JP2019031437A - Method of manufacturing metal hydrosulfide - Google Patents

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Abstract

To provide a method of manufacturing a metal hydrosulfide.SOLUTION: A method of manufacturing a metal hydrosulfide includes generating a metal hydrosulfide by bringing one or more metal sulfides selected from the group consisting of alkali metal sulfides and alkali earth metal sulfides into contact with a sulfide bond-containing compound in an organic solvent.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、改質金属硫化物の製造方法、及びそれを用いた硫化物系固体電解質ガラス及び硫化物系固体電解質ガラスセラミックスの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a modified metal sulfide, a sulfide-based solid electrolyte glass using the same, and a method for producing a sulfide-based solid electrolyte glass ceramic.

リチウムイオン電池の電解質として、硫化物系固体電解質が挙げられる。硫化リチウムは、硫化物系固体電解質の原料として用いられる。硫化物系固体電解質の製造を容易にする目的で、より反応しやすい硫化リチウムが要望されていた。
特許文献1には、主としてアルコール溶媒で改質し、硫化リチウムの反応性を向上させるという発明が開示されている。しかしながら、一般に、気体に比べて溶媒を用いるプロセスは多くの設備を要する。そのため、アルコール溶媒を用いた場合にも、多くの設備を要するという課題が有った。
Examples of the electrolyte of the lithium ion battery include a sulfide-based solid electrolyte. Lithium sulfide is used as a raw material for sulfide-based solid electrolytes. For the purpose of facilitating the production of sulfide-based solid electrolytes, lithium sulfide that is more reactive has been desired.
Patent Document 1 discloses an invention in which the reactivity of lithium sulfide is improved mainly by modification with an alcohol solvent. However, in general, a process using a solvent requires more equipment than a gas. Therefore, even when an alcohol solvent is used, there is a problem that many facilities are required.

特開2011−136899号公報JP 2011-136899 A

本発明の目的は、金属硫化物の比表面積を増大させることができる、新規な改質金属硫化物の製造方法、及びそれを用いた硫化物系固体電解質ガラス及び硫化物系固体電解質ガラスセラミックスの製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a novel modified metal sulfide production method capable of increasing the specific surface area of metal sulfide, and sulfide-based solid electrolyte glass and sulfide-based solid electrolyte glass ceramics using the same. It is to provide a manufacturing method.

本発明によれば、以下の改質金属硫化物の製造方法等が提供される。
1.アルカリ金属硫化物及びアルカリ土類金属硫化物からなる群から選ばれる1以上の金属硫化物を、スルフィド結合含有化合物と、有機溶媒中で接触させることにより、金属水硫化物を生成する第1の工程、及び
前記金属水硫化物を、脱硫化水素化反応により、金属硫化物とする第2の工程を含む、
比表面積が増大した改質金属硫化物の製造方法。
2.アルカリ金属硫化物及びアルカリ土類金属硫化物からなる群から選ばれる1以上の金属硫化物を、スルフィド結合含有化合物と、有機溶媒中、第1の温度で接触させて、反応物を得る第1の工程、及び
前記反応物を、前記第1の温度より高い第2の温度で加熱する第2の工程を含む、
比表面積が増大した改質金属硫化物を製造する方法。
3.前記第1の温度が−20℃〜150℃であり、前記第2の温度が20℃〜250℃である2記載の改質金属硫化物の製造方法。
4.前記第1の工程を、異なる第1の温度で2回以上実施し、回を重ねる毎に温度を上げる、2又は3記載の改質金属硫化物の製造方法。
5.前記第1の工程を、異なる第1の温度で2回実施する、4記載の改質金属硫化物の製造方法。
6.前記異なる第1の温度が、20℃〜60℃、及び、60℃より高く100℃以下である、5記載の改質金属硫化物の製造方法。
7.前記異なる第1の温度が、40℃〜60℃、及び、60℃より高く80℃以下である、5記載の改質金属硫化物の製造方法。
8.前記第1の工程の圧力が常圧以上0.85MPa以下である2〜7のいずれかに記載の改質金属硫化物の製造方法。
9.さらに、前記金属硫化物の製造工程を有し、
前記製造工程に続けて前記第1の工程及び第2の工程を実施する、2〜8のいずれかに記載の改質金属硫化物の製造方法。
10.前記アルカリ金属硫化物及びアルカリ土類金属硫化物からなる群から選ばれる1以上の金属硫化物が、アルカリ金属硫化物である1〜9のいずれか記載の改質金属硫化物の製造方法。
11.前記アルカリ金属硫化物が、硫化リチウムである10記載の改質金属硫化物の製造方法。
12.上記1〜11のいずれか記載の方法で改質金属硫化物を製造し、
前記改質金属硫化物と、硫化リン、単体硫黄及び単体リンからなる群から選ばれる1以上の原料であって硫黄とリンを含む原料と、を接触させて硫化物系固体電解質ガラスを得る硫化物系固体電解質ガラスの製造方法。
13.上記12記載の方法で硫化物系固体電解質ガラスを製造し、
前記硫化物系固体電解質ガラスを加熱して結晶化して、硫化物系固体電解質ガラスセラミックスを得る硫化物系固体電解質ガラスセラミックスの製造方法。
14.アルカリ金属硫化物及びアルカリ土類金属硫化物からなる群から選ばれる1以上の金属硫化物を、スルフィド結合含有化合物と、有機溶媒中で接触させることにより、金属水硫化物を生成する工程を含む金属水硫化物の製造方法。
15.得られる金属水硫化物の比表面積が20m/g以上である14記載の金属水硫化物の製造方法。
16.比表面積が20m/g以上であり、水酸化リチウムの含有量が0.5重量%以下である、硫化リチウム。
According to the present invention, the following modified metal sulfide production method and the like are provided.
1. A first hydrosulfide is produced by contacting one or more metal sulfides selected from the group consisting of alkali metal sulfides and alkaline earth metal sulfides with a sulfide bond-containing compound in an organic solvent. And a second step of converting the metal hydrosulfide into a metal sulfide by a desulfurization hydrogenation reaction.
A method for producing a modified metal sulfide having an increased specific surface area.
2. A first product obtained by contacting one or more metal sulfides selected from the group consisting of alkali metal sulfides and alkaline earth metal sulfides with a sulfide bond-containing compound in an organic solvent at a first temperature is obtained. And a second step of heating the reactant at a second temperature higher than the first temperature.
A method for producing a modified metal sulfide having an increased specific surface area.
3. 3. The method for producing a modified metal sulfide according to 2, wherein the first temperature is −20 ° C. to 150 ° C. and the second temperature is 20 ° C. to 250 ° C.
4). The method for producing a modified metal sulfide according to 2 or 3, wherein the first step is performed twice or more at different first temperatures, and the temperature is increased every time the first step is repeated.
5. 5. The method for producing a modified metal sulfide according to 4, wherein the first step is performed twice at different first temperatures.
6). 6. The method for producing a modified metal sulfide according to 5, wherein the different first temperature is 20 ° C. to 60 ° C. and higher than 60 ° C. and equal to or lower than 100 ° C.
7). 6. The method for producing a modified metal sulfide according to 5, wherein the different first temperature is 40 ° C. to 60 ° C. and higher than 60 ° C. and 80 ° C. or lower.
8). The method for producing a modified metal sulfide according to any one of 2 to 7, wherein the pressure in the first step is from normal pressure to 0.85 MPa.
9. Furthermore, it has the manufacturing process of the said metal sulfide,
The method for producing a modified metal sulfide according to any one of 2 to 8, wherein the first step and the second step are carried out following the production step.
10. The method for producing a modified metal sulfide according to any one of 1 to 9, wherein at least one metal sulfide selected from the group consisting of the alkali metal sulfide and the alkaline earth metal sulfide is an alkali metal sulfide.
11. 11. The method for producing a modified metal sulfide according to 10, wherein the alkali metal sulfide is lithium sulfide.
12 A modified metal sulfide is produced by the method according to any one of 1 to 11 above,
Sulfurization for obtaining a sulfide-based solid electrolyte glass by bringing the modified metal sulfide into contact with one or more raw materials selected from the group consisting of phosphorus sulfide, elemental sulfur and elemental phosphorus and containing sulfur and phosphorus A method for producing a physical solid electrolyte glass.
13. A sulfide-based solid electrolyte glass is produced by the method described in 12 above,
A method for producing a sulfide-based solid electrolyte glass ceramic, wherein the sulfide-based solid electrolyte glass ceramic is obtained by heating and crystallizing the sulfide-based solid electrolyte glass.
14 Including a step of producing a metal hydrosulfide by contacting one or more metal sulfides selected from the group consisting of alkali metal sulfides and alkaline earth metal sulfides with a sulfide bond-containing compound in an organic solvent. Method for producing metal hydrosulfide.
15. 15. The method for producing a metal hydrosulfide according to 14, wherein the obtained metal hydrosulfide has a specific surface area of 20 m 2 / g or more.
16. Lithium sulfide having a specific surface area of 20 m 2 / g or more and a lithium hydroxide content of 0.5% by weight or less.

本発明によれば、金属硫化物の比表面積を増大させることができる、新規な改質金属硫化物の製造方法、及びそれを用いた硫化物系固体電解質ガラス及び硫化物系固体電解質ガラスセラミックスの製造方法が提供できる。   According to the present invention, a novel modified metal sulfide production method capable of increasing the specific surface area of metal sulfide, and sulfide-based solid electrolyte glass and sulfide-based solid electrolyte glass ceramics using the same. A manufacturing method can be provided.

[改質金属硫化物の製造方法]
本発明の改質金属硫化物の製造方法では、アルカリ金属硫化物及びアルカリ土類金属硫化物からなる群から選ばれる1以上の金属硫化物を、スルフィド結合含有化合物と、有機溶媒中で接触させることにより、金属水硫化物を生成する工程(第1の工程)、及び前記金属水硫化物を、脱硫化水素化反応により、金属硫化物とする工程(第2の工程)を含むことにより、改質金属硫化物が得られる。上記の方法により、比表面積が増大した金属硫化物を得ることを改質という。
[Production method of modified metal sulfide]
In the method for producing a modified metal sulfide of the present invention, one or more metal sulfides selected from the group consisting of alkali metal sulfides and alkaline earth metal sulfides are contacted with a sulfide bond-containing compound in an organic solvent. By including a step of generating a metal hydrosulfide (first step), and a step of converting the metal hydrosulfide into a metal sulfide by dehydrosulfurization reaction (second step), A modified metal sulfide is obtained. Obtaining a metal sulfide having an increased specific surface area by the above method is called reforming.

本発明の方法では、金属硫化物を金属水硫化物とし、さらに金属水硫化物を金属硫化物に戻すことにより、元の金属硫化物より比表面積が増大した改質金属硫化物を製造することができる。   In the method of the present invention, a modified metal sulfide having a specific surface area larger than that of the original metal sulfide is produced by converting the metal sulfide into a metal hydrosulfide and returning the metal hydrosulfide to the metal sulfide. Can do.

