JP2019059659A - Sulfide-based inorganic solid electrolyte material, solid electrolyte, solid electrolyte membrane and lithium ion battery - Google Patents

Sulfide-based inorganic solid electrolyte material, solid electrolyte, solid electrolyte membrane and lithium ion battery Download PDF

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Abstract

To provide a sulfide-based inorganic solid electrolyte material excellent in the balance between electrochemical stability and lithium ion conductivity.SOLUTION: A sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present invention has a lithium ion conductivity and comprises Li, P and S as constituent elements. In a spectrum obtained by X-ray diffractometry using CuKα ray as a radiation source, a value of I/Iis 3.4 or less, where a maximum diffraction intensity given in a diffraction angle 2θ=35.0±0.1° is defined as a background intensity Iand a maximum diffraction intensity given in a diffraction angle 2θ=31.0±0.5° is defined as I.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、硫化物系無機固体電解質材料、固体電解質、固体電解質膜およびリチウムイオン電池に関する。   The present invention relates to a sulfide-based inorganic solid electrolyte material, a solid electrolyte, a solid electrolyte membrane and a lithium ion battery.

リチウムイオン電池は、一般的に、携帯電話やノートパソコン等の小型携帯機器の電源として使用されている。また、最近では小型携帯機器以外に、電気自動車や電力貯蔵等の電源としてもリチウムイオン電池は使用され始めている。   Lithium ion batteries are generally used as a power source for small portable devices such as mobile phones and notebook computers. Also, recently, in addition to small portable devices, lithium ion batteries have also begun to be used as power sources for electric vehicles and power storage.

現在市販されているリチウムイオン電池には、可燃性の有機溶媒を含む電解液が使用されている。一方、電解液を固体電解質に変えて、電池を全固体化したリチウムイオン電池(以下、全固体型リチウムイオン電池とも呼ぶ。)は、電池内に可燃性の有機溶媒を用いないので、安全装置の簡素化が図れ、製造コストや生産性に優れると考えられている。   Currently commercially available lithium ion batteries use an electrolyte containing a flammable organic solvent. On the other hand, a lithium ion battery (hereinafter, also referred to as an all solid lithium ion battery) in which the battery is completely solidified by changing the electrolyte solution to a solid electrolyte does not use a flammable organic solvent in the battery. Can be simplified, and is considered to be excellent in manufacturing cost and productivity.

このような固体電解質に用いられる固体電解質材料としては、例えば、硫化物系無機固体電解質材料が知られている。   As a solid electrolyte material used for such a solid electrolyte, for example, a sulfide-based inorganic solid electrolyte material is known.

特許文献1(特開2016−27545号公報)には、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=29.86°±1.00°の位置にピークを有し、Li2y+3PS(0.1≦y≦0.175)の組成を有することを特徴とする硫化物系固体電解質材料が記載されている。 Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2016-27545) has a peak at a position of 2θ = 29.86 ° ± 1.00 ° in X-ray diffraction measurement using a CuKα ray, Li 2 y + 3 PS 4 (0 A sulfide-based solid electrolyte material is described which is characterized by having a composition of 1 ≦ y ≦ 0.175).

特開2016−27545号公報JP, 2016-27545, A

ところが、硫化物系無機固体電解質材料は、電気化学安定性およびリチウムイオン伝導性に優れているものの、電解液に比べたらリチウムイオン伝導性はまだまだ低く、固体電解質材料としては十分に満足するものではなかった。
以上から、リチウムイオン電池に利用される硫化物系無機固体電解質材料は電気化学安定性を有しつつ、リチウムイオン伝導性のさらなる向上が求められている。
However, although sulfide-based inorganic solid electrolyte materials are excellent in electrochemical stability and lithium ion conductivity, their lithium ion conductivity is still lower than that of electrolytes, and they are sufficiently satisfactory as solid electrolyte materials. It was not.
From the above, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material used for lithium ion batteries is required to further improve lithium ion conductivity while having electrochemical stability.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電気化学的安定性およびリチウムイオン伝導性のバランスに優れる硫化物系無機固体電解質材料を提供するものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a sulfide-based inorganic solid electrolyte material which is excellent in the balance of electrochemical stability and lithium ion conductivity.

本発明者らは、電気化学的安定性およびリチウムイオン伝導性のバランスに優れる硫化物系無機固体電解質材料を提供するため、硫化物系無機固体電解質材料のX線回折プロファイル等について鋭意検討した。その結果、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて、特定の回折角における回折強度が小さい硫化物系無機固体電解質材料が電気化学的安定性およびリチウムイオン伝導性のバランスに優れることを見出し、本発明に至った。   The present inventors diligently studied the X-ray diffraction profile and the like of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material in order to provide a sulfide-based inorganic solid electrolyte material excellent in the balance between electrochemical stability and lithium ion conductivity. As a result, in the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα radiation as a radiation source, a sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a small diffraction intensity at a specific diffraction angle balances the electrochemical stability and lithium ion conductivity. It found out that it was excellent and came to the present invention.

すなわち、本発明によれば、
リチウムイオン伝導性を有し、かつ、構成元素としてLi、PおよびSを含む硫化物系無機固体電解質材料であって、
線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=31.0±0.5°の位置における最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が3.4以下である硫化物系無機固体電解質材料が提供される。
That is, according to the present invention,
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having lithium ion conductivity and containing Li, P and S as constituent elements,
In the spectrum obtained by X-ray diffraction using a CuKα ray the highest diffraction intensity at the position of the diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1 ° and background intensity I A as a radiation source, a diffraction angle 2 [Theta] = 31.0 ± When the maximum diffraction intensity at the position of 0.5 ° is I B , a sulfide-based inorganic solid electrolyte material is provided, which has an I B / I A value of 3.4 or less.

さらに、本発明によれば、
上記硫化物系無機固体電解質材料を含む固体電解質が提供される。
Furthermore, according to the invention,
There is provided a solid electrolyte comprising the above-mentioned sulfide-based inorganic solid electrolyte material.

さらに、本発明によれば、
上記固体電解質を主成分として含む固体電解質膜が提供される。
Furthermore, according to the invention,
There is provided a solid electrolyte membrane comprising the above solid electrolyte as a main component.

さらに、本発明によれば、
正極活物質層を含む正極と、電解質層と、負極活物質層を含む負極とを備えたリチウムイオン電池であって、
上記正極活物質層、上記電解質層および上記負極活物質層のうち少なくとも一つが、上記硫化物系無機固体電解質材料を含むリチウムイオン電池が提供される。
Furthermore, according to the invention,
A lithium ion battery comprising a positive electrode including a positive electrode active material layer, an electrolyte layer, and a negative electrode including a negative electrode active material layer,
A lithium ion battery is provided, wherein at least one of the positive electrode active material layer, the electrolyte layer, and the negative electrode active material layer includes the sulfide-based inorganic solid electrolyte material.

本発明によれば、電気化学的安定性およびリチウムイオン伝導性のバランスに優れる硫化物系無機固体電解質材料を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a sulfide-based inorganic solid electrolyte material which is excellent in the balance between electrochemical stability and lithium ion conductivity.

本発明に係る実施形態のリチウムイオン電池の構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the structure of the lithium ion battery of embodiment which concerns on this invention. 実施例1および2で得られた硫化物系無機固体電解質材料のX線回折スペクトルを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an X-ray diffraction spectrum of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in Examples 1 and 2. 比較例1および2で得られた硫化物系無機固体電解質材料のX線回折スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the X-ray-diffraction spectrum of the sulfide type inorganic solid electrolyte material obtained by Comparative Example 1 and 2. FIG. 実施例4および5で得られた硫化物系無機固体電解質材料のX線回折スペクトルを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an X-ray diffraction spectrum of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in Examples 4 and 5.

以下に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には共通の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは一致していない。数値範囲の「A〜B」は特に断りがなければ、A以上B以下を表す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described using the drawings. In all the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is appropriately omitted. Also, the figure is a schematic view and does not match the actual dimensional ratio. Unless otherwise noted, “A to B” in the numerical range represents A or more and B or less.

[硫化物系無機固体電解質材料]
はじめに、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料について説明する。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、リチウムイオン伝導性を有し、かつ、構成元素としてLi、PおよびSを含む。そして、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=31.0±0.5°の位置における最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が3.4以下、好ましくは3.3以下、より好ましくは3.2以下である。
/Iの値を上記上限値以下とすることにより、電気化学安定性を良好に維持しつつ、リチウムイオン伝導性を向上させることができる。
この理由については必ずしも明らかではないが、以下の理由が推察される。
まず、LiPS等の従来の代表的な硫化物系無機固体電解質材料は、回折角2θ=31.0±0.5°の位置に特徴的な回折ピークがあることが知られている(LiPSのXRDデーターベースであるJCPDS(Joint Committee on Powder Diffraction Standards)カードのNO.01-076-0973参照)。
しかし、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、従来の代表的な硫化物系無機固体電解質材料に特徴的な回折角2θ=31.0±0.5°の位置における最大回折強度が低い。そのため、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、従来の硫化物系無機固体電解質材料とは異なる新規な構造を有していると考えられる。このような新規な構造はリチウムイオンがより容易にホッピングするような構造であると考えられる。そのため、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、リチウムイオンの拡散性に優れており、その結果、従来の代表的な硫化物系無機固体電解質材料よりも高いイオン伝導度を発現したと考えられる。
したがって、I/Iの値が上記上限値以下であることは、従来の代表的な硫化物系無機固体電解質材料とは異なる新規な構造が形成されていることを表していると考えられる。
また、I/Iの下限値は特に限定されないが、例えば0.0以上、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.2以上、さらに好ましくは0.5以上である。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の上記I/Iの値は、硫化物系無機固体電解質材料の組成比率や、原料である無機組成物をガラス化する工程において、水分や酸素と無機組成物との接触を従来よりも高いレベルで防ぐこと等により実現することが可能である。
[Sulphid-based inorganic solid electrolyte material]
First, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment will be described.
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment has lithium ion conductivity, and contains Li, P, and S as constituent elements. The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment has the maximum diffraction intensity at the position of the diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1 ° in the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα radiation as a radiation source. Assuming that the background intensity I A and the maximum diffraction intensity at the position of the diffraction angle 2θ = 31.0 ± 0.5 ° is I B , the value of I B / I A is 3.4 or less, preferably 3. It is 3 or less, more preferably 3.2 or less.
By making the value of I B / I A equal to or less than the above upper limit value, lithium ion conductivity can be improved while maintaining good electrochemical stability.
Although the reasons for this are not necessarily clear, the following reasons are inferred.
First, it is known that a typical representative sulfide-based inorganic solid electrolyte material such as Li 3 PS 4 has a characteristic diffraction peak at the position of diffraction angle 2θ = 31.0 ± 0.5 °. (See No. 01-076-0973 of Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) card, which is an XRD data base of Li 3 PS 4 ).
However, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment has the maximum diffraction intensity at the position of the diffraction angle 2θ = 31.0 ± 0.5 ° characteristic of the conventional representative sulfide-based inorganic solid electrolyte material. Is low. Therefore, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is considered to have a novel structure different from the conventional sulfide-based inorganic solid electrolyte material. Such a novel structure is considered to be a structure in which lithium ions hop more easily. Therefore, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is excellent in the diffusion of lithium ions, and as a result, exhibited higher ion conductivity than the conventional typical sulfide-based inorganic solid electrolyte material. it is conceivable that.
Therefore, the fact that the value of I B / I A is less than or equal to the above upper limit value is considered to indicate that a novel structure different from conventional representative sulfide-based inorganic solid electrolyte materials is formed. .
The lower limit value of I B / I A is not particularly limited, but is, for example, 0.0 or more, preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, and still more preferably 0.5 or more.
The value of I B / I A of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is the water content or the ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material, and the process of vitrifying the inorganic composition as the raw material. It is possible to achieve by preventing the contact between oxygen and the inorganic composition at a level higher than the conventional one.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、電気化学的安定性、水分や空気中での安定性および取り扱い性等を向上させる観点から、当該硫化物系無機固体電解質材料中の上記Pの含有量に対する上記Liの含有量のモル比Li/Pが好ましくは1.0以上5.0以下であり、より好ましくは2.0以上4.0以下であり、さらに好ましくは2.5以上3.5以下であり、さらにより好ましくは2.7以上3.3以下であり、特に好ましくは2.8以上3.2以下であり、そして上記Pの含有量に対する上記Sの含有量のモル比S/Pが、好ましくは2.0以上6.0以下であり、より好ましくは3.0以上5.0以下であり、さらに好ましくは3.5以上4.5以下であり、特に好ましくは3.8以上4.2以下である。
また、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、電気化学的安定性、水分や空気中での安定性および取り扱い性等により優れるとともに、硫化水素の発生をより一層抑制することができる観点から、オルト組成であるLiPSが好ましい。
ここで、LiS−P系の硫化物系無機固体電解質材料ではLiPSがオルト組成に該当する。また、オルト組成の硫化物系無機固体電解質材料には、理論的にはLiSが残留していないため、LiSに由来する硫化水素の発生をより一層防止することができる。
ここで、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料中のLi、PおよびSの含有量は、例えば、ICP発光分光分析やX線分析により求めることができる。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment has the above-mentioned P in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material from the viewpoint of improving the electrochemical stability, the stability in water and air, the handleability, and the like. The molar ratio Li / P of the content of Li to the content of Li is preferably 1.0 or more and 5.0 or less, more preferably 2.0 or more and 4.0 or less, and still more preferably 2.5 or more. It is 3.5 or less, still more preferably 2.7 or more and 3.3 or less, particularly preferably 2.8 or more and 3.2 or less, and the mole of the content of the above S with respect to the content of the above P The ratio S / P is preferably 2.0 or more and 6.0 or less, more preferably 3.0 or more and 5.0 or less, still more preferably 3.5 or more and 4.5 or less, and particularly preferably It is 3.8 or more and 4.2 or less.
In addition, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is excellent in electrochemical stability, stability in water and air, handleability, and the like, and can further suppress the generation of hydrogen sulfide. From the viewpoint, the ortho composition Li 3 PS 4 is preferable.
Here, Li 3 PS 4 corresponds to the ortho composition in the Li 2 S—P 2 S 5 based sulfide-based inorganic solid electrolyte material. In addition, since Li 2 S theoretically does not remain in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material having the ortho composition, generation of hydrogen sulfide derived from Li 2 S can be further prevented.
Here, the content of Li, P and S in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment can be determined, for example, by ICP emission spectroscopy or X-ray analysis.

