法により得られる硫化物固体電解質のバルク断面を概念的に示す図である。
図1(a)に示すように、従来技術では、大気暴露時に硫化水素の発生を抑制するために、原料の段階からBiを添加し、ボールミル工程により硫化物ガラスを合成し、粒度調整工程、焼成工程を経て、硫化物固体電解質を合成していた。このような方法で得られる硫化物固体電解質においては、図1(a)の右側の図に示すように、Biがバルク内に拡散し、均一に分散した状態で存在するため、Biがバルク内のリチウムイオン伝導を阻害し、イオン伝導度が低下してしまうという問題があった。また、イオン伝導度を維持するために、Biの添加量を減らすと、最表面が暴露される確率が上がるため、耐水性が低下し、大気暴露時に硫化水素が多く発生するという問題があった。
これに対し、本開示の技術では、図1(b)に示すように、ボールミル工程(S1)により原料から硫化物ガラスを合成した後、該硫化物ガラスにBiを添加し、粒度調整工程(S2)、焼成工程(S3)を経て、硫化物固体電解質を合成する。このような本開示の製造方法によれば、図1(b)の右側の図に示すように、バルク表面がBiにより選択的に改質され、バルク表面にBiが濃化した硫化物固体電解質を得ることができる。このような硫化物固体電解質によれば、バルクのイオン伝導度を保持することができ、且つ、反応部位である粒子表面の保護し、機能を強化できるため、硫化水素の発生速度をさらに低下させることができる。
以下、本開示の製造方法が有するボールミル工程(S1)、粒度調整工程(S2)及び焼成工程(S3)について順に説明する。
FIG. 1A is a conceptual diagram showing a flowchart showing an example of a conventional method for producing a sulfide solid electrolyte and a bulk cross section of the sulfide solid electrolyte obtained by the production method. FIG. 2 is a diagram conceptually showing a flowchart showing an example of the manufacturing method of the present disclosure and a bulk cross section of a sulfide solid electrolyte obtained by the manufacturing method.
As shown in FIG. 1A, in the prior art, in order to suppress the generation of hydrogen sulfide during exposure to the atmosphere, Bi 2 S 3 is added from the raw material stage, and a sulfide glass is synthesized by a ball mill process. The sulfide solid electrolyte was synthesized through the adjustment process and the firing process. In the sulfide solid electrolyte obtained by such a method, Bi 2 S 3 diffuses into the bulk and exists in a uniformly dispersed state as shown in the right diagram of FIG. There was a problem that 2 S 3 hindered lithium ion conduction in the bulk and the ionic conductivity was lowered. In addition, if the amount of Bi 2 S 3 added is reduced to maintain ionic conductivity, the probability that the outermost surface is exposed increases, so that the water resistance decreases and a large amount of hydrogen sulfide is generated when exposed to the atmosphere. was there.
On the other hand, in the technique of the present disclosure, as shown in FIG. 1B, after the sulfide glass is synthesized from the raw material by the ball mill step (S1), Bi 2 S 3 is added to the sulfide glass, The sulfide solid electrolyte is synthesized through the adjustment step (S2) and the firing step (S3). According to the manufacturing method of the present disclosure, as shown in the right drawing of FIG. 1 (b), the selectively modified bulk surface by Bi 2 S 3, it is concentrated Bi 2 S 3 in a bulk surface A sulfided solid electrolyte can be obtained. According to such a sulfide solid electrolyte, the bulk ion conductivity can be maintained, and the particle surface as a reaction site can be protected and the function can be enhanced, so that the generation rate of hydrogen sulfide is further reduced. be able to.
Hereinafter, the ball mill process (S1), the particle size adjustment process (S2), and the firing process (S3) included in the manufacturing method of the present disclosure will be described in order.

1.ボールミル工程(S1)
ボールミル工程(以下、「S1」ということがある。)は、LiS、P、LiI及びLiBrを含む原料組成物に対し、ボールミルを用いた第1のメカニカルミリングを行い、硫化物ガラスを合成する工程である。
1. Ball mill process (S1)
In the ball mill process (hereinafter sometimes referred to as “S1”), first mechanical milling using a ball mill is performed on a raw material composition containing Li 2 S, P 2 S 5 , LiI, and LiBr to obtain sulfide. It is a process of synthesizing glass.

(1)原料組成物
本開示における原料組成物は、LiS、P、LiI及びLiBrを含有するものである。原料組成物における各原料の割合は特に限定されるものではない。中でも、LiS及び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。オルト組成又はその近傍の組成を有する硫化物固体電解質とすることができ、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。本開示においては、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。LiS−P系ではLiPSがオルト組成に該当する。LiS−P系硫化物固体電解質の場合、オルト組成を得るLiS及びPの割合は、モル基準で、LiS:P=75:25である。
(1) the raw material composition material composition in the present disclosure is intended to contain Li 2 S, P 2 S 5 , LiI and LiBr. The ratio of each raw material in the raw material composition is not particularly limited. Among them, the proportion of Li 2 S to the total of Li 2 S and P 2 S 5 is preferably in the range of 70 mol% 80 mol%, more preferably in the range of 72mol% ~78mol%, 74mol More preferably, it is in the range of% to 76 mol%. This is because a sulfide solid electrolyte having an ortho composition or a composition in the vicinity thereof can be obtained, and 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 disclosure, the crystal composition to which Li 2 S is most added in the sulfide is referred to as an ortho composition. In the Li 2 S—P 2 S 5 system, Li 3 PS 4 corresponds to the ortho composition. In the case of 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: 25 on a molar basis. .