第1の工程は、アルカリ金属硫化物及びアルカリ土類金属硫化物からなる群から選ばれる1以上の金属硫化物を、スルフィド結合含有化合物と、有機溶媒中、第1の温度で接触させて、反応物を得る工程であり、第2の工程は、前記反応物を、前記第1の温度より高い第2の温度で加熱する工程である。   In the first step, one or more metal sulfides selected from the group consisting of alkali metal sulfides and alkaline earth metal sulfides are contacted with a sulfide bond-containing compound in an organic solvent at a first temperature, A step of obtaining a reactant, and a second step is a step of heating the reactant at a second temperature higher than the first temperature.

第1の工程における第1の温度は、−20℃〜150℃が好ましく、0℃〜120℃がより好ましく、20℃〜100℃がさらに好ましい。例えば、20℃〜90℃、20℃〜80℃、20℃〜75℃、20℃〜60℃である。第1の温度が150℃を超える場合、望ましい結果が得られないおそれがある。また、第1の温度が−20℃未満の場合、低沸点のスルフィド結合含有化合物を用いる場合に、後述の第2の工程に移行する際の圧力が高くなる為、安全上好ましくないおそれがある。   The first temperature in the first step is preferably −20 ° C. to 150 ° C., more preferably 0 ° C. to 120 ° C., and further preferably 20 ° C. to 100 ° C. For example, they are 20 degreeC-90 degreeC, 20 degreeC-80 degreeC, 20 degreeC-75 degreeC, and 20 degreeC-60 degreeC. If the first temperature exceeds 150 ° C., the desired result may not be obtained. In addition, when the first temperature is lower than −20 ° C., when a low-boiling sulfide bond-containing compound is used, the pressure at the time of shifting to the second step described later is increased, which may be unfavorable for safety. .

第1の工程は、異なる温度で2回以上実施することが好ましい。この際、1回目の温度よりも2回目の温度を高く設定し、2回目の温度よりも3回目の温度を高く設定し、というように、回を重ねる毎に温度を段階的に高くする。これにより、改質金属硫化物が包含する金属水酸化物の量を、より低減することができる。これは、金属硫化物を1回目の処理で比表面積を増大させ、その温度より高い2回目の処理で比表面積が高い状態で反応させることにより、金属水酸化物との反応が促進することによるものである。
異なる温度による処理回数は、2回が好ましい。
The first step is preferably performed twice or more at different temperatures. At this time, the temperature of the second time is set higher than the temperature of the first time, the temperature of the third time is set higher than the temperature of the second time, and so on. Thereby, the amount of the metal hydroxide included in the modified metal sulfide can be further reduced. This is because the reaction with the metal hydroxide is promoted by increasing the specific surface area of the metal sulfide in the first treatment and reacting the metal sulfide with a high specific surface area in the second treatment higher than the temperature. Is.
The number of treatments at different temperatures is preferably two.

例えば、第1の工程において、始めに第1の温度として20℃〜60℃で金属硫化物を、スルフィド結合含有化合物と、有機溶媒中で接触させる。次いで、60℃よりも高く100℃以下の温度で処理することが好ましい。
具体的に、水酸化リチウム(LiOH)量の低減の観点では、始めの第1の温度を40℃〜60℃とし、次いで60℃よりも高く80℃以下とすることが好ましい。例えば、始めの第1の温度を45℃〜55℃とし、次いで65℃〜75℃とすることが挙げられる。
For example, in the first step, first, a metal sulfide is brought into contact with a sulfide bond-containing compound in an organic solvent at a temperature of 20 ° C. to 60 ° C. as a first temperature. Next, it is preferable to perform the treatment at a temperature higher than 60 ° C and lower than 100 ° C.
Specifically, from the viewpoint of reducing the amount of lithium hydroxide (LiOH), the first first temperature is preferably 40 ° C. to 60 ° C., then higher than 60 ° C. and 80 ° C. or lower. For example, the first first temperature is 45 ° C to 55 ° C, and then 65 ° C to 75 ° C.

第1の工程における第1の圧力は、常圧(0.1MPa)以上0.85MPa以下が好ましく、常圧(0.1MPa)以上0.80MPaがより好ましく、常圧(0.1MPa)以上0.50MPa以下がさらに好ましい。
上記の圧力範囲から外れる場合、別途安全装置が必要となることが有り、プロセス上好ましくないおそれがある。
The first pressure in the first step is preferably normal pressure (0.1 MPa) to 0.85 MPa, more preferably normal pressure (0.1 MPa) to 0.80 MPa, and normal pressure (0.1 MPa) to 0. More preferably, it is 50 MPa or less.
If the pressure is out of the above range, a separate safety device may be required, which may be undesirable in the process.

第2の工程における第2の温度は、第1の温度より高い温度であり、20〜250℃が好ましく、50〜210℃がより好ましく、70〜180℃がさらに好ましい。例えば、70℃〜150℃、90℃〜120℃である。   The second temperature in the second step is higher than the first temperature, preferably 20 to 250 ° C, more preferably 50 to 210 ° C, and still more preferably 70 to 180 ° C. For example, they are 70 degreeC-150 degreeC and 90 degreeC-120 degreeC.

第2の工程における第2の圧力は、常圧(0.1MPa)以上0.85MPa以下が好ましく、常圧(0.1MPa)以上0.80MPaがより好ましく、常圧(0.1MPa)以上0.50MPa以下がさらに好ましい。
上記の圧力範囲から外れる場合、別途安全装置が必要となることが有り、プロセス上好ましくないおそれがある。
The second pressure in the second step is preferably normal pressure (0.1 MPa) or more and 0.85 MPa or less, more preferably normal pressure (0.1 MPa) or more and 0.80 MPa, and normal pressure (0.1 MPa) or more and 0. More preferably, it is 50 MPa or less.
If the pressure is out of the above range, a separate safety device may be required, which may be undesirable in the process.

金属硫化物(例えば、LiS)とスルフィド結合含有化合物(例えば、HS)を、第1の温度で接触させると、金属水硫化物(例えば、LiSH)が生じる。金属水硫化物の生成量は、例えば、金属硫化物と金属水硫化物の合計に対して、5重量%以上80重量%以下である。金属水硫化物が生成した段階で、比表面積を増大することができる。
そして、再度金属水硫化物を、第1の温度より高い温度である第2の温度で一定時間保持すると、脱HS反応が進み、元の金属硫化物に戻る。そして、金属硫化物に戻ってもなお、出発原料の金属硫化物に比べて、比表面積が増大している。
この第1の工程及び第2の工程により、比表面積が増大すると推察される。
また、この第1の工程及び第2の工程により、包含する金属水酸化物の量を低減できる。例えば、金属硫化物がLiSの場合には、この第1の工程及び第2の工程により、包含する水酸化リチウム(LiOH)の量を低減できる。
When a metal sulfide (eg, Li 2 S) and a sulfide bond-containing compound (eg, H 2 S) are contacted at a first temperature, a metal hydrosulfide (eg, LiSH) is generated. The amount of metal hydrosulfide produced is, for example, 5 wt% or more and 80 wt% or less with respect to the total of metal sulfide and metal hydrosulfide. When the metal hydrosulfide is formed, the specific surface area can be increased.
Then, when the metal hydrosulfide is held again at a second temperature that is higher than the first temperature for a certain time, the de-H 2 S reaction proceeds and returns to the original metal sulfide. And even if it returns to a metal sulfide, the specific surface area has increased compared with the metal sulfide of a starting material.
It is inferred that the specific surface area is increased by the first step and the second step.
Moreover, the quantity of the metal hydroxide to include can be reduced by this 1st process and a 2nd process. For example, when the metal sulfide is Li 2 S, the amount of lithium hydroxide (LiOH) included can be reduced by the first step and the second step.

改質の際、上記有機溶媒100重量部に対し、金属硫化物を0.5重量部〜1000重量部とすることが望ましい。尚、改質剤(スルフィド結合含有化合物)が、常温又は処理温度において、気体である場合、流通させて処理を行ってもよい。   In the modification, the metal sulfide is desirably 0.5 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the organic solvent. In addition, when a modifier (sulfide bond containing compound) is a gas at normal temperature or processing temperature, you may distribute | circulate and process.

改質時間(第1の工程及び第2の工程のそれぞれ)は、好ましくは5分から1週間、より好ましくは10分から5日である。例えば、10分以上72時間以下、20分以上48時間以下である。   The reforming time (each of the first step and the second step) is preferably 5 minutes to 1 week, more preferably 10 minutes to 5 days. For example, it is 10 minutes or more and 72 hours or less, and 20 minutes or more and 48 hours or less.

改質処理(第1の工程及び第2の工程のそれぞれ)は、連続相、バッチ相いずれにおいても可能である。バッチ反応の場合、撹拌は一般的な翼が使用可能であり、好ましくはアンカー翼、ファドラー翼、ヘリカル翼、マックスブレンド翼である。ラボスケールでは、一般的にスターラーによる撹拌子が用いられる。また、バッチ反応では、ボールミルを用いた反応槽も使用可能である。   The reforming treatment (each of the first step and the second step) can be performed in either the continuous phase or the batch phase. In the case of a batch reaction, a general blade can be used for stirring, and an anchor blade, a fiddler blade, a helical blade, and a Max blend blade are preferable. In the laboratory scale, a stirrer with a stirrer is generally used. In the batch reaction, a reaction vessel using a ball mill can be used.

改質処理を行った後に金属硫化物の純度が低下する場合がある。この純度を向上させるために、追加で硫化水素ガスでの処理を行ってもよい。その際、必要に応じて、事前にスルフィド結合含有化合物を除去する。スルフィド結合含有化合物を除去する場合、例えば窒素下での加熱により、又は炭化水素(たとえば脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素)等の非極性溶媒置換により行うことができる。改質後の工程でスラリー状態の金属硫化物を用いる場合、この溶媒置換を行った後、スラリー状態のままで保管することもできる。   The purity of the metal sulfide may decrease after the reforming process. In order to improve the purity, an additional treatment with hydrogen sulfide gas may be performed. At that time, if necessary, the sulfide bond-containing compound is removed in advance. The removal of the sulfide bond-containing compound can be carried out, for example, by heating under nitrogen or by substitution with a nonpolar solvent such as hydrocarbon (for example, aliphatic hydrocarbon, aromatic hydrocarbon). When using a metal sulfide in a slurry state in the step after the modification, it can be stored in a slurry state after performing this solvent replacement.