また、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料において、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=27.0±0.4°の位置における最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が好ましくは4.7以下、より好ましくは3.5以下、さらに好ましくは3.3以下、特に好ましくは3.1以下である。
/Iの値を上記上限値以下とすることにより、電気化学安定性を良好に維持しつつ、リチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。
この理由については必ずしも明らかではないが、以下の理由が推察される。
まず、LiPS等の従来の代表的な硫化物系無機固体電解質材料は、回折角2θ=27.0±0.4°の位置に特徴的な回折ピークがあることが知られている(LiPSのXRDデーターベースであるJCPDS(Joint Committee on Powder Diffraction Standards)カードのNO.01-076-0973参照)。
したがって、I/Iの値が上記上限値以下であることは、従来の代表的な硫化物系無機固体電解質材料とは異なる新規な構造が形成されていることを表していると考えられる。
また、I/Iの下限値は特に限定されないが、例えば0.0以上、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.3以上、さらに好ましくは0.5以上である。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、こうした構造を有することにより、リチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。さらに、このような硫化物系無機固体電解質材料を用いると、入出力特性により一層優れたリチウムイオン電池を得ることができる。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の上記I/Iの値は、硫化物系無機固体電解質材料の組成比率や、原料である無機組成物をガラス化する工程において、水分や酸素と無機組成物との接触を従来よりも高いレベルで防ぐこと等により実現することが可能である。
Further, in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the maximum diffraction intensity at the position of the diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1 ° in the spectrum obtained by X-ray diffraction using a CuKα ray as a radiation source Where I C is the background intensity I A and the maximum diffraction intensity at the position of the diffraction angle 2θ = 27.0 ± 0.4 ° is I C , the value of I C / I A is preferably 4.7 or less, more preferably Is 3.5 or less, more preferably 3.3 or less, and particularly preferably 3.1 or less.
By making the value of I C / I A equal to or less than the above upper limit value, lithium ion conductivity can be further improved while maintaining good electrochemical stability.
Although the reasons for this are not necessarily clear, the following reasons are inferred.
First, it is known that a typical representative sulfide-based inorganic solid electrolyte material such as Li 3 PS 4 has a characteristic diffraction peak at the position of diffraction angle 2θ = 27.0 ± 0.4 °. (See No. 01-076-0973 of Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) card, which is an XRD data base of Li 3 PS 4 ).
Therefore, the fact that the value of I C / I A is less than or equal to the above upper limit value is considered to indicate that a novel structure different from conventional representative sulfide-based inorganic solid electrolyte materials is formed. .
The lower limit value of I C / I A is not particularly limited, but is, for example, 0.0 or more, preferably 0.1 or more, more preferably 0.3 or more, and still more preferably 0.5 or more.
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment can further improve lithium ion conductivity by having such a structure. Furthermore, when such a sulfide-based inorganic solid electrolyte material is used, it is possible to obtain a lithium ion battery further excellent in input / output characteristics.
The above I C / I A value of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is determined by the composition ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material, the water content in the step of vitrifying the inorganic composition as the raw material, It is possible to achieve by preventing the contact between oxygen and the inorganic composition at a level higher than the conventional one.

また、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料において、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=29.5±0.5°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとし、回折角2θ=31.0±0.5°の位置における最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が好ましくは0.30以下、より好ましくは0.28以下である。
/Iの値を上記上限値以下とすることにより、電気化学安定性を良好に維持しつつ、リチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。さらに、このような硫化物系無機固体電解質材料を用いると、入出力特性により一層優れたリチウムイオン電池を得ることができる。
/Iの下限値は特に限定されないが、例えば0.0以上、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.05以上、さらに好ましくは0.10以上である。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の上記I/Iの値は、硫化物系無機固体電解質材料の組成比率や、原料である無機組成物をガラス化する工程において、水分や酸素と無機組成物との接触を従来よりも高いレベルで防ぐこと等により実現することが可能である。
Further, in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, diffraction existing at a diffraction angle 2θ = 29.5 ± 0.5 ° in a spectrum obtained by X-ray diffraction using a CuKα ray as a radiation source Assuming that the maximum diffraction intensity of the peak is I D and the maximum diffraction intensity at the position of the diffraction angle 2θ = 31.0 ± 0.5 ° is I B , the value of I B / I D is preferably 0.30 or less, More preferably, it is 0.28 or less.
By setting the value of I B / I D to the upper limit value or less, lithium ion conductivity can be further improved while maintaining good electrochemical stability. Furthermore, when such a sulfide-based inorganic solid electrolyte material is used, it is possible to obtain a lithium ion battery further excellent in input / output characteristics.
The lower limit value of I B / I D is not particularly limited, but is, for example, 0.0 or more, preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, and further preferably 0.10 or more.
The above I B / I D values of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment are determined by the composition ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material, the water content and the process of vitrifying the inorganic composition as the raw material. It is possible to achieve by preventing the contact between oxygen and the inorganic composition at a level higher than the conventional one.

また、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料において、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=29.5±0.5°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとし、回折角2θ=27.0±0.4°の位置における最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が好ましくは0.40以下、より好ましくは0.35以下、さらに好ましくは0.33以下である。
/Iの値を上記上限値以下とすることにより、電気化学安定性を良好に維持しつつ、リチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。さらに、このような硫化物系無機固体電解質材料を用いると、入出力特性により一層優れたリチウムイオン電池を得ることができる。
/Iの下限値は特に限定されないが、例えば0.0以上、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.03以上、さらに好ましくは0.05以上である。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の上記I/Iの値は、硫化物系無機固体電解質材料の組成比率や、原料である無機組成物をガラス化する工程において、水分や酸素と無機組成物との接触を従来よりも高いレベルで防ぐこと等により実現することが可能である。
Further, in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, diffraction existing at a diffraction angle 2θ = 29.5 ± 0.5 ° in a spectrum obtained by X-ray diffraction using a CuKα ray as a radiation source Assuming that the maximum diffraction intensity of the peak is I D and the maximum diffraction intensity at the position of the diffraction angle 2θ = 27.0 ± 0.4 ° is I C , the value of I C / I D is preferably 0.40 or less, More preferably, it is 0.35 or less, more preferably 0.33 or less.
By setting the value of I C / I D to the upper limit value or less, lithium ion conductivity can be further improved while maintaining good electrochemical stability. Furthermore, when such a sulfide-based inorganic solid electrolyte material is used, it is possible to obtain a lithium ion battery further excellent in input / output characteristics.
The lower limit value of I C / I D is not particularly limited, but is, for example, 0.0 or more, preferably 0.01 or more, more preferably 0.03 or more, and still more preferably 0.05 or more.
The above I C / I D values of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment are the water content and the composition ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material, and the process of vitrifying the inorganic composition as the raw material. It is possible to achieve by preventing the contact between oxygen and the inorganic composition at a level higher than the conventional one.

また、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料において、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=29.5±0.5°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が好ましくは1.0以上、より好ましくは3.0以上、さらに好ましくは5.0以上、特に好ましくは7.0以上である。
/Iの値を上記下限値以上とすることにより、リチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。さらに、このような硫化物系無機固体電解質材料を用いると、入出力特性により一層優れたリチウムイオン電池を得ることができる。
/Iの上限値は特に限定されないが、例えば50.0以下、好ましくは30.0以上、より好ましくは20.0以下、さらに好ましくは15.0以下である。
Further, in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the maximum diffraction intensity at the position of the diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1 ° in the spectrum obtained by X-ray diffraction using a CuKα ray as a radiation source Assuming that the background intensity I A and the maximum diffraction intensity of the diffraction peak present at the position of the diffraction angle 2θ = 29.5 ± 0.5 ° is I D , the value of I D / I A is preferably 1. It is 0 or more, more preferably 3.0 or more, still more preferably 5.0 or more, and particularly preferably 7.0 or more.
By setting the value of I D / I A to the above lower limit value or more, lithium ion conductivity can be further improved. Furthermore, when such a sulfide-based inorganic solid electrolyte material is used, it is possible to obtain a lithium ion battery further excellent in input / output characteristics.
The upper limit value of I D / I A is not particularly limited, but is, for example, 50.0 or less, preferably 30.0 or more, more preferably 20.0 or less, and still more preferably 15.0 or less.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料において、27.0℃、印加電圧10mV、測定周波数域0.1Hz〜7MHzの測定条件における交流インピーダンス法による硫化物系無機固体電解質材料のリチウムイオン伝導度は、好ましくは0.5×10−3S・cm−1以上、より好ましくは0.6×10−3S・cm−1以上、さらに好ましくは0.8×10−3S・cm−1以上、特に好ましくは1.0×10−3S・cm−1以上である。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料のリチウムイオン伝導度が上記下限値以上であると、電池特性により一層優れたリチウムイオン電池を得ることができる。さらに、このような硫化物系無機固体電解質材料を用いると、入出力特性により一層優れたリチウムイオン電池を得ることができる。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, lithium ion conduction of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material by an AC impedance method under measurement conditions of 27.0 ° C., an applied voltage of 10 mV and a measurement frequency range of 0.1 Hz to 7 MHz. The degree is preferably 0.5 × 10 −3 S · cm −1 or more, more preferably 0.6 × 10 −3 S · cm −1 or more, still more preferably 0.8 × 10 −3 S · cm − It is one or more, particularly preferably 1.0 × 10 −3 S · cm −1 or more.
When the lithium ion conductivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is equal to or more than the above lower limit value, a lithium ion battery having more excellent battery characteristics can be obtained. Furthermore, when such a sulfide-based inorganic solid electrolyte material is used, it is possible to obtain a lithium ion battery further excellent in input / output characteristics.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の形状としては、例えば粒子状を挙げることができる。
本実施形態に係る粒子状の硫化物系無機固体電解質材料は特に限定されないが、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径d50が、好ましくは1μm以上100μm以下であり、より好ましくは3μm以上80μm以下、さらに好ましくは5μm以上60μm以下である。
硫化物系無機固体電解質材料の平均粒子径d50を上記範囲内とすることにより、良好なハンドリング性を維持すると共にリチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。
As a shape of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, for example, a particle shape can be mentioned.
The particulate sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is not particularly limited, but the average particle diameter d 50 in the weight-based particle size distribution by a laser diffraction scattering particle size distribution measurement method is preferably 1 μm to 100 μm. More preferably, they are 3 micrometers or more and 80 micrometers or less, More preferably, they are 5 micrometers or more and 60 micrometers or less.
By setting the average particle diameter d 50 of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material in the above range, it is possible to maintain good handling and to further improve lithium ion conductivity.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は電気化学的安定性に優れている。ここで、電気化学的安定性とは、例えば、広い電圧範囲で酸化還元されにくい性質をいう。より具体的には、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料において、温度25℃、掃引電圧範囲0〜5V、電圧掃引速度5mV/秒の条件で測定される硫化物系無機固体電解質材料の酸化分解電流の最大値が0.50μA以下であることが好ましく、0.20μA以下であることがより好ましく、0.10μA以下であることがさらに好ましく、0.05μA以下であることがさらにより好ましく、0.03μA以下であることが特に好ましい。
硫化物系無機固体電解質材料の酸化分解電流の最大値が上記上限値以下であると、リチウムイオン電池内での硫化物系無機固体電解質材料の酸化分解を抑制することができるため好ましい。
硫化物系無機固体電解質材料の酸化分解電流の最大値の下限値は特に限定されないが、例えば、0.0001μA以上である。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is excellent in electrochemical stability. Here, the electrochemical stability refers to, for example, the property of being difficult to be oxidized and reduced in a wide voltage range. More specifically, in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material measured under the conditions of a temperature of 25 ° C., a sweep voltage range of 0 to 5 V, and a voltage sweep rate of 5 mV / sec. The maximum value of the oxidation degradation current of the film is preferably 0.50 μA or less, more preferably 0.20 μA or less, still more preferably 0.10 μA or less, still more preferably 0.05 μA or less Preferably, it is particularly preferably 0.03 μA or less.
It is preferable because the oxidation decomposition of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material in the lithium ion battery can be suppressed as the maximum value of the oxidation decomposition current of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is less than or equal to the above upper limit.
The lower limit value of the maximum value of the oxidation decomposition current of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is not particularly limited, and is, for example, 0.0001 μA or more.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、リチウムイオン伝導性を必要とする任意の用途に用いることができる。中でも、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、リチウムイオン電池に用いられることが好ましい。より具体的には、リチウムイオン電池における正極活物質層、負極活物質層、電解質層等に使用される。さらに、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、全固体型リチウムイオン電池を構成する正極活物質層、負極活物質層、固体電解質層等に好適に用いられ、全固体型リチウムイオン電池を構成する固体電解質層に特に好適に用いられる。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を適用した全固体型リチウムイオン電池の例としては、正極と、固体電解質層と、負極とがこの順番に積層されたものが挙げられる。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment can be used for any application requiring lithium ion conductivity. Among them, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is preferably used in a lithium ion battery. More specifically, it is used for a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, an electrolyte layer, etc. in a lithium ion battery. Furthermore, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is suitably used for the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, the solid electrolyte layer, etc. constituting the all solid lithium ion battery, and the all solid lithium ion It is particularly suitably used for a solid electrolyte layer constituting a battery.
As an example of the all-solid-state lithium ion battery to which the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is applied, a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode may be stacked in this order.

[硫化物系無機固体電解質材料の製造方法]
次に、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法について説明する。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法は、従来の硫化物系無機固体電解質材料の製造方法とは異なるものである。すなわち、上述したI/Iの値が上記範囲内にある硫化物系無機固体電解質材料は、(1)硫化物系無機固体電解質材料の組成比率を高度に制御することや、(2)原料である無機組成物をガラス化する工程において、水分や酸素と無機組成物との接触を従来よりも高いレベルで防ぐこと等の製法上の工夫点を採用することによって初めて得ることができる。
ただし、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、上記2つの製法上の工夫点を採用することを前提に、例えば、各種原料の混合条件等の具体的な製造条件は種々のものを採用することができる。
以下、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法をより具体的に説明する。
[Method of producing sulfide-based inorganic solid electrolyte material]
Next, a method of manufacturing the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment will be described.
The method of producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is different from the conventional method of producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. That is, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material having the above-mentioned I B / I A values in the above-mentioned range can (1) highly control the composition ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material, (2) In the step of vitrifying the inorganic composition which is the raw material, it can be obtained for the first time by adopting devising points in the manufacturing method such as preventing contact of water or oxygen with the inorganic composition at a higher level than before.
However, on the premise that the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment adopts the above-described two production methods, specific production conditions such as mixing conditions of various raw materials are various. Can be adopted.
Hereinafter, the method for producing the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment will be more specifically described.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、例えば、以下の工程(A)、(B)および(C)を含む製造方法により得ることができる。また、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法は、必要に応じて、以下の工程(D)をさらに含んでもよい。
工程(A):原料である2種以上の無機化合物を含む原料無機組成物を準備する工程
工程(B):水分および酸素の存在量および流入を従来よりも高いレベルで抑制した雰囲気下で、原料無機組成物を機械的処理することにより、原料である無機化合物同士を化学反応させながらガラス化して、ガラス状態の硫化物系無機固体電解質材料を得る工程
工程(C)得られたガラス状態の硫化物系無機固体電解質材料を加熱し、少なくとも一部を結晶化する工程
工程(D):得られた硫化物系無機固体電解質材料を粉砕、分級、または造粒する工程
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment can be obtained, for example, by a manufacturing method including the following steps (A), (B) and (C). Moreover, the manufacturing method of the sulfide type inorganic solid electrolyte material which concerns on this embodiment may further include the following process (D) as needed.
Step (A): A step of preparing a raw material inorganic composition containing two or more kinds of inorganic compounds as a raw material Step (B): Under an atmosphere in which the amount and inflow of moisture and oxygen are suppressed at a higher level than before. Step of mechanically processing the raw material inorganic composition to vitrify the raw material inorganic compounds while chemically reacting the raw materials inorganic compound with each other to obtain a glass state sulfide-based inorganic solid electrolyte material Step (C) A step of heating the sulfide-based inorganic solid electrolyte material and crystallizing at least a part: Step (D): a step of pulverizing, classifying or granulating the obtained sulfide-based inorganic solid electrolyte material

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法によれば、従来の製造方法に比べて、ガラス化工程における、雰囲気中の水分および酸素の存在量や、雰囲気への水分および酸素の流入を従来よりも高いレベルで抑制している。そのため、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法によれば、硫化物系無機固体電解質材料の製造時に取り込まれる酸素や水分を高いレベルで抑制することができ、その結果、従来とは異なる新規な構造を有する硫化物系無機固体電解質材料を実現できていると考えられる。   According to the method of manufacturing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the amount of water and oxygen present in the atmosphere and the amount of water and oxygen in the atmosphere in the vitrification process are lower than in the conventional manufacturing method. Inflow is suppressed at a level higher than before. Therefore, according to the method of producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, oxygen and moisture taken in at the time of producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material can be suppressed at a high level, and as a result, It is considered that a sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a novel structure different from that of the above can be realized.

