JP2021150289A - Method for producing sulfide solid electrolyte material - Google Patents

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Ryoji Sugano
了次 菅野
智 堀
Satoshi Hori
智 堀
雅章 平山
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雅章 平山
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Kota Suzuki
耕太 鈴木
大稀 林
Daiki Hayashi
大稀 林
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Abstract

To provide a method for producing LGPS-based, Li-P-S-based and Li-P-S-O-based sulfide solid electrolytes that have excellent productivity.SOLUTION: Provided is a method for producing LGPS-based, Li-P-S-based and Li-P-S-O-based sulfide solid electrolyte materials, which includes a step of preparing a raw material powder, a step of mixing the raw material powder to yield a precursor powder, and a step of heating the precursor powder while circulating inert gas through the precursor powder. Here, setting the flow rate of the inert gas as F (mL/min), the weight of the precursor powder as M (g), and the internal volume of the heating vessel for heating the precursor powder as V (mL), F/M is 5 or more and 80 or less, V/F is 0.1 or more and 3.0 or less, the dew point of the inert gas is -30°C or lower, and the heating temperature is 250°C or more and 750°C or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、硫化物固体電解質を製造する方法、特に生産性に優れた製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a sulfide solid electrolyte, particularly a highly productive production method.

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, the development of batteries used as their power sources has been emphasized. In addition, the automobile industry and the like are also developing high-output and high-capacity batteries for electric vehicles or hybrid vehicles. Currently, among various batteries, lithium batteries are 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・材料面での改善が必要となる。これに対し、電解液を固体電解質層に変えて、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、製造コストや生産性に優れると考えられている。 Lithium batteries currently on the market use an electrolytic solution containing a flammable organic solvent, so it is possible to install a safety device that suppresses the temperature rise during a short circuit and improve the structure and materials to prevent a short circuit. You will need it. On the other hand, a lithium battery in which the electrolyte is changed to a solid electrolyte layer and the battery is completely solidified does not use a flammable organic solvent in the battery, so that the safety device can be simplified, and the manufacturing cost and productivity can be improved. Is considered to be excellent.

全固体リチウム電池に用いられる固体電解質材料として、硫化物固体電解質材料が知られている。例えば、非特許文献1においては、Li(4−x)Ge(1−x)の組成を有するLiイオン伝導体(硫化物固体電解質材料)が開示されている。また、特許文献1においては、X線回折測定において特定のピークを有する結晶相の割合が高いLiGePS系の硫化物固体電解質材料が開示されている。さらに、非特許文献2には、12mS/cmという優れたイオン伝導性を有するLiGePS系の硫化物固体電解質材料が開示されている。
また、特許文献2は、Li−P−S系およびLi−P−S−O系の硫化物系固体電解質を含む導電率の高い固体電解質を開示している。
A sulfide solid electrolyte material is known as a solid electrolyte material used in an all-solid-state lithium battery. For example, in Non-Patent Document 1, Li (4-x) Ge (1-x) Li ion conductor having a composition of P x S 4 (sulfide solid electrolyte material) is disclosed. Further, Patent Document 1 discloses a LiGePS-based sulfide solid electrolyte material having a high proportion of crystal phases having a specific peak in X-ray diffraction measurement. Further, Non-Patent Document 2 discloses a LiGePS-based sulfide solid electrolyte material having an excellent ionic conductivity of 12 mS / cm.
Further, Patent Document 2 discloses a solid electrolyte having high conductivity, including a Li-P-S-based and a Li-P-SO-based sulfide-based solid electrolyte.