改質物は、残存溶媒を除去するため、必要に応じて乾燥処理を行ってもよい。乾燥処理は好ましくは窒素気流下又は真空下で行う。乾燥温度は好ましくは室温〜300℃である。乾燥後の金属硫化物は、0.01重量%から30重量%の有機溶媒を含有していてもよい。
有機溶媒の含有量は、トルエン、アルコール等の適当な溶媒に溶解した後、ガスクロマトグラフィーにより溶媒量を定量することができる。
The modified product may be subjected to a drying treatment as necessary in order to remove the residual solvent. The drying treatment is preferably performed under a nitrogen stream or under vacuum. The drying temperature is preferably room temperature to 300 ° C. The dried metal sulfide may contain 0.01% to 30% by weight of an organic solvent.
The content of the organic solvent can be determined by gas chromatography after being dissolved in a suitable solvent such as toluene or alcohol.

本発明の方法によれば、金属硫化物を製造する際に用いる原料等に含まれない異種元素(例えばアルコール溶媒に起因する酸素原子)を用いずに硫化リチウムの比表面積を増大させることができる。
また、異種元素を使用していないため、異種元素由来の不純物量の測定を省略することができる。
アルコール溶媒を用いて改質する場合、別途、アルコール溶媒を用いるための装置が必要になるが、本発明の方法では、金属硫化物の製造で用いるスルフィド結合含有化合物と同じスルフィド結合含有化合物を用いれば、金属硫化物の製造で用いる装置を援用することができる。
According to the method of the present invention, the specific surface area of lithium sulfide can be increased without using a different element (for example, an oxygen atom resulting from an alcohol solvent) that is not included in the raw material used when producing the metal sulfide. .
Further, since no different element is used, measurement of the amount of impurities derived from the different element can be omitted.
When reforming with an alcohol solvent, a separate apparatus for using the alcohol solvent is required. However, in the method of the present invention, the same sulfide bond-containing compound as the sulfide bond-containing compound used in the production of the metal sulfide is used. For example, an apparatus used in the production of metal sulfide can be used.

[金属硫化物]
金属硫化物としては、アルカリ金属硫化物及びアルカリ土類金属硫化物が挙げられる。
[Metal sulfide]
Examples of metal sulfides include alkali metal sulfides and alkaline earth metal sulfides.

アルカリ金属硫化物としては、硫化リチウム、硫化ナトリウム、硫化カリウム等が挙げられる。また、含有水分を考慮して、アルカリ金属硫化物としては、例えば無水硫化リチウム、無水硫化ナトリウム、無水硫化カリウム、硫化リチウム含水物、硫化ナトリウム含水物、硫化カリウム含水物等を挙げることができる。
アルカリ土類金属硫化物としては、硫化カルシウム、硫化マグネシウム等が挙げられる。
中でも、硫化リチウム、硫化ナトリウムが好ましい。
Examples of the alkali metal sulfide include lithium sulfide, sodium sulfide, potassium sulfide and the like. In consideration of the water content, examples of the alkali metal sulfide include anhydrous lithium sulfide, anhydrous sodium sulfide, anhydrous potassium sulfide, lithium sulfide hydrate, sodium sulfide hydrate, and potassium sulfide hydrate.
Examples of the alkaline earth metal sulfide include calcium sulfide and magnesium sulfide.
Of these, lithium sulfide and sodium sulfide are preferable.

金属硫化物は、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。   A metal sulfide may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

金属硫化物を製造する方法について、金属硫化物が硫化リチウムである場合、具体的に以下の(a)NMP法又は(b)トルエン法を用いることができる。   Regarding the method for producing a metal sulfide, when the metal sulfide is lithium sulfide, specifically, the following (a) NMP method or (b) toluene method can be used.

(a)NMP法
硫化リチウムの製造方法としては、例えば、以下の方法a〜cで製造された硫化リチウムを精製することにより得ることができる。以下の製造方法の中では、特にa又はbの方法が好ましい。
a.非プロトン性有機溶媒中で水酸化リチウムと硫化水素とを0〜150℃で反応させて、水硫化リチウムを生成し、次いでこの反応液を150〜200℃で脱硫化水素化する方法(特開平7−330312号公報参照)。
b.非プロトン性有機溶媒中で水酸化リチウムと硫化水素とを150〜200℃で反応させ、直接硫化リチウムを生成する方法(特開平7−330312号公報参照)。
c.水酸化リチウムとガス状硫黄源を130〜445℃の温度で反応させる方法(特開平9−283156号公報参照)。
上記a〜cの方法は、原料に水酸化リチウムを用いるので、得られる硫化リチウムにも不純物として水酸化リチウムを含む場合がある。
(A) NMP method As a manufacturing method of lithium sulfide, it can obtain by refine | purifying the lithium sulfide manufactured by the following methods ac, for example. Among the following production methods, the method a or b is particularly preferable.
a. A method in which lithium hydroxide and hydrogen sulfide are reacted at 0 to 150 ° C. in an aprotic organic solvent to produce lithium hydrosulfide, and then this reaction solution is dehydrosulfurized at 150 to 200 ° C. 7-330312 gazette).
b. A method in which lithium hydroxide and hydrogen sulfide are reacted at 150 to 200 ° C. in an aprotic organic solvent to directly produce lithium sulfide (see JP-A-7-330312).
c. A method of reacting lithium hydroxide and a gaseous sulfur source at a temperature of 130 to 445 ° C. (see JP-A-9-283156).
In the methods a to c, since lithium hydroxide is used as a raw material, lithium hydroxide obtained may also contain lithium hydroxide as an impurity.

上記のようにして得られた硫化リチウムの精製方法としては、特に制限はない。好ましい精製方法としては、例えば、国際公開WO2005/40039号に記載された精製方法等が挙げられる。具体的には、上記のようにして得られた硫化リチウムを、有機溶媒を用い、100℃以上の温度で洗浄する。   There is no restriction | limiting in particular as a purification method of the lithium sulfide obtained as mentioned above. As a preferable purification method, for example, a purification method described in International Publication No. WO2005 / 40039 and the like can be mentioned. Specifically, the lithium sulfide obtained as described above is washed at a temperature of 100 ° C. or higher using an organic solvent.

洗浄に用いる有機溶媒は、非プロトン性極性溶媒であることが好ましく、さらに、硫化リチウム製造に使用する非プロトン性有機溶媒と洗浄に用いる非プロトン性極性有機溶媒とが同一であることがより好ましい。
洗浄に好ましく用いられる非プロトン性極性有機溶媒としては、例えば、アミド化合物、ラクタム化合物、尿素化合物、有機硫黄化合物、環式有機リン化合物等の非プロトン性の極性有機化合物が挙げられ、単独溶媒、又は混合溶媒として好適に使用することができる。特に、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)は、良好な溶媒に選択される。
The organic solvent used for washing is preferably an aprotic polar solvent, and more preferably, the aprotic organic solvent used for lithium sulfide production and the aprotic polar organic solvent used for washing are the same. .
Examples of the aprotic polar organic solvent preferably used for washing include aprotic polar organic compounds such as amide compounds, lactam compounds, urea compounds, organic sulfur compounds, cyclic organophosphorus compounds, Or it can use suitably as a mixed solvent. In particular, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is selected as a good solvent.

洗浄に使用する有機溶媒の量は特に限定されず、また、洗浄の回数も特に限定されないが、2回以上であることが好ましい。洗浄は、窒素、アルゴン等の不活性ガス下で行うことが好ましい。
洗浄に使用する有機溶媒は、いずれも脱水しておくことが好ましい。
The amount of the organic solvent used for washing is not particularly limited, and the number of times of washing is not particularly limited, but is preferably 2 or more. Cleaning is preferably performed under an inert gas such as nitrogen or argon.
Any organic solvent used for washing is preferably dehydrated.

(b)トルエン法
水酸化リチウムと炭化水素系有機溶媒(例えばトルエン)からなるスラリー中に、硫化水素ガスを吹き込み、前記水酸化リチウムと硫化水素を反応させ、前記反応により生じる水を、前記スラリーから除去しながら反応を継続し、系内の水分が実質的に無くなった後、硫化水素の吹き込みを止め、不活性ガスを吹き込むことにより硫化リチウムを製造することができる(特開2010−163356号公報参照)。
(B) Toluene method Hydrogen sulfide gas is blown into a slurry composed of lithium hydroxide and a hydrocarbon-based organic solvent (for example, toluene), the lithium hydroxide and hydrogen sulfide are reacted, and water generated by the reaction is added to the slurry. The reaction is continued while removing water from the system, and after the water in the system has substantially disappeared, lithium sulfide can be produced by stopping the blowing of hydrogen sulfide and blowing in an inert gas (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-163356). See the official gazette).

本発明では、金属硫化物の製造と、本発明の改質金属硫化物の製造を連続して実施してもよい。例えば、上記(b)トルエン法で硫化リチウムを製造し、続けて、硫化リチウムを、スルフィド結合含有化合物と、有機溶媒中、第1の温度で接触させてもよい(本発明の第1の工程)。   In the present invention, the production of the metal sulfide and the production of the modified metal sulfide of the present invention may be carried out continuously. For example, (b) lithium sulfide is produced by the toluene method, and then the lithium sulfide may be contacted with the sulfide bond-containing compound in an organic solvent at a first temperature (first step of the present invention). ).

[金属水硫化物]
金属水硫化物は、上記金属硫化物の水硫化物であり、アルカリ金属水硫化物及びアルカリ土類金属水硫化物が挙げられる。
アルカリ金属水硫化物としては、水硫化リチウム、水硫化ナトリウム、水硫化カリウム等が挙げられる。
アルカリ土類金属水硫化物としては、水硫化カルシウム、水硫化マグネシウム等が挙げられる。
[Metal hydrosulfide]
The metal hydrosulfide is a hydrosulfide of the above metal sulfide, and examples thereof include alkali metal hydrosulfides and alkaline earth metal hydrosulfides.
Examples of the alkali metal hydrosulfide include lithium hydrosulfide, sodium hydrosulfide, potassium hydrosulfide and the like.
Examples of the alkaline earth metal hydrosulfide include calcium hydrosulfide and magnesium hydrosulfide.

[改質金属硫化物]
改質金属硫化物とは、改質された金属硫化物であり、上述の第1の工程を経ることによって比表面積が増大された金属硫化物である。
改質金属硫化物としては、改質アルカリ金属硫化物及び改質アルカリ土類金属硫化物が挙げられる。
[Modified metal sulfide]
The modified metal sulfide is a modified metal sulfide, and is a metal sulfide having a specific surface area increased by the first step described above.
Modified metal sulfides include modified alkali metal sulfides and modified alkaline earth metal sulfides.

