JP2019125502A - Sulfide solid electrolyte - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、酸化耐性が良好な硫化物固体電解質に関する。 The present disclosure relates to a sulfide solid electrolyte with good oxidation resistance.
近年におけるパソコン、ビデオカメラおよび携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。また、自動車産業界等においても、電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の高出力かつ高容量の電池の開発が進められている。現在、種々の電池の中でも、エネルギー密度が高いという観点から、リチウム電池が注目を浴びている。 With the rapid spread of information related devices such as personal computers, video cameras and mobile phones and communication devices in recent years, development of batteries used as the power source is regarded as important. Also, in the automobile industry and the like, development of high-power and high-capacity batteries for electric vehicles or hybrid vehicles is in progress. Among various batteries, lithium batteries are currently attracting attention from the viewpoint of high energy density.
現在市販されているリチウム電池は、可燃性の有機溶媒を含む電解液が使用されているため、短絡時の温度上昇を抑える安全装置の取り付けや短絡防止のための構造が必要となる。これに対し、電解液を固体電解質層に代えて、電池を全固体化したリチウム電池は、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る。 Since lithium batteries currently on the market use an electrolytic solution containing a flammable organic solvent, a structure for attachment of a safety device for preventing temperature rise at the time of short circuit and short circuit prevention is required. On the other hand, since the lithium battery in which the battery is totally solidified by replacing the electrolyte solution with the solid electrolyte layer does not use a flammable organic solvent in the battery, the safety device can be simplified.
リチウム固体電池に用いられる固体電解質として、硫化物固体電解質が知られている。例えば、特許文献1には、一般式:LiaMbNcPdSeXf(一般式中、MはSi、Ge及びSnから選択される元素、NはSb、Bi、B、Al、Ga、In、Tl、Pb、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Zn及びCuから選択される元素、XはF、I、Br、Cl及びAtから選択される元素であり、a〜fは各元素の組成比を示し、b及びdの比(b:d)は0〜0.25:1であり、a、c、d、e及びfの比(a:c:d:e:f)は1〜12:0〜0.2:1:0.1〜9:0〜9を満たす。)で表される組成を有する硫化物固体電解質が開示されている。特許文献1は、結晶化の為の加熱処理温度を低くすることを目的としている。 A sulfide solid electrolyte is known as a solid electrolyte used for lithium solid state batteries. For example, Patent Document 1, the general formula: Li a M b N c P d S e X f ( In the formula, M is selected Si, Ge, and Sn element, N is the Sb, Bi, B, Al An element selected from Ga, In, Tl, Pb, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Zn and Cu, X is an element selected from F, I, Br, Cl and At A to f represent composition ratios of the respective elements, the ratio of b and d (b: d) is 0 to 0.25: 1, and the ratio of a, c, d, e and f (a: A sulfide solid electrolyte having a composition represented by c: d: e: f) satisfying 1 to 12: 0 to 0.2: 1: 0.1 to 9: 0 to 9) is disclosed. . Patent Document 1 aims to lower the heat treatment temperature for crystallization.
硫化物固体電解質は、Liイオン伝導性が高いといった利点を有する。一方、硫化物固体電解質を含有するリチウム固体電池は、例えば高温状態に置かれた場合に、硫化物固体電解質が酸化して発熱する場合がある。そのため、硫化物固体電解質は酸化耐性が高いことが望まれる。本開示は上記実情に鑑みてなされた発明であり、酸化耐性が良好な硫化物固体電解質を提供することを主目的とする。 The sulfide solid electrolyte has the advantage of high Li ion conductivity. On the other hand, in the case of a lithium solid battery containing a sulfide solid electrolyte, the sulfide solid electrolyte may be oxidized and generate heat, for example, when placed in a high temperature state. Therefore, it is desirable that the sulfide solid electrolyte has high oxidation resistance. This indication is an invention made in view of the above-mentioned situation, and makes it a main purpose to provide a sulfide solid electrolyte with good oxidation resistance.
上記目的を達成するため、本開示においては、下記一般式(1)で表される組成を有する、硫化物固体電解質を提供する。
一般式(1):Liy{Ge(1−δ)+A(δ)}3−x{P(1−γ)+B(γ)}xS12
(上記一般式(1)中、AおよびBは、それぞれ独立に、Fe、Ag、Zn、Si、Sb、PbまたはCuであり、1.2≦x≦2.0、10≦y≦18、0≦δ≦0.1、0≦γ≦0.05、δ+γ>0を満たす。)
In order to achieve the above object, the present disclosure provides a sulfide solid electrolyte having a composition represented by the following general formula (1).
General formula (1): Li y {Ge (1-δ) + A (δ) } 3-x {P (1-γ) + B (γ) } x S 12
(In the above general formula (1), A and B are each independently Fe, Ag, Zn, Si, Sb, Pb or Cu, 1.2 ≦ x ≦ 2.0, 10 ≦ y ≦ 18, 0 ≦ δ ≦ 0.1, 0 ≦ γ ≦ 0.05, δ + γ> 0 is satisfied
本開示によれば、上記一般式(1)で表される組成を有することにより、酸化耐性が良好な硫化物固体電解質とすることができる。 According to the present disclosure, by having the composition represented by the above general formula (1), a sulfide solid electrolyte having good oxidation resistance can be obtained.
本開示の硫化物固体電解質は、酸化耐性が良好であるといった効果を奏する。 The sulfide solid electrolyte of the present disclosure has an effect that oxidation resistance is good.
以下、本開示の硫化物固体電解質の詳細を説明する。
本開示の硫化物固体電解質は、下記一般式(1)で表される組成を有する。
一般式(1):Liy{Ge(1−δ)+A(δ)}3−x{P(1−γ)+B(γ)}xS12
(上記一般式(1)中、AおよびBは、それぞれ独立に、Fe、Ag、Zn、Si、Sb、PbまたはCuであり、1.2≦x≦2.0、10≦y≦18、0≦δ≦0.1、0≦γ≦0.05、δ+γ>0を満たす。)
Hereinafter, the details of the sulfide solid electrolyte of the present disclosure will be described.
The sulfide solid electrolyte of the present disclosure has a composition represented by the following general formula (1).
General formula (1): Li y {Ge (1-δ) + A (δ) } 3-x {P (1-γ) + B (γ) } x S 12
(In the above general formula (1), A and B are each independently Fe, Ag, Zn, Si, Sb, Pb or Cu, 1.2 ≦ x ≦ 2.0, 10 ≦ y ≦ 18, 0 ≦ δ ≦ 0.1, 0 ≦ γ ≦ 0.05, δ + γ> 0 is satisfied
本開示によれば、上記一般式(1)で表される組成を有することにより、酸化耐性が良好な硫化物固体電解質とすることができる。 According to the present disclosure, by having the composition represented by the above general formula (1), a sulfide solid electrolyte having good oxidation resistance can be obtained.