国際公開第2011/118801号International Publication No. 2011/118801 特許第5787291号公報Japanese Patent No. 5787291

Ryoji Kanno et al., “Lithium Ionic Conductor Thio-LISICON The Li2S-GeS2-P2S5 System”, Journal of The Electrochemical Society, 148 (7) A742-A746 (2001)Ryoji Kanno et al., “Lithium Ionic Conductor Thio-LISICON The Li2S-GeS2-P2S5 System”, Journal of The Electrochemical Society, 148 (7) A742-A746 (2001) Noriaki Kamaya et al., “A lithium superionic conductor”, Nature Materials, Advanced online publication, 31 July 2011, DOI:10.1038/NMAT3066Noriaki Kamaya et al., “A lithium superionic conductor”, Nature Materials, Advanced online publication, 31 July 2011, DOI: 10.1038 / NMAT3066

ただし、LGPS系、Li−P−S系およびLi−P−S−O系の固体電解質は、新素材開発を目的とした研究室レベルの小規模で製造されたものが主流であり、実用化に向けた大規模での製造方法については十分に検討されていなかった。
LGPS系、Li−P−S系およびLi−P−S−O系の固体電解質を製造する方法の一例として、発明者らの研究室では、原料組成物を混合、粉砕(非晶質化)、成形(ペレット化)し、そのペレットを石英管に真空封入して加熱焼成を行なっていた。この場合、実験室規模の石英管に真空封入するので、製造できる量は約1g程度に留まっていた。
However, LGPS-based, Li-PS-based, and Li-P-SO-based solid electrolytes are mainly manufactured on a small scale at the laboratory level for the purpose of developing new materials, and are put into practical use. The large-scale manufacturing method for the above has not been sufficiently studied.
As an example of a method for producing LGPS-based, Li-PS-based, and Li-P-SO-based solid electrolytes, in our laboratory, raw material compositions are mixed and pulverized (amorphized). , Molded (pelletized), and the pellets were vacuum-sealed in a quartz tube and heated and fired. In this case, since the quartz tube was vacuum-sealed on a laboratory scale, the amount that could be produced was only about 1 g.

なお、原料組成物を真空封入などの密閉系で加熱焼成する理由は、LGPS系固体電解質、Li−P−S系およびLi−P−S−O系固体電解質等の硫化物固体電解質は、それ自体が硫化物であり、またその原材料物質として硫化物(LiS、P、GeS等)を用いており、そのような硫化物の揮発性が高く、水分と反応しやすいためである。つまり、硫化物を開放系で加熱焼成すると仕込んだ原料組成物と得られる反応生成物との間で組成のズレが生じる可能性があるので、密閉系が採用されている。 The reason why the raw material composition is heated and fired in a closed system such as vacuum encapsulation is that sulfide solid electrolytes such as LGPS-based solid electrolytes, Li-PS-based and Li-PS-O-based solid electrolytes are used. itself is sulfide, also sulfide as its raw material is used the (LiS, P 2 S 5, GeS 2 , etc.), such a high volatile sulfide, is due to easily react with moisture .. That is, when the sulfide is heated and calcined in an open system, there is a possibility that the composition of the raw material composition charged and the reaction product obtained may be different from each other. Therefore, a closed system is adopted.

ただし、石英管を真空に密閉するには、試料を石英管内に配置した後、石英管内を真空引きしながら、石英管を焼き切り、真空の管内に試料を封じ込める。したがって、石英管のサイズを大きくして、スケールアップを図るには、巨大な石英管を焼き切る必要があり、また反応容器(石英管)は使い捨てになるため、非常に危険でありまたコストが高い。
さらに、反応容器(石英管等)のサイズは、密封にするための作業性、や使い捨てコストを考慮して、比較的小さいサイズのもの、例えば試験管サイズのものが使用されており、それに応じて1バッチあたりの製造量も1g程度に制限されてきた。
また、石英管に封入して反応させる試料が固体である場合、その反応は固相反応であり、試料が粉末状態では反応速度が遅くなるので、成形の際に高圧力をかけてペレット化することが行なわれている。この成形(ペレット化)についても、作業性を改善することが望まれる。
However, in order to seal the quartz tube in a vacuum, after arranging the sample in the quartz tube, the quartz tube is burnt off while the inside of the quartz tube is evacuated, and the sample is enclosed in the vacuum tube. Therefore, in order to increase the size of the quartz tube and scale it up, it is necessary to burn off the huge quartz tube, and the reaction vessel (quartz tube) is disposable, which is extremely dangerous and costly. ..
Furthermore, the size of the reaction vessel (quartz tube, etc.) is relatively small, for example, a test tube size, in consideration of workability for sealing and disposable cost. The production amount per batch has also been limited to about 1 g.
When the sample to be reacted by encapsulating it in a quartz tube is a solid, the reaction is a solid-phase reaction, and the reaction rate is slow when the sample is in a powder state. Therefore, high pressure is applied during molding to pelletize the sample. Is being done. It is also desired to improve workability for this molding (pelletization).