また、原料組成物におけるLiI及びLiBrの合計の割合は、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%〜35mol%の範囲内であることが好ましく、10mol%〜30mol%の範囲内であることがより好ましく、15mol%〜25mol%の範囲内であることがさらに好ましい。   Further, the total ratio of LiI and LiBr in the raw material composition is not particularly limited as long as a desired sulfide solid electrolyte can be obtained. For example, it is in the range of 10 mol% to 35 mol%. Preferably, it is in the range of 10 mol% to 30 mol%, more preferably in the range of 15 mol% to 25 mol%.

(2)第1のメカニカルミリング
S1において、上記原料組成物に対し、ボールミルを用いた第1のメカニカルミリングを行うことにより、硫化物ガラスを合成する。硫化物ガラスとは、原料組成物を非晶質化して合成した材料をいい、X線回折測定等において結晶としての周期性が観測されない厳密な「ガラス」のみならず、メカニカルミリングにより非晶質化して合成した材料全般を意味する。そのため、X線回折測定等において、例えば原料(LiI等)に由来するピークが観察される場合であっても、非晶質化して合成した材料であれば、硫化物ガラスに該当する。第1のメカニカルミリングは、後述する式(1)で定義される単位重量当たりの総粉砕エネルギーEが、粒度調整工程(S2)における第2のメカニカルミリングよりも大きい条件で行うことを要する。第1のメカニカルミリングは湿式で行っても乾式で行っても良い。湿式のメカニカルミリングは、ボールミル機に原料とともに液体を投入することにより行うことができる。
(2) First mechanical milling In S1, sulfide glass is synthesized by performing first mechanical milling using a ball mill on the raw material composition. Sulfide glass is a material synthesized by amorphizing the raw material composition. It is not only a strict “glass” in which periodicity as a crystal is not observed in X-ray diffraction measurement etc., but also amorphous by mechanical milling. It means all materials synthesized by synthesis. Therefore, even in the case where, for example, a peak derived from a raw material (LiI or the like) is observed in X-ray diffraction measurement or the like, any material synthesized by amorphization corresponds to sulfide glass. The first mechanical milling needs to be performed under conditions where the total grinding energy E per unit weight defined by the formula (1) described later is larger than the second mechanical milling in the particle size adjustment step (S2). The first mechanical milling may be performed wet or dry. Wet mechanical milling can be performed by introducing a liquid together with the raw material into a ball mill.

第1のメカニカルミリングは、原料組成物に機械的エネルギーを付与しながら非晶質化する処理である。本開示ではボールミルを用いて行い、所望の硫化物ガラスを効率良く得る観点から、遊星型ボールミルを用いて行うことが好ましい。   The first mechanical milling is a process of making the material composition amorphous while imparting mechanical energy to the raw material composition. In the present disclosure, it is preferable to use a planetary ball mill from the viewpoint of obtaining a desired sulfide glass efficiently using a ball mill.

また、第1のメカニカルミリングの各種条件は、原料組成物を非晶質化し、硫化物ガラスを得ることができるように設定する。例えば、遊星型ボールミルを用いる場合、容器に原料及び粉砕用ボールを加え、所定の回転数及び時間で処理を行う。一般的に、回転数が大きいほど、硫化物ガラスの生成速度は速くなり、処理時間が長いほど、硫化物ガラスへの転化率は高くなる。遊星型ボールミルを行う際の台盤回転数としては、例えば200rpm〜500rpmの範囲内、中でも250rpm〜400rpmの範囲内であることが好ましい。また、遊星型ボールミルを行う際の処理時間は、例えば1時間〜100時間の範囲内、中でも1時間〜50時間の範囲内であることが好ましい。また、ボールミルに用いられる容器及び粉砕用ボールの材料としては、例えばZrO及び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。 The various conditions of the first mechanical milling are set so that the raw material composition can be made amorphous and sulfide glass can be obtained. For example, when a planetary ball mill is used, raw materials and grinding balls are added to the container, and processing is performed at a predetermined rotation speed and time. Generally, the higher the number of rotations, the faster the generation rate of sulfide glass, and the longer the treatment time, the higher the conversion rate to sulfide glass. The rotation speed of the base plate when performing the planetary ball mill is preferably in the range of, for example, 200 rpm to 500 rpm, and more preferably in the range of 250 rpm to 400 rpm. Further, the treatment time when performing the planetary ball mill is preferably in the range of 1 hour to 100 hours, and more preferably in the range of 1 hour to 50 hours. In addition, examples of the material of the container and ball for pulverization 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.

第1のメカニカルミリングを湿式で行う場合に用いられる液体としては、原料組成物との反応で硫化水素を発生しない非プロトン性液体が好ましい。非プロトン性液体は、通常、極性の非プロトン性液体と、無極性の非プロトン性液体とに大別することができる。   The liquid used when the first mechanical milling is performed in a wet manner is preferably an aprotic liquid that does not generate hydrogen sulfide by the reaction with the raw material composition. Aprotic liquids can be roughly classified into polar aprotic liquids and nonpolar aprotic liquids.

極性の非プロトン性液体としては、特に限定されるものではないが、例えばアセトン等のケトン類;アセトニトリル等のニトリル類;N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)等のアミド類;ジメチルスルホキシド(DMSO)等のスルホキシド類等を挙げることができる。   Although it does not specifically limit as a polar aprotic liquid, For example, Ketones, such as acetone; Nitriles, such as acetonitrile; Amides, such as N, N- dimethylformamide (DMF); Dimethyl sulfoxide (DMSO) And the like.

無極性の非プロトン性液体の一例としては、常温(25℃)で液体の鎖状又は環状のアルカンを挙げることができる。鎖状アルカンの炭素数は、例えば5以上であることが好ましく、常温で液体であればその上限は特に限定されるものではない。鎖状アルカンの具体例としては、ヘプタン等を挙げることができる。なお、鎖状アルカンは、分岐を有するものであっても良い。一方、環状アルカンの具体例としては、シクロペンタン等を挙げることができる。   As an example of the nonpolar aprotic liquid, a linear or cyclic alkane that is liquid at room temperature (25 ° C.) can be given. The number of carbon atoms of the chain alkane is preferably 5 or more, for example, and the upper limit is not particularly limited as long as it is liquid at room temperature. Specific examples of the chain alkane include heptane. The chain alkane may have a branch. On the other hand, specific examples of cyclic alkanes include cyclopentane and the like.