改質金属硫化物において、比表面積等は特に限定されないが、通常(i)BET法(気体吸着法)で測定した比表面積が1.0m/g以上、又は(ii)細孔容積が0.002ml/g以上である。
また、改質金属硫化物は、元の金属硫化物の比表面積の、例えば150%以上、180%以上、200%以上の比表面積を有している。上限値は、特に限定されないが、例えば400%以下である。
In the modified metal sulfide, the specific surface area and the like are not particularly limited, but usually (i) the specific surface area measured by the BET method (gas adsorption method) is 1.0 m 2 / g or more, or (ii) the pore volume is 0. 0.002 ml / g or more.
The modified metal sulfide has a specific surface area of, for example, 150% or more, 180% or more, or 200% or more of the specific surface area of the original metal sulfide. Although an upper limit is not specifically limited, For example, it is 400% or less.

比表面積は、例えばAUTOSORB6(シスメックス株式会社製)で測定できる。また、BET法は窒素ガスを用いてもよく(窒素法)、クリプトンガスを用いてもよい(クリプトン法)。尚、比表面積が小さい場合は、通常クリプトン法により測定する。改質金属硫化物の比表面積は、好ましくは1.2m/g以上であり、さらに好ましくは1.5m/g以上である。 The specific surface area can be measured by, for example, AUTOSORB 6 (manufactured by Sysmex Corporation). Further, the BET method may use nitrogen gas (nitrogen method) or krypton gas (krypton method). In addition, when a specific surface area is small, it measures normally by the krypton method. The specific surface area of the modified metal sulfide is preferably 1.2 m 2 / g or more, and more preferably 1.5 m 2 / g or more.

細孔容積は比表面積と同じ装置で測定でき、相対圧P/Pが0.99以上の測定点から、0.99に内挿して求めたものを使用できる。装置の測定下限は0.001ml/gである。改質金属硫化物の細孔容積は、好ましくは0.003ml/g以上である。 The pore volume can be measured with the same device as the specific surface area, and a value obtained by interpolating 0.99 from a measurement point where the relative pressure P / P 0 is 0.99 or more can be used. The lower limit of measurement of the apparatus is 0.001 ml / g. The pore volume of the modified metal sulfide is preferably 0.003 ml / g or more.

[有機溶媒]
有機溶媒としては、炭化水素化合物、ニトリル系化合物、エーテル系化合物、カルボニル系化合物、エステル系化合物、カーボネート系化合物、アミン系化合物、アルコール系化合物、アミド系化合物、シラン系化合物、ハロゲン系化合物、ニトロ系化合物、二硫化炭素等の溶媒が挙げられる。
上記炭化水素化合物の溶媒(炭化水素系溶媒)は、炭素原子と水素原子からなる溶媒であり、当該炭化水素系溶媒として、例えば飽和炭化水素、不飽和炭化水素、芳香族炭化水素を含む。
[Organic solvent]
Organic solvents include hydrocarbon compounds, nitrile compounds, ether compounds, carbonyl compounds, ester compounds, carbonate compounds, amine compounds, alcohol compounds, amide compounds, silane compounds, halogen compounds, nitro compounds And solvents such as carbon compounds and carbon disulfide.
The hydrocarbon compound solvent (hydrocarbon solvent) is a solvent composed of carbon atoms and hydrogen atoms, and examples of the hydrocarbon solvent include saturated hydrocarbons, unsaturated hydrocarbons, and aromatic hydrocarbons.

有機溶媒の沸点は、200℃以下が好ましく、180℃以下がより好ましい。   The boiling point of the organic solvent is preferably 200 ° C. or lower, and more preferably 180 ° C. or lower.

飽和炭化水素溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、2−エチルヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン、ドデカン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、IPソルベント1016(出光興産株式会社製)、IPソルベント1620(出光興産株式会社製)等が挙げられる。
不飽和炭化水素しては、ヘキセン、ヘプテン、シクロヘキセン等が挙げられる。
芳香族炭化水素としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、デカリン、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン、また、イプゾール100(出光興産株式会社製)、イプゾール150(出光興産株式会社製)等が挙げられる。
Examples of the saturated hydrocarbon solvent include pentane, hexane, 2-ethylhexane, heptane, octane, isooctane, decane, dodecane, cyclohexane, methylcyclohexane, IP solvent 1016 (manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd.), and IP solvent 1620 (Idemitsu Kosan Co., Ltd.). Manufactured) and the like.
Examples of the unsaturated hydrocarbon include hexene, heptene, cyclohexene and the like.
Examples of aromatic hydrocarbons include benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, decalin, 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene, Ipsol 100 (manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd.), Ipsol 150 (manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd.), and the like. Is mentioned.

また、芳香族炭化水素としては、例えば、下記式(2)で表わされる化合物である。
Ph−(R) (2)
(式中、Phは、芳香族炭化水素基であり、Rは、それぞれ独立にアルキル基である。
nは1〜5から選択される整数である(好ましくは1又は2の整数))
Moreover, as an aromatic hydrocarbon, it is a compound represented, for example by following formula (2).
Ph- (R) n (2)
(In the formula, Ph is an aromatic hydrocarbon group, and each R is independently an alkyl group.
n is an integer selected from 1 to 5 (preferably an integer of 1 or 2))

式(2)において、Phの芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基が挙げられる。炭素数6以上24以下の芳香族炭化水素基が好ましく、6以上12以下の芳香族炭化水素基がより好ましい。
式(2)において、Rはアルキル基であり、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられる。アルキル基の炭素数は、1以上24以下が好ましく、1以上12以下がより好ましい。
式(2)で表わされる芳香族炭化水素系溶媒としては、例えばトルエン、キシレン、エチルベンゼンが挙げられる。
In the formula (2), examples of the aromatic hydrocarbon group of Ph include a phenyl group and a naphthyl group. An aromatic hydrocarbon group having 6 to 24 carbon atoms is preferable, and an aromatic hydrocarbon group having 6 to 12 carbon atoms is more preferable.
In the formula (2), R is an alkyl group, and examples thereof include a methyl group, an ethyl group, and a propyl group. The number of carbon atoms of the alkyl group is preferably 1 or more and 24 or less, and more preferably 1 or more and 12 or less.
Examples of the aromatic hydrocarbon solvent represented by the formula (2) include toluene, xylene, and ethylbenzene.

ニトリル系化合物としては、アセトニトリル、プロピオニトリル、イソブチロニトリル、ベンゾニトリル、マロノニトリル、スクシノニトリル、フマロニトリル等が挙げられる。   Examples of the nitrile compound include acetonitrile, propionitrile, isobutyronitrile, benzonitrile, malononitrile, succinonitrile, fumaronitrile and the like.

エーテル系化合物としては、ジエチルエーテル、シクロヘキシルメチルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、ジメトキシメタン、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジイソプロピルエーテル、アニソール等が挙げられる。   Examples of the ether compounds include diethyl ether, cyclohexyl methyl ether, t-butyl methyl ether, dimethoxymethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxane, diisopropyl ether, anisole and the like.

カルボニル系化合物としては、アセトン、メチルエチルケトン、アセトアルデヒド等が挙げられる。   Examples of the carbonyl compound include acetone, methyl ethyl ketone, and acetaldehyde.

エステル系化合物としては、酢酸エチル等が挙げられる。   Examples of ester compounds include ethyl acetate.

カーボネート系化合物としては、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等が挙げられる。   Examples of the carbonate compound include diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, and the like.

アミン系化合物としては、トリエチルアミン、ジエチルアミン、ピリジン、N−メチルピロリドン等が挙げられる。   Examples of the amine compound include triethylamine, diethylamine, pyridine, N-methylpyrrolidone and the like.

アルコール系化合物としては、メタノール、エタノール、プロパノール、n−ブタノール、2−ブタノール等が挙げられる。   Examples of the alcohol compound include methanol, ethanol, propanol, n-butanol, and 2-butanol.

アミド系化合物としては、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等が挙げられる。   Examples of amide compounds include dimethylformamide and dimethylacetamide.

シラン系化合物としては、トリメチルメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、シクロへキシルメチルジメトキシシラン等が挙げられる。   Examples of the silane compound include trimethylmethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, and cyclohexylmethyldimethoxysilane.

ハロゲン系化合物としては、メチレンクロライド、クロロホルム、ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、ジクロロベンゼン、ヘキサフロオロベンゼン、トリフルオロメチルベンゼン等が挙げられる。   Examples of the halogen compound include methylene chloride, chloroform, dichloroethane, 1,1,2-trichloroethane, dichlorobenzene, hexafluorobenzene, trifluoromethylbenzene, and the like.

ニトロ系化合物としては、ニトロベンゼン、ニトロメタン、ニトロプロパン等が挙げられる。   Examples of the nitro compound include nitrobenzene, nitromethane, and nitropropane.

有機溶媒は、好ましくは炭化水素系溶媒であり、より好ましくは飽和炭化水素、芳香族炭化水素である。   The organic solvent is preferably a hydrocarbon solvent, more preferably a saturated hydrocarbon or an aromatic hydrocarbon.

上記有機溶媒は、単独で用いてもよく、また、2種以上を混合して用いることも可能である。   The above organic solvents may be used alone or in combination of two or more.

[スルフィド結合含有化合物]
本発明の改質金属硫化物の製造方法に用いられるスルフィド結合含有化合物(−S−結合含有化合物)は、硫化水素(HS)、R−SH、R−S−R等が挙げられる。
[Sulfide bond-containing compound]
Examples of the sulfide bond-containing compound (—S—bond-containing compound) used in the method for producing a modified metal sulfide of the present invention include hydrogen sulfide (H 2 S), R—SH, R 1 —S—R 2 and the like. It is done.

R−SH化合物としては、具体的には、メタンチオール、エタンチオール、イソプロピルチオール、n−プロピルチオール、n−ブチルチオール、イソブチルチオール、t−ブチルチオール、シクロペンチルチオール、n−ヘキシルチオール、n−オクチルチオール、ドデシルチオール等が挙げられる。   Specific examples of R-SH compounds include methanethiol, ethanethiol, isopropylthiol, n-propylthiol, n-butylthiol, isobutylthiol, t-butylthiol, cyclopentylthiol, n-hexylthiol, and n-octyl. Examples include thiol and dodecyl thiol.

−S−R化合物としては、ジメチルスルフィド、ジエチルスルフィド、ジイソプロピルスルフィド、t−ブチルメチルスルフィド等が挙げられる。 Examples of the R 1 -S—R 2 compound include dimethyl sulfide, diethyl sulfide, diisopropyl sulfide, t-butylmethyl sulfide and the like.

スルフィド結合含有化合物としては、この中でも、硫化水素が好ましい。   Of these, hydrogen sulfide is preferred as the sulfide bond-containing compound.