上述したように、硫化物固体電解質は、Liイオン伝導性が高いといった利点を有する。一方、硫化物固体電解質を含有するリチウム固体電池は、例えば高温状態(一例として、315℃程度の高温状態)に置かれた場合に、硫化物固体電解質が酸化して発熱する場合がある。
例えば、一般式(2)で表される硫化物固体電解質は、Liイオン伝導性が良好であるといった利点を有する一方で、比較的酸化耐性が低いといった課題がある。
一般式(2):LiyGe3−xPxS12
(上記一般式(2)中、1.2≦x≦2.0、10≦y≦18を満たす。)
その理由は、Ge元素およびP元素は、S元素との結合性が低いことから、例えば高温状態に置かれると、Ge元素およびP元素がS元素から脱離してO元素と結合しやすくなってしまうためであると推測される。
As described above, the sulfide solid electrolyte has the advantage of high Li ion conductivity. On the other hand, in the case of a lithium solid battery containing a sulfide solid electrolyte, the sulfide solid electrolyte may be oxidized and generate heat, for example, when it is placed in a high temperature state (for example, a high temperature state of about 315 ° C.).
For example, the sulfide solid electrolyte represented by the general formula (2) has an advantage that the lithium ion conductivity is good, but has a problem that the oxidation resistance is relatively low.
General formula (2): Li y Ge 3-x P x S 12
(In the above general formula (2), 1.2 ≦ x ≦ 2.0, 10 ≦ y ≦ 18 are satisfied.)
The reason is that Ge and P elements have low bonding with S elements, so when placed at high temperature, for example, Ge elements and P elements are easily detached from S elements and bonded to O elements. It is guessed to be because it
これに対し、本開示においては一般式(2)におけるGe元素またはP元素の一部を特定の元素(Fe、Ag、Zn、Si、Sb、PbまたはCu)で置換することにより、硫化物固体電解質の酸化耐性を向上させることができることを知見した。その理由は、上記特定の元素はS元素との結合性が高く、例えば高温状態に置かれてもS元素から脱離しにくいためと推測される。 On the other hand, in the present disclosure, a sulfide solid is obtained by substituting a part of the Ge element or P element in the general formula (2) with a specific element (Fe, Ag, Zn, Si, Sb, Pb or Cu) It has been found that the oxidation resistance of the electrolyte can be improved. The reason is presumed to be that the specific element has high bondability with the S element, and for example, it is difficult to be detached from the S element even when placed in a high temperature state.
本開示の硫化物固体電解質は、酸化耐性が良好であることから、例えば電池が高温状態に置かれた場合の発熱を抑制することができる。よって、熱安定性が良好な硫化物固体電解質とすることができる。 Since the sulfide solid electrolyte of the present disclosure has good oxidation resistance, it can suppress heat generation, for example, when the battery is placed at high temperature. Thus, a sulfide solid electrolyte having good thermal stability can be obtained.
本開示の硫化物固体電解質は、一般式(1)で表される組成を有する。
一般式(1):Liy{Ge(1−δ)+A(δ)}3−x{P(1−γ)+B(γ)}xS12
(上記一般式(1)中、AおよびBは、それぞれ独立に、Fe、Ag、Zn、Si、Sb、PbまたはCuであり、1.2≦x≦2.0、10≦y≦18、0≦δ≦0.1、0≦γ≦0.05、δ+γ>0を満たす。)
一般式(1)は、一般式(2)の組成に対し、δ×100%(モル割合)分のGe元素をA元素で置換し、γ×100%(モル割合)分のP元素をB元素で置換した組成とも捉えることができる。なお、一般式(1)中、Sの値は、例えば原料組成物の種類(例えばA元素またはB元素を含む原料組成物の種類)に応じて変動する可能性がある。そのため、Sの値は、厳密には、四捨五入して12となる値、具体的には11.5以上12.4以下の値であることが好ましい。
The sulfide solid electrolyte of the present disclosure has a composition represented by the general formula (1).
General formula (1): Li y {Ge (1-δ) + A (δ) } 3-x {P (1-γ) + B (γ) } x S 12
(In the above general formula (1), A and B are each independently Fe, Ag, Zn, Si, Sb, Pb or Cu, 1.2 ≦ x ≦ 2.0, 10 ≦ y ≦ 18, 0 ≦ δ ≦ 0.1, 0 ≦ γ ≦ 0.05, δ + γ> 0 is satisfied
In the general formula (1), the Ge element of δ × 100% (molar ratio) is substituted with the A element, and the P element of γ × 100% (molar ratio) is B It can also be understood as a composition substituted by an element. In the general formula (1), the value of S may vary depending on, for example, the type of the raw material composition (for example, the type of the raw material composition containing the A element or the B element). Therefore, it is preferable that the value of S is strictly a value rounded to 12 and specifically a value of 11.5 or more and 12.4 or less.
一般式(1)中、xは、1.2以上であればよく、例えば、1.5以上であってもよく、1.6以上であってもよい。また、xは、2.0以下であればよい。
一般式(1)中、yは、10以上であればよく、例えば、10.02以上であってもよく、10.06以上であってもよい。また、yは、18以下であればよく、例えば、10.4以下であってもよく、10.3以下であってもよい。
In the general formula (1), x may be 1.2 or more, and may be, for example, 1.5 or more, or may be 1.6 or more. Further, x may be 2.0 or less.
In the general formula (1), y may be 10 or more, and may be, for example, 10.02 or more, or may be 10.06 or more. Further, y may be 18 or less, for example, 10.4 or less, or 10.3 or less.
一般式(1)中、AおよびBは、それぞれ独立に、Fe、Ag、Zn、Si、Sb、PbまたはCuである。AおよびBは、同じ元素であってもよく、異なる元素であってもよい。 In the general formula (1), A and B are each independently Fe, Ag, Zn, Si, Sb, Pb or Cu. A and B may be the same element or different elements.
一般式(1)中、δは、0以上であればよく、0より大きくてもよく、0.02以上であってもよい。また、δは、0.1以下であればよい。
一般式(1)中、γは、0以上であればよく、0より大きくてもよく、0.01以上であってもよく、0.02以上であってもよい。また、γは、0.05以下であればよい。
一般式(1)中、δおよびγは、δ+γ>0を満たす。すなわち、δ=0の場合、γ>0であり、γ=0の場合、δ>0である。また、δ+γは、例えば、0.15以下である。
本開示においては、一般式(1)中、δ=0またはγ=0であってもよい。
In the general formula (1), δ may be 0 or more, may be larger than 0, and may be 0.02 or more. Further, δ may be 0.1 or less.
In the general formula (1), γ may be 0 or more, may be larger than 0, may be 0.01 or more, and may be 0.02 or more. Further, γ may be 0.05 or less.