また、無極性の非プロトン性液体の別の例としては、トルエン等の芳香族炭化水素類;ジエチルエーテル等の鎖状エーテル類;テトロヒドロフラン等の環状エーテル類;塩化メチル等のハロゲン化アルキル類;酢酸エチル等のエステル類;フッ化ヘプタン等のフッ素系化合物を挙げることができる。なお、上記液体の添加量は、特に限定されるものではなく、所望の硫化物ガラスを得ることができる程度の量であれば良い。   Other examples of nonpolar aprotic liquids include aromatic hydrocarbons such as toluene; chain ethers such as diethyl ether; cyclic ethers such as tetrohydrofuran; alkyl halides such as methyl chloride. And the like; esters such as ethyl acetate; and fluorine compounds such as heptane fluoride. In addition, the addition amount of the said liquid is not specifically limited, What is necessary is just the quantity which can obtain desired sulfide glass.

2.粒度調整工程(S2)
粒度調整工程(以下、「S2」ということがある。)は、硫化物ガラスにBi及びエーテル化合物を添加し、下記式(1)で定義される単位重量当たりの総粉砕エネルギーEが第1のメカニカルミリングよりも小さい条件で、ボールミルを用いた第2のメカニカルミリングを行い、硫化物ガラスをBiで改質しつつ微粒化する工程である。
E=1/2nmv/s・t 式(1)
(nはメディアの数(個)、mはメディア1個当たりの重量(kg)、vはメディアの速度(m/s)、sは(i)ボールミル工程(S1)においては原料組成物の重量(g)、(ii)粒度調整工程(S2)においては硫化物ガラスの重量(g)、tは処理時間(秒)である。)
2. Particle size adjustment step (S2)
In the particle size adjusting step (hereinafter sometimes referred to as “S2”), Bi 2 S 3 and an ether compound are added to the sulfide glass, and the total grinding energy E per unit weight defined by the following formula (1) is This is a step of performing second mechanical milling using a ball mill under conditions smaller than those of the first mechanical milling and atomizing the sulfide glass while reforming the sulfide glass with Bi 2 S 3 .
E = 1/2 nmv 2 / s · t Formula (1)
(N is the number of media (pieces), m is the weight (kg) per media, v is the speed of the media (m / s), s is the weight of the raw material composition in the (i) ball mill step (S1). (G), (ii) In the particle size adjustment step (S2), the weight (g) of sulfide glass, and t is the processing time (seconds).

S2において、硫化物ガラス、Bi及びエーテル化合物を含有する混合物を調製することが好ましい。この混合物は、必要に応じて溶媒を含有していても良い。また、この混合物は、硫化物ガラス及びBiが、エーテル化合物(及び溶媒)に分散した分散液又はスラリーであることが好ましい。一方、混合液を調製せず、硫化物ガラスとBiとを混合して得られる混合物に対し、第2のメカニカルミリングを行う時にエーテル化合物(及び必要に応じて溶媒)を添加しても良い。 In S2, it is preferable to prepare a mixture containing sulfide glass, Bi 2 S 3 and an ether compound. This mixture may contain a solvent if necessary. Further, this mixture is preferably a dispersion or slurry in which sulfide glass and Bi 2 S 3 are dispersed in an ether compound (and a solvent). On the other hand, an ether compound (and a solvent if necessary) is added to the mixture obtained by mixing sulfide glass and Bi 2 S 3 without preparing a mixed solution when performing the second mechanical milling. Also good.

(1)Bi
S2において、硫化物ガラスにBiを添加することにより、S2後に、Biにより改質され且つ微粒化した硫化物ガラス(以下、単に「Bi改質微小硫化物ガラス」ということがある。)を得ることができる。また、後述する焼成工程(S3)後に、Biにより改質された硫化物固体電解質を得ることができる。
(1) Bi 2 S 3
In S2, by adding Bi 2 S 3 to the sulfide glass, the sulfide glass modified by Bi 2 S 3 and atomized after S2 (hereinafter simply referred to as “Bi-modified microsulfide glass”) There is.) Further, it is possible after the firing step described later (S3), to obtain a sulfide solid electrolyte modified with Bi 2 S 3.

Biの添加量は、硫化物ガラス及びBiの合計100mol%に対して、例えば0.5mol%〜5mol%の範囲内であることが好ましい。Biの添加量が少なすぎると、大気暴露時に硫化水素の発生を抑制することが困難になる可能性があり、Biの添加量が多すぎると、固体電解質のリチウムイオン伝導性が低下する可能性があるからである。 The amount of Bi 2 S 3 added is preferably in the range of 0.5 mol% to 5 mol%, for example, with respect to the total 100 mol% of sulfide glass and Bi 2 S 3 . If the amount of Bi 2 S 3 added is too small, it may be difficult to suppress the generation of hydrogen sulfide during exposure to the atmosphere. If the amount of Bi 2 S 3 added is too large, the lithium ion conductivity of the solid electrolyte will be reduced. This is because there is a possibility that the performance may be lowered.