上記の−S−結合含有化合物は脱水してもよく、脱水しなくてもよい。水分量により副生する、改質金属硫化物中の金属水酸化物の量に影響を与えるおそれがあるため、好ましくは水分量が50ppm以下、より好ましくは30ppm以下である。水分量の下限値は、特に限定されないが、通常0.1ppm以上である。水分量は0ppmでもよい。   The -S- bond-containing compound may be dehydrated or not dehydrated. The amount of water is preferably 50 ppm or less, more preferably 30 ppm or less, because the amount of metal hydroxide in the modified metal sulfide, which is a by-product of the amount of water, may be affected. The lower limit of the moisture content is not particularly limited, but is usually 0.1 ppm or more. The moisture content may be 0 ppm.

[金属水硫化物の製造方法]
本発明の金属水硫化物の製造方法では、アルカリ金属硫化物及びアルカリ土類金属硫化物からなる群から選ばれる1以上の金属硫化物を、スルフィド結合含有化合物と、有機溶媒中で接触させることにより、金属水硫化物が得られる。
本発明の方法により、比表面積が20m/g以上である金属水硫化物が得ることができる。
[Method for producing metal hydrosulfide]
In the method for producing a metal hydrosulfide according to the present invention, one or more metal sulfides selected from the group consisting of alkali metal sulfides and alkaline earth metal sulfides are contacted with a sulfide bond-containing compound in an organic solvent. Thus, a metal hydrosulfide is obtained.
By the method of the present invention, a metal hydrosulfide having a specific surface area of 20 m 2 / g or more can be obtained.

上記工程の温度、圧力は、上述の第1の工程の温度、圧力と同様である。また、金属硫化物、スルフィド結合含有化合物、及び有機溶媒は、上記と同様である。   The temperature and pressure in the above process are the same as the temperature and pressure in the above first process. The metal sulfide, the sulfide bond-containing compound, and the organic solvent are the same as described above.

[改質金属硫化物の製造方法により製造される硫化リチウム]
上記の本発明の改質金属硫化物の製造方法により、例えば、比表面積を増大させた硫化リチウムを得ることができる。本発明の改質金属硫化物の製造方法により得られる硫化リチウムは、比表面積が20m/g以上であり、水酸化リチウムの含有量が0.5重量%以下である。
比表面積は、好ましくは25m/g以上である。
水酸化リチウムの含有量は、好ましくは0.4重量%以下であり、例えば、0.3重量%以下、0.2重量%以下である。
[Lithium sulfide produced by the modified metal sulfide production method]
For example, lithium sulfide having an increased specific surface area can be obtained by the method for producing a modified metal sulfide of the present invention. The lithium sulfide obtained by the method for producing a modified metal sulfide of the present invention has a specific surface area of 20 m 2 / g or more and a lithium hydroxide content of 0.5% by weight or less.
The specific surface area is preferably 25 m 2 / g or more.
The content of lithium hydroxide is preferably 0.4% by weight or less, for example, 0.3% by weight or less and 0.2% by weight or less.

[硫化物系固体電解質ガラス製造工程]
本発明の硫化物系ガラス固体電解質の製造方法では、上記の改質金属硫化物及び硫黄とリンを含む原料を反応させて、硫化物系固体電解質ガラスを得ることができる。硫黄とリンを含む原料としては、硫化リン、単体硫黄、単体リン等の単独又は組み合わせが挙げられる。具体的には、硫化リン、硫化リン及び単体硫黄、硫化リン及び単体リン、単体硫黄及び単体リン、並びに硫化リン、単体硫黄及び単体リン等が挙げられる。
反応は、例えばボールミル装置等を用いた物理的な破砕を経由する手法で行われる。
[Sulfide-based solid electrolyte glass manufacturing process]
In the method for producing a sulfide-based glass solid electrolyte of the present invention, a sulfide-based solid electrolyte glass can be obtained by reacting the above-described modified metal sulfide and a raw material containing sulfur and phosphorus. Examples of the raw material containing sulfur and phosphorus include phosphorus sulfide, elemental sulfur, elemental phosphorus and the like alone or in combination. Specific examples include phosphorus sulfide, phosphorus sulfide and elemental sulfur, phosphorus sulfide and elemental phosphorus, elemental sulfur and elemental phosphorus, phosphorus sulfide, elemental sulfur and elemental phosphorus, and the like.
The reaction is carried out by a method via physical crushing using, for example, a ball mill apparatus or the like.

硫化リンとしては、例えば五硫化二リン(P)が挙げられる。
五硫化二リンは、工業的に製造され、販売されているものであれば、特に限定なく使用することができる。純度は、95%以上が好ましく、さらに好ましくは99%以上である。尚、Pに代えて、相当するモル比の単体リン(P)及び単体硫黄(S)を用いることもできる。単体リン(P)及び単体硫黄(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。
Examples of phosphorus sulfide include diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ).
As long as diphosphorus pentasulfide is manufactured and sold industrially, it can be used without particular limitation. The purity is preferably 95% or more, and more preferably 99% or more. In place of P 2 S 5 , elemental phosphorus (P) and elemental sulfur (S) in a corresponding molar ratio can also be used. Simple phosphorus (P) and simple sulfur (S) can be used without particular limitation as long as they are industrially produced and sold.

硫化物系固体電解質ガラスの製造にバッチミル反応を用いる場合、反応温度は、通常室温〜210℃であり、好ましくは60〜180℃である。
温度が高い場合、反応と結晶化が同時に進行するため、反応率が上がらず、残存金属硫化物が多くなり好ましくない。また、温度が低い場合、反応が進行しないため、好ましくない。
When the batch mill reaction is used for the production of sulfide-based solid electrolyte glass, the reaction temperature is usually room temperature to 210 ° C, preferably 60 to 180 ° C.
When the temperature is high, the reaction and crystallization proceed at the same time, so the reaction rate does not increase and the residual metal sulfide increases, which is not preferable. Moreover, since reaction does not advance when temperature is low, it is unpreferable.

反応時間は、通常1〜200時間であり、好ましくは4〜180時間である。
時間が短い場合は、反応が進行しない。時間が長い場合は、結晶化が部分的に進行して、イオン伝導度等の性能が低下するため好ましくない。
The reaction time is usually 1 to 200 hours, preferably 4 to 180 hours.
If the time is short, the reaction does not proceed. When the time is long, crystallization partially proceeds and performance such as ionic conductivity is lowered, which is not preferable.

バッチミル反応において、添加剤として、本発明の改質金属硫化物の製造方法で用いた溶媒と同じ有機溶媒、又は、異なった有機溶媒を用いてもよい。添加剤の添加量は、金属硫化物100重量部に対して、0.1重量部〜10000重量部、好ましくは100重量部〜5000重量部である。   In the batch mill reaction, the same organic solvent as that used in the method for producing the modified metal sulfide of the present invention or a different organic solvent may be used as an additive. The addition amount of the additive is 0.1 part by weight to 10000 parts by weight, preferably 100 parts by weight to 5000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the metal sulfide.

反応生成物は、反応後、そのまま回収してもよいが、有機溶媒を加えて、スラリー状態で回収することも可能である。回収用の有機溶媒としては、上述の本発明の改質金属硫化物の製造方法で用いられる有機溶媒における炭化水素系溶媒等と同様のものが挙げられる。この有機溶媒は、脱水しておくことが好ましい。   The reaction product may be recovered as it is after the reaction, but it can also be recovered in a slurry state by adding an organic solvent. Examples of the organic solvent for recovery include those similar to the hydrocarbon solvent in the organic solvent used in the above-described method for producing a modified metal sulfide of the present invention. This organic solvent is preferably dehydrated.

また、次ステップにおいて、上記スラリー状態の反応生成物を乾燥粉末として使用する場合は、有機溶媒を除去する必要がある。これは、真空下又は窒素流通下において、室温又は加温処理にて行うことができる。加温条件で行う場合は、温度は通常40〜200℃であり、好ましくは50〜160℃である。上記範囲よりも温度が高い場合、結晶化が進行して、伝導度性能が低下するため、好ましくない。また、温度が低い場合、残存溶媒が除去しきれないため、好ましくない。   In the next step, when the slurry reaction product is used as a dry powder, it is necessary to remove the organic solvent. This can be done at room temperature or in a warming treatment under vacuum or nitrogen flow. When performing on heating conditions, temperature is 40-200 degreeC normally, Preferably it is 50-160 degreeC. When the temperature is higher than the above range, crystallization proceeds and the conductivity performance decreases, which is not preferable. Further, when the temperature is low, the remaining solvent cannot be removed, which is not preferable.

上記の乾燥処理により硫化物系固体電解質ガラスが得られる。その残存溶媒量は、通常5重量%以下である。好ましくは3重量%以下である。0重量%でもよい。残存溶媒が多い場合、電解質中の非導電体が存在することになり、抵抗成分となり、電池性能の低下をきたすおそれがある。   A sulfide-based solid electrolyte glass is obtained by the above drying treatment. The amount of the residual solvent is usually 5% by weight or less. Preferably it is 3 weight% or less. It may be 0% by weight. When the residual solvent is large, non-conductors in the electrolyte exist, which becomes a resistance component and may cause a decrease in battery performance.

[硫化物系固体電解質ガラスセラミックスの製造方法]
上記の硫化物系固体電解質ガラスの結晶化は、加熱処理により行うことができ、硫化物系固体電解質ガラスセラミックスを得ることができる。これにより、硫化物系固体電解質のイオン伝導性を向上できる。
結晶化における加熱温度は、好ましくは150℃以上400℃以下であり、より好ましくは180℃以上320℃以下である。加熱時間は、1〜5時間が好ましく、特に1.5〜3時間が好ましい。
また、上記スラリー状態の反応生成物を撹拌しながら加熱し、結晶化させてもよい。
[Method for producing sulfide-based solid electrolyte glass ceramics]
Crystallization of the above sulfide-based solid electrolyte glass can be performed by heat treatment, and sulfide-based solid electrolyte glass ceramics can be obtained. Thereby, the ionic conductivity of the sulfide-based solid electrolyte can be improved.
The heating temperature in crystallization is preferably 150 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, more preferably 180 ° C. or higher and 320 ° C. or lower. The heating time is preferably 1 to 5 hours, particularly preferably 1.5 to 3 hours.
Further, the reaction product in the slurry state may be heated and crystallized with stirring.

<改質金属硫化物の製造>
製造例1(NMP法硫化リチウムの製造)
(1)硫化リチウムの製造
撹拌翼のついた10リットルオートクレーブにN−メチル−2−ピロリドン(NMP)3326.4g(33.6モル)及び無水水酸化リチウム287.4g(12モル)を仕込み、300rpmで130℃に昇温した。昇温後、液中に硫化水素を3L/分の供給速度で2時間吹き込んだ。
<Manufacture of modified metal sulfides>
Production Example 1 (Production of NMP lithium sulfide)
(1) Production of lithium sulfide A 10-liter autoclave equipped with a stirring blade was charged with 3326.4 g (33.6 mol) of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and 287.4 g (12 mol) of anhydrous lithium hydroxide, The temperature was raised to 130 ° C. at 300 rpm. After the temperature increase, hydrogen sulfide was blown into the liquid for 2 hours at a supply rate of 3 L / min.

