JP2020050537A - Method of manufacturing inorganic material - Google Patents

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Abstract

To provide a method of manufacturing an inorganic material such that a continuous process can be performed and productivity is superior.SOLUTION: The present invention relates to a method of manufacturing an inorganic material obtained by subjecting two or more kinds of inorganic compound to chemical reaction through mechanical processing, and the method of manufacturing the inorganic material includes: a preparation process of preparing an inorganic composition including two or more kinds of inorganic compound; a vitrification process of using a pulverization device having shearing stress and compressive stress combined to perform mechanical processing on the inorganic composition and thus vitrifying the inorganic composition while subjecting the two or more kinds of inorganic compound to the chemical reaction; and an annealing processing process of using the pulverization device having shearing stress and compressive stress combined to perform annealing processing on the inorganic composition having been vitrified through mechanical processing.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、無機材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an inorganic material.

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

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。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、硫化物系固体電解質材料が知られている。   Currently, commercially available lithium ion batteries use an electrolytic solution containing a flammable organic solvent. On the other hand, a lithium ion battery in which the electrolyte is changed to a solid electrolyte and the battery is solidified (hereinafter, also referred to as an all solid lithium ion battery) does not use a flammable organic solvent in the battery. Is considered to be simple and excellent in manufacturing cost and productivity. As a solid electrolyte material used for such a solid electrolyte, for example, a sulfide-based solid electrolyte material is known.

例えば、特許文献1(特開2016−27545号)には、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=29.86°±1.00°の位置にピークを有し、Li2y+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。 For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-27545) has a peak at a position of 2θ = 29.86 ° ± 1.00 ° in X-ray diffraction measurement using CuKα radiation, and Li 2y + 3 PS 4 ( A sulfide-based solid electrolyte material having a composition of 0.1 ≦ y ≦ 0.175) is described.

特開2016−27545号公報JP 2016 27545 A

無機固体電解質材料は、一般的に、無機固体電解質材料の原料となる2種以上の無機化合物を含有する無機組成物を、ボールミルやビーズミル等を用いて機械的処理することによりガラス化する工程と、ガラス化した無機組成物をアニール処理する工程と、を経て得られる。
ここで、ボールミルやビーズミルとは、セラミックス材料等から形成された硬質のボールやビーズと無機組成物とを円筒形の容器に入れて回転させ、無機組成物に対し硬質のボールやビーズを衝突させてエネルギーを与えることで、無機組成物をガラス化する装置である。
しかし、ボールミルやビーズミル等を用いて無機組成物をガラス化する方法では、容器内の壁面に無機組成物が付着してしまうため、機械的処理を一定時間行った後に、一度容器を開けて壁面に付着した無機組成物をそぎ落とす必要があった。さらに、無機組成物のガラス化が終了した後に、ガラス化した無機組成物をボールミルやビーズミル等から分離してから、オーブン等に移してアニール処理をおこなう必要があった。
Inorganic solid electrolyte material, generally, a step of vitrifying an inorganic composition containing two or more inorganic compounds as a raw material of the inorganic solid electrolyte material by mechanically processing using a ball mill, a bead mill, or the like. And annealing the vitrified inorganic composition.
Here, a ball mill or a bead mill is a method in which a hard ball or bead formed of a ceramic material or the like and an inorganic composition are put into a cylindrical container and rotated, and the hard ball or bead collides with the inorganic composition. This is a device that vitrifies an inorganic composition by applying energy.
However, in the method of vitrifying an inorganic composition using a ball mill, a bead mill, or the like, since the inorganic composition adheres to a wall surface in the container, the container is opened once after performing a mechanical treatment for a certain period of time. It was necessary to scrape off the inorganic composition adhered to. Furthermore, after the vitrification of the inorganic composition is completed, it is necessary to separate the vitrified inorganic composition from a ball mill, a bead mill, or the like, and then transfer it to an oven or the like to perform an annealing treatment.

以上から、本発明者らの検討によれば、ボールミルやビーズミル等を用いて無機組成物を機械的処理することによりガラス化する工程や、それに続くアニール処理する工程は連続的に行うことが難しく、非常に時間がかかり生産性が悪いことが明らかになった。すなわち、上記のような無機組成物を機械的処理することによりガラス化する工程と、ガラス化した無機組成物をアニール処理する工程と、を含む無機材料の製造方法は連続プロセスに適さず、工業的生産には向いていなかった。   From the above, according to the study of the present inventors, the step of vitrifying the inorganic composition by mechanical treatment using a ball mill, a bead mill, or the like, and the subsequent annealing step are difficult to perform continuously. It turned out to be very time-consuming and poor productivity. That is, a method for producing an inorganic material including a step of vitrifying an inorganic composition as described above by mechanical treatment and a step of annealing the vitrified inorganic composition is not suitable for a continuous process. It was not suitable for industrial production.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、連続プロセスが可能で生産性に優れた無機材料の製造方法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 method for producing an inorganic material which is capable of a continuous process and has excellent productivity.

本発明者らは上記課題を達成すべく鋭意検討を重ねた。その結果、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いることによって、無機組成物のガラス化工程およびアニール処理工程を続けておこなうことができ、その結果、連続プロセスが可能となり無機材料の生産性を向上できることを見出して本発明を完成するに至った。   The present inventors have intensively studied to achieve the above object. As a result, by using a crushing device that combines shear stress and compressive stress, the vitrification step and the annealing step of the inorganic composition can be continuously performed, and as a result, a continuous process becomes possible and the productivity of the inorganic material becomes higher. Have been found that the present invention can be improved.

本発明によれば、
2種以上の無機化合物を機械的処理により化学反応させることにより得られる無機材料を製造するための製造方法であって、
2種以上の無機化合物を含む無機組成物を準備する準備工程と、
せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、上記無機組成物を機械的処理することにより、2種以上の上記無機化合物を化学反応させながら上記無機組成物をガラス化するガラス化工程と、
せん断応力および圧縮応力を組み合わせた上記粉砕装置を用いて、ガラス化した上記無機組成物を機械的処理することによりアニール処理するアニール処理工程と、
を含む無機材料の製造方法が提供される。
According to the present invention,
A production method for producing an inorganic material obtained by chemically reacting two or more inorganic compounds by mechanical treatment,
A preparing step of preparing an inorganic composition containing two or more inorganic compounds,
Using a pulverizer that combines shear stress and compressive stress, mechanically treating the inorganic composition to vitrify the inorganic composition while chemically reacting two or more of the inorganic compounds. ,
An annealing treatment step of performing an annealing treatment by mechanically treating the vitrified inorganic composition using the crushing device combining the shear stress and the compression stress,
A method for producing an inorganic material is provided.

本発明によれば、連続プロセスが可能で生産性に優れた無機材料の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the continuous process is possible and the manufacturing method of the inorganic material excellent in productivity can be provided.

本発明に係る実施形態の粉砕装置の構造の一例を示す断面図である。It is a sectional view showing an example of the structure of the crushing device of an embodiment concerning the present invention. 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硫化水素の発生量を測定する際に用いた装置の写真を示す図である。It is a figure which shows the photograph of the apparatus used when measuring the generation amount of hydrogen sulfide of the sulfide type inorganic solid electrolyte material obtained by the Example and the comparative example. 実施例1において、3本ロールミルに無機組成物を循環させたときの循環回数と無機組成物のX線回折スペクトルの変化との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the number of circulations and the change in the X-ray diffraction spectrum of the inorganic composition when the inorganic composition is circulated through the three-roll mill in Example 1. 実施例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 in the Example. 比較例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 the comparative example.

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。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 with reference to the drawings. In all the drawings, similar components are denoted by common reference numerals, and description thereof will not be repeated. Unless otherwise specified, “A to B” in the numerical range represents A or more and B or less.

はじめに、本実施形態に係る無機材料の製造方法について説明する。
本実施形態に係る無機材料の製造方法は、2種以上の無機化合物を機械的処理により化学反応させることにより得られる無機材料を製造するための製造方法であって、2種以上の無機化合物を含む無機組成物を準備する準備工程(A)と、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、上記無機組成物を機械的処理することにより、2種以上の上記無機化合物を化学反応させながら上記無機組成物をガラス化するガラス化工程(B)と、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた上記粉砕装置を用いて、ガラス化した上記無機組成物を機械的処理することによりアニール処理するアニール処理工程(C)と、を含む。
First, a method for manufacturing an inorganic material according to the present embodiment will be described.
The method for producing an inorganic material according to the present embodiment is a production method for producing an inorganic material obtained by chemically reacting two or more inorganic compounds by mechanical treatment. A chemical reaction of two or more kinds of the above-mentioned inorganic compounds by mechanically treating the above-mentioned inorganic composition using a preparation step (A) for preparing an inorganic composition containing the same and a pulverizer that combines shear stress and compressive stress. A vitrification step (B) for vitrifying the inorganic composition while performing the above, and an annealing treatment by mechanically treating the vitrified inorganic composition by using the above-described pulverizer that combines shear stress and compressive stress. And annealing process (C).

本実施形態に係る無機材料の製造方法によれば、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、ガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C)を連続的におこなうことにより、ボールミルやビーズミル等を用いる必要がなくなるため、製造工程の途中で容器内の壁面から無機組成物をそぎ落とす操作や、ガラス化した無機組成物をボールミルやビーズミル等から分離してから、オーブン等に移す操作等が不要となり、連続プロセスによる生産が可能となる。また、せん断応力および圧縮応力を組み合わせることにより無機組成物のガラス化およびアニール処理を十分に進めることができる。
以上から、本実施形態に係る無機材料の製造方法は、連続的に無機組成物のガラス化およびアニール処理をおこなうことが可能である。すなわち、本実施形態に係る無機材料の製造方法は、連続プロセスが可能で生産性に優れている。
According to the method for manufacturing an inorganic material according to the present embodiment, the ball milling step (B) and the annealing step (C) are continuously performed using a pulverizer that combines shear stress and compressive stress, so that the ball mill can be used. Or the need to use a bead mill, etc., so that the operation of removing the inorganic composition from the wall surface in the container during the manufacturing process or separating the vitrified inorganic composition from a ball mill, a bead mill, etc., and then transferring it to an oven, etc. Operation and the like become unnecessary, and production by a continuous process becomes possible. Further, by combining the shear stress and the compressive stress, the vitrification and the annealing treatment of the inorganic composition can be sufficiently advanced.
As described above, the method for producing an inorganic material according to this embodiment can continuously perform vitrification and annealing of the inorganic composition. That is, the method for manufacturing an inorganic material according to the present embodiment is capable of performing a continuous process and has excellent productivity.