In the general formula (1), δ and γ satisfy δ + γ> 0. That is, if δ = 0, then γ> 0, and if γ = 0, then δ> 0. Further, δ + γ is, for example, 0.15 or less.
In the present disclosure, in the general formula (1), δ = 0 or γ = 0 may be satisfied.
本開示の硫化物固体電解質は、非晶質であってもよく、結晶であってもよいが、結晶であることが好ましい。Liイオン伝導性をより良好にすることができるからである。 The sulfide solid electrolyte of the present disclosure may be amorphous or crystalline, but is preferably crystalline. It is because Li ion conductivity can be made better.
本開示の硫化物固体電解質が結晶である場合、CuKαを用いたX線回折測定において、2θ=29.58°±0.50°の位置にピークを有することが好ましい。この結晶相を結晶相Aとする。結晶相Aは、さらに、2θ=12.35°±0.50°、14.43°±0.50°、17.38°±0.50°、20.18°±0.50°、20.44°±0.50°、23.56°±0.50°、23.96°±0.50°、24.93°±0.50°、26.96°±0.50°、29.07°±0.50°、29.58°±0.50°、31.71°±0.50°、32.66°±0.50°、33.39°±0.50°の位置にピークを有していてもよい。なお、これらのピーク位置の幅は、±0.30°であってもよく、±0.10°であってもよい。結晶相Aにおけるピークは、LGPS型結晶相に由来するピークである。 When the sulfide solid electrolyte of the present disclosure is a crystal, it preferably has a peak at a position of 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° in X-ray diffraction measurement using CuKα. This crystal phase is called crystal phase A. Crystalline phase A further comprises 2θ = 12.35 ° ± 0.50 °, 14.43 ° ± 0.50 °, 17.38 ° ± 0.50 °, 20.18 ° ± 0.50 °, 20 .44 ° ± 0.50 °, 23.56 ° ± 0.50 °, 23.96 ° ± 0.50 °, 24.93 ° ± 0.50 °, 26.96 ° ± 0.50 °, 29 .07 ° ± 0.50 °, 29.58 ° ± 0.50 °, 31.71 ° ± 0.50 °, 32.66 ° ± 0.50 °, 33.39 ° ± 0.50 ° May have a peak. The width of these peak positions may be ± 0.30 ° or ± 0.10 °. The peak in the crystal phase A is a peak derived from the LGPS type crystal phase.
本開示の硫化物固体電解質は、結晶相Aを主相として含有することが好ましい。硫化物固体電解質に含まれる全ての結晶相に対する結晶相Aの割合は、例えば、50重量%以上であり、70重量%以上であってもよく、90重量%以上であってもよい。なお、上結晶相Aの割合は、例えば、放射光XRDにより測定することができる。 The sulfide solid electrolyte of the present disclosure preferably contains crystal phase A as a main phase. The ratio of the crystal phase A to all the crystal phases contained in the sulfide solid electrolyte is, for example, 50% by weight or more, and may be 70% by weight or more, or 90% by weight or more. The proportion of the upper crystal phase A can be measured, for example, by synchrotron radiation XRD.
本開示の硫化物固体電解質は、Liイオン伝導性を有する。25℃におけるLiイオン伝導度は、例えば、4.0×10−3S/cm以上であり、4.5×10−3S/cm以上であることが好ましい。硫化物固体電解質のLiイオン伝導度は、例えば、交流インピーダンス法により測定することができる。 The sulfide solid electrolyte of the present disclosure has Li ion conductivity. The Li ion conductivity at 25 ° C. is, for example, 4.0 × 10 −3 S / cm or more, and preferably 4.5 × 10 −3 S / cm or more. The Li ion conductivity of the sulfide solid electrolyte can be measured, for example, by an alternating current impedance method.
本開示の硫化物固体電解質の形状は、特に限定されないが、例えば粒子状が挙げられる。硫化物固体電解質の平均粒径(D50)は、例えば、0.1μm以上50μm以下であってもよい。平均粒径は、例えば、レーザー回折散乱法による粒度分布測定の結果から求めることができる。 The shape of the sulfide solid electrolyte of the present disclosure is not particularly limited, and examples thereof include particulate. The average particle size (D 50 ) of the sulfide solid electrolyte may be, for example, 0.1 μm or more and 50 μm or less. The average particle size can be determined, for example, from the result of particle size distribution measurement by a laser diffraction scattering method.
本開示の硫化物固体電解質の製造方法としては、例えば、上述した一般式(1)で表される組成を有するように原料組成物を混合し、非晶質化処理する非晶質化工程を有する製造方法を挙げることができる。硫化物固体電解質の製造方法は、得られた硫化物ガラスを熱処理して、LGPS型結晶相を有する硫化物固体電解質を得る熱処理工程をさらに有していてもよい。原料組成物としては、例えば、Li2S、P2S5、GeS2、Zn2S3、Fe2S3、Sb2S5、Pb2S3、SiS2、Ag2S、Cu2Sが挙げられる。また、非晶質化処理としては、例えば、メカニカルミリング処理が挙げられる。 As a method for producing a sulfide solid electrolyte according to the present disclosure, for example, an amorphization step of mixing raw material compositions so as to have the composition represented by the above-mentioned general formula (1) and performing amorphization treatment The manufacturing method which it has can be mentioned. The method for producing a sulfide solid electrolyte may further include a heat treatment step of heat treating the obtained sulfide glass to obtain a sulfide solid electrolyte having an LGPS type crystal phase. As a raw material composition, for example, Li 2 S, P 2 S 5 , GeS 2 , Zn 2 S 3 , Fe 2 S 3 , Sb 2 S 5 , Pb 2 S 3 , SiS 2 , Ag 2 S, Cu 2 S Can be mentioned. Moreover, as an amorphization process, a mechanical milling process is mentioned, for example.
本開示の硫化物固体電解質は、Li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、本開示の硫化物固体電解質は、リチウム固体電池に用いられることが好ましい。図1は、本開示のリチウム固体電池の一例を示す概略断面図である。図1におけるリチウム固体電池10は、正極活物質を含有する正極活物質層1と、負極活物質を含有する負極活物質層2と、正極活物質層1および負極活物質層2の間に形成された固体電解質層3と、正極活物質層1の集電を行う正極集電体4と、負極活物質層2の集電を行う負極集電体5と、これらの部材を収納する電池ケース6とを有する。本開示においては、正極活物質層1、負極活物質層2および固体電解質層3の少なくとも一つが、上述した硫化物固体電解質を含有することが好ましい。
以下、リチウム固体電池における各構成について説明する。
The sulfide solid electrolyte of the present disclosure can be used in any application requiring Li ion conductivity. Among them, the sulfide solid electrolyte of the present disclosure is preferably used in a lithium solid battery. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the lithium solid state battery of the present disclosure. The lithium solid battery 10 in FIG. 1 is formed between a positive electrode active material layer 1 containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer 2 containing a negative electrode active material, and the positive electrode active material layer 1 and the negative electrode active material layer 2. , The positive electrode current collector 4 for collecting current from the positive electrode active material layer 1, the negative electrode current collector 5 for collecting current from the negative electrode active material layer 2, and a battery case for housing these members. And 6. In the present disclosure, it is preferable that at least one of the positive electrode active material layer 1, the negative electrode active material layer 2, and the solid electrolyte layer 3 contain the above-described sulfide solid electrolyte.