(2)エーテル化合物
本開示におけるエーテル化合物は、エーテル基(C−O−C)を有するものであれば特に限定されるものではない。中でも、エーテル化合物は、酸素原子に結合した2つの炭化水素基を有することが好ましい。硫化物ガラスとの反応性が低いからである。また、上記炭化水素基の炭素数は、それぞれ10以下であることが好ましい。炭素数が大きすぎると、乾燥によるエーテル化合物の除去が困難になる可能性があるからである。
(2) Ether Compound The ether compound in the present disclosure is not particularly limited as long as it has an ether group (C—O—C). Among these, the ether compound preferably has two hydrocarbon groups bonded to an oxygen atom. This is because the reactivity with sulfide glass is low. Moreover, it is preferable that carbon number of the said hydrocarbon group is 10 or less, respectively. This is because if the carbon number is too large, it may be difficult to remove the ether compound by drying.

上記炭化水素基は、鎖状であっても良く、環状であっても良い。また、上記炭化水素基は、飽和炭化水素基又は芳香族炭化水素基であることが好ましい。上記炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基、ベンジル基等の芳香族炭化水素基等を挙げることができる。エーテル化合物の具体例としては、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、アニソール等を挙げることができる。また、エーテル化合物の分子量は、例えば46〜278の範囲内であることが好ましく、74〜186の範囲内であることがより好ましい。   The hydrocarbon group may be chain-like or cyclic. The hydrocarbon group is preferably a saturated hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group. Examples of the hydrocarbon group include an alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, and a butyl group, a cycloalkyl group such as a cyclopentyl group and a cyclohexyl group, and an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group and a benzyl group. Can be mentioned. Specific examples of the ether compound include dimethyl ether, ethyl methyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, cyclopentyl methyl ether, anisole and the like. The molecular weight of the ether compound is preferably in the range of 46 to 278, for example, and more preferably in the range of 74 to 186.

また、エーテル化合物の添加量は、硫化物ガラス及びBiの合計に対して、例えば0.01重量%〜100重量%の範囲内であることが好ましく、0.1重量%〜100重量%の範囲内であることがより好ましく、1重量%〜50重量%の範囲内であることがさらに好ましい。エーテル化合物の添加量が少なすぎると、S2における硫化物ガラス又はBi改質微小硫化物ガラスの造粒、及び、メディアへの硫化物ガラス、Bi又はBi改質微小硫化物ガラスの付着を防止することが困難になる可能性があり、エーテル化合物の添加量が多すぎると、エーテル化合物の除去が困難になる可能性があるからである。 Further, the addition amount of the ether compound is preferably in the range of 0.01% by weight to 100% by weight, for example, 0.1% by weight to 100% by weight with respect to the total of sulfide glass and Bi 2 S 3. % Is more preferable, and it is further preferable to be in the range of 1% by weight to 50% by weight. If the amount of the ether compound added is too small, granulation of the sulfide glass or Bi modified microsulfide glass in S2 and adhesion of the sulfide glass, Bi 2 S 3 or Bi modified microsulfide glass to the media This is because it is difficult to prevent the removal of the ether compound, and if the amount of the ether compound added is too large, it may be difficult to remove the ether compound.

(3)溶媒
本開示においては、エーテル化合物に加えて、溶媒を添加しても良い。第2のメカニカルミリングとして、溶媒を用いた湿式のメカニカルミリングを行うことで、S2における硫化物ガラス又はBi改質微小硫化物ガラスの造粒、及び、メディアへの硫化物ガラス、Bi又はBi改質微小硫化物ガラスの付着を防止できるからである。上記溶媒としては、例えば、ヘプタン、ヘキサン、オクタン等のアルカン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素等を挙げることができる。なお、上記液体の添加量は、特に限定されるものではなく、所望のBi改質微小硫化物ガラスを得ることができる程度の量であれば良い。また、上記溶媒は、水分量が少ないものであることが好ましい。硫化水素の発生(Bi改質微小硫化物ガラスの劣化)を抑制できるからである。
(3) Solvent In the present disclosure, a solvent may be added in addition to the ether compound. By performing wet mechanical milling using a solvent as the second mechanical milling, granulation of the sulfide glass or Bi-modified microsulfide glass in S2, and sulfide glass to the medium, Bi 2 S 3 Alternatively, the Bi-modified microsulfide glass can be prevented from adhering. Examples of the solvent include alkanes such as heptane, hexane, and octane, and aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene. In addition, the addition amount of the said liquid is not specifically limited, What is necessary is just the quantity which can obtain desired Bi modified | denatured micro sulfide glass. Moreover, it is preferable that the said solvent is a thing with little water content. This is because generation of hydrogen sulfide (deterioration of Bi-modified microsulfide glass) can be suppressed.

(4)第2のメカニカルミリング
第2のメカニカルミリングは、硫化物ガラスをBiで改質しつつ微粒化する処理である。本開示ではボールミルを用いて行い、所望のBi改質微小硫化物ガラスを効率良く得る観点から、遊星型ボールミルを用いて行うことが好ましい。
(4) Second mechanical milling The second mechanical milling is a process of atomizing the sulfide glass while reforming it with Bi 2 S 3 . In the present disclosure, it is preferably performed using a ball mill, and from the viewpoint of efficiently obtaining a desired Bi-modified microsulfide glass, it is preferably performed using a planetary ball mill.