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、優れた生産性を備える、LGPS系、Li−P−S系およびLi−P−S−O系の硫化物固体電解質を製造する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is a method for producing an LGPS-based, Li-PS-based, and Li-P-SO-based sulfide solid electrolyte having excellent productivity. The purpose is to provide.

上記課題を解決するために、本願発明者は、鋭意検討を行なったところ、LGPS系、Li−P−S系およびLi−P−S−O系の硫化物固体電解質材料の製造において、不活性ガスを特定の条件で流通させながら、混合された原料粉末(前駆体粉末)を加熱焼成することで、生産性を高めることができることを見出し、本発明を完成に至らしめた。
本発明により、以下の手段が提供される。
In order to solve the above problems, the inventor of the present application has conducted diligent studies and found that the invention is inert in the production of LGPS-based, Li-PS-based and Li-P-SO-based sulfide solid electrolyte materials. We have found that productivity can be improved by heating and firing the mixed raw material powder (precursor powder) while circulating the gas under specific conditions, and have completed the present invention.
The present invention provides the following means.

[1]
LGPS系、Li−P−S系およびLi−P−S−O系の硫化物固体電解質材料の製造法であって、
原料粉末を用意する工程
前記原料粉末を混合し、前駆体粉末を得る工程、
前記前駆体粉末に不活性ガスを流通させながら、前記前駆体粉末を加熱する工程を含み、
ここで、前記不活性ガスの流量をF(mL/min)、前記前駆体粉末の重量をM(g)、前記前駆体粉末を加熱するための加熱容器の内容積をV(mL)とすると、F/Mが5以上80以下であり、V/Fが0.1以上3.0以下であり、
前記不活性ガスの露点が−30℃以下であり、
前記加熱温度が250℃以上750℃以下であることを特徴とする、
硫化物固体電解質材料の製造方法。
[2]
前記不活性ガスは、アルゴン、ドライエアー、窒素、ヘリウムからなる群から選択される少なくとも一種であることを特徴とする、
[1]に記載の硫化物固体電解質材料の製造方法。
[3]
前記不活性ガスに含まれる水分が1000ppm以下であることを特徴とする、
[1]または[2]に記載の硫化物固体電解質材料の製造方法。
[4]
製造される硫化物固体電解質材料が1バッチあたり2g超であることを特徴とする、
[1]〜[3]のいずれか1項に記載の硫化物固体電解質材料の製造方法。
うことを特徴とする
[1]
A method for producing an LGPS-based, Li-PS-based, and Li-P-SO-based sulfide solid electrolyte material.
Step of preparing raw material powder Step of mixing the raw material powder to obtain precursor powder,
The step of heating the precursor powder while flowing an inert gas through the precursor powder is included.
Here, it is assumed that the flow rate of the inert gas is F (mL / min), the weight of the precursor powder is M (g), and the internal volume of the heating container for heating the precursor powder is V (mL). , F / M is 5 or more and 80 or less, V / F is 0.1 or more and 3.0 or less,
The dew point of the inert gas is −30 ° C. or lower,
The heating temperature is 250 ° C. or higher and 750 ° C. or lower.
A method for producing a sulfide solid electrolyte material.
[2]
The inert gas is at least one selected from the group consisting of argon, dry air, nitrogen and helium.
The method for producing a sulfide solid electrolyte material according to [1].
[3]
The inert gas contains 1000 ppm or less of water.
The method for producing a sulfide solid electrolyte material according to [1] or [2].
[4]
The sulfide solid electrolyte material produced is characterized by an amount of more than 2 g per batch.
The method for producing a sulfide solid electrolyte material according to any one of [1] to [3].
Characterized by