Hereinafter, each structure in a lithium solid battery is demonstrated.
正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有する層であり、必要に応じて、固体電解質、導電化材および結着材の少なくとも一つを含有していてもよい。特に、本開示においては、正極活物質層が固体電解質を含有し、その固体電解質が、上述した硫化物固体電解質であることが好ましい。正極活物質層に含まれる硫化物固体電解質の割合は、例えば0.1体積%以上であり、1体積%以上であってもよく、10体積%以上であってもよい。一方、硫化物固体電解質の割合は、例えば、80体積%以下であり、60体積%以下であってもよく、50体積%以下であってもよい。また、正極活物質としては、例えばLiCoO2、LiMnO2、Li2NiMn3O8、LiVO2、LiCrO2、LiFePO4、LiCoPO4、LiNiO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等を挙げることができる。本開示の硫化物固体電解質は、酸化耐性が良好であることから、酸化物正極活物質とともに用いた場合、例えば電池が高温状態に置かれた場合、硫化物固体電解質および酸化物正極活物質の反応を効果的に抑制できると推測される。 The positive electrode active material layer is a layer containing at least a positive electrode active material, and may contain at least one of a solid electrolyte, a conductive material, and a binder, as necessary. In particular, in the present disclosure, the positive electrode active material layer preferably contains a solid electrolyte, and the solid electrolyte is preferably the above-described sulfide solid electrolyte. The proportion of the sulfide solid electrolyte contained in the positive electrode active material layer is, for example, 0.1% by volume or more, and may be 1% by volume or more, or 10% by volume or more. On the other hand, the ratio of the sulfide solid electrolyte is, for example, 80% by volume or less, may be 60% by volume or less, and may be 50% by volume or less. Moreover, as a positive electrode active material, for example, LiCoO 2 , LiMnO 2 , Li 2 NiMn 3 O 8 , LiVO 2 , LiCrO 2 , LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiNiO 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 mag can be mentioned. Since the sulfide solid electrolyte of the present disclosure has good oxidation resistance, when used together with the oxide positive electrode active material, for example, when the battery is placed at high temperature, the sulfide solid electrolyte and the oxide positive electrode active material are It is presumed that the reaction can be effectively suppressed.
正極活物質層は、さらに導電化材を含有していてもよい。導電化材の添加により、正極活物質層の導電性を向上させることができる。導電化材としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンファイバー等を挙げることができる。また、正極活物質層は、結着材を含有していてもよい。結着材の種類としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のフッ素含有結着材等を挙げることができる。また、正極活物質層の厚さは、例えば、0.1μm以上、1000μm以下である。 The positive electrode active material layer may further contain a conductive material. The conductivity of the positive electrode active material layer can be improved by the addition of the conductive material. Examples of the conductive material include acetylene black, ketjen black, carbon fiber and the like. In addition, the positive electrode active material layer may contain a binder. As a kind of binder, fluorine-containing binders, such as polyvinylidene fluoride (PVDF), etc. can be mentioned, for example. The thickness of the positive electrode active material layer is, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less.
負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含有する層であり、必要に応じて、固体電解質、導電化材および結着材の少なくとも一つを含有していてもよい。特に、本開示においては、負極活物質層が固体電解質を含有し、その固体電解質が、上述した硫化物固体電解質であることが好ましい。負極活物質層に含まれる硫化物固体電解質の割合は、例えば0.1体積%以上であり、1体積%以上であってもよく、10体積%以上であってもよい。一方、硫化物固体電解質の割合は、例えば、80体積%以下であり、60体積%以下であってもよく、50体積%以下であってもよい。また、負極活物質としては、例えば金属活物質およびカーボン活物質を挙げることができる。金属活物質としては、例えばIn、Al、SiおよびSn等を挙げることができる。一方、カーボン活物質としては、例えばメソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、高配向性グラファイト(HOPG)、ハードカーボン、ソフトカーボン等を挙げることができる。 The negative electrode active material layer is a layer containing at least a negative electrode active material, and may contain at least one of a solid electrolyte, a conductive material, and a binder, as necessary. In particular, in the present disclosure, it is preferable that the negative electrode active material layer contain a solid electrolyte, and the solid electrolyte be the above-mentioned sulfide solid electrolyte. The proportion of the sulfide solid electrolyte contained in the negative electrode active material layer is, for example, 0.1% by volume or more, and may be 1% by volume or more, or 10% by volume or more. On the other hand, the ratio of the sulfide solid electrolyte is, for example, 80% by volume or less, may be 60% by volume or less, and may be 50% by volume or less. Moreover, as a negative electrode active material, a metal active material and a carbon active material can be mentioned, for example. As a metal active material, In, Al, Si, Sn etc. can be mentioned, for example. On the other hand, examples of the carbon active material include mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG), hard carbon, soft carbon and the like.
なお、負極活物質層に用いられる導電化材および結着材については、上述した正極活物質層における場合と同様である。また、負極活物質層の厚さは、例えば、0.1μm以上、1000μm以下である。 The conductive material and the binder used in the negative electrode active material layer are the same as those in the above-described positive electrode active material layer. The thickness of the negative electrode active material layer is, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less.
固体電解質層は、正極活物質層および負極活物質層の間に形成される層である。固体電解質層は、通常、固体電解質を含有する。本開示においては、固体電解質層が、上述した硫化物固体電解質を含有することが好ましい。固体電解質層に含まれる硫化物固体電解質の割合は、例えば、10体積%以上であり、50体積%以上であってもよい。一方、硫化物固体電解質の割合は、例えば、100体積%以下である。固体電解質層の厚さは、例えば、0.1μm以上、1000μm以下である。また、固体電解質層の形成方法としては、例えば、固体電解質を圧縮成形する方法等を挙げることができる。 The solid electrolyte layer is a layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. The solid electrolyte layer usually contains a solid electrolyte. In the present disclosure, the solid electrolyte layer preferably contains the above-mentioned sulfide solid electrolyte. The proportion of the sulfide solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer is, for example, 10% by volume or more, and may be 50% by volume or more. On the other hand, the proportion of the sulfide solid electrolyte is, for example, 100% by volume or less. The thickness of the solid electrolyte layer is, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less. Moreover, as a method of forming a solid electrolyte layer, for example, a method of compression-molding a solid electrolyte can be mentioned.