(原料無機組成物を準備する工程(A))
はじめに、原料である硫化リチウム、硫化リン、窒化リチウム等の2種以上の無機化合物を特定の割合で含む原料無機組成物を準備する。ここで、原料無機組成物中の各原料の混合比は、得られる硫化物系無機固体電解質材料が所望の組成比になるように調整する。
各原料を混合する方法としては各原料を均一に混合できる混合方法であれば特に限定されないが、例えば、ボールミル、ビーズミル、振動ミル、打撃粉砕装置、ミキサー(パグミキサー、リボンミキサー、タンブラーミキサー、ドラムミキサー、V型混合器等)、ニーダー、2軸ニーダー、気流粉砕機等を用いて混合することができる。
各原料を混合するときの攪拌速度や処理時間、温度、反応圧力、混合物に加えられる重力加速度等の混合条件は、混合物の処理量によって適宜決定することができる。
(Step (A) of Preparing a Raw Material Inorganic Composition)
First, a raw material inorganic composition containing two or more kinds of inorganic compounds such as lithium sulfide, phosphorus sulfide, and lithium nitride as raw materials in a specific ratio is prepared. Here, the mixing ratio of each raw material in the raw material inorganic composition is adjusted so that the obtained sulfide-based inorganic solid electrolyte material has a desired composition ratio.
The method of mixing each raw material is not particularly limited as long as it is a mixing method capable of uniformly mixing each raw material, but, for example, a ball mill, bead mill, vibration mill, impact grinding device, mixer (pag mixer, ribbon mixer, tumbler mixer, drum) The mixing can be performed using a mixer, a V-type mixer, etc., a kneader, a twin-screw kneader, an air stream crusher, etc.
The mixing conditions such as stirring speed, processing time, temperature, reaction pressure, gravitational acceleration applied to the mixture when mixing the respective raw materials can be appropriately determined depending on the amount of the mixture to be processed.

原料として用いる硫化リチウムとしては特に限定されず、市販されている硫化リチウムを使用してもよいし、例えば、水酸化リチウムと硫化水素との反応により得られる硫化リチウムを使用してもよい。高純度な硫化物系無機固体電解質材料を得る観点および副反応を抑制する観点から、不純物の少ない硫化リチウムを使用することが好ましい。
ここで、本実施形態において、硫化リチウムには多硫化リチウムも含まれる。
The lithium sulfide used as the raw material is not particularly limited, and commercially available lithium sulfide may be used. For example, lithium sulfide obtained by the reaction of lithium hydroxide and hydrogen sulfide may be used. From the viewpoint of obtaining a high purity sulfide-based inorganic solid electrolyte material and from the viewpoint of suppressing side reactions, it is preferable to use lithium sulfide with few impurities.
Here, in the present embodiment, lithium sulfide is also included in lithium sulfide.

原料として用いる硫化リンとしては特に限定されず、市販されている硫化リン(例えば、P、P、P、P等)を使用することができる。高純度な硫化物系無機固体電解質材料を得る観点および副反応を抑制する観点から、不純物の少ない硫化リンを使用することが好ましい。また、硫化リンに代えて、相当するモル比の単体リン(P)および単体硫黄(S)を用いることもできる。単体リン(P)および単体硫黄(S)は、工業的に生産され、販売されているものであれば、特に限定なく使用することができる。 The phosphorus sulfide used as the raw material is not particularly limited, and commercially available phosphorus sulfide (for example, P 2 S 5 , P 4 S 3 , P 4 S 7 , P 4 S 5 and the like) can be used. From the viewpoint of obtaining a high-purity sulfide-based inorganic solid electrolyte material and from the viewpoint of suppressing side reactions, it is preferable to use phosphorus sulfide with few impurities. Also, instead of phosphorus sulfide, it is also possible to use elemental phosphorus (P) and elemental sulfur (S) in a corresponding molar ratio. Single phosphorus (P) and single sulfur (S) can be used without particular limitation as long as they are industrially produced and sold.

原料としては窒化リチウムを用いてもよい。ここで、窒化リチウム中の窒素はNとして系内に排出されるため、原料である無機化合物として窒化リチウムを利用することで、構成元素としてLi、P、およびSを含む硫化物系無機固体電解質材料に対し、Li組成のみを増加させることが可能となる。
本実施形態に係る窒化リチウムとしては特に限定されず、市販されている窒化リチウム(例えば、LiN等)を使用してもよいし、例えば、金属リチウム(例えば、Li箔)と窒素ガスとの反応により得られる窒化リチウムを使用してもよい。高純度な固体電解質材料を得る観点および副反応を抑制する観点から、不純物の少ない窒化リチウムを使用することが好ましい。
Lithium nitride may be used as a raw material. Here, since nitrogen in lithium nitride is discharged into the system as N 2 , a sulfide-based inorganic solid containing Li, P, and S as constituent elements by using lithium nitride as an inorganic compound as a raw material It is possible to increase only the Li composition to the electrolyte material.
The lithium nitride according to this embodiment is not particularly limited, and commercially available lithium nitride (for example, Li 3 N) may be used. For example, metallic lithium (for example, Li foil) and nitrogen gas may be used. Lithium nitride obtained by the reaction of From the viewpoint of obtaining a high purity solid electrolyte material and from the viewpoint of suppressing side reaction, it is preferable to use lithium nitride with few impurities.

(ガラス状態の硫化物系無機固体電解質材料を得る工程(B))
つづいて、水分および酸素の存在量および流入を従来よりも高いレベルで抑制した雰囲気下で、原料無機組成物を機械的処理することにより、原料である無機化合物同士を化学反応させながらガラス化して、ガラス状態の硫化物系無機固体電解質材料を得る。
(Step (B) of obtaining a sulfide-based inorganic solid electrolyte material in a glass state)
Subsequently, the raw material inorganic composition is mechanically treated in an atmosphere in which the amount and flow of water and oxygen are suppressed at a higher level than in the past, thereby vitrifying the inorganic compounds which are the raw materials while chemically reacting each other. To obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material in the form of glass.

ここで、機械的処理は、2種以上の無機化合物を機械的に衝突させることにより、化学反応させながらガラス化させることができるものであり、例えば、メカノケミカル処理等が挙げられる。ここで、メカノケミカル処理とは、対象の組成物にせん断力や衝突力のような機械的エネルギーを加えつつガラス化する方法である。
また、工程(B)において、メカノケミカル処理は、水分や酸素を高いレベルで除去した環境下を実現しやすい観点から、乾式メカノケミカル処理であることが好ましい。
メカノケミカル処理を用いると、各原料を微粒子状に粉砕しながら混合することができるため、各原料の接触面積を大きくすることができる。それにより、各原料の反応を促進することができるため、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料をより一層効率良く得ることができる。
Here, the mechanical treatment can be vitrified while causing a chemical reaction by causing a mechanical collision of two or more kinds of inorganic compounds, and examples thereof include mechanochemical treatment and the like. Here, the mechanochemical treatment is a method of vitrifying while applying mechanical energy such as shear force or impact force to a target composition.
Further, in the step (B), the mechanochemical treatment is preferably a dry mechanochemical treatment from the viewpoint of easily achieving an environment where water and oxygen are removed at a high level.
When mechanochemical treatment is used, the raw materials can be mixed while being pulverized into fine particles, so the contact area of each raw material can be increased. Thereby, since the reaction of each raw material can be promoted, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment can be obtained more efficiently.

ここで、メカノケミカル処理とは、混合対象に、せん断力、衝突力または遠心力のような機械的エネルギーを加えつつガラス化する方法である。メカノケミカル処理によるガラス化をおこなう装置(以下、ガラス化装置と呼ぶ。)としては、ボールミル、ビーズミル、振動ミル、ターボミル、メカノフュージョン、ディスクミル、ロールミル等の粉砕・分散機;削岩機や振動ドリル、インパクトドライバ等で代表される回転(せん断応力)および打撃(圧縮応力)を組み合わせた機構からなる回転・打撃粉砕装置;高圧型グライディングロール;等が挙げられる。これらの中でも、非常に高い衝撃エネルギーを効率良く発生させることができる観点から、ボールミルおよびビーズミルが好ましく、ボールミルが特に好ましい。また、連続生産性に優れている観点から、ロールミル;削岩機や振動ドリル、インパクトドライバ等で代表される回転(せん断応力)および打撃(圧縮応力)を組み合わせた機構からなる回転・打撃粉砕装置;高圧型グライディングロール;等が好ましい。   Here, the mechanochemical treatment is a method of vitrifying while adding mechanical energy such as shear force, impact force or centrifugal force to the object to be mixed. The apparatus for performing vitrification by mechanochemical treatment (hereinafter referred to as vitrification apparatus) includes a ball mill, bead mill, vibration mill, turbo mill, mechanofusion, disc mill, pulverizer / dispersor such as disc mill, roll mill, etc .; A rotary / impact pulverizing apparatus comprising a mechanism combining rotation (shear stress) and impact (compressive stress) represented by drills, impact drivers, etc .; high-pressure type gliding rolls; etc. may be mentioned. Among these, a ball mill and a bead mill are preferable, and a ball mill is particularly preferable, from the viewpoint of being able to efficiently generate very high impact energy. In addition, from the viewpoint of excellent continuous productivity, a roll mill; a rotary / impact pulverizer comprising a mechanism combining rotation (shear stress) and impact (compressive stress) represented by a rock drilling machine, vibration drill, impact driver, etc. High pressure type gliding rolls; etc. are preferred.

また、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を得るためには、工程(B)は、水分および酸素の存在量および流入を従来よりも高いレベルで抑制した雰囲気下でおこなうことが重要である。これにより、原料無機組成物と、水分および酸素との接触を従来よりも高いレベルで抑制することができる。
ここで、水分および酸素の存在量および流入を従来よりも高いレベルで抑制した雰囲気は、例えば、以下の方法により作り出すことができる。
まず、グローブボックス内に混合容器およびガラス化装置用の密閉容器を配置し、次いで、グローブボックス内に対して、ガス精製装置を通じて得られた高純度のドライアルゴンガスやドライ窒素ガス等の不活性ガスの注入および真空脱気を複数回(3回以上が好ましい)おこなう。ここで、上記操作後のグローブボックス内は、高純度のドライアルゴンガスやドライ窒素ガス等の不活性ガスをガス精製装置を通じて循環させて、酸素濃度および水分濃度を好ましくは2.0ppm以下、より好ましくは1.0ppm以下にそれぞれ調整する。
次いで、グローブボックス内の混合容器内に2種以上の無機化合物を投入し、次いで、混合することによって原料無機組成物を調製する(工程(A)を意味する)。ここで、グローブボックス内の混合容器内への2種以上の無機化合物の投入は、以下の手順でおこなう。はじめにグローブボックスの本体内部のドアを閉じた状態で、グローブボックスのサイドボックス内に2種以上の無機化合物を入れる。次いで、サイドボックス内に対して、グローブボックス内から導引した高純度のドライアルゴンガスやドライ窒素ガス等の不活性ガスの注入および真空脱気を複数回(3回以上が好ましい)おこない、その後、グローブボックスの本体内部のドアを開けて、グローブボックスの本体内部の混合容器に2種以上の無機化合物を入れ、混合容器を密閉する。
次いで、2種以上の無機化合物を混合後、得られた原料無機組成物を混合容器から取り出し、ガラス化装置用の容器に移し、密閉する。
こうした操作をおこなうことによって、原料無機組成物が入った密閉容器内の水分および酸素の存在量を従来よりも高いレベルで抑制することができ、その結果、工程(B)において、水分および酸素の存在量が従来よりも高いレベルで抑制された雰囲気を作り出すことができる。
つづいて、原料無機組成物が入った密閉容器をグローブボックス内から取り出す。次いで、ドライアルゴンガスやドライ窒素ガス、ドライエアー等のドライガスが充満した雰囲気中(例えば、ドライアルゴンガスやドライ窒素ガス、ドライエアー等を充満させた箱の中)に配置されたガラス化装置に密閉容器をセットし、ガラス化をおこなう。ここで、ガラス化をおこなっている間は、ドライガスを充満させた雰囲気中にドライガスを一定量導入し続けることが好ましい。こうした工夫をおこなうことによって、工程(B)において、水分および酸素の流入を従来よりも高いレベルで抑制した雰囲気を作り出すことができる。
また、密閉容器内に水分および酸素の流入を高いレベルで抑制する観点から、密閉容器の蓋部には、より高い気密性を実現できる観点から、Oリング、フェルールパッキン等の密封性に優れるパッキンを用いることが好ましい。
In addition, in order to obtain the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, it is important that the step (B) be performed under an atmosphere in which the amount and inflow of water and oxygen are suppressed at a higher level than before. It is. Thereby, the contact of the raw material inorganic composition with water and oxygen can be suppressed at a level higher than before.
Here, an atmosphere in which the amount and flow of water and oxygen are suppressed at a higher level than conventional can be created, for example, by the following method.
First, place the mixing vessel and the closed vessel for the vitrification apparatus in the glove box, and then in the glove box, the inert gas such as high purity dry argon gas or dry nitrogen gas obtained through the gas purification apparatus. Gas injection and vacuum degassing are performed several times (preferably three times or more). Here, in the glove box after the above operation, an inert gas such as high purity dry argon gas or dry nitrogen gas is circulated through the gas purification apparatus to preferably have an oxygen concentration and a water concentration of 2.0 ppm or less, Preferably, the concentration is adjusted to 1.0 ppm or less.
Next, a raw material inorganic composition is prepared by charging two or more types of inorganic compounds into a mixing container in a glove box and then mixing them (meaning step (A)). Here, the introduction of the two or more inorganic compounds into the mixing container in the glove box is carried out according to the following procedure. First, with the door inside the glove box main body closed, place two or more inorganic compounds in the glove box side box. Next, injection of inert gas such as high purity dry argon gas or dry nitrogen gas introduced from inside the glove box and vacuum degassing are performed several times (preferably three times or more) into the side box, and thereafter, Then, open the door inside the glove box main body, place two or more inorganic compounds in the mixing container inside the glove box main body, and seal the mixing container.
Then, after mixing two or more types of inorganic compounds, the obtained raw material inorganic composition is removed from the mixing container, transferred to a container for a vitrification apparatus, and sealed.
By performing such an operation, the amount of water and oxygen present in the closed container containing the raw material inorganic composition can be suppressed to a level higher than before, and as a result, in the step (B) It is possible to create an atmosphere in which the abundance is suppressed to a level higher than before.
Subsequently, the closed container containing the raw material inorganic composition is removed from the glove box. Next, a vitrification apparatus disposed in an atmosphere filled with dry gas such as dry argon gas, dry nitrogen gas, or dry air (eg, in a box filled with dry argon gas, dry nitrogen gas, dry air, or the like) Set the closed container on and vitrify. Here, during the vitrification, it is preferable to keep introducing a predetermined amount of dry gas into the atmosphere filled with the dry gas. By performing such a device, in the step (B), it is possible to create an atmosphere in which the inflow of moisture and oxygen is suppressed to a level higher than the conventional one.
Also, from the viewpoint of achieving higher airtightness, the lid portion of the closed container is a packing having excellent sealing performance such as O ring, ferrule packing, etc. from the viewpoint of suppressing the inflow of moisture and oxygen at high level in the sealed container. It is preferable to use