また、第2のメカニカルミリングの各種条件は、硫化物ガラスを所望の粒子径に粉砕しつつ、Biにより改質することができるように設定する。例えば、遊星型ボールミルを用いる場合、硫化物ガラス、Bi、エーテル化合物、溶媒及び粉砕用ボールを加え、所定の回転数及び時間で処理を行う。粉砕用ボールのボール径(φ)としては、例えば、0.05mm〜2mmの範囲内であることが好ましく、0.3mm〜1mmの範囲内であることがより好ましい。上記ボール径が小さすぎると、粉砕用ボールのハンドリングが難しく、コンタミの原因となる可能性があるからであり、上記ボール径が大きすぎると、硫化物ガラスを所望の粒子径に粉砕しつつ、Biにより改質することが困難になる可能性があるからである。また、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、100rpm〜400rpmの範囲内であることが好ましく、150rpm〜300rpm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、0.5時間〜5時間の範囲内であることが好ましく、1時間〜4時間の範囲内であることがより好ましい。 The various conditions of the second mechanical milling are set so that the sulfide glass can be modified by Bi 2 S 3 while being pulverized to a desired particle size. For example, when a planetary ball mill is used, a sulfide glass, Bi 2 S 3 , an ether compound, a solvent and a grinding ball are added, and the treatment is performed at a predetermined rotation speed and time. The ball diameter (φ) of the grinding balls is preferably in the range of 0.05 mm to 2 mm, for example, and more preferably in the range of 0.3 mm to 1 mm. If the ball diameter is too small, handling of the grinding balls is difficult and may cause contamination.If the ball diameter is too large, the sulfide glass is ground to a desired particle diameter, This is because it may be difficult to modify with Bi 2 S 3 . In addition, the rotation speed of the base plate when performing the planetary ball mill is, for example, preferably within a range of 100 rpm to 400 rpm, and more preferably within a range of 150 rpm to 300 rpm. Further, the treatment time when performing the planetary ball mill is, for example, preferably in the range of 0.5 hours to 5 hours, and more preferably in the range of 1 hour to 4 hours.

また、S2においては、下記式(1)で定義される、単位重量当たりの総粉砕エネルギーEが、第1のメカニカルミリングよりも小さい条件で、ボールミルを用いた第2のメカニカルミリングを行うことが重要である。かかる条件を満たすことにより、硫化物ガラスを微粒化しつつ、硫化物ガラスのバルク表面をBiで選択的に改質することができ、Biがバルク表面に濃化したBi改質微小硫化物ガラスを得ることができる。
また、かかる条件を満たしつつ、S2における単位重量当たりの総粉砕エネルギーEは、50J・sec/g〜450J・sec/gの範囲内であることが好ましく、100J・sec/g〜300J・sec/gの範囲内であることがより好ましい。より微粒化したBi改質微小硫化物ガラスを得ることができるからである。
E=1/2nmv/s・t 式(1)
式(1)において、nはメディアの数(個)、mはメディア1個当たりの重量(kg)、vはメディアの速度(m/s)、sは(i)ボールミル工程(S1)においては原料組成物の重量(g)、(ii)粒度調整工程(S2)においては硫化物ガラスの重量(g)、tは処理時間(秒)である。式(1)は、メディア(例えばビーズ、ボール)の運動エネルギーが、全て原料組成物又は硫化物ガラスの粉砕に用いられたと仮定した場合の総粉砕エネルギーを示すものである。
なお、メディアの速度vは、メディア型粉砕処理の種類に応じて、適宜求めることができる。例えば遊星型ボールミルである場合、メディアの速度vは式(2)で求めることができる。
v=dπRα/1000/60 式(2)
式(2)において、dはポット(容器)の直径(mm)、Rは台盤回転数(rpm)、αは自公転比である。
In S2, the second mechanical milling using the ball mill may be performed under the condition that the total grinding energy E per unit weight defined by the following formula (1) is smaller than that of the first mechanical milling. is important. By satisfying these conditions, the bulk surface of the sulfide glass can be selectively modified with Bi 2 S 3 while atomizing the sulfide glass, and Bi 2 S 3 is concentrated on the bulk surface. Quality microsulfide glass can be obtained.
In addition, the total grinding energy E per unit weight in S2 is preferably in the range of 50 J · sec / g to 450 J · sec / g, while satisfying such conditions, 100 J · sec / g to 300 J · sec / g. More preferably, it is within the range of g. This is because a more refined Bi-modified microsulfide glass can be obtained.
E = 1/2 nmv 2 / s · t Formula (1)
In equation (1), n is the number of media (pieces), m is the weight (kg) per media, v is the speed of the media (m / s), and s is (i) in the ball mill step (S1). Weight (g) of raw material composition, (ii) In the particle size adjustment step (S2), the weight (g) of sulfide glass, and t is the treatment time (seconds). Formula (1) shows the total grinding energy when it is assumed that the kinetic energy of the media (for example, beads and balls) is all used for grinding the raw material composition or sulfide glass.
The media speed v can be determined as appropriate according to the type of media-type grinding process. For example, in the case of a planetary ball mill, the velocity v of the medium can be obtained by Expression (2).
v = dπRα / 1000/60 Formula (2)
In formula (2), d is the diameter (mm) of the pot (container), R is the number of rotations of the base plate (rpm), and α is the revolution ratio.

本開示においては、第2のメカニカルミリングを行う際にエーテル化合物を用いているため、エーテル化合物が硫化物ガラス及びBiの分散剤として機能し、硫化物ガラス、Bi又はBi改質微小硫化物ガラスの付着及び造粒を防止することができる。その結果、Bi改質微小硫化物ガラスを高い回収率で得ることができる。Bi改質微小硫化物ガラスの回収率としては、例えば、90%以上であることが好ましく、95%以上であることがより好ましい。なお、上記回収率は、(Bi改質微小硫化物ガラスの回収量)/(硫化物ガラス及びBiの投入量)により算出することができる。 In the present disclosure, since an ether compound is used when performing the second mechanical milling, the ether compound functions as a dispersant for sulfide glass and Bi 2 S 3 , and sulfide glass, Bi 2 S 3 or Bi. Adhesion and granulation of the modified microsulfide glass can be prevented. As a result, Bi-modified microsulfide glass can be obtained with a high recovery rate. The recovery rate of the Bi-modified microsulfide glass is preferably 90% or more, and more preferably 95% or more, for example. The recovery rate can be calculated by (recovered amount of Bi-modified microsulfide glass) / (input amount of sulfide glass and Bi 2 S 3 ).