リチウム固体電池は、上述した正極活物質層、固体電解質層および負極活物質層を少なくとも有する。さらに通常は、正極活物質層の集電を行う正極集電体、および負極活物質層の集電を行う負極集電体を有する。
リチウム固体電池は、一次電池であってもよく、二次電池であってもよいが、中でも二次電池であることが好ましい。繰り返し充放電でき、例えば車載用電池として有用だからである。
The lithium solid battery at least includes the positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode active material layer described above. Furthermore, usually, it has a positive electrode current collector for collecting current in the positive electrode active material layer, and a negative electrode current collector for collecting current in the negative electrode active material layer.
The lithium solid battery may be a primary battery or a secondary battery, but among them, a secondary battery is preferable. This is because the battery can be repeatedly charged and discharged, and it is useful as, for example, an on-vehicle battery.
なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本開示の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本開示の技術的範囲に包含される。 The present disclosure is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, which has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present disclosure, and exhibits the same operation and effect as the present invention. It is included in the technical scope of the disclosure.
本開示をさらに具体的に説明する。 The present disclosure will be described more specifically.
[比較例1]
出発材料として、Li2S、GeS2、P2S5を用いた。各材料を、Li10GeP2S12の組成比で秤量し混合して混合物を得た。Li10Ge1P2S12は、一般式(1)においてx=1、y=10、δ=0、γ=0である組成(一般式(2)においてx=1、y=10である組成)に該当する。得られた混合物2gを、ジルコニア製ボール(φ5mm)53gとともに、ジルコニア製ボールポット容器(容量45ml)に入れ密閉した。容器を遊星型ボールミル装置(フリッチェ製PULVERISETTE7)に取り付け、回転数500rpmで40時間メカニカルミリング処理を行うことにより、粉末を得た。得られた粉末をφ10mm程度のペレットに成形した。得られたペレットをH2Sガス0.5L/min、Arガス0.5L/minが導入された管状炉に設置し、550℃で8時間熱処理を行った。以上の手順により、硫化物固体電解質を得た。
Comparative Example 1
Li 2 S, GeS 2 and P 2 S 5 were used as starting materials. Each material was weighed and mixed at a composition ratio of Li 10 GeP 2 S 12 to obtain a mixture. Li 10 Ge 1 P 2 S 12 has a composition in which x = 1, y = 10, δ = 0, and γ = 0 in general formula (1) (x = 1, y = 10 in general formula (2) Composition). 2 g of the obtained mixture was put into a zirconia ball pot container (volume 45 ml) and sealed together with 53 g of zirconia balls (φ 5 mm). The container was attached to a planetary ball mill (PULVERISETTE 7 manufactured by Fritche), and powder was obtained by mechanical milling at a rotational speed of 500 rpm for 40 hours. The obtained powder was formed into pellets of about 10 mm in diameter. The obtained pellet was placed in a tubular furnace into which 0.5 L / min of H 2 S gas and 0.5 L / min of Ar gas were introduced, and heat treatment was performed at 550 ° C. for 8 hours. A sulfide solid electrolyte was obtained by the above procedure.
[実施例1]
実施例1および比較例2では、一般式(2):LiyGe3−xPxS12(x=1、y=10)で表される組成に対し、2%(モル割合)分のGe元素を他の元素で置換した硫化物固体電解質を合成した。
Example 1
In Example 1 and Comparative Example 2, 2% (molar ratio) of the composition represented by the general formula (2): Li y Ge 3-x P x S 12 (x = 1, y = 10) A sulfide solid electrolyte in which the Ge element was replaced with another element was synthesized.
実施例1では、出発材料として、Li2S、GeS2、Pb2S3およびP2S5を用い、各材料を、Li10Ge0.98Pb0.02P2S12の組成比で秤量して混合した点以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。Li10Ge0.98Pb0.02P2S12は、一般式(1)においてx=1、y=10、δ=0.02、γ=0であり、AがPbである組成に該当する。 In Example 1, Li 2 S, GeS 2 , Pb 2 S 3 and P 2 S 5 are used as starting materials, and each material has a composition ratio of Li 10 Ge 0.98 Pb 0.02 P 2 S 12 A sulfide solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that it was weighed and mixed. Li 10 Ge 0.98 Pb 0.02 P 2 S 12 corresponds to a composition in which x = 1, y = 10, δ = 0.02, γ = 0 and A is Pb in the general formula (1) Do.
[比較例2]
出発材料として、Li2S、GeS2、WS2およびP2S5を用い、各材料を、Li10Ge0.98W0.02P2S12の組成比で秤量して混合した点以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。Li10Ge0.98W0.02P2S12は、一般式(1)においてx=1、y=10、δ=0.02、γ=0であり、AがWである組成に該当する。
Comparative Example 2
Except that Li 2 S, GeS 2 , WS 2 and P 2 S 5 were used as starting materials, and each material was weighed and mixed at a composition ratio of Li 10 Ge 0.98 W 0.02 P 2 S 12 A sulfide solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1. Li 10 Ge 0.98 W 0.02 P 2 S 12 corresponds to a composition in which x = 1, y = 10, δ = 0.02, γ = 0 and A is W in the general formula (1) Do.
[実施例2]
実施例2、3および比較例3、4では、一般式(2):LiyGe3−xPxS12(x=1、y=10、10.06、または10.02)で表される組成に対し、1%(モル割合)分のP元素を他の元素で置換した硫化物固体電解質を合成した。
Example 2
In Examples 2 and 3 and Comparative Examples 3 and 4, they are represented by the general formula (2): Li y Ge 3-x P x S 12 (x = 1, y = 10, 10.06, or 10.02) The sulfide solid electrolyte was synthesized in which 1% (molar ratio) of P element was substituted by another element with respect to the composition.
実施例2では、出発材料として、Li2S、GeS2、Sb2S5、P2S5を用い、各材料を、Li10Ge1P1.98Sb0.02S12の組成比で秤量し混合して混合物を得た点以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。Li10Ge1P1.98Sb0.02S12は一般式(1)においてx=1、y=10、δ=0、γ=0.01であり、BがSbである組成に該当する。 In Example 2, Li 2 S, GeS 2 , Sb 2 S 5 , and P 2 S 5 are used as starting materials, and each material has a composition ratio of Li 10 Ge 1 P 1.98 Sb 0.02 S 12 A sulfide solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the mixture was measured and mixed to obtain a mixture. Li 10 Ge 1 P 1.98 Sb 0.02 S 12 corresponds to a composition in which x = 1, y = 10, δ = 0, γ = 0.01 and B is Sb in the general formula (1) .