続いて、この反応液を窒素気流下(200cc/分)で昇温し、生成した水硫化リチウムを脱硫化水素化し硫化リチウムを得た。昇温するにつれ、上記硫化水素と水酸化リチウムの反応により副生した水が蒸発しはじめ、この水をコンデンサにより凝縮し、系外に抜き出した。水を系外に留去すると共に反応液の温度が上昇し、180℃に達した時点で昇温を停止し、一定温度に保持した。水硫化リチウムの脱硫化水素反応(約80分)が終了後、反応を終了し硫化リチウムを得た。   Subsequently, the temperature of the reaction solution was raised under a nitrogen stream (200 cc / min), and the produced lithium hydrosulfide was desulfurized to obtain lithium sulfide. As the temperature increased, water produced as a by-product due to the reaction between hydrogen sulfide and lithium hydroxide began to evaporate, and this water was condensed by a condenser and extracted out of the system. Water was distilled out of the system and the temperature of the reaction solution rose. When the temperature reached 180 ° C., the temperature increase was stopped and the temperature was kept constant. After the dehydrosulfurization reaction of lithium hydrosulfide (about 80 minutes) was completed, the reaction was terminated to obtain lithium sulfide.

(2)硫化リチウムの精製
(1)で得られた500mLのスラリ反応溶液(NMP−硫化リチウムスラリ)中のNMPをデカンテーションした後、脱水したNMP100mLを加え、105℃で約1時間撹拌した。その温度のままNMPをデカンテーションした。同様の操作を合計4回繰り返した。デカンテーション終了後、脱水ヘプタン100mLを加え、室温で撹拌して、上澄み除去を行った。この操作を5回繰り返した。このヘプタンスラリーを採取し、窒素気流下でろ過することで溶媒を除去した。200℃で真空乾燥を行い、精製硫化リチウムを得た。
(2) Purification of lithium sulfide After decanting NMP in the 500 mL slurry reaction solution (NMP-lithium sulfide slurry) obtained in (1), 100 mL of dehydrated NMP was added and stirred at 105 ° C. for about 1 hour. NMP was decanted at that temperature. The same operation was repeated 4 times in total. After completion of the decantation, 100 mL of dehydrated heptane was added, and the mixture was stirred at room temperature to remove the supernatant. This operation was repeated 5 times. The heptane slurry was collected and filtered under a nitrogen stream to remove the solvent. Vacuum drying was performed at 200 ° C. to obtain purified lithium sulfide.

得られた精製硫化リチウム純度を電位差滴定により算出したところ、98.9重量%であった(水酸化リチウム0.1重量%)。   When the purity of the obtained purified lithium sulfide was calculated by potentiometric titration, it was 98.9% by weight (lithium hydroxide 0.1% by weight).

BET比表面積(クリプトン法)を評価したところ、比表面積0.04m/g,細孔容積0.001ml/g以下であった。 When the BET specific surface area (krypton method) was evaluated, the specific surface area was 0.04 m 2 / g and the pore volume was 0.001 ml / g or less.

製造例2(トルエン法硫化リチウムの製造)
窒素気流下でトルエン(広島和光株式会社製)270gを600mlセパラブルフラスコに加え、続いて無水水酸化リチウム(本荘ケミカル株式会社製)30gを投入し、フルゾーン撹拌翼300rpmで撹拌しながら、95℃に保持した。
Production Example 2 (Production of toluene method lithium sulfide)
Under a nitrogen stream, 270 g of toluene (manufactured by Hiroshima Wako Co., Ltd.) was added to a 600 ml separable flask, and then 30 g of anhydrous lithium hydroxide (manufactured by Honjo Chemical Co., Ltd.) was added. Held on.

スラリー中に硫化水素(株式会社巴商会製)を300ml/分の供給速度で吹き込みながら104℃まで昇温した。セパラブルフラスコからは、水とトルエンの共沸ガスが連続的に排出された。この共沸ガスを、系外のコンデンサで凝縮させることにより脱水した。この間、留出するトルエンと同量のトルエンを連続的に供給し、反応液レベルを一定に保持した。   The temperature was raised to 104 ° C. while blowing hydrogen sulfide (manufactured by Keishokai Co., Ltd.) into the slurry at a supply rate of 300 ml / min. From the separable flask, an azeotropic gas of water and toluene was continuously discharged. This azeotropic gas was dehydrated by condensing with a condenser outside the system. During this time, the same amount of toluene as the distilled toluene was continuously supplied to keep the reaction liquid level constant.

凝縮液中の水分量は徐々に減少し、硫化水素導入後6時間で水の留出は認められなくなった(水分量は総量で22mlであった)。尚、反応の間は、トルエン中に固体が分散して撹拌された状態であり、トルエンから分層した水分は無かった。   The amount of water in the condensate gradually decreased, and no distillation of water was observed 6 hours after the introduction of hydrogen sulfide (the total amount of water was 22 ml). During the reaction, the solid was dispersed and stirred in toluene, and there was no moisture separated from toluene.

この後、硫化水素を窒素に切り替え300ml/分で1時間流通した。
上記のスラリー溶液をろ過処理した。ろ過後、200℃で真空乾燥を行い、硫化リチウムを得た。
製造例1と同様に、硫化リチウムの純度、水酸化リチウム残留量及びBET比表面積を評価したところ、純度97.5重量%、水酸化リチウム0.7重量%、比表面積13.2m/g,細孔容積0.137ml/gであった。
Thereafter, the hydrogen sulfide was switched to nitrogen and circulated at 300 ml / min for 1 hour.
The slurry solution was filtered. After filtration, vacuum drying was performed at 200 ° C. to obtain lithium sulfide.
As in Production Example 1, the purity of lithium sulfide, the residual amount of lithium hydroxide and the BET specific surface area were evaluated. The purity was 97.5% by weight, lithium hydroxide was 0.7% by weight, and the specific surface area was 13.2 m 2 / g. The pore volume was 0.137 ml / g.

実施例1(改質硫化リチウムの製造)
製造例2で得た硫化リチウム6.0gをグローブボックス内でシュレンクビンに秤量した。これに窒素雰囲気下、脱水トルエン(和光純薬株式会社製、水分量15質量ppm)120mlを加えた。硫化水素ガスを100ml/分で流通させながら、50℃(第1の温度)、常圧で4時間、テフロン製アンカー翼で撹拌した(第1の工程)。硫化水素ガスを止め、一部サンプリングをした。
Example 1 (Production of modified lithium sulfide)
6.0 g of lithium sulfide obtained in Production Example 2 was weighed into a Schlenk bottle in a glove box. Under a nitrogen atmosphere, 120 ml of dehydrated toluene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., water content 15 mass ppm) was added thereto. While flowing hydrogen sulfide gas at 100 ml / min, the mixture was stirred with a Teflon anchor blade for 4 hours at 50 ° C. (first temperature) and normal pressure (first step). The hydrogen sulfide gas was stopped and a part was sampled.

ここで、硫化水素ガスを止めた後のサンプリングにより得られたスラリーを乾燥後分析したところ、水硫化リチウムが44重量%存在しており、水硫化リチウムの表面積は65m/gであった。 Here, when the slurry obtained by sampling after stopping the hydrogen sulfide gas was analyzed after drying, 44 wt% of lithium hydrosulfide was present, and the surface area of lithium hydrosulfide was 65 m 2 / g.

サンプリングの後、窒素を流通させて、バス温を120℃(第2の温度)まで昇温して、さらに常圧で2時間加熱処理を行った(第2の工程)。降温後、窒素を流通させて、改質した硫化リチウムを回収した。200℃で真空乾燥を行い、改質硫化リチウムを得た。
真空乾燥後に得られた改質硫化リチウムについて、製造例1と同様に、硫化リチウム純度、水酸化リチウム残留量及びBET比表面積を評価したところ、純度97.8重量%、水酸化リチウム0.4重量%、比表面積27.2m/g,細孔容積0.25ml/gであった。
After sampling, nitrogen was circulated, the bath temperature was raised to 120 ° C. (second temperature), and heat treatment was further performed at normal pressure for 2 hours (second step). After the temperature was lowered, nitrogen was passed to recover the modified lithium sulfide. Vacuum drying was performed at 200 ° C. to obtain modified lithium sulfide.
The modified lithium sulfide obtained after vacuum drying was evaluated for the purity of lithium sulfide, the residual amount of lithium hydroxide and the BET specific surface area in the same manner as in Production Example 1. The purity was 97.8% by weight and the lithium hydroxide content was 0.4. % By weight, specific surface area 27.2 m 2 / g, pore volume 0.25 ml / g.

実施例2(加圧法)
シュレンクビンに代えて、500mlの撹拌機付耐圧容器を用い、第1の工程の温度を25℃に、圧力を0.2MPaに変更した以外、実施例1と同様にして改質硫化リチウムを製造し、評価した。
得られた改質硫化リチウムは、純度98.2重量%、水酸化リチウム0.5重量%、比表面積25.0m/g,細孔容積0.22ml/gであった。
Example 2 (Pressurization method)
A modified lithium sulfide was produced in the same manner as in Example 1, except that a 500 ml pressure vessel with a stirrer was used instead of Schlenkbin, and the temperature in the first step was changed to 25 ° C. and the pressure was changed to 0.2 MPa. And evaluated.
The obtained modified lithium sulfide had a purity of 98.2% by weight, lithium hydroxide 0.5% by weight, a specific surface area of 25.0 m 2 / g, and a pore volume of 0.22 ml / g.

実施例3
製造例2で得た硫化リチウムに代えて、製造例1で得た硫化リチウムを用いた以外、実施例1と同様にして改質硫化リチウムを製造し、評価した。
得られた改質硫化リチウムは、純度99.1重量%、水酸化リチウム0.1重量%、比表面積8.8m/g,細孔容積0.08ml/gであった。
Example 3
A modified lithium sulfide was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the lithium sulfide obtained in Production Example 1 was used instead of the lithium sulfide obtained in Production Example 2.
The obtained modified lithium sulfide had a purity of 99.1% by weight, lithium hydroxide 0.1% by weight, a specific surface area of 8.8 m 2 / g, and a pore volume of 0.08 ml / g.

比較例1
製造例2で得た硫化リチウムを、比較例1の硫化リチウムとした。
Comparative Example 1
The lithium sulfide obtained in Production Example 2 was used as the lithium sulfide of Comparative Example 1.

比較例2
製造例1で得た硫化リチウムを、比較例2の硫化リチウムとした。
Comparative Example 2
The lithium sulfide obtained in Production Example 1 was used as the lithium sulfide of Comparative Example 2.

実施例1〜3及び比較例1〜2の硫化リチウムの比表面積を表1に示す。   Table 1 shows the specific surface areas of the lithium sulfides of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2.