以下、各工程について詳細に説明する。   Hereinafter, each step will be described in detail.

(準備工程(A))
はじめに、2種以上の無機化合物を含む無機組成物を準備する。
無機化合物としては機械的処理により互いに化学反応して新たな無機材料を生成する化合物を2種以上用いる。これらの無機化合物は、生成させる無機材料に応じて適宜選択することができる。
なお、本実施形態において、「機械的処理により互いに化学反応して新たな無機材料を生成する」とは、機械的処理によって、共存する2種以上の無機化合物が化学反応して、新たな無機材料が生成することを意味する。
(Preparation process (A))
First, an inorganic composition containing two or more inorganic compounds is prepared.
As the inorganic compound, two or more compounds that chemically react with each other by mechanical treatment to generate a new inorganic material are used. These inorganic compounds can be appropriately selected according to the inorganic material to be produced.
Note that, in the present embodiment, “the chemical reaction with each other by a mechanical treatment to generate a new inorganic material” means that two or more kinds of coexisting inorganic compounds chemically react with each other by the mechanical treatment to form a new inorganic material. It means that material is produced.

上記無機組成物は、例えば、生成させる無機材料が所望の組成比になるように、原料である2種以上の無機化合物を所定のモル比で混合することにより得ることができる。
2種以上の無機化合物を混合する方法としては各無機化合物を均一に混合できる混合方法であれば特に限定されないが、例えば、クラッシャー、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。
各無機化合物を混合するときの攪拌速度や処理時間、温度、反応圧力、混合物に加えられる重力加速度等の混合条件は、混合物の処理量によって適宜決定することができる。
The inorganic composition can be obtained, for example, by mixing two or more inorganic compounds as raw materials at a predetermined molar ratio so that the inorganic material to be formed has a desired composition ratio.
The method of mixing the two or more inorganic compounds is not particularly limited as long as each inorganic compound can be uniformly mixed. For example, a crusher, a ball mill, a bead mill, a vibration mill, an impact crusher, a mixer (pug mixer, It can be mixed using a ribbon mixer, a tumbler mixer, a drum mixer, a V-type mixer, or the like), a kneader, a twin-screw kneader, an airflow pulverizer, or the like.
Mixing conditions such as stirring speed, processing time, temperature, reaction pressure, and gravitational acceleration applied to the mixture when mixing each inorganic compound can be appropriately determined according to the processing amount of the mixture.

生成させる無機材料としては特に限定されないが、例えば、無機固体電解質材料、正極活物質、負極活物質等が挙げられる。
生成させる無機固体電解質材料としては特に限定されないが、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を挙げることができる。これらの中でも、硫化物系無機固体電解質材料が好ましい。
また、生成させる無機固体電解質材料としては特に限定されないが、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ものが挙げられる。
The inorganic material to be generated is not particularly limited, and examples thereof include an inorganic solid electrolyte material, a positive electrode active material, and a negative electrode active material.
The inorganic solid electrolyte material to be generated is not particularly limited, and examples thereof include a sulfide-based inorganic solid electrolyte material, an oxide-based inorganic solid electrolyte material, and other lithium-based inorganic solid electrolyte materials. Among these, a sulfide-based inorganic solid electrolyte material is preferable.
The inorganic solid electrolyte material to be generated is not particularly limited, and examples thereof include those used for a solid electrolyte layer constituting an all solid-state lithium ion battery.

生成させ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材料およびLiS−P−LiN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し、LiS−P−LiN材料とは、少なくともLiS(硫化リチウム)とPとLiN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 to be generated include a Li 2 S—P 2 S 5 material, a Li 2 S—SiS 2 material, a Li 2 S—GeS 2 material, a 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 can be mentioned.
Among them, Li 2 S—P 2 S 5 material and Li 2 S—P 2 S 5 —Li 3 N from the viewpoint of excellent lithium ion conductivity and stability not causing decomposition or the like in a wide voltage range. Materials are preferred. Here, for example, the 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 with each other by mechanical treatment. The material means a Li 2 S—P 2 S 5 —Li 3 N material, and an inorganic composition containing at least Li 2 S (lithium sulfide), P 2 S 5 and Li 3 N is mutually treated by mechanical treatment. It means an inorganic material obtained by a chemical reaction.
Here, in the present embodiment, lithium polysulfide also includes lithium polysulfide.

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 include NASICON type such as LiTi 2 (PO 4 ) 3 , LiZr 2 (PO 4 ) 3 , and LiGe 2 (PO 4 ) 3 , and (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.
Other lithium-based inorganic solid electrolyte material, for example, LiPON, LiNbO 3, LiTaO 3 , Li 3 PO 4, LiPO 4-x N x (x is 0 <x ≦ 1), LiN , LiI, LISICON like can be mentioned Can be
Furthermore, glass ceramics obtained by precipitating these inorganic solid electrolyte crystals can also be used as the 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は、構成元素として、Li、PおよびSを含んでいるものが好ましい。   The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment preferably contains Li, P, and S as constituent elements.

また、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、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より一層向上させる観点から、当該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10.0以下であり、より好ましくは2.0以上5.0以下であり、さらに好ましくは2.5以上4.0以下であり、さらにより好ましくは2.8以上3.6以下であり、さらにより好ましくは3.0以上3.5以下であり、さらにより好ましくは3.1以上3.4以下、特に好ましくは3.1以上3.3以下である。また、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1.0以上10.0以下であり、より好ましくは2.0以上6.0以下であり、さらに好ましくは3.0以上5.0以下であり、さらにより好ましくは3.5以上4.5以下であり、さらにより好ましくは3.8以上4.2以下、さらにより好ましくは3.9以上4.1以下、特に好ましくは4.0である。
ここで、本実施形態の固体電解質材料中のLi、P、およびSの含有量は、例えば、ICP発光分光分析またはX線光電子分光法により求めることができる。
In addition, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is lithium ion conductivity, electrochemical stability, from the viewpoint of further improving the stability and handling in moisture and air, and the like, from the viewpoint of further improving the solid electrolyte The molar ratio of the content of Li to the content of P in the material (Li / P) is preferably 1.0 or more and 10.0 or less, more preferably 2.0 or more and 5.0 or less, It is still more preferably 2.5 or more and 4.0 or less, still more preferably 2.8 or more and 3.6 or less, still more preferably 3.0 or more and 3.5 or less, and still more preferably 3.0 or more. It is 1 or more and 3.4 or less, particularly preferably 3.1 or more and 3.3 or less. Further, the molar ratio of the S content to the P content (S / P) is preferably 1.0 or more and 10.0 or less, more preferably 2.0 or more and 6.0 or less. It is preferably 3.0 or more and 5.0 or less, still more preferably 3.5 or more and 4.5 or less, still more preferably 3.8 or more and 4.2 or less, still more preferably 3.9 or more and 4 or less. .1 or less, particularly preferably 4.0.
Here, the contents of Li, P, and S in the solid electrolyte material of the present embodiment can be determined by, for example, ICP emission spectroscopy or X-ray photoelectron spectroscopy.

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。本実施形態の粒子状の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。
無機固体電解質材料の平均粒子径d50を上記範囲内とすることにより、良好なハンドリング性を維持すると共に、得られる固体電解質膜のリチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。
Examples of the shape of the inorganic solid electrolyte material include a particle shape. Although the particulate inorganic solid electrolyte material of the present embodiment is not particularly limited, the average particle diameter d 50 in the weight-based particle size distribution measured by a laser diffraction / scattering type particle size distribution measurement method is preferably 1 μm or more and 100 μm or less, more preferably It is 3 μm or more and 80 μm or less, and more preferably 5 μm or more and 60 μm or less.
The average particle size d 50 of the inorganic solid electrolyte material to be in the above range, while maintaining good handling properties, it is possible to further improve the lithium ion conductivity of the resulting solid electrolyte membrane.

生成させる正極活物質としては特に限定されず、例えば、リチウムイオン電池の正極層に使用可能な正極活物質が挙げられる。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;CuS、Li−Cu−S化合物、TiS、FeS、MoS、V、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;等が挙げられる。
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化合物がより好ましい。
The positive electrode active material to be generated is not particularly limited, and includes, for example, a positive electrode active material usable for a positive electrode layer of a lithium ion battery. 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.) ), Composite oxides such as lithium-manganese-nickel oxide (LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 ), olivine type lithium phosphate (LiFePO 4 ); CuS, Li—Cu—S compound , TiS 2, FeS, MoS 2 , V 2 S 5, Li-MoS compounds, Li-TiS compounds, Li-V-S compound, sulfide-based positive electrode active material such Li-FeS compound; And the like.
Among these, a sulfide-based positive electrode active material is preferable from the viewpoint of having a higher discharge capacity density and being more excellent in cycle characteristics, and is preferably a Li-Mo-S compound, a Li-Ti-S compound, or a Li-VS. Compounds are more preferred.