[実施例3]
出発材料として、Li2S、GeS2、Pb2S3、P2S5を用い、各材料を、Li10.06Ge1P1.98Pb0.02S12の組成比で秤量し混合した点以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。Li10.06Ge1P1.98Pb0.02S12は一般式(1)においてx=1、y=10.06、δ=0、γ=0.01であり、BがPbである組成に該当する。
[Example 3]
Using Li 2 S, GeS 2 , Pb 2 S 3 and P 2 S 5 as starting materials, each material is weighed and mixed at a composition ratio of Li 10.06 Ge 1 P 1.98 Pb 0.02 S 12 A sulfide solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except for the above point. Li 10.06 Ge 1 P 1.98 Pb 0.02 S 12 in the general formula (1) is x = 1, y = 10.06, δ = 0, γ = 0.01 and B is Pb It corresponds to the composition.
[比較例3]
出発材料として、Li2S、GeS2、SnS2、P2S5を用い、各材料を、Li10.02Ge1P1.98Sn0.02S12の組成比で秤量し混合した点以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。Li10.02Ge1P1.98Sn0.02S12は一般式(1)においてx=1、y=10.02、δ=0、γ=0.01であり、BがSnである組成に該当する。
Comparative Example 3
Using Li 2 S, GeS 2 , SnS 2 and P 2 S 5 as starting materials, each material was weighed and mixed at a composition ratio of Li 10.02 Ge 1 P 1.98 Sn 0.02 S 12 A sulfide solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except for the following. Li 10.02 Ge 1 P 1.98 Sn 0.02 S 12 is x = 1, y = 10.02, δ = 0, γ = 0.01 in the general formula (1), and B is Sn It corresponds to the composition.
[比較例4]
出発材料として、Li2S、GeS2、WS2、P2S5を用い、各材料を、Li10.02Ge1P1.98W0.02S12の組成比で秤量し混合した点以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。Li10.02Ge1P1.98W0.02S12は一般式(1)においてx=1、y=10.02、δ=0、γ=0.01であり、BがWである組成に該当する。
Comparative Example 4
Using Li 2 S, GeS 2 , WS 2 and P 2 S 5 as starting materials, each material was weighed and mixed at a composition ratio of Li 10.02 Ge 1 P 1.98 W 0.02 S 12 A sulfide solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except for the following. Li 10.02 Ge 1 P 1.98 W 0.02 S 12 is x = 1, y = 10.02, δ = 0, γ = 0.01 and B is W in the general formula (1) It corresponds to the composition.
[実施例4]
実施例4〜8および比較例5では、一般式(2):LiyGe3−xPxS12(x=1、y=10、10.2、または10.3)で表される組成に対し、10%(モル割合)分のGe元素を他の元素で置換した硫化物固体電解質を合成した。
Example 4
In Examples 4 to 8 and Comparative Example 5, the composition represented by the general formula (2): Li y Ge 3-x P x S 12 (x = 1, y = 10, 10.2, or 10.3) On the other hand, a sulfide solid electrolyte was synthesized in which 10% (molar ratio) of the Ge element was replaced with another element.
実施例4では、出発材料として、Li2S、GeS2、Zn2S3、P2S5を用い、各材料を、Li10.2Ge0.9Zn0.1P2S12の組成比で秤量し混合した点以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。Li10.2Ge0.9Zn0.1P2S12は一般式(1)においてx=1、y=10.2、δ=0.1、γ=0であり、AがZnである組成に該当する。 In Example 4, using Li 2 S, GeS 2 , Zn 2 S 3 , and P 2 S 5 as starting materials, each material has a composition of Li 10.2 Ge 0.9 Zn 0.1 P 2 S 12 A sulfide solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the ratio was measured and mixed. Li 10.2 Ge 0.9 Zn 0.1 P 2 S 12 has x = 1, y = 10.2, δ = 0.1, γ = 0 in the general formula (1), and A is Zn It corresponds to the composition.
[実施例5]
出発材料として、Li2S、GeS2、Fe2S3、P2S5を用い、各材料を、Li10.2Ge0.9Fe0.1P2S12の組成比で秤量し混合した点以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。Li10.2Ge0.9Fe0.1P2S12は一般式(1)においてx=1、y=10.2、δ=0.1、γ=0であり、AがFeである組成に該当する。
[Example 5]
Using Li 2 S, GeS 2 , Fe 2 S 3 and P 2 S 5 as starting materials, each material is weighed and mixed at a composition ratio of Li 10.2 Ge 0.9 Fe 0.1 P 2 S 12 A sulfide solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except for the above point. Li 10.2 Ge 0.9 Fe 0.1 P 2 S 12 has x = 1, y = 10.2, δ = 0.1, γ = 0 in the general formula (1), and A is Fe It corresponds to the composition.
[実施例6]
出発材料として、Li2S、GeS2、Pb2S3、P2S5を用い、各材料を、Li10.2Ge0.9Pb0.1P2S12の組成比で秤量し混合した点以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。Li10.2Ge0.9Pb0.1P2S12は一般式(1)においてx=1、y=10、δ=0.1、γ=0であり、AがPbである組成に該当する。
[Example 6]
Using Li 2 S, GeS 2 , Pb 2 S 3 and P 2 S 5 as starting materials, each material is weighed and mixed at a composition ratio of Li 10.2 Ge 0.9 Pb 0.1 P 2 S 12 A sulfide solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except for the above point. Li 10.2 Ge 0.9 Pb 0.1 P 2 S 12 has a composition in which x = 1, y = 10, δ = 0.1, γ = 0 in the general formula (1), and A is Pb Applicable
[実施例7]
出発材料として、Li2S、GeS2、Ag2S、P2S5を用い、各材料を、Li10.3Ge0.9Ag0.1P2S12の組成比で秤量し混合した点以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。Li10.3Ge0.9Ag0.1P2S12は一般式(1)においてx=1、y=10.2、δ=0.1、γ=0であり、AがAgである組成に該当する。
[Example 7]
Li 2 S, GeS 2 , Ag 2 S, P 2 S 5 were used as starting materials, and each material was weighed and mixed in a composition ratio of Li 10.3 Ge 0.9 Ag 0.1 P 2 S 12 A sulfide solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except for the point. Li 10.3 Ge 0.9 Ag 0.1 P 2 S 12 has x = 1, y = 10.2, δ = 0.1, γ = 0 in the general formula (1), and A is Ag It corresponds to the composition.