本開示においては、S2の後に、エーテル化合物(及び溶媒)を除去する乾燥工程を有することが好ましい。乾燥温度は、結晶化温度未満の温度で乾燥を行う必要がある。乾燥時間は、例えば10分以上24時間以下とすることができる。   In the present disclosure, it is preferable to have a drying step for removing the ether compound (and the solvent) after S2. It is necessary to perform drying at a temperature lower than the crystallization temperature. The drying time can be, for example, 10 minutes to 24 hours.

S2により得られるBi改質微小硫化物ガラスの平均粒径(D50)は、硫化物ガラスよりも小さければ特に限定されるものではないが、例えば、0.1μm〜5μmの範囲内であることが好ましく、0.5μm〜4μmの範囲内であることがより好ましい。なお、上記平均粒径は、例えば、粒度分布計により決定することができる。 The average particle diameter (D 50 ) of the Bi-modified microsulfide glass obtained by S2 is not particularly limited as long as it is smaller than that of the sulfide glass. For example, it is within the range of 0.1 μm to 5 μm. Is preferable, and it is more preferable that it is in the range of 0.5 μm to 4 μm. In addition, the said average particle diameter can be determined with a particle size distribution meter, for example.

3.焼成工程(S3)
焼成工程(以下、「S3」ということがある。)は、Biで改質され且つ微粒化した硫化物ガラス(Bi改質微小硫化物ガラス)を結晶化温度以上の温度で焼成し、ガラスセラミックスである硫化物固体電解質を得る工程である。
3. Firing step (S3)
The firing step (hereinafter sometimes referred to as “S3”) involves firing a sulfide glass modified with Bi 2 S 3 and atomized (Bi-modified microsulfide glass) at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature. This is a step of obtaining a sulfide solid electrolyte which is a glass ceramic.

Bi改質微小硫化物ガラスの結晶化温度は、示差熱分析(DTA)により決定することができる。Bi改質微小硫化物ガラスの結晶化温度は、Bi改質微小硫化物ガラスの組成によって異なるが、例えば、130℃以上250℃以下の範囲内である。また、結晶化温度以上の温度で焼成する時間は、Bi改質微小硫化物ガラスが結晶化する時間であれば特に限定されず、例えば、5分以上5時間以下とすることができる。   The crystallization temperature of the Bi-modified microsulfide glass can be determined by differential thermal analysis (DTA). The crystallization temperature of the Bi-modified microsulfide glass varies depending on the composition of the Bi-modified microsulfide glass, but is, for example, in the range of 130 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. The time for firing at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature is not particularly limited as long as the Bi-modified microsulfide glass is crystallized, and can be, for example, 5 minutes to 5 hours.

S3における焼成の温度の上限は、特に限定されるものではないが、温度が高すぎると、ガラスセラミックスである硫化物固体電解質にLiイオンの伝導性が低い結晶相(低Liイオン伝導相と称する。)が生成するため、低Liイオン伝導相の生成温度未満で焼成することが好ましい。低Liイオン伝導相の生成温度は、CuKα線を用いたX線回折測定により特定することができる。低Liイオン伝導相の生成温度は、Bi改質微小硫化物ガラスの組成によって異なるが、例えば、230℃以上500℃以下の範囲内である。   The upper limit of the firing temperature in S3 is not particularly limited, but if the temperature is too high, the sulfide solid electrolyte, which is a glass ceramic, has a low Li ion conductivity (referred to as a low Li ion conduction phase). )) Is preferably generated at a temperature lower than the generation temperature of the low Li ion conductive phase. The generation temperature of the low Li ion conducting phase can be specified by X-ray diffraction measurement using CuKα rays. The generation temperature of the low Li ion conducting phase varies depending on the composition of the Bi-modified microsulfide glass, but is, for example, in the range of 230 ° C. or higher and 500 ° C. or lower.

本開示の製造方法により得られる硫化物固体電解質はBiにより改質されているため耐水性が向上しており、大気暴露時の硫化水素の発生の抑制を抑制することができる。また、本開示によれば、Biが硫化物固体電解質のバルク中に均一に分散せず、バルク表面に濃化するため、バルクのイオン伝導を阻害し難い。すなわち、本開示によれば、従来困難であった耐水性の向上とイオン伝導度の保持とを両立することができる。 Since the sulfide solid electrolyte obtained by the production method of the present disclosure is modified by Bi 2 S 3, the water resistance is improved, and suppression of generation of hydrogen sulfide during exposure to the atmosphere can be suppressed. In addition, according to the present disclosure, Bi 2 S 3 is not uniformly dispersed in the bulk of the sulfide solid electrolyte and is concentrated on the bulk surface, so that it is difficult to inhibit bulk ion conduction. That is, according to the present disclosure, it is possible to achieve both improvement in water resistance and maintenance of ionic conductivity, both of which have been difficult in the past.

本開示の製造方法により得られる硫化物固体電解質において、イオン伝導度を保持するとは、具体的には、硫化物ガラスのイオン伝導度に対して、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは80%以上、特に好ましくは90%以上のイオン伝導度を保持することを意味する。なお、硫化物固体電解質のイオン伝導度は、例えば、交流インピーダンス法により決定することができる。   In the sulfide solid electrolyte obtained by the production method of the present disclosure, specifically, maintaining ionic conductivity is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, relative to the ionic conductivity of sulfide glass. It means that the ionic conductivity is more preferably 80% or more, particularly preferably 90% or more. In addition, the ionic conductivity of the sulfide solid electrolyte can be determined by, for example, an AC impedance method.