ここで、Li−Mo−S化合物は構成元素としてLi、Mo、およびSを含んでいるものであり、通常は原料であるモリブデン硫化物および硫化リチウムを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. Usually, an inorganic composition containing molybdenum sulfide and lithium sulfide as raw materials is chemically combined with each other by mechanical treatment. It can be obtained by reacting.
The Li-Ti-S compound contains Li, Ti, and S as constituent elements, and usually chemically reacts inorganic materials containing titanium sulfide and lithium sulfide as raw materials with each other by mechanical treatment. Can be obtained.
The Li-VS compound contains Li, V, and S as constituent elements. Usually, an inorganic composition containing vanadium sulfide and lithium sulfide as raw materials is chemically reacted with each other by mechanical treatment. Can be obtained by

生成させる負極活物質としては特に限定されず、例えば、リチウムイオン電池の負極層に使用可能な負極活物質が挙げられる。例えば、リチウム合金、スズ合金、シリコン合金、ガリウム合金、インジウム合金、アルミニウム合金等を主体とした金属系材料;リチウムチタン複合酸化物(例えばLiTi12);グラファイト系材料等が挙げられる。 The negative electrode active material to be generated is not particularly limited, and examples thereof include a negative electrode active material that can be used for a negative electrode layer of a lithium ion battery. For example, a metal-based material mainly composed of a lithium alloy, a tin alloy, a silicon alloy, a gallium alloy, an indium alloy, an aluminum alloy, and the like; a lithium-titanium composite oxide (for example, Li 4 Ti 5 O 12 ); .

(ガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C))
つづいて、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、上記無機組成物を機械的処理することにより、2種以上の上記無機化合物を化学反応させながら上記無機組成物をガラス化するガラス化工程(B)をおこなう。次いで、このガラス化工程(B)に続いて、ガラス化工程(B)で用いた粉砕装置をそのまま用いて、ガラス化した上記無機組成物を機械的処理することによりアニール処理するアニール処理工程(C)をおこなう。
すなわち、本実施形態に係る無機材料の製造方法では、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、ガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C)を連続的におこなう。これによって、ボールミルやビーズミル等を用いた従来の製造方法のように、機械的処理を一定時間行った後に一度容器を開けて壁面に付着した無機組成物をそぎ落とす操作や、無機組成物のガラス化が終了した後にガラス化した無機組成物をボールミルやビーズミル等から分離してから、オーブン等に移す操作が不要となるため、製造工程を簡略することが可能となり、その結果、無機材料の生産性を向上させることができる。ここで、ガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C)とは、明確に区別される必要はなく、ガラス化工程(B)からアニール処理工程(C)に徐々に変化していく場合も含まれる。
(Vitrification step (B) and annealing step (C))
Subsequently, using a pulverizer that combines shear stress and compressive stress, mechanically treating the inorganic composition to vitrify the inorganic composition while chemically reacting two or more inorganic compounds. The chemical conversion step (B) is performed. Subsequently, following the vitrification step (B), an annealing treatment step of performing an annealing treatment by mechanically treating the vitrified inorganic composition by directly using the pulverizing apparatus used in the vitrification step (B) ( Perform C).
That is, in the method for producing an inorganic material according to the present embodiment, the vitrification step (B) and the annealing step (C) are continuously performed using a pulverizer that combines shear stress and compression stress. Thereby, like a conventional manufacturing method using a ball mill, a bead mill, etc., after performing a mechanical treatment for a certain period of time, once the container is opened and the inorganic composition adhering to the wall surface is removed, or the glass of the inorganic composition is removed. Since the operation of separating the vitrified inorganic composition from the ball mill or the bead mill after the completion of the conversion to an oven or the like becomes unnecessary, the manufacturing process can be simplified, and as a result, the production of the inorganic material can be simplified. Performance can be improved. Here, the vitrification step (B) and the annealing step (C) do not need to be clearly distinguished, and there are cases where the vitrification step (B) gradually changes to the annealing step (C). included.

本実施形態に係る無機材料の製造方法におけるガラス化工程(B)では、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、無機組成物を機械的処理することにより、2種以上の無機化合物を化学反応させながら無機組成物をガラス化する。そして、無機組成物がガラス化した後も、この粉砕装置を用いた機械的処理を連続的におこない、ガラス化した無機組成物のアニール処理をおこなう。ここで、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、ガラス化した無機組成物に対してせん断応力および圧縮応力をかけ続けていると、無機組成物を構成する粒子同士の摩擦熱によって、ガラス化した無機組成物が加熱され、その結果、ガラス化した無機組成物がアニール処理される。すなわち、本実施形態に係る無機材料の製造方法におけるアニール処理工程(C)では、無機組成物に対してせん断応力および圧縮応力をかけた際に生じる熱によって、ガラス化した無機組成物をアニール処理することができる。
アニール処理工程(C)をおこなうことにより、ガラス化した無機組成物の少なくとも一部が結晶化して、ガラスセラミックス状態の無機組成物とすることができる。こうすることにより、例えば、より一層リチウムイオン伝導性に優れた無機固体電解質材料を得ることができる。
In the vitrification step (B) in the method for producing an inorganic material according to the present embodiment, two or more inorganic compounds are obtained by mechanically treating the inorganic composition using a crusher that combines shear stress and compressive stress. Is vitrified while causing a chemical reaction of. Then, even after the inorganic composition is vitrified, the mechanical treatment using the pulverizer is continuously performed, and the vitrified inorganic composition is annealed. Here, if the shearing stress and the compressive stress are continuously applied to the vitrified inorganic composition using a crushing device that combines the shear stress and the compressive stress, the frictional heat of the particles constituting the inorganic composition causes Then, the vitrified inorganic composition is heated, and as a result, the vitrified inorganic composition is annealed. That is, in the annealing step (C) in the method for manufacturing an inorganic material according to the present embodiment, the vitrified inorganic composition is annealed by heat generated when shear stress and compressive stress are applied to the inorganic composition. can do.
By performing the annealing treatment step (C), at least a part of the vitrified inorganic composition is crystallized, and the inorganic composition in a glass ceramic state can be obtained. By doing so, for example, an inorganic solid electrolyte material having more excellent lithium ion conductivity can be obtained.

ここで、生成させる無機材料が構成元素として、Li、P、およびSを含む硫化物系無機固体電解質材である場合、本実施形態に係る無機材料の製造方法によれば、硫化水素の発生量が少ない硫化物系無機固体電解質材を得ることが可能である。
この理由は明らかではないが、本実施形態に係る無機材料の製造方法では、アニール処理工程(C)において、ガラス化した無機組成物に、従来の製造方法よりも強いせん断応力および圧縮応力をかけることができ、硫化物系無機固体電解質材に対して従来とは異なるアニール処理を施すことが可能となるからだと考えられる。
Here, when the inorganic material to be generated is a sulfide-based inorganic solid electrolyte material containing Li, P, and S as constituent elements, according to the method for manufacturing an inorganic material according to the present embodiment, the amount of hydrogen sulfide generated It is possible to obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a small amount of sulfide.
Although the reason for this is not clear, in the method of manufacturing an inorganic material according to the present embodiment, in the annealing treatment step (C), stronger shear stress and compressive stress are applied to the vitrified inorganic composition than in the conventional manufacturing method. It is thought that it is possible to perform an annealing treatment different from the conventional one on the sulfide-based inorganic solid electrolyte material.

アニール処理工程(C)におけるガラス化した無機組成物の加熱温度としては、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。   The heating temperature of the vitrified inorganic composition in the annealing treatment step (C) is preferably in the range of 200 ° C to 500 ° C, more preferably in the range of 220 ° C to 350 ° C.

アニール処理工程(C)では、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて、ガラス化した無機組成物とは異なる回折ピークが観察されるまで機械的処理をおこなうことが好ましい。ここで、ガラス化した無機組成物とは異なる回折ピークが観察されることは、ガラス化した無機組成物の少なくとも一部が結晶化して、ガラスセラミックス状態になっていることを意味すると考えられる。   In the annealing treatment step (C), it is preferable to perform a mechanical treatment until a diffraction peak different from that of the vitrified inorganic composition is observed in a spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα radiation as a radiation source. Here, it is considered that the fact that a diffraction peak different from that of the vitrified inorganic composition is observed means that at least a part of the vitrified inorganic composition is crystallized to be in a glass ceramic state.

ガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C)における上記機械的処理は、2種以上の上記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上記無機組成物をガラス化させたり、ガラス化した無機組成物をアニール処理したりす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る方法である。   In the mechanical treatment in the vitrification step (B) and the annealing treatment step (C), the inorganic composition is vitrified while chemically reacting by mechanically colliding the two or more inorganic compounds, The vitrified inorganic composition can be annealed, and examples thereof include mechanochemical treatment. Here, the mechanochemical treatment is a method of applying mechanical energy such as a shearing force or a collision force to a target composition.

ガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C)において、上記機械的処理は乾式でおこなうことが好ましい。これにより、ガラス化した無機組成物から有機溶媒等の液体成分を除去する操作が不要となり、無機材料の生産性をより向上させることができる。また、無機材料と有機溶媒との反応を防ぐことができる。さらに、有機溶媒等の液体成分を使用しないため、製造工程における安全性もより一層良好にすることができる。   In the vitrification step (B) and the annealing step (C), the mechanical treatment is preferably performed by a dry method. This eliminates the need for an operation of removing a liquid component such as an organic solvent from the vitrified inorganic composition, and can further improve the productivity of the inorganic material. Further, the reaction between the inorganic material and the organic solvent can be prevented. Further, since no liquid component such as an organic solvent is used, the safety in the production process can be further improved.

本実施形態に係るせん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置としては、例えば、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;ローラ式竪型ミルやボール式竪型ミル等の竪型ミル等が挙げられる。これらの中でも、連続生産性に優れている観点から、ロールミルおよび竪型ミルが好ましく、ロールミルがより好ましい。   Examples of the crushing device combining the shear stress and the compression stress according to the present embodiment include, for example, a roll mill; rotation (shear stress) and impact (compression stress) represented by a rock drill, a vibration drill, an impact driver, and the like. A rotary / impact pulverizer having a mechanism; a high-pressure gliding roll; a vertical mill such as a roller vertical mill or a ball vertical mill. Among these, a roll mill and a vertical mill are preferable, and a roll mill is more preferable, from the viewpoint of excellent continuous productivity.

また、本実施形態に係るロールミルは3本以上のロールにより構成されていることが好ましい。これによりガラス化処理およびアニール処理をより一層連続的におこなうことができるため、得られる無機材料の生産性をより一層向上させることができる。   Moreover, it is preferable that the roll mill according to the present embodiment is configured by three or more rolls. Thereby, the vitrification treatment and the annealing treatment can be performed more continuously, so that the productivity of the obtained inorganic material can be further improved.