原料無機組成物を機械的処理するときの回転速度や処理時間、温度、反応圧力、原料無機組成物に加えられる重力加速度等の混合条件は、原料無機組成物の種類や処理量によって適宜決定することができる。一般的には、回転速度が速いほど、ガラスの生成速度は速くなり、処理時間が長いほどガラスヘの転化率は高くなる。
通常は、線源としてCuKα線を用いたX線回折分析をしたとき、原料由来の回折ピークが消失または低下していたら、原料無機組成物はガラス化され、所望の硫化物系無機固体電解質材料が得られていると判断することができる。
Mixing conditions such as rotational speed, processing time, temperature, reaction pressure, and gravity acceleration applied to the raw material inorganic composition during mechanical processing of the raw material inorganic composition are appropriately determined according to the type and throughput of the raw material inorganic composition. be able to. Generally, the higher the rotational speed, the faster the rate of glass formation, and the longer the treatment time, the higher the conversion to glass.
Usually, when X-ray diffraction analysis is performed using CuKα radiation as a radiation source, if the diffraction peak derived from the raw material disappears or decreases, the raw material inorganic composition is vitrified and the desired sulfide-based inorganic solid electrolyte material is obtained Can be determined.

ここで、工程(B)では、27.0℃、印加電圧10mV、測定周波数域0.1Hz〜7MHzの測定条件における交流インピーダンス法による硫化物系無機固体電解質材料のリチウムイオン伝導度が、好ましくは1.0×10−4S・cm−1以上、より好ましくは2.0×10−4S・cm−1以上、さらに好ましくは3.0×10−4S・cm−1以上、特に好ましくは4.0×10−4S・cm−1以上となるまでガラス化処理をおこなうことが好ましい。これにより、リチウムイオン伝導性により一層優れた硫化物系無機固体電解質材料を得ることができる。 Here, in the step (B), the lithium ion conductivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the alternating current impedance method under measurement conditions of 27.0 ° C., an applied voltage of 10 mV and a measurement frequency range of 0.1 Hz to 7 MHz is preferable. 1.0 × 10 −4 S · cm −1 or more, more preferably 2.0 × 10 −4 S · cm −1 or more, still more preferably 3.0 × 10 −4 S · cm −1 or more, particularly preferably It is preferable to carry out the vitrification treatment to be 4.0 × 10 −4 S · cm −1 or more. As a result, a sulfide-based inorganic solid electrolyte material more excellent in lithium ion conductivity can be obtained.

(硫化物系無機固体電解質材料の少なくとも一部を結晶化する工程(C))
つづいて、得られたガラス状態の硫化物系無機固体電解質材料を加熱することにより、硫化物系無機固体電解質材料の少なくとも一部を結晶化して、ガラスセラミックス状態(結晶化ガラスとも呼ばれる。)の硫化物系無機固体電解質材料を生成する。こうすることにより、より一層リチウムイオン伝導性に優れた硫化物系無機固体電解質材料を得ることができる。
すなわち、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、リチウムイオン伝導性に優れる点から、ガラスセラミックス状態(結晶化ガラス状態)が好ましい。
(Step of crystallizing at least a part of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material (C))
Subsequently, at least a part of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is crystallized by heating the obtained sulfide-based inorganic solid electrolyte material in the glass state to be in a glass ceramic state (also called crystallized glass). A sulfide-based inorganic solid electrolyte material is produced. By doing this, it is possible to obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material which is further excellent in lithium ion conductivity.
That is, from the point which is excellent in lithium ion conductivity, the sulfide type inorganic solid electrolyte material which concerns on this embodiment has a glass-ceramics state (crystallized glass state) is preferable.

ガラス状態の硫化物系無機固体電解質材料を加熱する際の温度としては、200℃以上500℃以下の範囲内であることが好ましく、220℃以上350℃以下の範囲内であることがより好ましい。
ガラス状態の硫化物系無機固体電解質材料を加熱する時間は、所望のガラスセラミックス状態の硫化物系無機固体電解質材料が得られる時間であれば特に限定されるものではないが、例えば、1分間以上24時間以下の範囲内であり、好ましくは0.5時間以上3時間以下である。加熱の方法は特に限定されるものではないが、例えば、焼成炉を用いる方法を挙げることができる。なお、このような加熱する際の温度、時間等の条件は、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の特性を最適なものにするため適宜調整することができる。
The temperature at which the glass-based sulfide-based inorganic solid electrolyte material is heated is preferably in the range of 200 ° C. to 500 ° C., and more preferably in the range of 220 ° C. to 350 ° C.
The heating time of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material in the glass state is not particularly limited as long as the desired sulfide-based inorganic solid electrolyte material in the glass-ceramic state can be obtained, but for example, 1 minute or more It is in the range of 24 hours or less, preferably 0.5 hours or more and 3 hours or less. Although the method of heating is not specifically limited, For example, the method of using a kiln can be mentioned. In addition, conditions, such as temperature at the time of heating, time, etc. can be suitably adjusted, in order to optimize the characteristic of the sulfide type inorganic solid electrolyte material which concerns on this embodiment.

また、ガラス状態の硫化物系無機固体電解質材料の加熱は、例えば、不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。これにより、硫化物系無機固体電解質材料の劣化(例えば、酸化)を防止することができる。
ガラス状態の硫化物系無機固体電解質材料を加熱するときの不活性ガスとしては、例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス等が挙げられる。これらの不活性ガスは、製品への不純物の混入を防止するために、高純度である程好ましく、また、水分の接触を避けるために、露点が−50℃以下であることが好ましく、−60℃以下であることが特に好ましい。混合系への不活性ガスの導入方法としては、混合系内が不活性ガス雰囲気で満たされる方法であれば特に限定されないが、不活性ガスをパージする方法、不活性ガスを一定量導入し続ける方法等が挙げられる。
Moreover, it is preferable to perform heating of the sulfide-type inorganic solid electrolyte material of a glass state, for example under inert gas atmosphere. Thereby, deterioration (for example, oxidation) of a sulfide type inorganic solid electrolyte material can be prevented.
As an inert gas at the time of heating the sulfide-type inorganic solid electrolyte material of a glass state, argon gas, helium gas, nitrogen gas etc. are mentioned, for example. These inert gases are preferably as high in purity as possible to prevent the contamination of impurities into the product, and preferably have a dew point of −50 ° C. or less to avoid contact with moisture, −60 It is particularly preferable that the temperature is not higher than ° C. The method of introducing the inert gas into the mixed system is not particularly limited as long as the mixed system is filled with an inert gas atmosphere, but a method of purging the inert gas, the constant amount of the inert gas is continued to be introduced Methods etc.

(粉砕、分級、または造粒する工程(D))
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法では、必要に応じて、得られた硫化物系無機固体電解質材料を粉砕、分級、または造粒する工程をさらにおこなってもよい。例えば、粉砕により微粒子化し、その後、分級操作や造粒操作によって粒子径を調整することにより、所望の粒子径を有する硫化物系無機固体電解質材料を得ることができる。上記粉砕方法としては特に限定されず、ミキサー、気流粉砕、乳鉢、回転ミル、コーヒーミル等公知の粉砕方法を用いることができる。また、上記分級方法としては特に限定されず、篩等公知の方法を用いることができる。
これらの粉砕または分級は、空気中の水分との接触を防ぐことができる点から、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下で行うことが好ましい。
(Step of pulverizing, classifying, or granulating (D))
In the method of producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, a step of grinding, classifying, or granulating the obtained sulfide-based inorganic solid electrolyte material may be further performed, as necessary. For example, it is possible to obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a desired particle size by pulverizing it into fine particles and then adjusting the particle size by classification operation or granulation operation. The above-mentioned pulverizing method is not particularly limited, and a known pulverizing method such as a mixer, pneumatic pulverizing, a mortar, a rotary mill, a coffee mill or the like can be used. Moreover, it does not specifically limit as said classification method, Well-known methods, such as a sieve, can be used.
It is preferable to carry out such pulverization or classification under an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere in that it can prevent contact with moisture in the air.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を得るためには、上記の各工程を適切に調整することが重要である。ただし、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法は、上記のような方法には限定されず、種々の条件を適切に調整することにより、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を得ることができる。   In order to obtain the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, it is important to properly adjust each of the above-described steps. However, the method for producing the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is not limited to the method as described above, and the sulfide-based inorganic material according to the present embodiment can be appropriately adjusted by various conditions. A solid electrolyte material can be obtained.

[固体電解質]
つぎに、本実施形態に係る固体電解質について説明する。本実施形態に係る固体電解質は、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を含む。
そして、本実施形態に係る固体電解質は特に限定されないが、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料以外の成分として、例えば、本発明の目的を損なわない範囲内で、上述した本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料とは異なる種類の固体電解質材料を含んでもよい。
[Solid electrolyte]
Below, the solid electrolyte which concerns on this embodiment is demonstrated. The solid electrolyte according to the present embodiment includes the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment.
The solid electrolyte according to the present embodiment is not particularly limited, but as a component other than the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, for example, the present embodiment described above within the scope of not impairing the object of the present invention The solid electrolyte material of the type different from the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present invention may be included.

本実施形態に係る固体電解質は上述した本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料とは異なる種類の固体電解質材料を含んでいてもよい。本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料とは異なる種類の固体電解質材料としては、イオン伝導性および絶縁性を有するものであれば特に限定されないが、一般的にリチウムイオン電池に用いられるものを用いることができる。例えば、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料とは異なる種類の硫化物系無機固体電解質材料、酸化物系無機固体電解質材料、その他のリチウム系無機固体電解質材料等の無機固体電解質材料;ポリマー電解質等の有機固体電解質材料を挙げることができる。   The solid electrolyte according to the present embodiment may include a solid electrolyte material of a type different from the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment described above. The solid electrolyte material of the type different from the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is not particularly limited as long as it has ion conductivity and insulation, but is generally used for lithium ion batteries Can be used. For example, inorganic solid electrolyte materials such as a sulfide-based inorganic solid electrolyte material of a type different from the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, an oxide-based inorganic solid electrolyte material, and other lithium-based inorganic solid electrolyte materials; Organic solid electrolyte materials such as polymer electrolytes can be mentioned.

前述した本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料とは異なる硫化物系無機固体電解質材料としては、例えば、LiS−P材料、LiS−SiS材料、LiS−GeS材料、LiS−Al材料、LiS−SiS−LiPO材料、LiS−P−GeS材料、LiS−LiO−P−SiS材料、LiS−GeS−P−SiS材料、LiS−SnS−P−SiS材料、LiS−P−LiN材料、Li2+X−P材料、LiS−P−P材料等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
これらの中でも、リチウムイオン伝導性に優れ、かつ広い電圧範囲で分解等を起こさない安定性を有する点から、LiS−P材料が好ましい。ここで、例えば、LiS−P材料とは、少なくともLiS(硫化リチウム)とPとを含む無機組成物を機械的処理により互いに化学反応させることにより得られる無機材料を意味する。
ここで、本実施形態において、硫化リチウムには多硫化リチウムも含まれる。
Examples of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material different from the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the embodiment described above include, for example, Li 2 S-P 2 S 5 material, Li 2 S-SiS 2 material, Li 2 S -GeS 2 material, Li 2 S-Al 2 S 3 material, Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 material, Li 2 S-P 2 S 5- GeS 2 material, Li 2 S-Li 2 O-P 2 S 5 -SiS 2 material, Li 2 S-GeS 2 -P 2 S 5 -SiS 2 material, Li 2 S-SnS 2 -P 2 S 5 -SiS 2 material, Li 2 S-P 2 S 5 -Li 3 N materials, Li 2 S 2 + X -P 4 S 3 material, Li 2 S-P 2 S 5 -P 4 S 3 material, and the like. These may be used singly or in combination of two or more.
Among these, a Li 2 S—P 2 S 5 material is preferable from the viewpoint of excellent lithium ion conductivity and stability that does not cause decomposition or the like in a wide voltage range. Here, for example, an Li 2 S—P 2 S 5 material is an inorganic material obtained by chemically reacting an inorganic composition containing at least Li 2 S (lithium sulfide) and P 2 S 5 by mechanical processing. Means material.
Here, in the present embodiment, lithium sulfide is also included in lithium sulfide.

上記酸化物系無機固体電解質材料としては、例えば、LiTi(PO、LiZr(PO、LiGe(PO等のNASICON型、(La0.5+xLi0.5−3x)TiO等のペロブスカイト型、LiO−P材料、LiO−P−LiN材料等が挙げられる。
その他のリチウム系無機固体電解質材料としては、例えば、LiPON、LiNbO、LiTaO、LiPO、LiPO4−x(xは0<x≦1)、LiN、LiI、LISICON等が挙げられる。
さらに、これらの無機固体電解質の結晶を析出させて得られるガラスセラミックスも無機固体電解質材料として用いることができる。
Examples of the oxide-based inorganic solid electrolyte material, for example, LiTi 2 (PO 4) 3 , LiZr 2 (PO 4) 3, LiGe 2 (PO 4) 3 , etc. NASICON type, (La 0.5 + x Li 0.5 -3X) TiO 3 or the like perovskite, Li 2 O-P 2 O 5 material, Li 2 O-P 2 O 5 -Li 3 N material, and the like.
Examples of other lithium-based inorganic solid electrolyte materials include LiPON, LiNbO 3 , LiTaO 3 , Li 3 PO 4 , LiPO 4-x N x (x is 0 <x ≦ 1), LiN, LiI, LISICON, etc. Be
Furthermore, glass ceramics obtained by depositing crystals of these inorganic solid electrolytes can also be used as the inorganic solid electrolyte material.

上記有機固体電解質材料としては、例えば、ドライポリマー電解質、ゲル電解質等のポリマー電解質を用いることができる。
ポリマー電解質としては、一般的にリチウムイオン電池に用いられるものを用いることができる。
As said organic solid electrolyte material, polymer electrolytes, such as a dry polymer electrolyte and a gel electrolyte, can be used, for example.
As a polymer electrolyte, what is generally used for a lithium ion battery can be used.