本開示の製造方法で得られる硫化物固体電解質は、バルク表面のBi存在割合がBiとPの合計(Bi+P)に対して0.0066以上0.07以下のLiS−P−LiBr−LiI−Bi系硫化物固体電解質であることが好ましい。なお、バルク表面のBiとPとの合計(Bi+P)に対するBiの比は、例えば、X線光電分光法(XPS)により求めることができる。 In the sulfide solid electrolyte obtained by the production method of the present disclosure, Li 2 S—P 2 S 5 − in which the Bi existing ratio on the bulk surface is 0.0066 or more and 0.07 or less with respect to the total of Bi and P (Bi + P). A LiBr—LiI—Bi 2 S 3 -based sulfide solid electrolyte is preferable. Note that the ratio of Bi to the sum of Bi and P on the bulk surface (Bi + P) can be determined by, for example, X-ray photoelectric spectroscopy (XPS).

[硫化物固体電解質の合成]
<実施例1>
(ボールミル工程)
LiS(フルウチ化学製)0.5503gと、P(アルドリッチ製)0.8874gと、LiI(日宝化学製)0.2850gと、LiBr(高純度化学研究所製)0.2773gと(原料組成物合計2g)を、メディアとして5mm径のジルコニアボール(合計53g)を入れたジルコニアポット(容量45ml)に投入し、その後脱水へプタン(関東化学工業製)を4g入れてふたをした。これを遊星型ボールミル装置(Fritsch P−7)にセットし、台盤回転数500rpmで、20時間メカニカルミリング(第1のメカニカルミリング)することで硫化物ガラスを得た。
(粒度調整工程)
この硫化物ガラス1.9465gと、Bi(アルドリッチ製)0.0535g(硫化物ガラス及びBiの合計100mol%に対し0.5mol%に相当する量)とを、メディアとして0.3mm径のジルコニアボール(合計40g)を入れた上記ジルコニアポットに再度投入し、ジブチルエーテル(キシダ化学製)を2g、ヘプタン6gを入れてふたをした。これを上記遊星型ボールミル装置に再度セットし、台盤回転数200rpmで、20時間メカニカルミリング(第2のメカニカルミリング)することで、Biにより改質され且つ微粒化した硫化物ガラス(Bi改質微小硫化物ガラス)を得た。
(焼成工程)
得られたBi改質微小硫化物ガラスを不活性雰囲気下、結晶化温度以上の温度で3h加熱することによって焼成を行い、実施例1に係る硫化物固体電解質を得た。
[Synthesis of sulfide solid electrolyte]
<Example 1>
(Ball mill process)
Li 2 S (manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.) 0.5503 g, P 2 S 5 (manufactured by Aldrich) 0.8874 g, LiI (manufactured by Nichiho Chemical) 0.2850 g, LiBr (manufactured by High Purity Chemical Research Laboratory) 0.2773 g (Total 2 g of raw material composition) is put into a zirconia pot (capacity 45 ml) containing 5 mm diameter zirconia balls (total 53 g) as a medium, and then 4 g of dehydrated heptane (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) is put into the lid. did. This was set in a planetary ball mill apparatus (Fritsch P-7), and sulfide glass was obtained by mechanical milling (first mechanical milling) for 20 hours at a base plate rotation speed of 500 rpm.
(Granularity adjustment process)
1.9465 g of this sulfide glass and 0.0535 g of Bi 2 S 3 (manufactured by Aldrich) (amount corresponding to 0.5 mol% with respect to 100 mol% in total of sulfide glass and Bi 2 S 3 ) were used as media. The zirconia pot containing 3 mm diameter zirconia balls (total of 40 g) was charged again, 2 g of dibutyl ether (manufactured by Kishida Chemical) and 6 g of heptane were put on the lid. This is again set in the planetary ball mill apparatus, and is subjected to mechanical milling (second mechanical milling) for 20 hours at a base plate rotation speed of 200 rpm, whereby the sulfide glass modified and atomized by Bi 2 S 3 ( Bi-modified microsulfide glass) was obtained.
(Baking process)
The obtained Bi-modified microsulfide glass was baked by heating for 3 h at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature in an inert atmosphere to obtain a sulfide solid electrolyte according to Example 1.

<比較例1>
LiS(フルウチ化学製)0.5356gと、P(アルドリッチ製)0.8636gと、LiI(日宝化学製)0.2773gと、LiBr(高純度化学研究所製)0.2699gと、Bi(アルドリッチ製)0.0535g(各原料及びBiの合計100mol%に対し0.5mol%に相当する量)とを、メディアとして5mm径のジルコニアボール(合計53g)を入れたジルコニアポット(容量45ml)に投入し、その後脱水へプタン(関東化学工業製)を4g入れてふたをした。これを遊星型ボールミル装置(Fritsch P−7)にセットし、実施例1のボールミル工程と同様の条件で20時間メカニカルミリングすることで硫化物ガラスを得た。
この硫化物ガラス2gを、メディアとして0.3mm径のジルコニアボール(合計40g)を入れた上記ジルコニアポットに再度投入し、ジブチルエーテル(キシダ化学製)を2g、ヘプタン6gを入れてふたをした。これを上記遊星型ボールミル装置に再度セットし、実施例1の粒度調整工程と同様の条件で20時間撹拌させることで、微粒化した硫化物ガラスを得た。
微粒化した硫化物ガラスを実施例1と同様に焼成を行い、比較例1に係る硫化物固体電解質を得た。
<Comparative Example 1>
Li 2 S (manufactured by Furuuchi Chemical) 0.5356 g, P 2 S 5 (manufactured by Aldrich) 0.8636 g, LiI (manufactured by Nichibo Chemical) 0.2773 g, and LiBr (manufactured by High-Purity Chemical Laboratory) 0.2699 g And 0.055 g of Bi 2 S 3 (manufactured by Aldrich) (amount corresponding to 0.5 mol% with respect to the total of 100 mol% of each raw material and Bi 2 S 3 ) as media, 5 mm diameter zirconia balls (53 g in total) Was put in a zirconia pot (capacity 45 ml), and then 4 g of dehydrated heptane (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was put on the lid. This was set in a planetary ball mill apparatus (Fritsch P-7), and sulfide glass was obtained by mechanical milling for 20 hours under the same conditions as in the ball mill process of Example 1.
2 g of this sulfide glass was again put into the zirconia pot containing 0.3 mm diameter zirconia balls (total of 40 g) as media, and 2 g of dibutyl ether (manufactured by Kishida Chemical) and 6 g of heptane were put on the lid. This was set again in the planetary ball mill apparatus and stirred for 20 hours under the same conditions as in the particle size adjustment step of Example 1 to obtain atomized sulfide glass.
The atomized sulfide glass was fired in the same manner as in Example 1 to obtain a sulfide solid electrolyte according to Comparative Example 1.