Figure 2019031437
Figure 2019031437

実施例4
実施例1の反応温度(第一の温度)を50℃から40℃にした以外、実施例1と同様にして改質硫化リチウムを製造し、評価した。
得られた改質硫化リチウムは、純度97.9重量%、水酸化リチウム0.4重量%、比表面積26m/g,細孔容積0.22ml/gであった。
Example 4
Modified lithium sulfide was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the reaction temperature (first temperature) in Example 1 was changed from 50 ° C. to 40 ° C.
The obtained modified lithium sulfide had a purity of 97.9% by weight, lithium hydroxide 0.4% by weight, a specific surface area of 26 m 2 / g, and a pore volume of 0.22 ml / g.

実施例5
製造例2で得た硫化リチウム15.0gをグローブボックス内でシュレンクビンに秤量した。これに窒素雰囲気下、脱水トルエン(和光純薬株式会社製)300mlを加えた。硫化水素ガスを100ml/分で流通させながら、50℃(第1の温度A)、常圧で4時間、テフロン製アンカー翼で撹拌した(第1の工程A)。
Example 5
15.0 g of lithium sulfide obtained in Production Example 2 was weighed into a Schlenk bottle in a glove box. To this was added 300 ml of dehydrated toluene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) under a nitrogen atmosphere. The mixture was stirred with a Teflon anchor blade for 4 hours at 50 ° C. (first temperature A) and normal pressure while flowing hydrogen sulfide gas at 100 ml / min (first step A).

次いで、硫化水素ガスを100ml/分で流通させながら、70℃(第1の温度B)、常圧で2時間、テフロン製アンカー翼で撹拌した(第1の工程B)。   Next, the mixture was stirred with a Teflon anchor blade for 2 hours at 70 ° C. (first temperature B) and normal pressure while flowing hydrogen sulfide gas at 100 ml / min (first step B).

バス温を120℃(第2の温度)まで昇温して、さらに常圧で窒素を流通させて、2時間加熱処理を行った(第2の工程)。降温後、窒素を流通させて、改質した硫化リチウムを回収した。200℃で真空乾燥を行い、改質硫化リチウムを得た。
真空乾燥後に得られた改質硫化リチウムについて、製造例1と同様に、硫化リチウム純度、水酸化リチウム残留量及びBET比表面積を評価したところ、純度97.6重量%、水酸化リチウム0.2重量%、比表面積29m/g,細孔容積0.25ml/gであった。
The bath temperature was raised to 120 ° C. (second temperature), and nitrogen was circulated at normal pressure, followed by heat treatment for 2 hours (second step). After the temperature was lowered, nitrogen was passed to recover the modified lithium sulfide. Vacuum drying was performed at 200 ° C. to obtain modified lithium sulfide.
The modified lithium sulfide obtained after vacuum drying was evaluated for the purity of lithium sulfide, the residual amount of lithium hydroxide and the BET specific surface area in the same manner as in Production Example 1. The purity was 97.6 wt%, lithium hydroxide 0.2 % By weight, specific surface area of 29 m 2 / g, and pore volume of 0.25 ml / g.

実施例6
製造例2から実施例1まで連続して、即ち、途中でろ過処理すること無く実施した。具体的には、まず窒素気流下でトルエン(広島和光株式会社製)350gを600mlセパラブルフラスコに加え、続いて無水水酸化リチウム(本荘ケミカル株式会社製)35gを投入し、フルゾーン撹拌翼350rpmで撹拌しながら、95℃に保持した。
Example 6
It carried out continuously from manufacture example 2 to example 1, ie, without carrying out filtration processing on the way. Specifically, first, 350 g of toluene (manufactured by Hiroshima Wako Co., Ltd.) was added to a 600 ml separable flask under a nitrogen stream, followed by 35 g of anhydrous lithium hydroxide (manufactured by Honjo Chemical Co., Ltd.), and a full zone stirring blade at 350 rpm. While stirring, the temperature was maintained at 95 ° C.

スラリー中に硫化水素(株式会社巴商会製)を400ml/分の供給速度で吹き込みながら104℃まで昇温した。セパラブルフラスコからは、水とトルエンの共沸ガスが連続的に排出された。この共沸ガスを、系外のコンデンサで凝縮させることにより脱水した。この間、留出するトルエンと同量のトルエンを連続的に供給し、反応液レベルを一定に保持した。   The temperature was raised to 104 ° C. while hydrogen sulfide (manufactured by Keishokai Co., Ltd.) was blown into the slurry at a supply rate of 400 ml / min. From the separable flask, an azeotropic gas of water and toluene was continuously discharged. This azeotropic gas was dehydrated by condensing with a condenser outside the system. During this time, the same amount of toluene as the distilled toluene was continuously supplied to keep the reaction liquid level constant.

凝縮液中の水分量は徐々に減少し、硫化水素導入後7時間で水の留出は認められなくなった(水分量は総量で25mlであった)。尚、反応の間は、トルエン中に固体が分散して撹拌された状態であり、トルエンから分層した水分は無かった。   The amount of water in the condensate gradually decreased, and no distillation of water was observed 7 hours after the introduction of hydrogen sulfide (the total amount of water was 25 ml). During the reaction, the solid was dispersed and stirred in toluene, and there was no moisture separated from toluene.

硫化水素ガスを100ml/分で流通させながら、50℃(第1の温度)、常圧で4時間、テフロン製アンカー翼で撹拌した(第1の工程)。   While flowing hydrogen sulfide gas at 100 ml / min, the mixture was stirred with a Teflon anchor blade for 4 hours at 50 ° C. (first temperature) and normal pressure (first step).

バス温を120℃(第2の温度)まで昇温して、さらに常圧で2時間加熱処理を行った(第2の工程)。降温後、窒素を流通させて、改質した硫化リチウムを回収した。200℃で真空乾燥を行い、改質硫化リチウムを得た。
真空乾燥後に得られた改質硫化リチウムについて、製造例1と同様に、硫化リチウム純度、水酸化リチウム残留量及びBET比表面積を評価したところ、純度97.5重量%、水酸化リチウム0.5重量%、比表面積26m/g,細孔容積0.23ml/gであった。
The bath temperature was raised to 120 ° C. (second temperature), and further heat treatment was performed at normal pressure for 2 hours (second step). After the temperature was lowered, nitrogen was passed to recover the modified lithium sulfide. Vacuum drying was performed at 200 ° C. to obtain modified lithium sulfide.
The modified lithium sulfide obtained after vacuum drying was evaluated for the purity of lithium sulfide, the residual amount of lithium hydroxide and the BET specific surface area in the same manner as in Production Example 1. The purity was 97.5% by weight, lithium hydroxide 0.5 % By weight, specific surface area 26 m 2 / g, pore volume 0.23 ml / g.

実施例7
製造例2から実施例5まで連続して、即ち、途中でろ過処理すること無く実施した。具体的には、まず窒素気流下で無水水酸化リチウム(本荘ケミカル株式会社製)33.8kgを投入し、続いてトルエン(住友商事株式会社製)303.8kgを500Lステンレス製反応釜に加え、ツインスター撹拌翼131rpmで撹拌しながら、95℃に保持した。
スラリー中に硫化水素(住友精化株式会社製)を100L/分の供給速度で吹き込みながら107℃まで昇温した。反応釜からは、水とトルエンの共沸ガスが連続的に排出された。この共沸ガスを、系外のコンデンサで凝縮させることにより脱水した。この間、留出するトルエンと同量のトルエンを連続的に供給し、反応液レベルを一定に保持した。
凝縮液中の水分量は徐々に減少し、硫化水素導入後24時間で水の留出は認められなくなった。尚、反応の間は、トルエン中に固体が分散して撹拌された状態であり、トルエンから分層した水分は無かった。
硫化水素ガスを40L/分で流通させながら、50℃(第1の温度A)、常圧で20時間、ツインスター撹拌翼で撹拌した(第1の工程A)。
次いで、硫化水素ガスを40L/分で流通させながら、70℃(第1の温度B)、常圧で10時間、ツインスター撹拌翼で撹拌した(第1の工程B)。
反応釜ジャケット温度を120℃(第2の温度)まで昇温して、さらに常圧で窒素を流通させて、16時間加熱処理を行った(第2の工程)。降温後、窒素を流通させて、改質した硫化リチウムを回収した。100℃で真空乾燥を行い、改質硫化リチウムを得た。
真空乾燥後に得られた改質硫化リチウムについて、製造例1と同様に、硫化リチウム純度、水酸化リチウム残留量及びBET比表面積を評価したところ、純度98.5重量%、水酸化リチウム0.1重量%、比表面積27m/g,細孔容積0.31ml/gであった。
Example 7
It carried out continuously from manufacture example 2 to example 5, ie, without carrying out filtration processing on the way. Specifically, first, 33.8 kg of anhydrous lithium hydroxide (Honjo Chemical Co., Ltd.) was charged under a nitrogen stream, and then 303.8 kg of toluene (Sumitomo Corporation) was added to a 500 L stainless steel reaction kettle. While stirring with a twin star stirring blade 131 rpm, the temperature was maintained at 95 ° C.
The temperature was raised to 107 ° C. while hydrogen sulfide (manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd.) was blown into the slurry at a supply rate of 100 L / min. An azeotropic gas of water and toluene was continuously discharged from the reaction kettle. This azeotropic gas was dehydrated by condensing with a condenser outside the system. During this time, the same amount of toluene as the distilled toluene was continuously supplied to keep the reaction liquid level constant.
The amount of water in the condensate gradually decreased, and water distilling was not observed 24 hours after the introduction of hydrogen sulfide. During the reaction, the solid was dispersed and stirred in toluene, and there was no moisture separated from toluene.
While flowing hydrogen sulfide gas at 40 L / min, the mixture was stirred with a twin star stirring blade at 50 ° C. (first temperature A) and normal pressure for 20 hours (first step A).
Next, the mixture was stirred with a twin star stirring blade at 70 ° C. (first temperature B) and normal pressure for 10 hours while flowing hydrogen sulfide gas at 40 L / min (first step B).
The reaction kettle jacket temperature was raised to 120 ° C. (second temperature), and nitrogen was circulated at normal pressure, followed by heat treatment for 16 hours (second step). After the temperature was lowered, nitrogen was passed to recover the modified lithium sulfide. Vacuum drying was performed at 100 ° C. to obtain modified lithium sulfide.
The modified lithium sulfide obtained after vacuum drying was evaluated for the purity of lithium sulfide, the residual amount of lithium hydroxide and the BET specific surface area in the same manner as in Production Example 1. The purity was 98.5% by weight, lithium hydroxide 0.1 The weight percent, specific surface area was 27 m 2 / g, and pore volume was 0.31 ml / g.