[固体電解質膜]
次に、本実施形態に係る固体電解質膜について説明する。
本実施形態に係る固体電解質膜は、前述した本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を含む固体電解質を主成分として含む。
[Solid electrolyte membrane]
Next, the solid electrolyte membrane according to the present embodiment will be described.
The solid electrolyte membrane which concerns on this embodiment contains as a main component the solid electrolyte containing the sulfide type inorganic solid electrolyte material which concerns on this embodiment mentioned above.

本実施形態に係る固体電解質膜は、例えば、全固体型リチウムイオン電池を構成する固体電解質層に用いられる。
本実施形態に係る固体電解質膜を適用した全固体型リチウムイオン電池の例としては、正極と、固体電解質層と、負極とがこの順番に積層されたものが挙げられる。この場合、固体電解質層が固体電解質膜により構成されたものである。
The solid electrolyte membrane which concerns on this embodiment is used for the solid electrolyte layer which comprises an all-solid-type lithium ion battery, for example.
As an example of the all-solid-state lithium ion battery to which the solid electrolyte membrane according to the present embodiment is applied, one in which a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode are stacked in this order can be mentioned. In this case, the solid electrolyte layer is composed of a solid electrolyte membrane.

本実施形態に係る固体電解質膜の平均厚みは、好ましくは5μm以上500μm以下であり、より好ましくは10μm以上200μm以下であり、さらに好ましくは20μm以上100μm以下である。上記固体電解質膜の平均厚みが上記下限値以上であると、固体電解質の欠落や、固体電解質膜表面のクラックの発生をより一層抑制できる。また、上記固体電解質膜の平均厚みが上記上限値以下であると、固体電解質膜のインピーダンスをより一層低下させることができる。その結果、得られる全固体型リチウムイオン電池の電池特性をより一層向上できる。   The average thickness of the solid electrolyte membrane according to the present embodiment is preferably 5 μm or more and 500 μm or less, more preferably 10 μm or more and 200 μm or less, and still more preferably 20 μm or more and 100 μm or less. When the average thickness of the solid electrolyte membrane is equal to or more than the above lower limit value, it is possible to further suppress the occurrence of the loss of the solid electrolyte and the crack on the surface of the solid electrolyte membrane. In addition, when the average thickness of the solid electrolyte membrane is equal to or less than the upper limit, the impedance of the solid electrolyte membrane can be further reduced. As a result, the battery characteristics of the obtained all solid lithium ion battery can be further improved.

本実施形態に係る固体電解質膜は、前述した本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を含む粒子状の固体電解質の加圧成形体であることが好ましい。すなわち、粒子状の固体電解質を加圧し、固体電解質材料同士のアンカー効果で一定の強度を有する固体電解質膜とすることが好ましい。
加圧成形体とすることにより、固体電解質同士の結合が起こり、得られる固体電解質膜の強度はより一層高くなる。その結果、固体電解質の欠落や、固体電解質膜表面のクラックの発生をより一層抑制できる。
The solid electrolyte membrane according to the present embodiment is preferably a pressure-formed body of a particulate solid electrolyte containing the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment described above. That is, it is preferable to pressurize the particulate solid electrolyte to form a solid electrolyte membrane having a certain strength by the anchor effect of the solid electrolyte materials.
By forming a pressure-formed body, bonding of solid electrolytes occurs, and the strength of the obtained solid electrolyte membrane becomes even higher. As a result, it is possible to further suppress the loss of the solid electrolyte and the occurrence of cracks on the surface of the solid electrolyte membrane.

本実施形態に係る固体電解質膜中の上記した本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の含有量は、固体電解質膜の全体を100質量%としたとき、好ましくは50質量%以上、より好ましくは60質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上、さらにより好ましくは80質量%以上、特に好ましくは90質量%以上である。これにより、固体電解質間の接触性が改善され、固体電解質膜の界面接触抵抗を低下させることができる。その結果、固体電解質膜のリチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。そして、このようなリチウムイオン伝導性に優れた固体電解質膜を用いることにより、得られる全固体型リチウムイオン電池の電池特性をより一層向上できる。
本実施形態に係る固体電解質膜中の上記した本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の含有量の上限は特に限定されないが、例えば、100質量%以下である。
The content of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the above-described present embodiment in the solid electrolyte film according to the present embodiment is preferably 50% by mass or more, more preferably 100% by mass of the entire solid electrolyte film. The content is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, still more preferably 80% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass or more. Thereby, the contact between the solid electrolytes can be improved, and the interfacial contact resistance of the solid electrolyte membrane can be reduced. As a result, the lithium ion conductivity of the solid electrolyte membrane can be further improved. And the battery characteristic of the all-solid-state lithium ion battery obtained can be further improved by using such a solid electrolyte membrane excellent in lithium ion conductivity.
The upper limit of the content of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the above-described present embodiment in the solid electrolyte film according to the present embodiment is not particularly limited, and is, for example, 100% by mass or less.

固体電解質膜の平面形状は、特に限定されず、電極や集電体の形状に合わせて適宜選択することが可能であるが、例えば、矩形とすることができる。   The planar shape of the solid electrolyte membrane is not particularly limited and may be appropriately selected according to the shapes of the electrode and the current collector, but may be, for example, rectangular.

また、本実施形態に係る固体電解質膜にはバインダー樹脂が含まれてもよいが、バインダー樹脂の含有量は、固体電解質膜の全体を100質量%としたとき、好ましくは0.5質量%未満、より好ましくは0.1質量%以下、さらに好ましくは0.05質量%以下、さらにより好ましくは0.01質量%以下である。また、本実施形態に係る固体電解質膜は、バインダー樹脂を実質的に含まないことがさらにより好ましく、バインダー樹脂を含まないことが最も好ましい。
これにより、固体電解質間の接触性が改善され、固体電解質膜の界面接触抵抗を低下させることができる。その結果、固体電解質膜のリチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。そして、このようなリチウムイオン伝導性に優れた固体電解質膜を用いることにより、得られる全固体型リチウムイオン電池の電池特性を向上できる。
なお、「バインダー樹脂を実質的に含まない」とは、本実施形態の効果が損なわれない程度には含有してもよいことを意味する。また、固体電解質層と正極または負極との間に粘着性樹脂層を設ける場合、固体電解質層と粘着性樹脂層との界面近傍に存在する粘着性樹脂層由来の粘着性樹脂は、「固体電解質膜中のバインダー樹脂」から除かれる。
Moreover, although binder resin may be contained in the solid electrolyte membrane which concerns on this embodiment, When content of binder resin makes the whole solid electrolyte membrane 100 mass%, Preferably it is less than 0.5 mass% More preferably, it is 0.1 mass% or less, more preferably 0.05 mass% or less, and still more preferably 0.01 mass% or less. Further, the solid electrolyte membrane according to the present embodiment is even more preferably substantially free of the binder resin, and most preferably free of the binder resin.
Thereby, the contact between the solid electrolytes can be improved, and the interfacial contact resistance of the solid electrolyte membrane can be reduced. As a result, the lithium ion conductivity of the solid electrolyte membrane can be further improved. And the battery characteristic of the all-solid-type lithium ion battery obtained can be improved by using such a solid electrolyte membrane excellent in lithium ion conductivity.
In addition, "it does not contain a binder resin substantially" means that you may contain to such an extent that the effect of this embodiment is not impaired. Moreover, when providing an adhesive resin layer between a solid electrolyte layer and a positive electrode or a negative electrode, the adhesive resin derived from the adhesive resin layer present in the vicinity of the interface between the solid electrolyte layer and the adhesive resin layer Removed from the binder resin in the film.

上記バインダー樹脂とは無機固体電解質材料間を結着させるために、リチウムイオン電池に一般的に使用される結着剤のことをいい、例えば、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、スチレン・ブタジエン系ゴム、ポリイミド等が挙げられる。   The above-mentioned binder resin refers to a binder generally used in lithium ion batteries in order to bind inorganic solid electrolyte materials, and examples thereof include polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, carboxymethyl cellulose, polytetrafluoroethylene and the like. Ethylene, polyvinylidene fluoride, styrene butadiene rubber, polyimide and the like can be mentioned.

本実施形態に係る固体電解質膜は、例えば、粒子状の固体電解質を金型のキャビティ表面上または基材表面上に膜状に堆積させ、次いで、膜状に堆積した固体電解質を加圧することにより得ることができる。
上記固体電解質を加圧する方法は特に限定されず、例えば、金型のキャビティ表面上に粒子状の固体電解質を堆積させた場合は金型と押し型によるプレス、粒子状の固体電解質を基材表面上に堆積させた場合は金型と押し型によるプレスやロールプレス、平板プレス等を用いることができる。
固体電解質を加圧する圧力は、例えば、10MPa以上500MPa以下である。
The solid electrolyte membrane according to the present embodiment is formed, for example, by depositing a particulate solid electrolyte on a cavity surface of a mold or on a substrate surface and then pressurizing the solid electrolyte deposited in a membrane shape. You can get it.
The method for pressurizing the solid electrolyte is not particularly limited. For example, when the particulate solid electrolyte is deposited on the cavity surface of the mold, pressing with the die and the mold, the particulate solid electrolyte is used as the substrate surface In the case of depositing on top, a press with a die and a press, a roll press, a flat plate press, etc. can be used.
The pressure for pressurizing the solid electrolyte is, for example, 10 MPa or more and 500 MPa or less.

また、必要に応じて、膜状に堆積した無機固体電解質を加圧するとともに加熱してもよい。加熱加圧を行えば固体電解質同士の融着・結合が起こり、得られる固体電解質膜の強度はより一層高くなる。その結果、固体電解質の欠落や、固体電解質膜表面のクラックの発生をより一層抑制できる。
固体電解質を加熱する温度は、例えば、40℃以上500℃以下である。
In addition, if necessary, the inorganic solid electrolyte deposited in the form of a film may be pressurized and heated. When heat and pressure are applied, fusion and bonding between solid electrolytes occur, and the strength of the resulting solid electrolyte membrane becomes even higher. As a result, it is possible to further suppress the loss of the solid electrolyte and the occurrence of cracks on the surface of the solid electrolyte membrane.
The temperature for heating the solid electrolyte is, for example, 40 ° C. or more and 500 ° C. or less.

[リチウムイオン電池]
図1は、本発明に係る実施形態のリチウムイオン電池100の構造の一例を示す断面図である。
本実施形態に係るリチウムイオン電池100は、例えば、正極活物質層101を含む正極110と、電解質層120と、負極活物質層103を含む負極130とを備えている。そして、正極活物質層101、負極活物質層103および電解質層120の少なくとも一つが、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を含有する。また、正極活物質層101、負極活物質層103および電解質層120のすべてが、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を含有していることが好ましい。なお、本実施形態では特に断りがなければ、正極活物質を含む層を正極活物質層101と呼ぶ。正極110は、必要に応じて、正極活物質層101に加えて集電体105をさらに含んでもよいし、集電体105を含まなくてもよい。また、本実施形態では特に断りがなければ、負極活物質を含む層を負極活物質層103と呼ぶ。負極130は、必要に応じて、負極活物質層103に加えて集電体105をさらに含んでもよいし、集電体105を含まなくてもよい。
本実施形態に係るリチウムイオン電池100の形状は特に限定されず、円筒型、コイン型、角型、フィルム型その他任意の形状が挙げられる。
[Lithium ion battery]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a lithium ion battery 100 according to an embodiment of the present invention.
The lithium ion battery 100 according to the present embodiment includes, for example, a positive electrode 110 including a positive electrode active material layer 101, an electrolyte layer 120, and a negative electrode 130 including a negative electrode active material layer 103. Then, at least one of the positive electrode active material layer 101, the negative electrode active material layer 103, and the electrolyte layer 120 contains the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment. Moreover, it is preferable that all of the positive electrode active material layer 101, the negative electrode active material layer 103, and the electrolyte layer 120 contain the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment. In the present embodiment, a layer containing a positive electrode active material is referred to as a positive electrode active material layer 101 unless otherwise noted. The positive electrode 110 may further include a current collector 105 in addition to the positive electrode active material layer 101 as necessary, and may not include the current collector 105. In the present embodiment, a layer containing a negative electrode active material is referred to as a negative electrode active material layer 103 unless otherwise specified. The negative electrode 130 may further include a current collector 105 in addition to the negative electrode active material layer 103 as necessary, and may not include the current collector 105.
The shape of the lithium ion battery 100 according to the present embodiment is not particularly limited, and may be cylindrical, coin, square, film or any other shape.

本実施形態に係るリチウムイオン電池100は、一般的に公知の方法に準じて製造される。例えば、正極110、電解質層120および負極130を重ねたものを、円筒型、コイン型、角型、フィルム型その他任意の形状に形成し、必要に応じて、非水電解液を封入することにより作製される。   The lithium ion battery 100 according to the present embodiment is manufactured according to a generally known method. For example, by stacking the positive electrode 110, the electrolyte layer 120 and the negative electrode 130 in a cylindrical, coin, square, film or other arbitrary shape, and sealing the non-aqueous electrolyte as required. It is made.

(正極)
正極110は特に限定されず、リチウムイオン電池に一般的に用いられているものを使用することができる。正極110は特に限定されないが、一般的に公知の方法に準じて製造することができる。例えば、正極活物質を含む正極活物質層101をアルミ箔等の集電体105の表面に形成することにより得ることができる。
正極活物質層101の厚みや密度は、電池の使用用途等に応じて適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。
(Positive electrode)
The positive electrode 110 is not particularly limited, and those generally used in lithium ion batteries can be used. The positive electrode 110 is not particularly limited, but can be manufactured according to a generally known method. For example, it can be obtained by forming the positive electrode active material layer 101 containing a positive electrode active material on the surface of the current collector 105 such as aluminum foil.
The thickness and density of the positive electrode active material layer 101 are not particularly limited because they are appropriately determined in accordance with the intended use of the battery and the like, and can be set in accordance with generally known information.