[測定項目]
1.Biの表面存在割合
XPSにより、実施例1及び比較例1で得られた硫化物固体電解質の表面におけるBiの存在割合を、BiとPとの合計(Bi+P)に対するBiの比として求めた。結果を表1に示す。
[Measurement item]
1. Bi surface abundance ratio By XPS, the Bi abundance ratio on the surface of the sulfide solid electrolyte obtained in Example 1 and Comparative Example 1 was determined as the ratio of Bi to the sum of Bi and P (Bi + P). The results are shown in Table 1.

2.伝導度測定
実施例1及び比較例1で得られた硫化物固体電解質100mgを秤量し、ペレット成型機にて4tプレスを行い、伝導度セルを作製した。当該伝導度セルに対する交流インピーダンス測定によって得られた抵抗と、ペレット厚みとから初期伝導度を算出した。結果を図2に示す。
2. Conductivity measurement 100 mg of the sulfide solid electrolyte obtained in Example 1 and Comparative Example 1 was weighed and subjected to a 4t press with a pellet molding machine to produce a conductivity cell. The initial conductivity was calculated from the resistance obtained by AC impedance measurement for the conductivity cell and the pellet thickness. The results are shown in FIG.

3.HS発生量測定
2Lの密閉型のデシケータを用意し、中に水10ccの入った容器、HSセンサー、循環用ファンを入れて大気温度、湿度が安定するまで放置した。温度・湿度が安定した後に、実施例1及び比較例1で得られた硫化物固体電解質の粉末100mgを入れたシャーレをデシケータ内に静置し、発生したHS量をセンサーでモニターすることでHS発生速度を算出した。結果を図2に示す。
3. Measurement of H 2 S generation amount A 2 L sealed desiccator was prepared, and a container containing 10 cc of water, an H 2 S sensor, and a circulation fan were placed in the container and left until the atmospheric temperature and humidity were stabilized. After the temperature and humidity have stabilized, place the petri dish containing 100 mg of the sulfide solid electrolyte powder obtained in Example 1 and Comparative Example 1 in a desiccator, and monitor the amount of generated H 2 S with a sensor. Was used to calculate the H 2 S generation rate. The results are shown in FIG.

表1及び図2における実施例1と比較例1との測定結果の比較より、本開示の製造方法によれば、表面にBiが濃化した硫化物固体電解質を作製可能であることが確認された。また、該硫化物固体電解質は、高いイオン伝導度を保持しつつ大気暴露時に硫化水素の発生を抑制可能であることが確認された。 From the comparison of the measurement results of Example 1 and Comparative Example 1 in Table 1 and FIG. 2, according to the manufacturing method of the present disclosure, it is possible to produce a sulfide solid electrolyte having Bi 2 S 3 concentrated on the surface. Was confirmed. Further, it was confirmed that the sulfide solid electrolyte can suppress generation of hydrogen sulfide when exposed to the atmosphere while maintaining high ionic conductivity.

Claims (1)

LiS、P、LiI及びLiBrを含む原料組成物に対し、ボールミルを用いた第1のメカニカルミリングを行い、硫化物ガラスを合成するボールミル工程と、
前記硫化物ガラスにBi及びエーテル化合物を添加し、下記式(1)で定義される単位重量当たりの総粉砕エネルギーEが前記第1のメカニカルミリングよりも小さい条件で、ボールミルを用いた第2のメカニカルミリングを行い、前記硫化物ガラスをBiで改質しつつ微粒化する粒度調整工程と、
Biで改質され且つ微粒化した前記硫化物ガラスを結晶化温度以上の温度で焼成し、ガラスセラミックスである硫化物固体電解質を得る焼成工程と、
をこの順に有する、硫化物固体電解質の製造方法。
E=1/2nmv/s・t 式(1)
(nはメディアの数(個)、mはメディア1個当たりの重量(kg)、vはメディアの速度(m/s)、sは(i)前記ボールミル工程においては前記原料組成物の重量(g)、(ii)前記粒度調整工程においては前記硫化物ガラスの重量(g)、tは処理時間(秒)である。)
A ball mill step of performing a first mechanical milling using a ball mill on a raw material composition containing Li 2 S, P 2 S 5 , LiI and LiBr to synthesize sulfide glass;
Bi 2 S 3 and an ether compound were added to the sulfide glass, and a ball mill was used under the condition that the total grinding energy E per unit weight defined by the following formula (1) was smaller than that of the first mechanical milling. A particle size adjusting step of performing second mechanical milling and atomizing the sulfide glass while reforming the sulfide glass with Bi 2 S 3 ;
Firing the sulfide glass modified and atomized with Bi 2 S 3 at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature to obtain a sulfide solid electrolyte which is a glass ceramic;
A method for producing a sulfide solid electrolyte, comprising:
E = 1/2 nmv 2 / s · t Formula (1)
(N is the number of media (pieces), m is the weight (kg) per media, v is the speed of the media (m / s), s is (i) the weight of the raw material composition in the ball mill process ( g), (ii) In the particle size adjusting step, the weight (g) of the sulfide glass and t is the processing time (seconds).
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