<固体電解質ガラスの製造>
実施例8
実施例1の改質硫化リチウム1.0g(70mol%)、五硫化二リン2.0g(30mol%)をグローブボックス内で0.1Lオートクレーブに仕込んだ。オートクレーブを密封した後、窒素下で脱水トルエン30mlを加えて、窒素下ホールドを行った。オイルバスにて加熱、撹拌を行って、内温150℃で、72時間反応させた。降温後、窒素を流通させて、反応物を回収した。150℃で真空乾燥を行い、固体電解質ガラスを得た。
<Manufacture of solid electrolyte glass>
Example 8
The modified lithium sulfide of Example 1 (1.0 g, 70 mol%) and diphosphorus pentasulfide (2.0 g, 30 mol%) were charged into a 0.1 L autoclave in a glove box. After sealing the autoclave, 30 ml of dehydrated toluene was added under nitrogen, and holding was performed under nitrogen. The mixture was heated and stirred in an oil bath and reacted at an internal temperature of 150 ° C. for 72 hours. After the temperature was lowered, nitrogen was circulated to recover the reaction product. Vacuum drying was performed at 150 ° C. to obtain a solid electrolyte glass.

得られた固体電解質ガラスについて硫化リチウム残存率を測定した。
仕込み量と同じ比率で物理混合した後、乳鉢混合を行い、XRD測定を行った。この時の27°,44°,53°におけるピーク高さを硫化リチウム残存100%として計算した。
XRDスペクトルを測定した結果、ガラスのハローが観測されているが、一部原料硫化リチウムが観測された。ピーク高さから、原料硫化リチウムの残存率は12.2%であった。
About the obtained solid electrolyte glass, the residual ratio of lithium sulfide was measured.
After physical mixing at the same ratio as the charged amount, mortar mixing was performed and XRD measurement was performed. The peak heights at 27 °, 44 °, and 53 ° at this time were calculated as lithium sulfide remaining 100%.
As a result of measuring the XRD spectrum, a glass halo was observed, but a part of the raw material lithium sulfide was observed. From the peak height, the residual rate of raw material lithium sulfide was 12.2%.

実施例9,10
原料硫化リチウムとして、実施例1の改質硫化リチウムに代えて、表2に示す改質硫化リチウムを用いた以外、実施例8と同様にして固体電解質ガラスを製造し、評価した。結果を表2に示す。
Examples 9 and 10
A solid electrolyte glass was produced and evaluated in the same manner as in Example 8, except that the modified lithium sulfide shown in Table 2 was used instead of the modified lithium sulfide of Example 1 as the raw material lithium sulfide. The results are shown in Table 2.

実施例11
実施例1の改質硫化リチウムを1.15g(75mol%)と、五硫化二リンを1.81g(25mol%)と変更した以外、実施例8と同様にして固体電解質ガラスを製造し、評価した。結果を表2に示す。
Example 11
A solid electrolyte glass was produced and evaluated in the same manner as in Example 8, except that 1.15 g (75 mol%) of the modified lithium sulfide of Example 1 and 1.81 g (25 mol%) of diphosphorus pentasulfide were changed. did. The results are shown in Table 2.

比較例3
実施例1の改質硫化リチウムに代えて、硫化リチウムの改質処理を行っていない、比較例1の硫化リチウムを用いた以外、実施例8と同様にして固体電解質ガラスを製造し、評価した。結果を表2に示す。
Comparative Example 3
A solid electrolyte glass was produced and evaluated in the same manner as in Example 8, except that the lithium sulfide of Comparative Example 1 that was not subjected to the modification treatment of lithium sulfide was used instead of the modified lithium sulfide of Example 1. . The results are shown in Table 2.

比較例4
実施例1の改質硫化リチウムに代えて、硫化リチウムの改質処理を行っていない、比較例2の硫化リチウムを用いた以外、実施例8と同様にして固体電解質ガラスを製造し、評価した。結果を表2に示す。
得られた固体電解質ガラスを目視により観察したところ、実施例8〜11では観測できなかった粗大粒子が一部生成していた。
Comparative Example 4
A solid electrolyte glass was produced and evaluated in the same manner as in Example 8 except that the modified lithium sulfide of Example 1 was used and the lithium sulfide of Comparative Example 2 that was not subjected to the modification treatment of lithium sulfide was used. . The results are shown in Table 2.
When the obtained solid electrolyte glass was visually observed, some coarse particles that could not be observed in Examples 8 to 11 were generated.

Figure 2019031437
Figure 2019031437

<固体電解質ガラスセラミックスの製造>
実施例12
実施例8の固体電解質ガラスを、真空下300℃、2時間加熱結晶化処理を行った。結晶化した固体電解質ガラスセラミックスのリチウムイオン伝導度は、1.2×10−3S/cmであった。
<Manufacture of solid electrolyte glass ceramics>
Example 12
The solid electrolyte glass of Example 8 was subjected to heat crystallization treatment at 300 ° C. for 2 hours under vacuum. The lithium ion conductivity of the crystallized solid electrolyte glass ceramic was 1.2 × 10 −3 S / cm.

本発明により製造された改質金属硫化物は、医療、電池材料の原料、特に硫化物系固体電解質の原料として使用できる。本発明により製造された硫化物系固体電解質は、リチウム二次電池等に使用できる。   The modified metal sulfide produced according to the present invention can be used as a raw material for medical and battery materials, particularly as a raw material for sulfide-based solid electrolytes. The sulfide-based solid electrolyte produced according to the present invention can be used for lithium secondary batteries and the like.

上記に本発明の実施形態及び/又は実施例を幾つか詳細に説明したが、当業者は、本発明の新規な教示及び効果から実質的に離れることなく、これら例示である実施形態及び/又は実施例に多くの変更を加えることが容易である。従って、これらの多くの変更は本発明の範囲に含まれる。
本願のパリ優先の基礎となる日本出願明細書の内容を全てここに援用する。
Although several embodiments and / or examples of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will appreciate that these exemplary embodiments and / or embodiments are substantially without departing from the novel teachings and advantages of the present invention. It is easy to make many changes to the embodiment. Accordingly, many of these modifications are within the scope of the present invention.
All the contents of the Japanese application specification that is the basis of the priority of Paris in this application are incorporated herein.

Claims (14)

アルカリ金属硫化物及びアルカリ土類金属硫化物からなる群から選ばれる1以上の金属硫化物を、スルフィド結合含有化合物と、有機溶媒中で接触させることにより、金属水硫化物を生成する工程を含む金属水硫化物の製造方法。   Including a step of producing a metal hydrosulfide by contacting one or more metal sulfides selected from the group consisting of alkali metal sulfides and alkaline earth metal sulfides with a sulfide bond-containing compound in an organic solvent. Method for producing metal hydrosulfide. 得られる金属水硫化物の比表面積が20m/g以上である、請求項1記載の金属水硫化物の製造方法。 The manufacturing method of the metal hydrosulfide of Claim 1 whose specific surface area of the obtained metal hydrosulfide is 20 m < 2 > / g or more. 前記有機溶媒中での接触温度を−20℃〜150℃とする、請求項1又は2記載の金属水硫化物の製造方法。   The method for producing a metal hydrosulfide according to claim 1 or 2, wherein the contact temperature in the organic solvent is -20C to 150C. 前記有機溶媒中での接触を、異なる温度で2回以上実施し、回を重ねる毎に温度を上げる、請求項3記載の金属水硫化物の製造方法。   The method for producing a metal hydrosulfide according to claim 3, wherein the contact in the organic solvent is carried out twice or more at different temperatures, and the temperature is increased every time the contact is repeated. 前記有機溶媒中での接触を、異なる温度で2回実施する、請求項4記載の金属水硫化物の製造方法。   The method for producing a metal hydrosulfide according to claim 4, wherein the contact in the organic solvent is carried out twice at different temperatures. 前記接触の異なる温度が、20℃〜60℃、及び、60℃より高く100℃以下である、請求項5記載の金属水硫化物の製造方法。   The method for producing a metal hydrosulfide according to claim 5, wherein the temperature at which the contact is different is 20 ° C. to 60 ° C. and higher than 60 ° C. and 100 ° C. or lower. 前記接触の異なる温度が、40℃〜60℃、及び、60℃より高く80℃以下である、請求項5記載の金属水硫化物の製造方法。   The method for producing a metal hydrosulfide according to claim 5, wherein the temperature at which the contact is different is 40 ° C. to 60 ° C. and higher than 60 ° C. and 80 ° C. or lower. 前記接触時の圧力が、常圧以上0.85MPa以下である、請求項1〜7のいずれかに記載の金属水硫化物の製造方法。   The method for producing a metal hydrosulfide according to any one of claims 1 to 7, wherein the pressure at the time of contact is from normal pressure to 0.85 MPa. さらに、前記金属硫化物の製造工程を有し、
前記製造工程に続けて、前記金属硫化物を、前記スルフィド結合含有化合物と、前記有機溶媒中で接触させる、請求項2〜8のいずれかに記載の金属水硫化物の製造方法。
Furthermore, it has the manufacturing process of the said metal sulfide,
The manufacturing method of the metal hydrosulfide in any one of Claims 2-8 which makes the said metal sulfide contact the said sulfide bond containing compound in the said organic solvent following the said manufacturing process.
前記アルカリ金属硫化物及びアルカリ土類金属硫化物からなる群から選ばれる1以上の金属硫化物が、アルカリ金属硫化物である、請求項1〜9のいずれか記載の金属水硫化物の製造方法。   The method for producing a metal hydrosulfide according to any one of claims 1 to 9, wherein the one or more metal sulfides selected from the group consisting of the alkali metal sulfide and the alkaline earth metal sulfide are alkali metal sulfides. . 前記アルカリ金属硫化物が、硫化リチウムである、請求項10記載の金属水硫化物の製造方法。   The method for producing a metal hydrosulfide according to claim 10, wherein the alkali metal sulfide is lithium sulfide. 前記金属水硫化物の生成量が、前記金属硫化物と前記金属水硫化物の合計に対して、5重量%以上80重量%以下である、請求項1〜11のいずれか記載の金属水硫化物の製造方法。   12. The metal hydrosulfide according to claim 1, wherein a production amount of the metal hydrosulfide is 5 wt% or more and 80 wt% or less with respect to a total of the metal sulfide and the metal hydrosulfide. Manufacturing method. 比表面積が20m/g以上である金属水硫化物。 A metal hydrosulfide having a specific surface area of 20 m 2 / g or more. 請求項13記載の金属水硫化物と、金属硫化物とを含み、前記金属水硫化物の含有量が、金属硫化物と金属水硫化物の合計に対して、5重量%以上80重量%以下である混合粉末。   The metal hydrosulfide according to claim 13 and a metal sulfide, wherein the content of the metal hydrosulfide is 5 wt% or more and 80 wt% or less with respect to the total of the metal sulfide and the metal hydrosulfide. Is a mixed powder.
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