また、本実施形態に係るロールミルを構成するロールの直径は、40mm以上であることが好ましく、50mm以上であることがより好ましく、60mm以上であることがさらに好ましい。これにより、ロール間に存在する無機組成物に対し、より一層強力なせん断応力および圧縮応力を与えることができるため、無機組成物のガラス化をより一層効率良く進めることができる。さらに、ロール間に存在するガラス化した無機組成物に対しより一層強力なせん断応力および圧縮応力を与えることができるため、無機組成物を構成する粒子同士の摩擦熱をより効果的に発生させることができ、その結果、ガラス化した無機組成物のアニール処理をより効果的に進めることが可能となる。   Further, the diameter of the rolls constituting the roll mill according to the present embodiment is preferably 40 mm or more, more preferably 50 mm or more, and even more preferably 60 mm or more. Thereby, a stronger shear stress and a stronger compressive stress can be applied to the inorganic composition existing between the rolls, so that the inorganic composition can be more efficiently vitrified. Further, since stronger shear stress and compressive stress can be applied to the vitrified inorganic composition existing between the rolls, it is possible to more effectively generate frictional heat between particles constituting the inorganic composition. As a result, the annealing treatment of the vitrified inorganic composition can proceed more effectively.

また、本実施形態に係るロールミルは、隣接するロールの回転速度が異なることが好ましい。これにより、ロール間に存在する無機組成物に対し、圧縮応力を与えつつ、より効果的にせん断応力を与えることができるため、無機組成物のガラス化をより一層効率良く進めることができる。
また、本実施形態に係るロールミルは、隣接するロールの回転する向きが異なることが好ましい。これにより、ロール間に存在する無機組成物に対し、圧縮応力をより効果的に与えることができる。
In the roll mill according to the present embodiment, it is preferable that the rotation speeds of the adjacent rolls are different. Thereby, a shear stress can be more effectively applied to the inorganic composition existing between the rolls while applying a compressive stress, and the vitrification of the inorganic composition can be further efficiently promoted.
Further, in the roll mill according to the present embodiment, it is preferable that the rotation directions of the adjacent rolls are different. Thereby, a compressive stress can be more effectively given to the inorganic composition existing between the rolls.

本実施形態に係るロールミルを構成するロールの少なくとも表面は、セラミックス材料および金属材料から選択される少なくとも一種の材料により構成されていることが好ましい。
金属材料としては、例えば、遠心チルド鋼、SUS、CrメッキSUS、Crメッキ焼入れ鋼等が挙げられる。
また、本実施形態に係るロールミルを構成するロールの少なくとも表面がセラミックス材料により構成されると、得られる無機材料にロール由来の不要な金属成分が混入してしまうことを抑制することができ、純度がより一層高い無機材料を得ることが可能となる。
このようなセラミックス材料としては、例えば、安定化ジルコニア、アルミナ、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド等が挙げられる。
これらの中でも比較的安価で高精度な大型部品を作製できるアルミナが好ましい。
It is preferable that at least the surface of the roll constituting the roll mill according to the present embodiment is made of at least one material selected from a ceramic material and a metal material.
Examples of the metal material include centrifugally chilled steel, SUS, Cr-plated SUS, and Cr-plated hardened steel.
Further, when at least the surface of the roll constituting the roll mill according to the present embodiment is made of a ceramic material, it is possible to suppress the mixing of unnecessary metal components derived from the roll into the obtained inorganic material, and to improve the purity. Can be obtained with a higher inorganic material.
Examples of such a ceramic material include stabilized zirconia, alumina, silicon carbide, silicon nitride, and the like.
Among these, alumina which is relatively inexpensive and can produce large parts with high precision is preferable.

図1は、本発明に係る実施形態の粉砕装置100の構造の一例を示す断面図である。図1は粉砕装置100が3本のロールからなる3本ロールミルの例を示している。
以下、図1を用いながら、本実施形態に係るガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C)についてより具体的に説明する。
図1に記載の粉砕装置100は、第一のロール101、第二のロール102、第三のロール103およびブレード130により構成される。
はじめに、2種以上の無機化合物を含む無機組成物150を第一のロール101および第二のロール102との隙間である第一のロール間110に投入する。
第一のロール間110に進入した無機組成物150は、第一のロール101および第二のロール102により圧縮される。ここで、第一のロール101および第二のロール102において、異なる回転速度を採用することにより、第一のロール間110に進入した無機組成物150に対し、圧縮応力を与えつつ、より効果的にせん断応力を与えることができるため、無機組成物150のガラス化およびアニール処理をより一層効率良く進めることができる。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of the structure of a crusher 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows an example of a three-roll mill in which a pulverizing device 100 includes three rolls.
Hereinafter, the vitrification step (B) and the annealing step (C) according to this embodiment will be described more specifically with reference to FIG.
1 includes a first roll 101, a second roll 102, a third roll 103, and a blade 130.
First, an inorganic composition 150 containing two or more inorganic compounds is charged into a first roll 110, which is a gap between the first roll 101 and the second roll 102.
The inorganic composition 150 that has entered between the first rolls 110 is compressed by the first roll 101 and the second roll 102. Here, by employing different rotation speeds in the first roll 101 and the second roll 102, the inorganic composition 150 that has entered the space 110 between the first rolls is more effectively applied with compressive stress. , A vitrification and annealing treatment of the inorganic composition 150 can be further efficiently performed.

ここで、ロールの回転速度は、第一のロール101よりも第二のロール102の方を速くし、第二のロール102よりも第三のロール103の方を速くすることが好ましい。すなわち、本実施形態に係るロールミルにおいて、複数のロールは無機組成物が投入される側のロールから無機材料が排出される側のロールに向かって徐々に回転数が速くなるように設定されていることが好ましい。各ロールの回転速度はロールの本数や、無機組成物の種類、無機組成物の処理量等によって適宜決定されるため特に限定されないが、例えば、粉砕装置100が3本のロールからなる3本ロールミルの場合、第一のロール101の速度を1とすると、第二のロール102の速度を2〜4、第三のロールの速度を5〜9のように排出される側のロールに向かって回転数を速くすることができる。こうすることにより、ロールに付着した無機組成物をより一層効率良く隣接するロールの表面に移送することができ、その結果、無機材料の生産性をより一層向上させることができる。   Here, it is preferable that the rotation speed of the rolls be higher for the second roll 102 than for the first roll 101 and higher for the third roll 103 than for the second roll 102. That is, in the roll mill according to the present embodiment, the plurality of rolls are set so that the rotation speed gradually increases from the roll on which the inorganic composition is charged to the roll on which the inorganic material is discharged. Is preferred. The rotation speed of each roll is not particularly limited because it is appropriately determined according to the number of rolls, the type of the inorganic composition, the treatment amount of the inorganic composition, and the like. In the case of (1), assuming that the speed of the first roll 101 is 1, the speed of the second roll 102 is rotated toward 2 to 4, and the speed of the third roll 102 is rotated toward the discharged roll, such as 5 to 9. The number can be faster. By doing so, the inorganic composition attached to the roll can be more efficiently transferred to the surface of the adjacent roll, and as a result, the productivity of the inorganic material can be further improved.

次いで、第一のロール間110に無機組成物150を通過させた後に、第一のロール間110に隣接する第二のロール間120に無機組成物150を通過させる。この操作を繰り返しおこなうことにより、無機組成物150のガラス化およびアニール処理を連続的に行うことができる。ここで、無機組成物150は第一のロール101および第二のロール102による圧縮応力により、第二のロール102の表面に付着しているため、第二のロール間120に連続的に移送することが可能である。
第二のロール間120を通過して得られた無機材料170は第三のロール103の表面に付着しており、例えばブレード130によりそぎ落されて得ることができる。
また、第二のロール間120を通過して得られた無機材料170について、ガラス化またはアニール処理が不十分の場合は、第一のロール間110および第二のロール間120を通過させる上記処理を繰り返し行うことが好ましい。あるいは、ロールミルにおけるロールの数を4本以上とし、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた機械的処理をさらに行うことが好ましい。
Next, after passing the inorganic composition 150 between the first rolls 110, the inorganic composition 150 is passed between the second rolls 120 adjacent to the first roll 110. By repeating this operation, vitrification and annealing of the inorganic composition 150 can be continuously performed. Here, since the inorganic composition 150 is attached to the surface of the second roll 102 due to the compressive stress generated by the first roll 101 and the second roll 102, the inorganic composition 150 is continuously transferred between the second rolls 120. It is possible.
The inorganic material 170 obtained by passing through the space between the second rolls 120 adheres to the surface of the third roll 103 and can be obtained, for example, by being stripped off by the blade 130.
When the vitrification or annealing treatment is insufficient for the inorganic material 170 obtained by passing through the second roll 120, the above-described treatment of passing the first roll 110 and the second roll 120 is performed. Is preferably repeated. Alternatively, it is preferable that the number of rolls in the roll mill is set to four or more, and a mechanical treatment combining shear stress and compressive stress is further performed.

ここで、本実施形態に係るロールミルにおいて、無機組成物に対してより効果的に圧縮応力を与える観点から、ロール間の距離は1μm以上100μm以下が好ましく、10μm以上50μm以下がより好ましい。
また、本実施形態に係るロールミルにおいて、無機組成物に対してより効果的にせん断応力を与える観点から、ロールの回転速度は20rpm以上1000rpm以下が好ましく、100rpm以上800rpm以下がより好ましい。
ただし、ロール間の距離およびロールの回転速度は無機組成物の種類や処理量、ロールの本数等によって適宜決定されるため、上記の範囲に限定されない。
Here, in the roll mill according to the present embodiment, the distance between the rolls is preferably 1 μm or more and 100 μm or less, more preferably 10 μm or more and 50 μm or less, from the viewpoint of more effectively applying a compressive stress to the inorganic composition.
Further, in the roll mill according to the present embodiment, from the viewpoint of more effectively applying shear stress to the inorganic composition, the rotation speed of the roll is preferably from 20 rpm to 1000 rpm, and more preferably from 100 rpm to 800 rpm.
However, the distance between the rolls and the rotation speed of the rolls are not limited to the above ranges because they are appropriately determined depending on the type and the amount of the inorganic composition, the number of rolls and the like.