正極活物質層101は正極活物質を含む。
正極活物質としては特に限定されず一般的に公知のものを使用することができる。例えば、リチウムコバルト酸化物(LiCoO)、リチウムニッケル酸化物(LiNiO)、リチウムマンガン酸化物(LiMn)、固溶体酸化物(LiMnO−LiMO(M=Co、Ni等))、リチウム−マンガン−ニッケル酸化物(LiNi1/3Mn1/3Co1/3)、オリビン型リチウムリン酸化物(LiFePO)等の複合酸化物;ポリアニリン、ポリピロール等の導電性高分子;LiS、CuS、Li−Cu−S化合物、TiS、FeS、MoS、Li−Mo−S化合物、Li−Ti−S化合物、Li−V−S化合物、Li−Fe−S化合物等の硫化物系正極活物質;硫黄を含浸したアセチレンブラック、硫黄を含浸した多孔質炭素、硫黄と炭素の混合粉等の硫黄を活物質とした材料;等を用いることができる。これらの正極活物質は1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
これらの中でも、より高い放電容量密度を有し、かつ、サイクル特性により優れる観点から、硫化物系正極活物質が好ましく、Li−Mo−S化合物、Li−Ti−S化合物、Li−V−S化合物から選択される一種または二種以上がより好ましい。
The positive electrode active material layer 101 contains a positive electrode active material.
The positive electrode active material is not particularly limited, and generally known materials can be used. For example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), solid solution oxide (Li 2 MnO 3 -LiMO 2 (M = Co, Ni, etc.) Complex oxides such as lithium-manganese-nickel oxide (LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 ), olivine-type lithium phosphorus oxide (LiFePO 4 ), etc .; conductive materials such as polyaniline and polypyrrole Molecule; Li 2 S, CuS, Li-Cu-S compound, TiS 2 , FeS, MoS 2 , Li-Mo-S compound, Li-Ti-S compound, Li-V-S compound, Li-Fe-S compound Sulfide-based positive electrode active materials such as sulfur; acetylene black impregnated with sulfur, porous carbon impregnated with sulfur, sulfur such as mixed powder of sulfur and carbon, etc. And materials; and the like can be used. These positive electrode active materials may be used alone or in combination of two or more.
Among these, from the viewpoint of having higher discharge capacity density and being excellent in cycle characteristics, a sulfide-based positive electrode active material is preferable, and a Li-Mo-S compound, a Li-Ti-S compound, a Li-V-S compound One or two or more selected from compounds are more preferable.

ここで、Li−Mo−S化合物は構成元素としてLi、Mo、およびSを含んでいるものであり、通常は原料であるモリブデン硫化物および硫化リチウムを含む無機組成物を機械的処理により互いに化学反応させることにより得ることができる。
また、Li−Ti−S化合物は構成元素としてLi、Ti、およびSを含んでいるものであり、通常は原料であるチタン硫化物および硫化リチウムを含む無機組成物を機械的処理により互いに化学反応させることにより得ることができる。
Li−V−S化合物は構成元素としてLi、V、およびSを含んでいるものであり、通常は原料であるバナジウム硫化物および硫化リチウムを含む無機組成物を機械的処理により互いに化学反応させることにより得ることができる。
Here, the Li-Mo-S compound contains Li, Mo, and S as constituent elements, and the inorganic composition containing molybdenum sulfide and lithium sulfide, which are the raw materials, is usually chemically treated with each other by mechanical processing. It can be obtained by reaction.
In addition, the Li-Ti-S compound contains Li, Ti, and S as constituent elements, and usually chemically reacts with each other by mechanical processing of an inorganic composition containing titanium sulfide and lithium sulfide as raw materials. It can be obtained by
The Li-V-S compound contains Li, V, and S as constituent elements, and usually chemically reacts with each other by mechanical processing an inorganic composition containing vanadium sulfide and lithium sulfide as raw materials. It can be obtained by

正極活物質層101は特に限定されないが、上記正極活物質以外の成分として、例えば、バインダー樹脂、増粘剤、導電助剤、固体電解質材料等から選択される1種以上の材料を含んでもよい。以下、各材料について説明する。   The positive electrode active material layer 101 is not particularly limited, but may contain, as components other than the above positive electrode active material, one or more materials selected from, for example, a binder resin, a thickener, a conductive additive, a solid electrolyte material, etc. . Each material will be described below.

正極活物質層101は、正極活物質同士および正極活物質と集電体105とを結着させる役割をもつバインダー樹脂を含んでもよい。
本実施形態に係るバインダー樹脂はリチウムイオン電池に使用可能な通常のバインダー樹脂であれば特に限定されないが、例えば、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、スチレン・ブタジエン系ゴム、ポリイミド等が挙げられる。これらのバインダーは一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
The positive electrode active material layer 101 may contain a binder resin having a role of binding the positive electrode active materials to one another and the positive electrode active material and the current collector 105.
The binder resin according to the present embodiment is not particularly limited as long as it is a common binder resin usable for lithium ion batteries, and examples thereof include polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, carboxymethyl cellulose, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, styrene Butadiene rubber, polyimide and the like can be mentioned. These binders may be used alone or in a combination of two or more.

正極活物質層101は、塗布に適したスラリーの流動性を確保する点から、増粘剤を含んでもよい。増粘剤としてはリチウムイオン電池に使用可能な通常の増粘剤であれば特に限定されないが、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等のセルロース系ポリマーおよびこれらのアンモニウム塩並びにアルカリ金属塩、ポリカルボン酸、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸塩、ポリビニルアルコール等の水溶性ポリマー等が挙げられる。これらの増粘剤は一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。   The positive electrode active material layer 101 may contain a thickener from the viewpoint of securing the fluidity of the slurry suitable for application. The thickener is not particularly limited as long as it is a common thickener that can be used for lithium ion batteries, but, for example, cellulose polymers such as carboxymethylcellulose, methylcellulose and hydroxypropylcellulose and ammonium salts thereof and alkali metal salts, And water soluble polymers such as polycarboxylic acid, polyethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polyacrylate, polyvinyl alcohol and the like. These thickeners may be used alone or in combination of two or more.

正極活物質層101は、正極110の導電性を向上させる観点から、導電助剤を含んでもよい。導電助剤としてはリチウムイオン電池に使用可能な通常の導電助剤であれば特に限定されないが、例えば、アセチレンブラック、ケチェンブラック等のカーボンブラック、気相法炭素繊維等の炭素材料が挙げられる。   The positive electrode active material layer 101 may contain a conductive aid from the viewpoint of improving the conductivity of the positive electrode 110. The conductive aid is not particularly limited as long as it is a common conductive aid usable for lithium ion batteries, and examples thereof include carbon materials such as acetylene black, carbon black such as ketjen black, and vapor grown carbon fibers .

本実施形態に係る正極は上述した本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を含む固体電解質を含んでいてもよいし、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料とは異なる種類の固体電解質材料を含む固体電解質を含んでいてもよい。本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料とは異なる種類の固体電解質材料としては、イオン伝導性および絶縁性を有するものであれば特に限定されないが、一般的にリチウムイオン電池に用いられるものを用いることができる。例えば、硫化物系無機固体電解質材料、酸化物系無機固体電解質材料、その他のリチウム系無機固体電解質材料等の無機固体電解質材料;ポリマー電解質等の有機固体電解質材料を挙げることができる。より具体的には、本実施形態に係る固体電解質の説明で挙げた無機固体電解質材料を用いることができる。   The positive electrode according to the present embodiment may include a solid electrolyte including the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment described above, and the type different from the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment A solid electrolyte containing a solid electrolyte material may be included. The solid electrolyte material of the type different from the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is not particularly limited as long as it has ion conductivity and insulation, but is generally used for lithium ion batteries Can be used. For example, inorganic solid electrolyte materials such as sulfide-based inorganic solid electrolyte materials, oxide-based inorganic solid electrolyte materials and other lithium-based inorganic solid electrolyte materials; organic solid electrolyte materials such as polymer electrolytes can be mentioned. More specifically, the inorganic solid electrolyte materials listed in the description of the solid electrolyte according to the present embodiment can be used.

正極活物質層101中の各種材料の配合割合は、電池の使用用途等に応じて、適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。   The compounding ratio of various materials in the positive electrode active material layer 101 is not particularly limited because it is appropriately determined according to the use purpose of the battery and the like, and can be set according to generally known information.

(負極)
負極130は特に限定されず、リチウムイオン電池に一般的に用いられているものを使用することができる。負極130は特に限定されないが、一般的に公知の方法に準じて製造することができる。例えば、負極活物質を含む負極活物質層103を銅等の集電体105の表面に形成することにより得ることができる。
負極活物質層103の厚みや密度は、電池の使用用途等に応じて適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。
(Negative electrode)
The negative electrode 130 is not particularly limited, and those commonly used in lithium ion batteries can be used. The negative electrode 130 is not particularly limited, but can be manufactured according to a generally known method. For example, it can be obtained by forming the negative electrode active material layer 103 containing a negative electrode active material on the surface of the current collector 105 such as copper.
The thickness and density of the negative electrode active material layer 103 are not particularly limited because they are appropriately determined in accordance with the intended use of the battery and the like, and can be set in accordance with generally known information.

負極活物質層103は負極活物質を含む。
上記負極活物質としては、リチウムイオン電池の負極に使用可能な通常の負極活物質であれば特に限定されないが、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、樹脂炭、炭素繊維、活性炭、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素質材料;リチウム、リチウム合金、スズ、スズ合金、シリコン、シリコン合金、ガリウム、ガリウム合金、インジウム、インジウム合金、アルミニウム、アルミニウム合金等を主体とした金属系材料;ポリアセン、ポリアセチレン、ポリピロール等の導電性ポリマー;リチウムチタン複合酸化物(例えばLiTi12)等が挙げられる。これらの負極活物質は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
The negative electrode active material layer 103 contains a negative electrode active material.
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a common negative electrode active material that can be used for the negative electrode of a lithium ion battery, but for example, natural graphite, artificial graphite, resin charcoal, carbon fiber, activated carbon, hard carbon, soft carbon Carbonaceous materials such as lithium; lithium, lithium alloys, tin, tin alloys, silicon, silicon alloys, gallium, gallium alloys, indium, indium alloys, aluminum, aluminum alloys etc .; metallic materials; polyacene, polyacetylene, polypyrrole, etc. Conductive polymers; lithium titanium complex oxides (eg, Li 4 Ti 5 O 12 ) and the like. These negative electrode active materials may be used singly or in combination of two or more.

負極活物質層103は特に限定されないが、上記負極活物質以外の成分として、例えば、バインダー樹脂、増粘剤、導電助剤、固体電解質材料等から選択される1種以上の材料を含んでもよい。これらの材料としては、特に限定はされないが、例えば、上述した正極110に用いる材料と同様のものを挙げることができる。
負極活物質層103中の各種材料の配合割合は、電池の使用用途等に応じて、適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。
The negative electrode active material layer 103 is not particularly limited, but may contain one or more materials selected from, for example, a binder resin, a thickener, a conductive additive, a solid electrolyte material, and the like as components other than the negative electrode active material. . Although there is no particular limitation on these materials, for example, the same materials as the materials used for the positive electrode 110 described above can be mentioned.
The proportions of the various materials in the negative electrode active material layer 103 are not particularly limited because they are appropriately determined according to the use of the battery and the like, and can be set in accordance with generally known information.

(電解質層)
次に、電解質層120について説明する。電解質層120は、正極活物質層101および負極活物質層103の間に形成される層である。
電解質層120とは、セパレーターに非水電解液を含浸させたものや、固体電解質を含む固体電解質層が挙げられる。
(Electrolyte layer)
Next, the electrolyte layer 120 will be described. The electrolyte layer 120 is a layer formed between the positive electrode active material layer 101 and the negative electrode active material layer 103.
Examples of the electrolyte layer 120 include those obtained by impregnating a separator with a non-aqueous electrolytic solution, and a solid electrolyte layer containing a solid electrolyte.

本実施形態に係るセパレーターとしては正極110と負極130を電気的に絶縁させ、リチウムイオンを透過する機能を有するものであれば特に限定されないが、例えば、多孔性膜を用いることができる。   The separator according to the present embodiment is not particularly limited as long as it has a function of electrically insulating the positive electrode 110 and the negative electrode 130 and transmitting lithium ions, but for example, a porous film can be used.

多孔性膜としては微多孔性高分子フィルムが好適に使用され、材質としてポリオレフィン、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリエステル等が挙げられる。特に、多孔性ポリオレフィンフィルムが好ましく、具体的には多孔性ポリエチレンフィルム、多孔性ポリプロピレンフィルム等が挙げられる。   As the porous membrane, a microporous polymer film is suitably used, and as the material, polyolefin, polyimide, polyvinylidene fluoride, polyester and the like can be mentioned. In particular, a porous polyolefin film is preferable, and specifically, a porous polyethylene film, a porous polypropylene film and the like can be mentioned.

上記非水電解液とは、電解質を溶媒に溶解させたものである。
上記電解質としては、公知のリチウム塩がいずれも使用でき、活物質の種類に応じて選択すればよい。例えば、LiClO、LiBF、LiPF、LiCFSO、LiCFCO、LiAsF、LiSbF、LiB10Cl10、LiAlCl、LiCl、LiBr、LiB(C、CFSOLi、CH SOLi、LiCFSO、LiCSO、Li(CFSON、低級脂肪酸カルボン酸リチウム等が挙げられる。
The non-aqueous electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte in a solvent.
Any known lithium salt can be used as the electrolyte, and it may be selected according to the type of active material. For example, LiClO 4, LiBF 6, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiB 10 Cl 10, LiAlCl 4, LiCl, LiBr, LiB (C 2 H 5) 4, CF 3 SO 3 Li, CH 3 SO 3 Li, LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, lithium lower fatty acid carboxylate and the like can be mentioned.

上記電解質を溶解する溶媒としては、電解質を溶解させる液体として通常用いられるものであれば特に限定されず、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ビニレンカーボネート(VC)等のカーボネート類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のラクトン類;トリメトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、2−エトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等のエーテル類;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類;1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン等のオキソラン類;アセトニトリル、ニトロメタン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド等の含窒素類;ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等の有機酸エステル類;リン酸トリエステルやジグライム類;トリグライム類;スルホラン、メチルスルホラン等のスルホラン類;3−メチル−2−オキサゾリジノン等のオキサゾリジノン類;1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、ナフタスルトン等のスルトン類;等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。   The solvent for dissolving the electrolyte is not particularly limited as long as it is generally used as a liquid for dissolving the electrolyte, and ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC) Carbonates such as diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), vinylene carbonate (VC); lactones such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; trimethoxymethane, 1,2-dimethoxyethane, diethyl ether Ethers such as 2-ethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran; Sulfoxides such as dimethylsulfoxide; Oxolanes such as 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane; acetonitrile Nitrogen, such as lyl, nitromethane, formamide, dimethylformamide; Organic acid esters such as methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate; phosphoric acid triesters and diglymes; triglymes Sulfolanes such as sulfolane and methyl sulfolane; oxazolidinones such as 3-methyl-2-oxazolidinone; sultones such as 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone and naphtha sultone; and the like. These may be used singly or in combination of two or more.

本実施形態に係る固体電解質層は、正極活物質層101および負極活物質層103の間に形成される層であり、固体電解質材料を含む固体電解質により形成される層である。固体電解質層に含まれる固体電解質は、リチウムイオン伝導性を有するものであれば特に限定されるものではないが、本実施形態においては、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を含む固体電解質であることが好ましい。
本実施形態に係る固体電解質層における固体電解質の含有量は、所望の絶縁性が得られる割合であれば特に限定されるものではないが、例えば、10体積%以上100体積%以下の範囲内、中でも、50体積%以上100体積%以下の範囲内であることが好ましい。特に、本実施形態においては、固体電解質層が本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を含む固体電解質のみから構成されていることが好ましい。
The solid electrolyte layer according to the present embodiment is a layer formed between the positive electrode active material layer 101 and the negative electrode active material layer 103, and is a layer formed of a solid electrolyte containing a solid electrolyte material. The solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer is not particularly limited as long as it has lithium ion conductivity, but in the present embodiment, a solid including the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment It is preferable that it is an electrolyte.
The content of the solid electrolyte in the solid electrolyte layer according to the present embodiment is not particularly limited as long as a desired insulating property can be obtained, but for example, in the range of 10% by volume to 100% by volume Among them, the content is preferably in the range of 50% by volume to 100% by volume. In particular, in the present embodiment, it is preferable that the solid electrolyte layer be composed only of the solid electrolyte containing the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment.