本発明による、LGPS系、Li−P−S系およびLi−P−S−O系の硫化物固体電解質材料の製造方法は、原料粉末を混合して前駆体粉末とし、前駆体粉末に不活性ガスを流通させながら、前駆体粉末を加熱することを特徴の一つとしている。すなわち、本発明では、前駆体粉末を密封系で加熱する必要がない。
石英管等を密封系にするには、真空引きしながら石英管を焼き切る作業が必要であり、またその石英管は使い捨てになるため、非常に危険でありまたコストが高いという問題があった。本発明による製造方法は、密封系にするために伴う危険性およびコストを回避することができ、生産性が向上される。
さらに、密封系では、密封にするための作業性、や使い捨てコストを考慮して、比較的小さいサイズの反応容器(石英管等)が使用されており、それに応じて1バッチあたりの製造量も制限されてきた。本発明による製造方法であれば、原理的に容器サイズの制限はなく、1バッチあたりの製造量を増加することができる。
また、本発明によれば、前駆体粉末に不活性ガスを流通させるので、粉末混合を成形(ペレット化)する必要がない。つまり、本発明による製造方法は、高圧力で粉末を成形する作業が不要であり、作業性の大幅に向上することができる。また、工程が簡略化できることにより、意図しない汚染の可能性が減り、製品品質(純度等)の向上にも有効である。
さらに、本発明により製造された硫化物固体電解質材料は、優れた耐水性を有することがある。
In the method for producing an LGPS-based, Li-PS-based, and Li-P-SO-based sulfide solid electrolyte material according to the present invention, raw material powders are mixed to form a precursor powder, which is inert to the precursor powder. One of the features is that the precursor powder is heated while the gas is circulated. That is, in the present invention, it is not necessary to heat the precursor powder in a sealing system.
In order to make a quartz tube or the like a sealing system, it is necessary to burn off the quartz tube while evacuating, and since the quartz tube is disposable, there is a problem that it is very dangerous and costly. The manufacturing method according to the present invention can avoid the dangers and costs associated with forming a sealed system, and the productivity is improved.
Furthermore, in the sealing system, a relatively small size reaction vessel (quartz tube, etc.) is used in consideration of workability for sealing and disposable cost, and the production amount per batch is increased accordingly. It has been restricted. According to the production method according to the present invention, there is no limitation on the container size in principle, and the production amount per batch can be increased.
Further, according to the present invention, since the inert gas is circulated through the precursor powder, it is not necessary to mold (pelletize) the powder mixture. That is, the production method according to the present invention does not require the work of molding the powder at high pressure, and the workability can be significantly improved. In addition, since the process can be simplified, the possibility of unintended contamination is reduced, which is effective in improving product quality (purity, etc.).
Furthermore, the sulfide solid electrolyte material produced according to the present invention may have excellent water resistance.

図1は、不活性ガスを流通させながら加熱を行なう装置の概略構成例を示す。FIG. 1 shows a schematic configuration example of an apparatus for heating while flowing an inert gas. 図2は、標準組成Li(4−x)Ge(1−x)PxS(x=0.65)でプロセスを変化させた場合のXRDチャートを示す。FIG. 2 shows an XRD chart of a modified process with standard composition Li (4-x) Ge (1-x) PxS 4 (x = 0.65). 図3は、同一プロセス条件で組成を変化させた場合のXRDチャートを示す。FIG. 3 shows an XRD chart when the composition is changed under the same process conditions. 図4は、同一プロセス条件で生産量を変化させた場合のXRDチャートを示す。FIG. 4 shows an XRD chart when the production amount is changed under the same process conditions. 図5は、Li9.81Sn0.812.1912のXRDチャートを示す。FIG. 5 shows an XRD chart of Li 9.81 Sn 0.81 P 2.19 S 12. 図6は、LiPSのXRDチャートを示す。FIG. 6 shows an XRD chart of Li 3 PS 4.