また、ガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C)における機械的処理は非活性雰囲気下でおこなうことが好ましい。これにより、無機組成物と、水蒸気や酸素等との反応を抑制することができる。
また、上記非活性雰囲気下とは、真空雰囲気下または不活性ガス雰囲気下のことである。上記非活性雰囲気下では、水分の接触を避けるために露点が−50℃以下であることが好ましく、−60℃以下であることがより好ましい。上記不活性ガス雰囲気下とは、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス等の不活性ガスの雰囲気下のことである。これらの不活性ガスは、製品への不純物の混入を防止するために、高純度である程好ましい。混合系への不活性ガスの導入方法としては、混合系内が不活性ガス雰囲気で満たされる方法であれば特に限定されないが、不活性ガスをパージする方法、不活性ガスを一定量導入し続ける方法等が挙げられる。
The mechanical treatment in the vitrification step (B) and the annealing step (C) is preferably performed in an inert atmosphere. Thereby, the reaction between the inorganic composition and water vapor, oxygen, or the like can be suppressed.
The term "inactive atmosphere" refers to a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere. Under the inert atmosphere, the dew point is preferably −50 ° C. or lower, more preferably −60 ° C. or lower, to avoid contact with moisture. The term "inert gas atmosphere" refers to an atmosphere of an inert gas such as an argon gas, a helium gas, or a nitrogen gas. The higher the purity of these inert gases is, the more preferable it is to prevent impurities from being mixed into the product. The method of introducing the inert gas into the mixed system is not particularly limited as long as the inside of the mixed system is filled with an inert gas atmosphere, but a method of purging the inert gas and continuing to introduce a predetermined amount of the inert gas. Method and the like.

上記無機組成物をガラス化するときや、ガラス化した無機組成物をアニール処理するときの回転速度や処理時間、温度等の混合条件は、無機組成物の種類や処理量によって適宜決定することができる。一般的には、回転速度が速いほど、ガラスの生成速度は速くなるためガラス化工程(B)の時間は短くなり、さらに無機組成物の温度は高くなるためアニール処理工程(C)の時間は短くなる。
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、ガラス化工程(B)を行う前の無機組成物の回折ピークが消失または低下していたら、上記無機組成物はガラス化されていると判断することができる。また、通常は、線源としてCuKα線を用いたX線回折分析をしたとき、ガラス化工程(B)を行う前の無機組成物やアニール処理工程(C)を行う前の無機組成物が有する回折ピークとは異なる新たな回折ピークが生成していたら、上記無機組成物はアニール処理されて、ガラスセラミックス状態になっていると判断することができる。
When the above-mentioned inorganic composition is vitrified, and the mixing conditions such as the rotation speed, the processing time, and the temperature when the vitrified inorganic composition is annealed, the mixing conditions may be appropriately determined depending on the type and the processing amount of the inorganic composition. it can. In general, the higher the rotation speed, the higher the rate of glass formation, so that the time of the vitrification step (B) becomes shorter, and further, the temperature of the inorganic composition becomes higher, so that the time of the annealing step (C) becomes longer. Be shorter.
Usually, when the diffraction peak of the inorganic composition before performing the vitrification step (B) has disappeared or decreased when the X-ray diffraction analysis using CuKα ray as a radiation source, the inorganic composition is vitrified. It can be determined that it has been. Further, usually, when an X-ray diffraction analysis using CuKα ray as a radiation source, the inorganic composition before the vitrification step (B) or the inorganic composition before the annealing step (C) has If a new diffraction peak different from the diffraction peak is generated, it can be determined that the inorganic composition has been annealed and is in a glass-ceramic state.

ここで、生成させる無機材料が構成元素として、Li、P、およびSを含む硫化物系無機固体電解質材である場合、ガラス化工程(B)では、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=15.7±0.3°の位置に存在する回折ピークの回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=26.9±0.9°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10.0以下、より好ましくは5.5以下、さらに好ましくは4.0以下、さらにより好ましくは3.5以下となるまで機械的処理をおこなうことが好ましい。
/Iを上記上限値以下とすることにより、硫化物系無機固体電解質材のリチウムイオン伝導性を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を用いると、入出力特性に優れた全固体型リチウムイオン電池を得ることができる。
ここで、回折角2θ=15.7±0.3°の位置に存在する回折ピークは、基準の回折ピークであり、回折角2θ=26.9±0.9°の位置に存在する回折ピークは硫化リチウム由来の回折ピークである。
したがって、I/Iは、硫化物系無機固体電解質材中の硫化リチウムの含有量の指標を表している。I/Iが小さいほど、硫化物系無機固体電解質材に含まれる硫化リチウムの量が少ないことを意味する。
LiSはリチウムイオン伝導性が低いため、LiSの含有量が少ないほど硫化物系無機固体電解質材のリチウムイオン伝導性は向上するものと考えられる。
Here, when the inorganic material to be generated is a sulfide-based inorganic solid electrolyte material containing Li, P, and S as constituent elements, in the vitrification step (B), X-ray diffraction using CuKα radiation as a radiation source the diffraction intensity of the diffraction peak at the position of the diffraction angle 2θ = 15.7 ± 0.3 ° and background intensity I a in the spectrum obtained by the position of the diffraction angle 2θ = 26.9 ± 0.9 ° when the maximum diffraction intensity of the diffraction peak present was I B, the value of I B / I a is preferably 10.0 or less, more preferably 5.5 or less, more preferably 4.0 or less, even more preferably It is preferable to perform the mechanical treatment until it becomes 3.5 or less.
The I B / I A With more than the above upper limit, it is possible to improve the lithium ion conductive sulfide-based inorganic solid electrolyte material. Further, when such a sulfide-based inorganic solid electrolyte material is used, an all-solid-state lithium-ion battery having excellent input / output characteristics can be obtained.
Here, the diffraction peak existing at the position of the diffraction angle 2θ = 15.7 ± 0.3 ° is the reference diffraction peak, and the diffraction peak existing at the position of the diffraction angle 2θ = 26.9 ± 0.9 °. Is a diffraction peak derived from lithium sulfide.
Therefore, I B / I A represents an indication of the content of lithium sulfide in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material during. As I B / I A is small, it means that a small amount of lithium sulfide contained in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material.
Since Li 2 S has low lithium ion conductivity, it is considered that the smaller the content of Li 2 S, the higher the lithium ion conductivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material.

ここで、生成させる無機材料が構成元素として、Li、P、およびSを含む硫化物系無機固体電解質材である場合、アニール処理工程(C)では、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=15.7±0.3°の位置に存在する回折ピークの回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=29.2±0.8°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1.5以上、より好ましくは2.0以上、さらに好ましくは3.0以上となるまで機械的処理をおこなうことが好ましい。
/Iの値を上記下限値以上とすることにより、硫化物系無機固体電解質材のリチウムイオン伝導性を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を用いると、入出力特性に優れた全固体型リチウムイオン電池を得ることができる。
ここで、回折角2θ=15.7±0.3°の位置に存在する回折ピークは、基準の回折ピークであり、回折角2θ=29.2±0.8°の位置に存在する回折ピークはガラスセラミックス状態の硫化物系無機固体電解質材由来の回折ピークである。
したがって、I/Iの値は、硫化物系無機固体電解質材の結晶化の指標を表している。I/Iの値が大きいほど、硫化物系無機固体電解質材の結晶化が進んでいることを意味する。
Here, when the inorganic material to be generated is a sulfide-based inorganic solid electrolyte material containing Li, P, and S as constituent elements, in the annealing treatment step (C), X-ray diffraction using CuKα radiation as a radiation source the diffraction intensity of the diffraction peak at the position of the diffraction angle 2θ = 15.7 ± 0.3 ° and background intensity I a in the spectrum obtained by the position of the diffraction angle 2θ = 29.2 ± 0.8 ° Assuming that the maximum diffraction intensity of the existing diffraction peak is I C , mechanically until the value of I C / I A becomes preferably 1.5 or more, more preferably 2.0 or more, and still more preferably 3.0 or more. Preferably, a treatment is performed.
When the value of I C / I A is equal to or more than the lower limit, the lithium ion conductivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material can be improved. Further, when such a sulfide-based inorganic solid electrolyte material is used, an all-solid-state lithium-ion battery having excellent input / output characteristics can be obtained.
Here, the diffraction peak existing at the position of the diffraction angle 2θ = 15.7 ± 0.3 ° is the reference diffraction peak, and the diffraction peak existing at the position of the diffraction angle 2θ = 29.2 ± 0.8 °. Is a diffraction peak derived from a sulfide-based inorganic solid electrolyte material in a glass ceramic state.
Therefore, the value of I C / I A represents an index of crystallization of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material. The larger the value of I C / I A, the more the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is crystallized.

また、生成させる無機材料が構成元素として、Li、P、およびSを含む硫化物系無機固体電解質材である場合、アニール処理工程(C)では、27.0℃、印加電圧10mV、測定周波数域0.1Hz〜7MHzの測定条件における交流インピーダンス法によるリチウムイオン伝導度が好ましくは2.2×10−4S・cm−1以上、より好ましくは3.0×10−4S・cm−1以上、さらに好ましくは4.0×10−4S・cm−1以上、特に好ましくは5.0×10−4S・cm−1以上となるまで機械的処理をおこなうことが好ましい。これにより、リチウムイオン伝導性により一層優れた硫化物系無機固体電解質材を得ることができる。 When the inorganic material to be generated is a sulfide-based inorganic solid electrolyte material containing Li, P, and S as constituent elements, in the annealing treatment step (C), 27.0 ° C., an applied voltage of 10 mV, and a measurement frequency range. Lithium ion conductivity by the AC impedance method under measurement conditions of 0.1 Hz to 7 MHz is preferably 2.2 × 10 −4 S · cm −1 or more, more preferably 3.0 × 10 −4 S · cm −1 or more. It is more preferable to perform the mechanical treatment until it becomes 4.0 × 10 −4 S · cm −1 or more, particularly preferably 5.0 × 10 −4 S · cm −1 or more. Thereby, a sulfide-based inorganic solid electrolyte material having more excellent lithium ion conductivity can be obtained.