[実施例8]
出発材料として、Li2S、GeS2、Cu2S、P2S5を用い、各材料を、Li10.3Ge0.9Cu0.1P2S12の組成比で秤量し混合した点以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。Li10.3Ge0.9Cu0.1P2S12は一般式(1)においてx=1、y=10.3、δ=0.1、γ=0であり、AがCuである組成に該当する。
[Example 8]
Li 2 S, GeS 2 , Cu 2 S, P 2 S 5 were used as starting materials, and each material was weighed and mixed at a composition ratio of Li 10.3 Ge 0.9 Cu 0.1 P 2 S 12 A sulfide solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except for the point. Li 10.3 Ge 0.9 Cu 0.1 P 2 S 12 has x = 1, y = 10.3, δ = 0.1, γ = 0 in the general formula (1), and A is Cu It corresponds to the composition.
[比較例5]
出発材料として、Li2S、GeS2、WS2、P2S5を用い、各材料を、Li10Ge0.9W0.1P2S12の組成比で秤量し混合した点以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。Li10Ge0.9W0.1P2S12は一般式(1)においてy=10、x=1、δ=0.1、γ=0であり、AがWである組成に該当する。
Comparative Example 5
Except that Li 2 S, GeS 2 , WS 2 and P 2 S 5 were used as starting materials, and each material was weighed and mixed at a composition ratio of Li 10 Ge 0.9 W 0.1 P 2 S 12 A sulfide solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1. Li 10 Ge 0.9 W 0.1 P 2 S 12 corresponds to a composition in which y = 10, x = 1, δ = 0.1, γ = 0 and A is W in the general formula (1) .
[実施例9]
実施例9〜12および比較例6、7では、一般式(2):LiyGe3−xPxS12(x=1、y=10、10.1、10.3または10.4)で表される組成に対し、5%(モル割合)分のP元素を他の元素で置換した硫化物固体電解質を合成した。
[Example 9]
In Examples 9 to 12 and Comparative Examples 6 and 7, general formula (2): Li y Ge 3-x P x S 12 (x = 1, y = 10, 10.1, 10.3 or 10.4) A sulfide solid electrolyte was synthesized in which 5% (molar ratio) of P element was substituted by another element with respect to the composition represented by
実施例9では、出発材料として、Li2S、GeS2、SiS2、P2S5を用い、各材料を、Li10.1Ge1P1.9Si0.1S12の組成比で秤量し混合した点以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。Li10.1Ge1P1.9Si0.1S12は一般式(1)においてx=1、y=10.1、δ=0、γ=0.05であり、BがSiである組成に該当する。 In Example 9, Li 2 S, GeS 2 , SiS 2 and P 2 S 5 are used as starting materials, and each material has a composition ratio of Li 10.1 Ge 1 P 1.9 Si 0.1 S 12 A sulfide solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that it was weighed and mixed. Li 10.1 Ge 1 P 1.9 Si 0.1 S 12 is x = 1, y = 10.1, δ = 0, γ = 0.05 in the general formula (1), and B is Si It corresponds to the composition.
[実施例10]
出発材料として、Li2S、GeS2、PbS2、P2S5を用い、各材料を、Li10.3Ge1P1.9Pb0.1S12の組成比で秤量し混合した点以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。Li10.3Ge1P1.9Pb0.1S12は一般式(1)においてx=1、y=10.3、δ=0、γ=0.05であり、BがPbである組成に該当する。
[Example 10]
Using Li 2 S, GeS 2 , PbS 2 and P 2 S 5 as starting materials, each material was weighed and mixed at a composition ratio of Li 10.3 Ge 1 P 1.9 Pb 0.1 S 12 A sulfide solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except for the following. Li 10.3 Ge 1 P 1.9 Pb 0.1 S 12 is x = 1, y = 10.3, δ = 0, γ = 0.05 in the general formula (1), and B is Pb It corresponds to the composition.
[実施例11]
出発材料として、Li2S、GeS2、Ag2S、P2S5を用い、各材料を、Li10.4Ge1P1.9Ag0.1S12の組成比で秤量し混合した点以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。Li10.4Ge1P1.9Ag0.1S12は一般式(1)においてx=1、y=10.4、δ=0、γ=0.05であり、BがAgである組成に該当する。
[Example 11]
Using Li 2 S, GeS 2 , Ag 2 S, P 2 S 5 as starting materials, each material was weighed and mixed at a composition ratio of Li 10.4 Ge 1 P 1.9 Ag 0.1 S 12 A sulfide solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except for the point. Li 10.4 Ge 1 P 1.9 Ag 0.1 S 12 has x = 1, y = 10.4, δ = 0, γ = 0.05 in the general formula (1), and B is Ag It corresponds to the composition.
[実施例12]
出発材料として、Li2S、GeS2、Cu2S、P2S5を用い、各材料を、Li10.4Ge1P1.9Cu0.1S12の組成比で秤量し混合した点以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。Li10.4Ge1P1.9Cu0.1S12は一般式(1)においてx=1、y=10.4、δ=0、γ=0.05であり、BがCuである組成に該当する。
[Example 12]
Using Li 2 S, GeS 2 , Cu 2 S, and P 2 S 5 as starting materials, each material was weighed and mixed at a composition ratio of Li 10.4 Ge 1 P 1.9 Cu 0.1 S 12 A sulfide solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except for the point. Li 10.4 Ge 1 P 1.9 Cu 0.1 S 12 is x = 1, y = 10.4, δ = 0, γ = 0.05 in the general formula (1), and B is Cu It corresponds to the composition.
[比較例6]
出発材料として、Li2S、GeS2、SnS2、P2S5を用い、各材料を、Li10.1Ge1P1.9Sn0.1S12の組成比で秤量し混合した点以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。Li10.1Ge1P1.9Sn0.1S12は一般式(1)においてx=1、y=10.1、δ=0、γ=0.05であり、BがSnである組成に該当する。
Comparative Example 6
Using Li 2 S, GeS 2 , SnS 2 and P 2 S 5 as starting materials, each material was weighed and mixed at a composition ratio of Li 10.1 Ge 1 P 1.9 Sn 0.1 S 12 A sulfide solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except for the following. Li 10.1 Ge 1 P 1.9 Sn 0.1 S 12 is x = 1, y = 10.1, δ = 0, γ = 0.05 in the general formula (1), and B is Sn It corresponds to the composition.
[比較例7]
出発材料として、Li2S、GeS2、WS2、P2S5を用い、各材料をLi10.1Ge1P1.9W0.1S12の組成比で秤量し混合した点以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。Li10.1Ge1P1.9W0.1S12は一般式(1)においてx=1、y=10.1、δ=0、γ=0.05であり、BがWである組成に該当する。
Comparative Example 7
Except that Li 2 S, GeS 2 , WS 2 and P 2 S 5 were used as starting materials, and each material was weighed and mixed at a composition ratio of Li 10.1 Ge 1 P 1.9 W 0.1 S 12 A sulfide solid electrolyte was obtained in the same manner as in Comparative Example 1. Li 10.1 Ge 1 P 1.9 W 0.1 S 12 is x = 1, y = 10.1, δ = 0, γ = 0.05 and B is W in the general formula (1) It corresponds to the composition.