以下、本発明の一態様である硫化物固体電解質材料の製造方法について、詳細に説明する。 Hereinafter, a method for producing a sulfide solid electrolyte material, which is one aspect of the present invention, will be described in detail.

本発明における硫化物系固体電解質は、LGPS系、Li−P−S系およびLi−P−S−O系の硫化物固体電解質材料である。 The sulfide-based solid electrolyte in the present invention is an LGPS-based, Li-PS-based, and Li-P-SO-based sulfide solid electrolyte material.

本発明におけるLGPS系硫化物系固体電解質は、M元素、M元素およびS元素を含有し、上記Mは、Li、Na、K、Mg、Ca、Znからなる群から選択される少なくとも一種であり、上記Mは、P、Sb、Si、Ge、Sn、B、Al、Ga、In、Ti、Zr、V、Nbからなる群から選択される少なくとも一種であり、さらに任意付加的にCl、Oからなる群から選択される少なくとも一種を含有し、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=29.58°±0.50°の位置にピークを有し、上記2θ=29.58°±0.50°のピークの回折強度をIとし、2θ=27.33°±0.50°のピークの回折強度をIとした場合に、I/Iの値が0.50未満である。 The LGPS-based sulfide-based solid electrolyte in the present invention contains M 1 element, M 2 element, and S element, and the above M 1 is at least selected from the group consisting of Li, Na, K, Mg, Ca, and Zn. M 2 is at least one selected from the group consisting of P, Sb, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, In, Ti, Zr, V, and Nb, and is optionally additional. Contains at least one selected from the group consisting of Cl and O, has a peak at the position of 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° in X-ray diffraction measurement using CuKα ray, and has a peak at the position of 2θ = 29.58 ° ± 0.50 °. the diffraction intensity of the peak of .58 ° ± 0.50 ° and I a, the diffraction intensity of the peak of 2θ = 27.33 ° ± 0.50 ° when the I B, the value of I B / I a It is less than 0.50.

当該LGPS系硫化物系固体電解質は、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相の割合が高いため、イオン伝導性が良好な硫化物固体電解質材料とすることができる。そのため、第一実施態様の硫化物固体電解質材料を用いることにより、高出力な電池を得ることができる。 Since the LGPS-based sulfide-based solid electrolyte has a high proportion of crystal phases having a peak near 2θ = 29.58 °, it can be used as a sulfide solid electrolyte material having good ionic conductivity. Therefore, a high output battery can be obtained by using the sulfide solid electrolyte material of the first embodiment.

なお、本明細書においては、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相を「結晶相A」と称し、2θ=27.33°付近のピークを有する結晶相を「結晶相B」と称する場合がある。結晶相A、Bは、ともにイオン伝導性を示す結晶相であるが、そのイオン伝導性には違いがある。結晶相Aは、結晶相Bに比べて、イオン伝導性が顕著に高いと考えられる。I/Iの値が0.50未満であると、イオン伝導性の高い結晶相Aを積極的に析出させることができるため、イオン伝導性の高い硫化物固体電解質材料を得ることができる。 In the present specification, the crystal phase having a peak near 2θ = 29.58 ° is referred to as “crystal phase A”, and the crystal phase having a peak near 2θ = 27.33 ° is referred to as “crystal phase B”. Sometimes referred to. Crystal phases A and B are both crystal phases exhibiting ionic conductivity, but their ionic conductivity is different. It is considered that the crystal phase A has significantly higher ionic conductivity than the crystal phase B. When the value of I B / I A is less than 0.50, since it is possible to actively deposit the high crystal phase A of ion conductivity, it is possible to obtain a high ion conductivity sulfide solid electrolyte material ..