(結晶化工程(D))
本実施形態に係る無機材料の製造方法において、準備工程(A)とガラス化工程(B)との間に、工程(A)で準備した上記無機組成物を加熱することにより無機組成物を結晶化する工程(D)をさらにおこなってもよい。
すなわち、結晶化した上記無機組成物に対し、上記ガラス化工程(B)をおこなってもよい。
上記ガラス化工程(B)の前に結晶化工程(D)をおこなうことにより、無機組成物をガラス化する工程(B)を大幅に短縮することができ、その結果、無機材料の製造時間をより一層短縮することが可能である。この理由については明らかではないが、以下の理由が推察される。
まず、ガラス状態の無機組成物は準安定状態である。一方、結晶状態の無機組成物は安定状態にある。また、2種以上の無機化合物を含む無機組成物を加熱すると活性化エネルギー以上のエネルギーを簡単に与えることができるので、エネルギーの放出とともに低いエネルギー状態である結晶状態の無機組成物が短時間で得られる。そして、安定状態の自由エネルギーと準安定状態の自由エネルギーは近いため、より小さなエネルギーで安定状態の結晶状態から準安定状態のガラス状態にすることができる。
以上の理由から、上記無機組成物をガラス化する工程(B)の前に、無機組成物を結晶化する工程(D)をおこない、あらかじめ無機組成物を安定状態である結晶状態とすることにより、より小さなエネルギーで準安定状態のガラス状態にすることができ、無機組成物をガラス化する工程を大幅に短縮することができると考えられる。
(Crystallization step (D))
In the method for producing an inorganic material according to the present embodiment, the inorganic composition is crystallized by heating the inorganic composition prepared in the step (A) between the preparation step (A) and the vitrification step (B). (D) may be further performed.
That is, the vitrification step (B) may be performed on the crystallized inorganic composition.
By performing the crystallization step (D) before the vitrification step (B), the step (B) of vitrifying the inorganic composition can be significantly shortened, and as a result, the production time of the inorganic material can be reduced. It is possible to further shorten it. Although the reason for this is not clear, the following reason may be inferred.
First, the inorganic composition in a glassy state is in a metastable state. On the other hand, the inorganic composition in a crystalline state is in a stable state. In addition, when an inorganic composition containing two or more inorganic compounds is heated, energy equal to or higher than the activation energy can be easily given, so that the inorganic composition in a crystalline state which is in a low energy state with the release of energy can be formed in a short time. can get. Since the free energy in the stable state and the free energy in the metastable state are close to each other, the crystal state in the stable state can be changed to the glass state in the metastable state with smaller energy.
For the above reasons, before the step (B) of vitrifying the inorganic composition, the step (D) of crystallizing the inorganic composition is performed, and the inorganic composition is brought into a stable crystalline state in advance. It can be considered that the glass state can be brought into a metastable state with smaller energy, and the step of vitrifying the inorganic composition can be greatly reduced.

上記無機組成物を加熱する際の温度としては特に限定されず、生成させる無機材料に応じて適宜設定することができる。
例えば、生成させる無機材料が構成元素として、Li、P、およびSを含む硫化物系無機固体電解質材料の場合は、加熱温度は200℃以上400℃以下の範囲内であることが好ましく、220℃以上300℃以下の範囲内であることがより好ましい。
The temperature at which the inorganic composition is heated is not particularly limited, and can be appropriately set according to the inorganic material to be generated.
For example, when the inorganic material to be generated is a sulfide-based inorganic solid electrolyte material containing Li, P, and S as constituent elements, the heating temperature is preferably in the range of 200 ° C to 400 ° C, and 220 ° C. The temperature is more preferably in the range of not less than 300 ° C. and not more than 300 ° C.

上記無機組成物を加熱する時間は、上記無機組成物を結晶化できる時間であれば特に限定されるものではないが、例えば、1分間以上24時間以下の範囲内であり、好ましくは0.1時間以上10時間以下である。加熱の方法は特に限定されるものではないが、例えば、焼成炉を用いる方法を挙げることができる。なお、このような加熱する際の温度、時間等の条件は、本実施形態の無機材料の特性を最適なものにするため適宜調整することができる。   The time for heating the inorganic composition is not particularly limited as long as the inorganic composition can be crystallized, but is, for example, within a range of 1 minute to 24 hours, preferably 0.1 minute. The time is not less than 10 hours. The method of heating is not particularly limited, and examples thereof include a method using a firing furnace. Note that conditions such as temperature and time for heating can be appropriately adjusted in order to optimize the characteristics of the inorganic material of the present embodiment.

また、上記無機組成物が結晶化したかどうかは、例えば、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて、新たな結晶ピークが生成したか否かで判断することができる。   Whether or not the inorganic composition has crystallized can be determined, for example, by whether or not a new crystal peak has been generated in a spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα radiation as a radiation source.

(粉砕、分級、または造粒する工程(E))
本実施形態の無機材料の製造方法では、必要に応じて、得られた無機材料を粉砕、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無機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 (E) of grinding, classifying, or granulating)
In the method for producing an inorganic material of the present embodiment, a step of pulverizing, classifying, or granulating the obtained inorganic material may be further performed, if necessary. For example, an inorganic material having a desired particle size can be obtained by adjusting the particle size by pulverization, and then adjusting the particle size by a classification operation or a granulation operation. The pulverization method is not particularly limited, and a known pulverization method such as a mixer, airflow pulverization, a mortar, a rotary mill, and a coffee mill can be used. The classification method is not particularly limited, and a known method such as a sieve can be used.
These pulverizations or classifications are preferably performed in an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere from the viewpoint that contact with moisture in the air can be prevented.

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。
Although the embodiments of the present invention have been described above, these are merely examples of the present invention, and various configurations other than the above can be adopted.
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes modifications and improvements as long as the object of the present invention can be achieved.

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 with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.

<評価方法>
はじめに、以下の実施例および比較例における評価方法を説明する。
<Evaluation method>
First, evaluation methods in the following examples and comparative examples will be described.

(1)X線回折分析
X線回折装置(リガク社製、RINT2000)を用いて、X線回折分析法により、実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料の回折スペクトルをそれぞれ求めた。なお、線源としてCuKα線を用いた。ここで、回折角2θ=15.7±0.3°の位置に存在する回折ピークの回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=26.9±0.9°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=29.2±0.8°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およびI/Iをそれぞれ求めた。
(1) X-ray diffraction analysis Using an X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku Corporation, RINT2000), the diffraction spectra of the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials obtained in the Examples and Comparative Examples were respectively measured by X-ray diffraction analysis. I asked. Note that CuKα radiation was used as a radiation source. Here, the diffraction intensity of the diffraction peak at the position of the diffraction angle 2θ = 15.7 ± 0.3 ° and background intensity I A, at the position of the diffraction angle 2θ = 26.9 ± 0.9 ° the maximum diffraction intensity of a diffraction peak and I B, the maximum diffraction intensity of a diffraction peak at the position of the diffraction angle 2θ = 29.2 ± 0.8 ° and I C, I B / I a and I C / I a Was asked respectively.

(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 Using an ICP emission spectrometer (SPS3000, manufactured by Seiko Instruments Inc.), a sulfide-based inorganic solid electrolyte was measured by ICP emission spectroscopy and obtained in Examples and Comparative Examples. The mass percentages of Li, P, and S in the material were determined, and the molar ratios of the respective elements were calculated based on the obtained percentages.

(3)リチウムイオン伝導度の測定
実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料に対して、交流インピーダンス法によるリチウムイオン伝導度の測定をおこなった。
リチウムイオン伝導度の測定は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。
(3) Measurement of Lithium Ion Conductivity Lithium ion conductivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples was measured by an AC impedance method.
For the measurement of lithium ion conductivity, a potentiostat / galvanostat SP-300 manufactured by Biologic was used. The size of the sample was 9.5 mm in diameter, 1.2 to 2.0 mm in thickness, and the measurement conditions were 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 made of Li foil. .
Here, the sample for lithium ion conductivity measurement is obtained by pressing 150 mg of the powdery sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in the examples and comparative examples using a press device at 270 MPa for 10 minutes. 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.

(4)硫化水素の発生量の測定
アルゴンガスで置換したグローボックス内で、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(100mg)をプラスチック容器に入れ、そのプラスチック容器をガラス製密閉容器(容量1L)内の底に配置した。次いで、ガラス製密閉容器を室温の大気中に取り出し、ガラス製密閉容器の上部から、プラスチック容器内の硫化物系無機固体電解質材料にイオン交換水(1mL)を滴下した。次いで、イオン交換水を滴下してから5分後にガラス製密閉容器に取り付けたゴム製のガス吸収袋(岡野製作所社製、製品名:OG−3F−D)を10回萎めることでガラス製密閉容器内部のガス雰囲気を均一にした後、検知管(ガステック社製、製品名:No.4LL)を用いて図2に示す測定位置にて硫化水素ガスの濃度を測定した。
(4) Measurement of generation amount of hydrogen sulfide In a glow box replaced with argon gas, the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials (100 mg) obtained in Examples and Comparative Examples were put in a plastic container, and the plastic container was made of glass. It was arranged at the bottom in a sealed container (capacity: 1 L). Then, the glass-made closed container was taken out into the air at room temperature, and ion-exchanged water (1 mL) was dropped onto the sulfide-based inorganic solid electrolyte material in the plastic container from above the glass-made closed container. Then, 5 minutes after the ion-exchanged water was dropped, the rubber gas absorbing bag (manufactured by Okano Seisakusho Co., Ltd., product name: OG-3F-D) attached to the glass closed container was shrunk 10 times. After the gas atmosphere inside the sealed container was made uniform, the concentration of hydrogen sulfide gas was measured at a measurement position shown in FIG. 2 using a detector tube (manufactured by Gastec, product name: No. 4LL).