また、本実施形態に係る固体電解質層は、バインダー樹脂を含有していてもよい。バインダー樹脂を含有することにより、可撓性を有する固体電解質層を得ることができる。バインダー樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素含有結着材を挙げることができる。固体電解質層の厚さは、例えば、0.1μm以上1000μm以下の範囲内、中でも、0.1μm以上300μm以下の範囲内であることが好ましい。   Further, the solid electrolyte layer according to the present embodiment may contain a binder resin. By containing the binder resin, a flexible solid electrolyte layer can be obtained. Examples of the binder resin include fluorine-containing binders such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride. The thickness of the solid electrolyte layer is, for example, preferably in the range of 0.1 μm to 1000 μm, and more preferably in the range of 0.1 μm to 300 μm.

以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, these are the illustrations of this invention, and various structures other than the above can also be employ | adopted.
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like as long as the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.

以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described by way of Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.

[1]測定方法
はじめに、以下の実施例および比較例における測定方法を説明する。
[1] Measurement Method First, measurement methods in the following Examples and Comparative Examples will be described.

(1)粒度分布
レーザー回折散乱式粒度分布測定装置(マルバーン社製、マスターサイザー3000)を用いて、レーザー回折法により、実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料の粒度分布を測定した。測定結果から、硫化物系無機固体電解質材料について、重量基準の累積分布における50%累積時の粒径(D50、平均粒子径)を求めた。
(1) Particle size distribution The particle size distribution of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in Examples and Comparative Examples by a laser diffraction method using a laser diffraction scattering type particle size distribution measuring apparatus (Malvern, Mastersizer 3000). Was measured. From the measurement results, for the sulfide-based inorganic solid electrolyte material, the particle size (D 50 , average particle size) at 50% accumulation in the cumulative distribution on a weight basis was determined.

(2)組成比率の測定
ICP発光分光分析装置(セイコーインスツルメント社製、SPS3000)を用いて、ICP発光分光分析法により測定し、実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料中のLi、PおよびSの質量%をそれぞれ求め、それに基づいて、各元素のモル比をそれぞれ計算した。
(2) Measurement of Composition Ratio The sulfide-based inorganic solid electrolyte obtained in Examples and Comparative Examples was measured by ICP emission spectrometry using an ICP emission spectrometer (manufactured by Seiko Instruments Inc., SPS 3000). The mass% of Li, P and S in the material was respectively determined, and based on that, the molar ratio of each element was respectively calculated.

(3)X線回折分析
X線回折装置(リガク社製、RINT2000)を用いて、X線回折分析法により、実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料の回折スペクトルをそれぞれ求めた。なお、線源としてCuKα線を用いた。ここで、回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=31.0±0.5°の位置における最大回折強度をIとし、回折角2θ=27.0±0.4°の位置における最大回折強度をIとし、回折角2θ=29.5±0.5°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとし、I/I、I/I、I/I、I/IおよびI/Iをそれぞれ求めた。
(3) X-ray Diffraction Analysis Diffraction spectra of the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples were each obtained by X-ray diffraction analysis using an X-ray diffractometer (RINT 2000, manufactured by Rigaku Corporation) I asked. In addition, CuK alpha ray was used as a radiation source. Here, the maximum diffraction intensity at the position of the diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1 ° and background intensity I A, the maximum diffraction intensity at the position of the diffraction angle 2θ = 31.0 ± 0.5 ° I B Let the maximum diffraction intensity at the position of the diffraction angle 2θ = 27.0 ± 0.4 ° be I C and the maximum diffraction intensity of the diffraction peak at the position of the diffraction angle 2θ = 29.5 ± 0.5 ° be I Let D be, and I B / I A , I C / I A , I B / I D , I C / I D and I D / I A were determined, respectively.

(4)リチウムイオン伝導度の測定
実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料に対して、交流インピーダンス法によるリチウムイオン伝導度の測定をおこない、以下の基準で評価した。
◎:1.0×10−3S・cm−1以上
〇:0.5×10−3S・cm−1以上1.0×10−3S・cm−1未満
×:0.2×10−3S・cm−1以上0.5×10−3S・cm−1未満
××:0.2×10−3S・cm−1未満
リチウムイオン伝導度の測定はバイオロジック社製、ポテンショスタット/ガルバノスタットSP−300を用いた。試料の大きさは直径9.5mm、厚さ1.2〜2.0mm、測定条件は、印加電圧10mV、測定温度27.0℃、測定周波数域0.1Hz〜7MHz、電極はLi箔とした。
ここで、リチウムイオン伝導度測定用の試料としては、プレス装置を用いて、実施例および比較例で得られた粉末状の硫化物系無機固体電解質材料150mgを270MPa、10分間プレスして得られる直径9.5mm、厚さ1.2〜2.0mmの板状の硫化物系無機固体電解質材料を用いた。
(4) Measurement of Lithium Ion Conductivity The lithium ion conductivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in Examples and Comparative Examples was measured by an alternating current impedance method, and evaluated according to the following criteria.
◎: 1.0 × 10 −3 S · cm −1 or more ○: 0.5 × 10 −3 S · cm −1 or more 1.0 × 10 −3 S · cm −1 or less ×: 0.2 × 10 −3 S · cm −1 or more 0.5 × 10 −3 S · cm −1 or less ××: 0.2 × 10 −3 S · cm −1 or less Measurement of lithium ion conductivity is made by Biologic, Inc. Stat / galvanostat SP-300 was used. The sample size is 9.5 mm in diameter and 1.2 to 2.0 mm in thickness, the measurement conditions are an applied voltage of 10 mV, a measurement temperature of 27.0 ° C., a measurement frequency range of 0.1 Hz to 7 MHz, and an electrode of Li foil. .
Here, as a sample for lithium ion conductivity measurement, it can be obtained by pressing 150 mg of the powdery sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in Examples and Comparative Examples at 270 MPa for 10 minutes using a press device. A plate-like sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a diameter of 9.5 mm and a thickness of 1.2 to 2.0 mm was used.

(5)酸化分解電流の最大値の測定
プレス装置を用いて、実施例および比較例で得られた粉末状の硫化物系無機固体電解質材料120〜150mgを270MPa、10分間プレスして直径9.5mm、厚さ1.3mmの板状の硫化物系無機固体電解質材料(ペレット)を得た。次いで、得られたペレットの一方の面に参照極・対極としてLi箔を、18MPa、10分間の条件でプレス圧着し、もう一方の面に作用極としてSUS314箔を密着した。
次いで、バイオロジック社製、ポテンショスタット/ガルバノスタットSP−300を用いて、温度25℃、掃引電圧範囲0〜5V、電圧掃引速度5mV/秒の条件で、硫化物系無機固体電解質材料の酸化分解電流の最大値を求め、以下の基準で評価した。
◎:0.03μA以下
〇:0.03μA超過0.50μA以下
×:0.50μA超過
(5) Measurement of Maximum Value of Oxidation Degradation Current 120 to 150 mg of the powdered sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in Examples and Comparative Examples was pressed at 270 MPa for 10 minutes using a pressing apparatus to obtain a diameter of 9. A plate-like sulfide-based inorganic solid electrolyte material (pellet) of 5 mm in thickness and 1.3 mm in thickness was obtained. Next, a Li foil as a reference electrode and a counter electrode was press-bonded to one surface of the obtained pellet under the conditions of 18 MPa for 10 minutes, and a SUS314 foil as a working electrode was adhered to the other surface.
Then, using Biologic's potentiostat / galvanostat SP-300, oxidative decomposition of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material under conditions of temperature 25 ° C., sweep voltage range 0-5 V, voltage sweep rate 5 mV / sec. The maximum value of the current was determined and evaluated according to the following criteria.
:: 0.03 μA or less ○: 0.03 μA excess 0.50 μA or less ×: 0.50 μA excess

[2]固体電解質材料の製造
<実施例1>
硫化物系無機固体電解質材料を以下の手順で作製した。
原料には、LiS(古河機械金属社製、純度99.9%)およびP(関東化学社製)を使用した。
はじめに、グローブボックス内に回転刃式の粉砕機およびアルミナ製のポット(内容積400mL)を配置し、次いで、グローブボックス内に対して、ガス精製装置を通じて得られた高純度のドライアルゴンガス(HO<1ppm、O<1ppm)の注入および真空脱気を3回おこなった。
次いで、グローブボックス内で、回転刃式の粉砕機(回転数18000rpm)を用いて、LiS粉末とP粉末(LiS:P=75:25(モル%))の合計5gの混合(混合10秒および静置10秒の操作を10回(累計混合時間:100秒))をおこなうことにより、原料無機組成物を調製した。
ここで、グローブボックス内の回転刃式の粉砕機内へのLiS粉末およびP粉末の投入は、以下の手順でおこなった。はじめにグローブボックスの本体内部のドアを閉じた状態で、グローブボックスのサイドボックス内にLiS粉末およびP粉末を入れた。次いで、サイドボックス内に対して、グローブボックス内から導引した高純度のドライアルゴンガスの注入および真空脱気を3回おこなった。次いで、グローブボックスの本体内部のドアを開けて、グローブボックスの本体内部の回転刃式の粉砕機内にLiS粉末およびP粉末を入れ、粉砕機を密閉した。
[2] Production of Solid Electrolyte Material <Example 1>
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was produced by the following procedure.
As raw materials, Li 2 S (Furukawa Machine Metals Co., Ltd., purity 99.9%) and P 2 S 5 (Kanto Chemical Co., Ltd.) were used.
First, a rotary blade crusher and a pot made of alumina (internal volume 400 mL) were placed in the glove box, and then the high purity dry argon gas (H Three injections of 2 O <1 ppm, O 2 <1 ppm) and vacuum degassing were performed.
Next, in a glove box, Li 2 S powder and P 2 S 5 powder (Li 2 S: P 2 S 5 = 75: 25 (mol%)) using a rotary blade crusher (rotational speed 18000 rpm) The raw material inorganic composition was prepared by mixing a total of 5 g (mixing 10 seconds and settling 10 seconds 10 times (total mixing time: 100 seconds)).
Here, the charging of the Li 2 S powder and the P 2 S 5 powder into the rotary blade crusher in the glove box was performed according to the following procedure. First, with the door inside the main body of the glove box closed, Li 2 S powder and P 2 S 5 powder were placed in the side box of the glove box. Next, into the side box, injection of high purity dry argon gas introduced from inside the glove box and vacuum degassing were performed three times. Next, the door inside the glove box body was opened, and the Li 2 S powder and P 2 S 5 powder were placed in a rotary blade crusher inside the glove box body, and the crusher was sealed.

つづいて、グローブボックス内のアルミナ製のポット(内容積400mL)の内部に、原料無機組成物と直径10mmのZrOボール500gとを投入し、ポットを密閉した。ここで、アルミナ製のポットの蓋部におけるパッキンとしてはOリング(規格P−75)を用いた。また、グローブボックス内にドライアルゴンガスを循環させ、水分濃度を0.9ppm、酸素濃度を0.6ppmに調整した。
次いで、グローブボックス内から、アルミナ製のポットを取り出し、メンブレンエアドライヤーを通して導入した乾燥したドライエアーの雰囲気下に設置したボールミル機にアルミナ製のポットを取り付け、86rpmで500時間混合し、原料無機組成物のガラス化をおこなった。このとき、メンブレンエアドライヤーを通して得られたドライエアーの水分濃度は、600ppmであった。
次いで、グローブボックス内にアルミナ製のポットを入れ、得られた粉末をアルミナ製のポットからカーボンるつぼに移し、グローブボックス内に設置した加熱炉で270℃、2時間の加熱処理をおこなった。
得られた硫化物系無機固体電解質材料について各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
Subsequently, the raw material inorganic composition and 500 g of a ZrO 2 ball of 10 mm in diameter were charged into an alumina pot (inner volume: 400 mL) in the glove box, and the pot was sealed. Here, an O-ring (standard P-75) was used as the packing in the lid of the alumina pot. Further, dry argon gas was circulated in the glove box to adjust the water concentration to 0.9 ppm and the oxygen concentration to 0.6 ppm.
Next, take out the alumina pot from the glove box, attach the alumina pot to a ball mill installed under an atmosphere of dry air introduced through a membrane air dryer, and mix at 86 rpm for 500 hours to obtain the raw material inorganic composition We vitrified the thing. At this time, the water concentration of the dry air obtained through the membrane air drier was 600 ppm.
Then, a pot made of alumina was placed in a glove box, and the obtained powder was transferred from the pot made of alumina to a carbon crucible, and heat treatment was performed at 270 ° C. for 2 hours in a heating furnace installed in the glove box.
Each evaluation was performed about the obtained sulfide type inorganic solid electrolyte material. The obtained results are shown in Table 1.

<実施例2>
アルミナ製のポットのパッキンとして、Oリング(規格P−75)の代わりに平板パッキン(OD=91、ID=75、t=5)を用いた以外は実施例1と同様にして硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をそれぞれおこなった。得られた結果を表1にそれぞれ示す。
Example 2
A sulfide-based inorganic material was prepared in the same manner as in Example 1 except that flat packings (OD = 91, ID = 75, t = 5) were used instead of O-rings (standard P-75) as packings made of alumina pots. A solid electrolyte material was produced and each evaluation was performed. The obtained results are shown in Table 1, respectively.

<実施例3>
グローブボックス内の水分濃度を1.8ppmに調整した以外は実施例1と同様にして硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をそれぞれおこなった。得られた結果を表1にそれぞれ示す。
Example 3
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was produced in the same manner as in Example 1 except that the water concentration in the glove box was adjusted to 1.8 ppm, and each evaluation was performed. The obtained results are shown in Table 1, respectively.