イオン伝導性の観点からは、LGPS系硫化物系固体電解質は、イオン伝導性の高い結晶相Aの割合が高いことが好ましい。そのため、I/Iの値はより小さいことが好ましく、具体的には0.45以下であることが好ましく、0.25以下であることがより好ましく、0.15以下であることがさらに好ましく、0.07以下であることが特に好ましい。また、I/Iの値は0であることが好ましい。言い換えると、LGPS系硫化物固体電解質材料は、結晶相Bのピークである2θ=27.33°付近のピークを有しないことが好ましい。 From the viewpoint of ionic conductivity, the LGPS-based sulfide-based solid electrolyte preferably has a high proportion of the crystal phase A having high ionic conductivity. Therefore, it is preferable I value of B / I A is smaller, it is preferable that in particular 0.45 or less, more preferably 0.25 or less, further to be 0.15 or less It is preferably 0.07 or less, and particularly preferably 0.07 or less. Further, it is preferable that the value of I B / I A is 0. In other words, the LGPS-based sulfide solid electrolyte material preferably does not have a peak near 2θ = 27.33 °, which is the peak of the crystal phase B.

LGPS系硫化物固体電解質材料は、2θ=29.58°付近にピークを有する。このピークは、上述したように、イオン伝導性の高い結晶相Aのピークの一つである。ここで、2θ=29.58°は、材料組成等によって結晶格子が若干変化し、ピークの位置が2θ=29.58°から多少前後する場合がある。そのため、結晶相Aの上記ピークを、29.58°±0.50°の位置のピークとして定義する。結晶相Aは、通常、2θ=17.38°、20.18°、20.44°、23.56°、23.96°、24.93°、26.96°、29.07°、29.58°、31.71°、32.66°、33.39°のピークを有すると考えられる。なお、これらのピーク位置も、±0.50°の範囲で前後する場合がある。 The LGPS-based sulfide solid electrolyte material has a peak near 2θ = 29.58 °. As described above, this peak is one of the peaks of the crystal phase A having high ionic conductivity. Here, at 2θ = 29.58 °, the crystal lattice may change slightly depending on the material composition and the like, and the peak position may be slightly different from 2θ = 29.58 °. Therefore, the peak of the crystal phase A is defined as a peak at the position of 29.58 ° ± 0.50 °. The crystal phase A is usually 2θ = 17.38 °, 20.18 °, 20.44 °, 23.56 °, 23.96 °, 24.93 °, 26.96 °, 29.07 °, 29. It is considered to have peaks of .58 °, 31.71 °, 32.66 ° and 33.39 °. Note that these peak positions may also move back and forth within a range of ± 0.50 °.

一方、2θ=27.33°付近のピークは、上述したように、イオン伝導性の低い結晶相Bのピークの一つである。ここで、2θ=27.33°は、材料組成等によって結晶格子が若干変化し、ピークの位置が2θ=27.33°から多少前後する場合がある。そのため、結晶相Bの上記ピークを、27.33°±0.50°の位置のピークとして定義する。結晶相Bは、通常、2θ=17.46°、18.12°、19.99°、22.73°、25.72°、27.33°、29.16°、29.78°のピークを有すると考えられる。なお、これらのピーク位置も、±0.50°の範囲で前後する場合がある。 On the other hand, the peak near 2θ = 27.33 ° is one of the peaks of the crystal phase B having low ionic conductivity, as described above. Here, when 2θ = 27.33 °, the crystal lattice may change slightly depending on the material composition and the like, and the peak position may be slightly different from 2θ = 27.33 °. Therefore, the peak of the crystal phase B is defined as a peak at a position of 27.33 ° ± 0.50 °. Crystal phase B usually has peaks of 2θ = 17.46 °, 18.12 °, 19.99 °, 22.73 °, 25.72 °, 27.33 °, 29.16 ° and 29.78 °. Is considered to have. Note that these peak positions may also move back and forth within a range of ± 0.50 °.