<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%)、P(関東化学社製)およびLiN(古河機械金属社製)を使用した。
次いで、グローブボックス内で、クラッシャーを用いて、LiS粉末とP粉末とLiN粉末(LiS:P:LiN=71.1:23.7:5.3(モル%))合計80gを混合することにより、原料無機組成物を調製した。
次いで、原料無機組成物80gを図1に示す3本ロールミル(アイメックス社製BR−100V)にてメカノケミカル処理し、硫化物系無機固体電解質材料を得た。ここで、第一のロール101〜第三のロール103の通過を1回とし、合計で70回通過させた。また、各ロールはジルコニア(ZrO)製で直径が63.5mmのものを用い、ロール間の距離は20μmとした。また、第一のロール101の回転速度:第二のロール102の回転速度:第三のロール103の回転速度=1:2.5:6とし、第三のロール103の回転速度を700rpmとした。
<Example 1>
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was produced by the following procedure.
As raw materials, Li 2 S (Furukawa Kikai Metals Co., Ltd., purity 99.9%), P 2 S 5 (Kanto Chemical Co., Ltd.) and Li 3 N (Furukawa Kikai Metals Co., Ltd.) were used.
Then, in a glove box, using a crusher, Li 2 S powder, P 2 S 5 powder, and Li 3 N powder (Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 71.1: 23.7: 5) .3 (mol%)) to obtain a raw material inorganic composition by mixing a total of 80 g.
Next, 80 g of the raw material inorganic composition was subjected to mechanochemical treatment with a three-roll mill (BR-100V manufactured by IMEX Co., Ltd.) shown in FIG. 1 to obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. Here, the passage through the first roll 101 to the third roll 103 was performed once, and a total of 70 passes were performed. Each roll was made of zirconia (ZrO 2 ) and had a diameter of 63.5 mm, and the distance between the rolls was 20 μm. The rotation speed of the first roll 101: the rotation speed of the second roll 102: the rotation speed of the third roll 103 = 1: 2.5: 6, and the rotation speed of the third roll 103 was 700 rpm. .

第一のロール101〜第三のロール103の通過を70回おこなった後に試料の一部をそれぞれサンプリングし、各物性をそれぞれ評価した。得られた結果を表1に示す。
実施例1の製造方法は、製造工程の途中で容器内の壁面から無機組成物をそぎ落とす操作や、ガラス化した無機組成物をボールミルやビーズミル等から分離してから、オーブン等に移す操作等が不要であり、連続的なガラス化処理およびアニール処理が可能であった。また、図3に示すようにサイクル回数が増えるにつれて、原料無機組成物よりも回折角2θ=26.9±0.9°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度Iが徐々に低下していることから、10〜40サイクルでは無機組成物がガラス化されていることが確認できた。また、30サイクルあたりから、回折角2θ=29.2±0.8°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度Iが徐々に増加していることから、30〜70サイクルではガラス化した無機組成物がアニール処理されていることが確認できた。
After passing through the first roll 101 to the third roll 103 70 times, a part of the sample was sampled, and each physical property was evaluated. Table 1 shows the obtained results.
The production method of Example 1 includes an operation of removing the inorganic composition from the wall surface in the container during the production process, an operation of separating the vitrified inorganic composition from a ball mill or a bead mill, and then transferring the composition to an oven or the like. Was unnecessary, and continuous vitrification treatment and annealing treatment were possible. Also, as the number of cycles as shown in FIG. 3 increases, the maximum diffraction intensity of the diffraction peak than raw inorganic composition is present at the position of the diffraction angle 2θ = 26.9 ± 0.9 ° I B gradually decreases From this, it was confirmed that the inorganic composition was vitrified in 10 to 40 cycles. Moreover, from around 30 cycles, since the maximum diffraction intensity I C of the diffraction peak at the position of the diffraction angle 2θ = 29.2 ± 0.8 ° is gradually increased, and vitrified in the 30 to 70 cycles It was confirmed that the inorganic composition had been annealed.

<実施例2>
第一のロール101〜第三のロール103の通過の回数を40回に変更した以外は実施例1と同様の方法により硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Example 2>
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the number of passes through the first roll 101 to the third roll 103 was changed to 40 times, and each evaluation was performed. Table 1 shows the obtained results.

<実施例3>
第一のロール101〜第三のロール103の通過の回数を60回に変更した以外は実施例1と同様の方法により硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Example 3>
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the number of passes through the first roll 101 to the third roll 103 was changed to 60 times, and each evaluation was performed. Table 1 shows the obtained results.

<実施例4>
LiS粉末とP粉末とLiN粉末との混合比をLiS:P:LiN=72.6:24.2:3.2(モル%)に変更した以外は実施例1と同様の方法により硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Example 4>
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 = 72.6: 24.2: 3.2 (mol%) A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the evaluation was performed, and each evaluation was performed. Table 1 shows the obtained results.

<実施例5>
LiS粉末とP粉末とLiN粉末との混合比をLiS:P:LiN=73.8:24.6:1.6(モル%)に変更した以外は実施例1と同様の方法により硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Example 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 prepared in the same manner as in Example 1 except that the evaluation was performed, and each evaluation was performed. Table 1 shows the obtained results.

<比較例1>
第一のロール101〜第三のロール103の通過の回数を10回に変更した以外は実施例1と同様の方法により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。
<Comparative Example 1>
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the number of times of passage through the first roll 101 to the third roll 103 was changed to 10, and each evaluation was performed. Table 1 shows the obtained results.

<比較例2>
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。
次いで、グローブボックス内で、クラッシャーを用いて、LiS粉末とP粉末とLiN粉末(LiS:P:LiN=71.1:23.7:5.3(モル%))合計80gを混合することにより、原料無機組成物を調製した。
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2gと直径10mmのZrOボール500gとを投入し、ポットを密閉した。
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、120rpmで300時間メカノケミカル処理し、原料無機組成物のガラス化をおこなった。24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。
ここで、メカノケミカル処理を36時間行った後にポットを開けてみたところ、ポットの内壁には無機組成物の固まりが付着していた。そのため24時間ごとにポットの内壁に付着した無機組成物の固まりをそぎ落とす操作が必要であった。
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ZrOボールと分離して、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オーブンで270℃、2時間のアニール処理をおこない、硫化物系無機固体電解質材料を得た。得られた、硫化物系無機固体電解質材料について、各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Comparative Example 2>
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was produced by the following procedure.
As raw materials, Li 2 S (Furukawa Kikai Metals Co., Ltd., purity 99.9%), P 2 S 5 (Kanto Chemical Co., Ltd.) and Li 3 N (Furukawa Kikai Metals Co., Ltd.) were used.
Then, in a glove box, using a crusher, Li 2 S powder, P 2 S 5 powder, and Li 3 N powder (Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 71.1: 23.7: 5) .3 (mol%)) to obtain a raw material inorganic composition by mixing a total of 80 g.
Subsequently, 2 g of the raw material inorganic composition and 500 g of ZrO 2 balls having a diameter of 10 mm were charged into an alumina pot (internal volume: 400 mL) in the glove box, and the pot was sealed.
Next, the alumina pot was taken out of the glove box, and the alumina pot was attached to a ball mill machine installed in an atmosphere of dry air introduced through a membrane air dryer, and subjected to a mechanochemical treatment at 120 rpm for 300 hours. The inorganic composition was vitrified. Every time mixing was performed for 24 hours, the powder attached to the inner wall of the pot was scraped off in the glove box, and after milling, milling was continued in a dry air atmosphere.
Here, when the pot was opened after performing the mechanochemical treatment for 36 hours, a lump of the inorganic composition had adhered to the inner wall of the pot. Therefore, it was necessary to remove the lump of the inorganic composition attached to the inner wall of the pot every 24 hours.
Next, an alumina pot was put into a glove box, the obtained powder was separated from ZrO 2 balls, and the powder was transferred from the alumina pot to a carbon crucible, and placed at 270 ° C. for 2 hours in an oven set in the glove box. Annealing treatment was performed to obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. Each evaluation was performed about the obtained sulfide type inorganic solid electrolyte material. Table 1 shows the obtained results.

以上から、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いた実施例の無機材料の製造方法は、ボールミルやビーズミルを用いる必要がなく、製造工程の途中で容器内の壁面から無機組成物をそぎ落とす操作や、ガラス化した無機組成物をボールミルやビーズミル等から分離する操作等が不要であり、連続的なガラス化処理およびアニール処理が可能であることが分かった。これに対し、比較例1の無機材料の製造方法では、ガラス化処理しかおこなわれておらず、アニール処理まではなされていなかった。また、ボールミルを用いた比較例2の無機材料の製造方法では、製造工程の途中で容器内の壁面から無機組成物をそぎ落とす操作や、ガラス化した無機組成物をZrOボールやボールミルから分離する操作が必要であり、連続生産性に劣っていた。 From the above, the production method of the inorganic material of the embodiment using the crushing apparatus combining the shear stress and the compression stress does not require the use of a ball mill or a bead mill, and the inorganic composition is removed from the wall surface in the container during the production process. An operation of dropping and an operation of separating the vitrified inorganic composition from a ball mill, a bead mill, and the like are unnecessary, and it was found that continuous vitrification treatment and annealing treatment were possible. On the other hand, in the method for manufacturing an inorganic material of Comparative Example 1, only vitrification treatment was performed, and annealing treatment was not performed. Further, in the method for producing an inorganic material of Comparative Example 2 using a ball mill, an operation of scraping off the inorganic composition from the wall surface in the container during the production process or separating the vitrified inorganic composition from a ZrO 2 ball or a ball mill Operation was required, and continuous productivity was poor.