<実施例4>
硫化物系無機固体電解質材料を以下の手順で作製した。
原料には、LiS(古河機械金属社製、純度99.9%、P(関東化学社製)およびLiN(古河機械金属社製)を使用した。
はじめに、グローブボックス内に回転刃式の粉砕機およびアルミナ製のポット(内容積400mL)を配置し、次いで、グローブボックス内に対して、ガス精製装置を通じて得られた高純度のドライアルゴンガス(HO<1ppm、O<1ppm)の注入および真空脱気を3回おこなった。
次いで、グローブボックス内で、回転刃式の粉砕機(回転数18000rpm)を用いて、LiS粉末とP粉末とLiN粉末(LiS:P:LiN=72.6:24.2:3.2(モル%))の合計5gの混合(混合10秒および静置10秒の操作を10回(累計混合時間:100秒))をおこなうことにより、原料無機組成物を調製した。
ここで、グローブボックス内の回転刃式の粉砕機内へのLiS粉末、P粉末およびLiN粉末の投入は、以下の手順でおこなった。はじめにグローブボックスの本体内部のドアを閉じた状態で、グローブボックスのサイドボックス内にLiS粉末、P粉末およびLiN粉末を入れた。次いで、サイドボックス内に対して、グローブボックス内から導引した高純度のドライアルゴンガスの注入および真空脱気を3回おこなった。次いで、グローブボックスの本体内部のドアを開けて、グローブボックスの本体内部の回転刃式の粉砕機内にLiS粉末、P粉末およびLiN粉末を入れ、粉砕機を密閉した。
Example 4
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was produced by the following procedure.
As raw materials, Li 2 S (Furukawa Machine Metals Co., Ltd., purity 99.9%, P 2 S 5 (Kanto Kagaku Co., Ltd.) and Li 3 N (Furukawa Machine Metals Co., Ltd.) were used.
First, a rotary blade crusher and a pot made of alumina (internal volume 400 mL) were placed in the glove box, and then the high purity dry argon gas (H Three injections of 2 O <1 ppm, O 2 <1 ppm) and vacuum degassing were performed.
Next, using a rotary blade crusher (rotational speed 18,000 rpm) in the glove box, Li 2 S powder, P 2 S 5 powder and Li 3 N powder (Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N) By performing mixing (total mixing time: 100 seconds) of mixing of 5 g in total of 72.6: 24.2: 3.2 (mol%)) Raw material inorganic composition was prepared.
Here, the charging of the Li 2 S powder, the P 2 S 5 powder and the Li 3 N powder into the rotary blade crusher in the glove box was performed according to the following procedure. First, with the door inside the glove box main body closed, Li 2 S powder, P 2 S 5 powder and Li 3 N powder were placed in the glove box side box. Next, into the side box, injection of high purity dry argon gas introduced from inside the glove box and vacuum degassing were performed three times. Next, the door inside the glove box body was opened, and the Li 2 S powder, P 2 S 5 powder and Li 3 N powder were placed in a rotary blade crusher inside the glove box body, and the crusher was sealed.

つづいて、グローブボックス内のアルミナ製のポット(内容積400mL)の内部に、原料無機組成物と直径10mmのZrOボール500gとを投入し、ポットを密閉した。ここで、アルミナ製のポットの蓋部におけるパッキンとしてはOリング(規格P−75)を用いた。また、グローブボックス内にドライアルゴンガスを循環させ、水分濃度を0.5ppm、酸素濃度を0.6ppmに調整した。
次いで、グローブボックス内から、アルミナ製のポットを取り出し、メンブレンエアドライヤーを通して導入した乾燥したドライエアーの雰囲気下に設置したボールミル機にアルミナ製のポットを取り付け、86rpmで500時間混合し、原料無機組成物のガラス化をおこなった。このとき、メンブレンエアドライヤーを通して得られたドライエアーの水分濃度は、600ppmであった。48時間混合する毎にグローブボックス内でポットの内壁についた粉末を掻き落とし、密封後、乾燥した大気雰囲気下でミリングを継続した。
次いで、グローブボックス内にアルミナ製のポットを入れ、得られた粉末をアルミナ製のポットからカーボンるつぼに移し、グローブボックス内に設置した加熱炉で270℃、2時間の加熱処理をおこなった。
得られた硫化物系無機固体電解質材料について各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
Subsequently, the raw material inorganic composition and 500 g of a ZrO 2 ball of 10 mm in diameter were charged into an alumina pot (inner volume: 400 mL) in the glove box, and the pot was sealed. Here, an O-ring (standard P-75) was used as the packing in the lid of the alumina pot. Also, dry argon gas was circulated in the glove box to adjust the water concentration to 0.5 ppm and the oxygen concentration to 0.6 ppm.
Next, take out the alumina pot from the glove box, attach the alumina pot to a ball mill installed under an atmosphere of dry air introduced through a membrane air dryer, and mix at 86 rpm for 500 hours to obtain the raw material inorganic composition We vitrified the thing. At this time, the water concentration of the dry air obtained through the membrane air drier was 600 ppm. Every 48 hours of mixing, the powder attached to the inner wall of the pot was scraped off in a glove box, sealed, and then milling was continued in a dry atmosphere.
Then, a pot made of alumina was placed in a glove box, and the obtained powder was transferred from the pot made of alumina to a carbon crucible, and heat treatment was performed at 270 ° C. for 2 hours in a heating furnace installed in the glove box.
Each evaluation was performed about the obtained sulfide type inorganic solid electrolyte material. The obtained results are shown in Table 1.

<実施例5>
LiS粉末とP粉末とLiN粉末の混合割合をLiS:P:LiN=73.8:24.6:1.6(モル%)に変更した以外は実施例4と同様にして硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をそれぞれおこなった。得られた結果を表1にそれぞれ示す。
Example 5
The mixing ratio of Li 2 S powder, P 2 S 5 powder and Li 3 N powder was changed to Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 73.8: 24.6: 1.6 (mol%) A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was produced in the same manner as in Example 4 except for the above, and each evaluation was performed. The obtained results are shown in Table 1, respectively.

<比較例1>
アルミナ製のポットのパッキンとして、Oリング(規格P−75)の代わりに平板パッキン(OD=91、ID=75、t=5)を用いた以外は実施例3と同様にして硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をそれぞれおこなった。得られた結果を表1にそれぞれ示す。
Comparative Example 1
A sulfide-based inorganic material was prepared in the same manner as in Example 3 except that flat packings (OD = 91, ID = 75, t = 5) were used instead of O-rings (standard P-75) as packings made of alumina pots. A solid electrolyte material was produced and each evaluation was performed. The obtained results are shown in Table 1, respectively.

<比較例2>
ボールミル機を用いた500時間のガラス化処理の後にポットを開封し、1分間大気に暴露した以外は比較例1と同様にして硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をそれぞれおこなった。得られた結果を表1にそれぞれ示す。
Comparative Example 2
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the pot was opened after 500 hours of vitrification treatment using a ball mill and exposed to the atmosphere for 1 minute, and each evaluation was carried out. . The obtained results are shown in Table 1, respectively.

<比較例3>
メンブレンエアドライヤーを通していないエアーの雰囲気下でガラス化をおこなった以外は実施例2と同様にして硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。ここで、メンブレンエアドライヤーを通していないエアーの水分濃度は、24000ppmであった。
Comparative Example 3
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2 except that vitrification was performed in an atmosphere of air not passing through a membrane air dryer. The obtained results are shown in Table 1. Here, the water concentration of the air not passing through the membrane air dryer was 24000 ppm.

実施例1〜5の硫化物系無機固体電解質材料はリチウムイオン伝導性および電気化学的安定性に優れていた。これに対し、比較例1〜3の硫化物系無機固体電解質材料はリチウムイオン伝導性に劣っていた。
ここで、実施例1および2で得られた硫化物系無機固体電解質材料のX線回折スペクトルを図2にそれぞれ示す。また、比較例1および2で得られた硫化物系無機固体電解質材料のX線回折スペクトルを図3にそれぞれ示す。また、実施例4および5で得られた硫化物系無機固体電解質材料のX線回折スペクトルを図4にそれぞれ示す。
ここで、図2および図3における最下欄のスペクトルはJCPDS(Joint Committee on Powder Diffraction Standards)カードのNO.01-076-0973に基づくLiPSのX線回折スペクトルである。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte materials of Examples 1 to 5 were excellent in lithium ion conductivity and electrochemical stability. On the other hand, the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials of Comparative Examples 1 to 3 were inferior in lithium ion conductivity.
Here, X-ray diffraction spectra of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in Examples 1 and 2 are respectively shown in FIG. Further, X-ray diffraction spectra of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in Comparative Examples 1 and 2 are respectively shown in FIG. Further, X-ray diffraction spectra of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in Examples 4 and 5 are shown in FIG. 4 respectively.
Here, the spectra in the bottom column in FIGS. 2 and 3 are X-ray diffraction spectra of Li 3 PS 4 based on NO. 01-076-0973 of the JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) card.

100 リチウムイオン電池
101 正極活物質層
103 負極活物質層
105 集電体
110 正極
120 電解質層
130 負極
100 lithium ion battery 101 positive electrode active material layer 103 negative electrode active material layer 105 current collector 110 positive electrode 120 electrolyte layer 130 negative electrode

Claims (17)

リチウムイオン伝導性を有し、かつ、構成元素としてLi、PおよびSを含む硫化物系無機固体電解質材料であって、
線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=31.0±0.5°の位置における最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が3.4以下である硫化物系無機固体電解質材料。
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having lithium ion conductivity and containing Li, P and S as constituent elements,
In the spectrum obtained by X-ray diffraction using a CuKα ray the highest diffraction intensity at the position of the diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1 ° and background intensity I A as a radiation source, a diffraction angle 2 [Theta] = 31.0 ± A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having an I B / I A value of 3.4 or less, where I B is the maximum diffraction intensity at a position of 0.5 °.
請求項1に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
当該硫化物系無機固体電解質材料中の前記Pの含有量に対する前記Liの含有量のモル比Li/Pが1.0以上5.0以下であり、前記Pの含有量に対する前記Sの含有量のモル比S/Pが2.0以上6.0以下である硫化物系無機固体電解質材料。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to claim 1,
The molar ratio Li / P of the content of the Li to the content of the P in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is 1.0 or more and 5.0 or less, and the content of the S relative to the content of the P A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a molar ratio S / P of 2.0 or more and 6.0 or less.
請求項1または2に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=27.0±0.4°の位置における最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が4.7以下である硫化物系無機固体電解質材料。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to claim 1 or 2
In the spectrum obtained by X-ray diffraction using a CuKα ray the highest diffraction intensity at the position of the diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1 ° and background intensity I A as a radiation source, a diffraction angle 2 [Theta] = 27.0 ± A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a value of I C / I A of 4.7 or less, where I C is the maximum diffraction intensity at a position of 0.4 °.
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=29.5±0.5°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとし、回折角2θ=31.0±0.5°の位置における最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が0.30以下である硫化物系無機固体電解質材料。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 3
In the spectrum obtained by X-ray diffraction using a CuKα ray as a radiation source, the maximum diffraction intensity of the diffraction peak present at the position of the diffraction angle 2θ = 29.5 ± 0.5 ° is ID , and the diffraction angle 2θ = 31. 0 when the maximum diffraction intensity at the position of ± 0.5 ° was I B, I B / I value of D is 0.30 or less sulfide-based inorganic solid electrolyte material.
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=29.5±0.5°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとし、回折角2θ=27.0±0.4°の位置における最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が0.40以下である硫化物系無機固体電解質材料。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 4
In the spectrum obtained by X-ray diffraction using a CuKα ray as a radiation source, the maximum diffraction intensity of the diffraction peak present at the position of the diffraction angle 2θ = 29.5 ± 0.5 ° is ID , and the diffraction angle 2θ = 27. 0 when the maximum diffraction intensity at the position of ± 0.4 ° was I C, sulfide-based inorganic solid electrolyte material values of I C / I D is 0.40 or less.
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
27.0℃、印加電圧10mV、測定周波数域0.1Hz〜7MHzの測定条件における交流インピーダンス法による前記硫化物系無機固体電解質材料のリチウムイオン伝導度が0.5×10−3S・cm−1以上である硫化物系無機固体電解質材料。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 5,
The lithium ion conductivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the alternating current impedance method at a measurement condition of 27.0 ° C., an applied voltage of 10 mV and a measurement frequency range of 0.1 Hz to 7 MHz is 0.5 × 10 −3 S · cm A sulfide-based inorganic solid electrolyte material which is one or more.
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
温度25℃、掃引電圧範囲0〜5V、電圧掃引速度5mV/秒の条件で測定される、前記硫化物系無機固体電解質材料の酸化分解電流の最大値が0.50μA以下である硫化物系無機固体電解質材料。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 6,
A sulfide-based inorganic oxide having a maximum value of 0.50 μA or less of the oxidative decomposition current of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material, which is measured under conditions of a temperature of 25 ° C., a sweep voltage range of 0-5 V, and a voltage sweep rate of 5 mV / sec. Solid electrolyte material.
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
前記硫化物系無機固体電解質材料の形状は粒子状であり、
レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における、粒子状の記硫化物系無機固体電解質材料の平均粒子径d50が1μm以上100μm以下である硫化物系無機固体電解質材料。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 7
The shape of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is particulate;
In weight particle size distribution by a laser diffraction scattering particle size distribution measuring method, particulate serial sulfide-based inorganic solid electrolyte average particle size d 50 of material is 1μm or more 100μm or less sulfide-based inorganic solid electrolyte material.
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
ガラスセラミックス状態である硫化物系無機固体電解質材料。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 8, wherein
Sulfide-based inorganic solid electrolyte material in glass-ceramic state.
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=29.5±0.5°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が1.0以上である硫化物系無機固体電解質材料。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 9, wherein
In the spectrum obtained by X-ray diffraction using a CuKα ray the highest diffraction intensity at the position of the diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1 ° and background intensity I A as a radiation source, a diffraction angle 2 [Theta] = 29.5 ± A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a value of I D / I A of 1.0 or more, where I D is the maximum diffraction intensity of a diffraction peak present at a position of 0.5 °.
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
リチウムイオン電池に用いられる硫化物系無機固体電解質材料。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 10,
Sulfide-based inorganic solid electrolyte material used for lithium ion batteries.
請求項1乃至11のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料を含む固体電解質。   A solid electrolyte comprising the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 11. 請求項12に記載の固体電解質を主成分として含む固体電解質膜。   A solid electrolyte membrane comprising the solid electrolyte according to claim 12 as a main component. 請求項13に記載の固体電解質膜において、
粒子状の前記固体電解質の加圧成形体である固体電解質膜。
In the solid electrolyte membrane according to claim 13,
A solid electrolyte membrane which is a pressure-formed body of the particulate solid electrolyte.
請求項13または14に記載の固体電解質膜において、
当該固体電解質膜中のバインダー樹脂の含有量が、前記固体電解質膜の全体を100質量%としたとき、0.5質量%未満である固体電解質膜。
In the solid electrolyte membrane according to claim 13 or 14,
The solid electrolyte membrane whose content of binder resin in the said solid electrolyte membrane is less than 0.5 mass%, when the whole of the said solid electrolyte membrane is 100 mass%.
請求項13乃至15のいずれか一項に記載の固体電解質膜において、
当該固体電解質膜中の前記硫化物系無機固体電解質材料の含有量が、前記固体電解質膜の全体を100質量%としたとき、50質量%以上である固体電解質膜。
In the solid electrolyte membrane according to any one of claims 13 to 15,
The solid electrolyte membrane whose content of the said sulfide type inorganic solid electrolyte material in the said solid electrolyte membrane is 50 mass% or more, when the whole of the said solid electrolyte membrane is 100 mass%.
正極活物質層を含む正極と、電解質層と、負極活物質層を含む負極とを備えたリチウムイオン電池であって、
前記正極活物質層、前記電解質層および前記負極活物質層のうち少なくとも一つが、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料を含むリチウムイオン電池。
A lithium ion battery comprising a positive electrode including a positive electrode active material layer, an electrolyte layer, and a negative electrode including a negative electrode active material layer,
A lithium ion battery, wherein at least one of the positive electrode active material layer, the electrolyte layer, and the negative electrode active material layer contains the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 11.
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