[評価]
(酸化耐性試験(DSC))
露点−80℃以下、酸素濃度10ppm以下に調整された不活性雰囲気下において、各硫化物固体電解質を15mg、Li0.3Ni1/3Co1/3Mn1/3O2粉末を15mg秤量し、乳鉢を用いて5min混合した。φ5mmのペレット成形機に混合した粉末を投入し、10kN/cm2の圧力で成形した後にSUSパンで封止し測定試料とした。レファレンスとして空のSUSパンを使用し、測定試料およびレファレンスを試料室内に設置し、液体窒素、Aeガスを100mL/minの流量で導入し、10℃/minの昇温速度で50℃〜500℃まで操作し、発熱挙動を観測した。結果を表1〜4および図2に示す。
[Evaluation]
(Oxidation tolerance test (DSC))
15 mg of each sulfide solid electrolyte and 15 mg of Li 0.3 Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 powder in an inert atmosphere adjusted to a dew point of −80 ° C. or less and an oxygen concentration of 10 ppm or less And mixed for 5 minutes using a mortar. The mixed powder was charged into a φ5 mm pellet molding machine, molded at a pressure of 10 kN / cm 2 and then sealed with a SUS pan to obtain a measurement sample. Use an empty SUS pan as a reference, place the measurement sample and reference in the sample chamber, introduce liquid nitrogen and Ae gas at a flow rate of 100 mL / min, and raise the temperature to 50 ° C to 500 ° C at a heating rate of 10 ° C / min. The operation was performed until the heat generation behavior was observed. The results are shown in Tables 1 to 4 and FIG.
実施例1〜12は、比較例1に比べてDSCピークが315℃以上の十分な高温側にシフトすることが確認された。このことから実施例1〜12は、良好な酸化耐性を有することが確認された。一方、比較例5は、比較例1に比べてDSCのピークが低温側にシフトしてしまうことが確認された。このことから、比較例5は、酸化耐性が低下したことが確認された。また、比較例2〜4、6〜7は比較例1に比べてDSCのピークはわずかに高温側にシフトすることが確認された。このことから、比較例2〜4、6〜7は十分な酸化耐性を有することができないことが確認された。 In Examples 1 to 12, it was confirmed that the DSC peak was shifted to a sufficiently high temperature side of 315 ° C. or higher as compared with Comparative Example 1. From this, it was confirmed that Examples 1 to 12 have good oxidation resistance. On the other hand, in Comparative Example 5, it was confirmed that the peak of DSC shifted to the low temperature side as compared with Comparative Example 1. From this, it was confirmed that Comparative Example 5 had reduced oxidation resistance. Moreover, compared with Comparative Example 1, it was confirmed that the peak of DSC shifts to the high temperature side slightly compared with Comparative Example 2 ~ 4. From this, it was confirmed that Comparative Examples 2 to 4 and 6 to 7 can not have sufficient oxidation resistance.
(X線回折測定(XRD))
グローブボックス内(不活性雰囲気下)において、硫化物固体電解質をφ5mmの石英キャピラリーに封入し、波長0.8267ÅのX線を用いて、高エネルギー加速器研究機構フォトンファクトリー内に設置されているBL−8B X線回折装置にて測定を行った。測定範囲は、dspacing:1Å〜10Åとした。
得られた値から2dsinθ=λの変換式を用いて、CuKα線を用いたX線回折測定における2θのピークに変換した。結果を図3に示す。
(X-ray diffraction measurement (XRD))
In a glove box (in an inert atmosphere), a sulfide solid electrolyte is enclosed in a quartz capillary of φ5 mm, and an X-ray having a wavelength of 0.8267 Å is used to install BL- installed in the high energy accelerator research mechanism photon factory. The measurement was performed with an 8B X-ray diffractometer. The measurement range was dspacing: 1 Å to 10 Å.
From the obtained values, the peak was converted to a peak of 2θ in X-ray diffraction measurement using a CuKα ray, using a conversion formula of 2d sin θ = λ. The results are shown in FIG.
実施例および比較例においては、いずれも、2θ=12.35°、14.43°、17.38°、20.18°、23.96°、26.96°、29.58°の位置にピークが確認された。このピークは、LGPS型結晶相に特有のピークである。 In the examples and the comparative examples, each position is 2θ = 12.35 °, 14.43 °, 17.38 °, 20.18 °, 23.96 °, 26.96 °, 29.58 °. Peak was confirmed. This peak is a peak unique to the LGPS crystal phase.
一般式(2):LixGe3−yPyS12で表される組成に対し、Ge元素を他の元素で置換した硫化物固体電解質においては、LGPS型結晶相におけるGeサイトが他の元素により置換されることが推測される。また、一般式(2):LiyGe3−xPxS12で表される組成に対し、P元素を他の元素で置換した硫化物固体電解質においては、LGPS型結晶相におけるPサイトが他の元素により置換されることが推測される。 Formula (2): Li relative composition represented by x Ge 3-y P y S 12, in the sulfide solid electrolyte obtained by substituting Ge element by another element, Ge site in LGPS type crystal phase other It is estimated that the element is substituted. In general formula (2): For the composition represented by Li y Ge 3-x P x S 12, in the sulfide solid electrolyte obtained by substituting P element by another element, the P site in the LGPS type crystal phase It is estimated that it is substituted by another element.
1 … 正極活物質層
2 … 負極活物質層
3 … 電解質層
4 … 正極集電体
5 … 負極集電体
6 … 電池ケース
10 … リチウム固体電池
1 ... positive electrode active material layer 2 ... negative electrode active material layer 3 ... electrolyte layer 4 ... positive electrode current collector 5 ... negative electrode current collector 6 ... battery case 10 ... lithium solid battery
Claims (1)
一般式(1):Liy{Ge(1−δ)+A(δ)}3−x{P(1−γ)+B(γ)}xS12
(前記一般式(1)中、AおよびBは、それぞれ独立に、Fe、Ag、Zn、Si、Sb、PbまたはCuであり、1.2≦x≦2.0、10≦y≦18、0≦δ≦0.1、0≦γ≦0.05、δ+γ>0を満たす。) The sulfide solid electrolyte which has a composition represented by following General formula (1).
General formula (1): Li y {Ge (1-δ) + A (δ) } 3-x {P (1-γ) + B (γ) } x S 12
(In the general formula (1), A and B are each independently Fe, Ag, Zn, Si, Sb, Pb or Cu, 1.2 ≦ x ≦ 2.0, 10 ≦ y ≦ 18, 0 ≦ δ ≦ 0.1, 0 ≦ γ ≦ 0.05, δ + γ> 0 is satisfied
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