100 粉砕装置
101 第一のロール
102 第二のロール
103 第三のロール
110 第一のロール間
120 第二のロール間
130 ブレード
150 無機組成物
170 無機材料
REFERENCE SIGNS LIST 100 crusher 101 first roll 102 second roll 103 third roll 110 between first rolls 120 between second rolls 130 blade 150 inorganic composition 170 inorganic material

Claims (21)

2種以上の無機化合物を機械的処理により化学反応させることにより得られる無機材料を製造するための製造方法であって、
2種以上の無機化合物を含む無機組成物を準備する準備工程と、
せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、前記無機組成物を機械的処理することにより、2種以上の前記無機化合物を化学反応させながら前記無機組成物をガラス化するガラス化工程と、
せん断応力および圧縮応力を組み合わせた前記粉砕装置を用いて、ガラス化した前記無機組成物を機械的処理することによりアニール処理するアニール処理工程と、
を含む無機材料の製造方法。
A production method for producing an inorganic material obtained by chemically reacting two or more inorganic compounds by mechanical treatment,
A preparing step of preparing an inorganic composition containing two or more inorganic compounds,
Using a pulverizer that combines shear stress and compressive stress, mechanically treating the inorganic composition to vitrify the inorganic composition while chemically reacting two or more of the inorganic compounds. ,
An annealing treatment step of performing an annealing treatment by mechanically treating the vitrified inorganic composition, using the crushing device combining shear stress and compression stress,
A method for producing an inorganic material containing:
請求項1に記載の無機材料の製造方法において、
前記ガラス化工程および前記アニール処理工程は乾式でおこなう無機材料の製造方法。
The method for producing an inorganic material according to claim 1,
The method for producing an inorganic material, wherein the vitrification step and the annealing step are performed in a dry manner.
請求項1または2に記載の無機材料の製造方法において、
前記アニール処理工程では、前記無機組成物に対してせん断応力および圧縮応力をかけた際に生じる熱によって、ガラス化した前記無機組成物をアニール処理する無機材料の製造方法。
The method for producing an inorganic material according to claim 1 or 2,
In the annealing treatment step, a method for producing an inorganic material in which the vitrified inorganic composition is annealed by heat generated when a shear stress and a compressive stress are applied to the inorganic composition.
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の無機材料の製造方法において、
せん断応力および圧縮応力を組み合わせた前記粉砕装置がロールミル、回転・打撃粉砕装置、高圧型グライディングロールおよび竪型ミルから選択される無機材料の製造方法。
The method for producing an inorganic material according to any one of claims 1 to 3,
A method for producing an inorganic material, wherein the crushing device combining the shear stress and the compressive stress is selected from a roll mill, a rotary / impact crushing device, a high-pressure gliding roll, and a vertical mill.
請求項4に記載の無機材料の製造方法において、
前記粉砕装置がロールミルを含み、
前記ロールミルが3本以上のロールにより構成されている無機材料の製造方法。
The method for producing an inorganic material according to claim 4,
The crushing device includes a roll mill,
A method for producing an inorganic material, wherein the roll mill is composed of three or more rolls.
請求項5に記載の無機材料の製造方法において、
前記ロールミルを構成するロールの直径が40mm以上である無機材料の製造方法。
The method for producing an inorganic material according to claim 5,
A method for producing an inorganic material, wherein the diameter of a roll constituting the roll mill is 40 mm or more.
請求項5または6に記載の無機材料の製造方法において、
前記ロールミルは隣接するロールの回転速度が異なる無機材料の製造方法。
The method for producing an inorganic material according to claim 5 or 6,
The roll mill is a method for producing an inorganic material in which adjacent rolls have different rotation speeds.
請求項5乃至7のいずれか一項に記載の無機材料の製造方法において、
前記ガラス化工程および前記アニール処理工程では、前記ロールミルにおける第一のロール間に前記無機組成物を通過させた後に、前記第一のロール間に隣接する第二のロール間に前記無機組成物を通過させる無機材料の製造方法。
The method for producing an inorganic material according to any one of claims 5 to 7,
In the vitrification step and the annealing step, after passing the inorganic composition between the first roll in the roll mill, the inorganic composition between the second roll adjacent between the first roll A method for producing an inorganic material to be passed.
請求項5乃至8のいずれか一項に記載の無機材料の製造方法において、
前記ロールミルを構成するロールの少なくとも表面が、セラミックス材料および金属材料から選択される少なくとも一種の材料により構成されている無機材料の製造方法。
The method for producing an inorganic material according to any one of claims 5 to 8,
A method for producing an inorganic material, wherein at least a surface of a roll constituting the roll mill is made of at least one material selected from a ceramic material and a metal material.
請求項9に記載の無機材料の製造方法において、
前記ロールミルを構成するロールの少なくとも表面がアルミナにより構成されている無機材料の製造方法。
The method for producing an inorganic material according to claim 9,
A method for producing an inorganic material, wherein at least a surface of a roll constituting the roll mill is composed of alumina.
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の無機材料の製造方法において、
前記準備工程と前記ガラス化工程との間に、前記無機組成物を加熱することにより前記無機組成物を結晶化する工程をさらにおこなう無機材料の製造方法。
The method for producing an inorganic material according to any one of claims 1 to 10,
A method for producing an inorganic material, further comprising a step of heating the inorganic composition to crystallize the inorganic composition between the preparation step and the vitrification step.
請求項1乃至11のいずれか一項に記載の無機材料の製造方法において、
前記ガラス化工程および前記アニール処理工程における前記機械的処理は、いずれもメカノケミカル処理を含む無機材料の製造方法。
The method for producing an inorganic material according to any one of claims 1 to 11,
A method for producing an inorganic material, wherein the mechanical treatment in the vitrification step and the annealing step includes a mechanochemical treatment.
請求項1乃至12のいずれか一項に記載の無機材料の製造方法において、
前記無機材料が、無機固体電解質材料、正極活物質、または負極活物質である無機材料の製造方法。
The method for producing an inorganic material according to any one of claims 1 to 12,
A method for producing an inorganic material, wherein the inorganic material is an inorganic solid electrolyte material, a positive electrode active material, or a negative electrode active material.
請求項13に記載の無機材料の製造方法において、
前記無機材料が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無機固体電解質材料である無機材料の製造方法。
The method for producing an inorganic material according to claim 13,
A method for producing an inorganic material, wherein the inorganic material is an inorganic solid electrolyte material used for a solid electrolyte layer constituting an all-solid-state lithium-ion battery.
請求項13または14に記載の無機材料の製造方法において、
前記無機材料が無機固体電解質材料であり、
前記無機固体電解質材料が硫化物系無機固体電解質材料を含む無機材料の製造方法。
The method for producing an inorganic material according to claim 13 or 14,
The inorganic material is an inorganic solid electrolyte material,
A method for producing an inorganic material, wherein the inorganic solid electrolyte material includes a sulfide-based inorganic solid electrolyte material.
請求項15に記載の無機材料の製造方法において、
前記硫化物系無機固体電解質材料は構成元素として、Li、PおよびSを含む無機材料の製造方法。
The method for producing an inorganic material according to claim 15,
A method for producing an inorganic material, wherein the sulfide-based inorganic solid electrolyte material contains Li, P, and S as constituent elements.
請求項16に記載の無機材料の製造方法において、
前記硫化物系無機固体電解質材料中の前記Pの含有量に対する前記Liの含有量のモル比(Li/P)が1.0以上10.0以下であり、前記Pの含有量に対する前記Sの含有量のモル比(S/P)が1.0以上10.0以下である無機材料の製造方法。
The method for producing an inorganic material according to claim 16,
The molar ratio (Li / P) of the content of Li to the content of P in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is 1.0 or more and 10.0 or less, and the ratio of S to the content of P is A method for producing an inorganic material having a molar ratio (S / P) of 1.0 to 10.0.
請求項15乃至17のいずれか一項に記載の無機材料の製造方法において、
前記ガラス化工程では、
線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=15.7±0.3°の位置に存在する回折ピークの回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=26.9±0.9°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10.0以下となるまで前記機械的処理をおこなう無機材料の製造方法。
In the method for producing an inorganic material according to any one of claims 15 to 17,
In the vitrification step,
The diffraction intensity of the diffraction peak at the position of the diffraction angle 2θ = 15.7 ± 0.3 ° in the spectrum obtained by X-ray diffraction using a CuKα ray as a radiation source and background intensity I A, a diffraction angle 2 [Theta] = 26.9 when the maximum diffraction intensity of a diffraction peak at the position of ± 0.9 ° was I B, the inorganic materials to perform the mechanical processing until the value of I B / I a is 10.0 or less Production method.
請求項15乃至18のいずれか一項に記載の無機材料の製造方法において、
前記アニール処理工程では、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて、ガラス化した前記無機組成物とは異なる回折ピークが観察されるまで前記機械的処理をおこなう無機材料の製造方法。
In the method for producing an inorganic material according to any one of claims 15 to 18,
In the annealing step, the inorganic material is subjected to the mechanical treatment until a diffraction peak different from that of the vitrified inorganic composition is observed in a spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα radiation as a radiation source. Method.
請求項15乃至19のいずれか一項に記載の無機材料の製造方法において、
前記アニール処理工程では、
線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=15.7±0.3°の位置に存在する回折ピークの回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=29.2±0.8°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の値が1.5以上となるまで前記機械的処理をおこなう無機材料の製造方法。
In the method for producing an inorganic material according to any one of claims 15 to 19,
In the annealing step,
The diffraction intensity of the diffraction peak at the position of the diffraction angle 2θ = 15.7 ± 0.3 ° in the spectrum obtained by X-ray diffraction using a CuKα ray as a radiation source and background intensity I A, a diffraction angle 2 [Theta] = the maximum diffraction intensity diffraction peaks at the position of 29.2 ± 0.8 ° when the I C,
A method for producing an inorganic material, wherein the mechanical treatment is performed until the value of I C / I A becomes 1.5 or more.
請求項15乃至20のいずれか一項に記載の無機材料の製造方法において、
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、前記無機材料のリチウムイオン伝導度が2.2×10−4S・cm−1以上である無機材料の製造方法。
In the method for producing an inorganic material according to any one of claims 15 to 20,
The lithium ion conductivity of the inorganic material is 2.2 × 10 −4 S · cm −1 or more measured 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. A method for producing an inorganic material.
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