また、LGPS系硫化物固体電解質材料は、M元素、M元素およびS元素を含有するものである。上記Mは、一価または二価の元素であることが好ましい。上記Mとしては、例えば、Li、Na、K、Mg、Ca、Znからなる群から選択される少なくとも一種を挙げることができる。これらの元素は、いずれも伝導イオンとして機能するものである。中でも、上記MがLiであることが好ましい。リチウム電池に有用な硫化物固体電解質材料とすることができるからである。また、上記Mは、一価の元素(例えばLi、Na、K)であり、その一部が二価以上の元素(例えばMg、Ca、Zn)で置換されたものであっても良い。これにより、一価の元素が移動しやすくなりイオン伝導性が向上する。 Further, the LGPS-based sulfide solid electrolyte material contains M 1 element, M 2 element and S element. The above M 1 is preferably a monovalent or divalent element. Examples of the M 1 include at least one selected from the group consisting of Li, Na, K, Mg, Ca, and Zn. All of these elements function as conduction ions. Above all, it is preferable that M 1 is Li. This is because it can be used as a sulfide solid electrolyte material useful for lithium batteries. Further, M 1 may be a monovalent element (for example, Li, Na, K), and a part thereof may be substituted with a divalent or higher element (for example, Mg, Ca, Zn). This facilitates the movement of monovalent elements and improves ionic conductivity.

一方、上記Mは、三価、四価または五価の元素であることが好ましい。上記Mとしては、例えば、P、Sb、Si、Ge、Sn、B、Al、Ga、In、Ti、Zr、V、Nbからなる群から選択される一種を挙げることができる。中でも、第一実施態様においては、上記Mが、P、Ge、Al、Zr、Sn、Bからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましく、PおよびGeの少なくとも一方であることがより好ましい。また、上記Mは、2種またはそれ以上の元素であっても良い。 On the other hand, the above M 2 is preferably a trivalent, tetravalent or pentavalent element. Examples of the M 2 include one selected from the group consisting of P, Sb, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, In, Ti, Zr, V, and Nb. Above all, in the first embodiment, the M 2 is preferably at least one selected from the group consisting of P, Ge, Al, Zr, Sn, and B, and is at least one of P and Ge. More preferred. Further, the above M 2 may be two or more kinds of elements.

さらに、LGPS系硫化物固体電解質材料は、任意付加的にCl、Oからなる群から選択される少なくとも一種を含有する。つまり、LGPS系硫化物固体電解質材料は、ハロゲン化物や酸化物を含んでいることがある。ハロゲン化物および/または酸化物は、化学安定性に優れた形態である場合があり、本発明における硫化物系固体電解質の化学的安定性を向上させる。 Further, the LGPS-based sulfide solid electrolyte material contains at least one optionally additionally selected from the group consisting of Cl and O. That is, the LGPS-based sulfide solid electrolyte material may contain halides and oxides. Halides and / or oxides may be in the form of excellent chemical stability, which improves the chemical stability of the sulfide-based solid electrolyte in the present invention.

したがって、LGPS系硫化物固体電解質の典型的な組成として、Li-Ge-P-S組成(Li、Ge、P、Sを含む組成)、Li-Sn-P-S組成(Li、Sn、P、Sを含む組成)、Li-Si-Sn-P-S組成(Li、Si、Sn、P、Sを含む組成)、Li-Si-P-S-Cl-O組成(Li、Si、P、S、Cl、Oを含む組成)、Li-Si-P-S-Cl組成(Li、Si、P、S、Clを含む組成)、Li-Si-Sn-P-S-O組成(Li、Si、Sn、P、S、Oを含む組成)等が挙げられる。なお、これらの組成は所定のI/Iの値を得ることができる組成であれば、当該組成はLGPS型結晶構造を有しているので、当該組成における各元素の組成比は特に限定されるものではない。 Therefore, as typical compositions of LGPS-based sulfide solid electrolytes, Li-Ge-PS composition (composition including Li, Ge, P, S) and Li-Sn-PS composition (Li, Sn, P) , S composition), Li-Si-Sn-PS composition (composition including Li, Si, Sn, P, S), Li-Si-PS-Cl-O composition (Li, Si, P) , S, Cl, O composition), Li-Si-P-S-Cl composition (composition including Li, Si, P, S, Cl), Li-Si-Sn-P-SO composition (Li , Si, Sn, P, S, O) and the like. Note that if these compositions are a composition that can obtain a value of a predetermined I B / I A, since the composition has a LGPS type crystal structure, the composition ratio of each element in the composition particularly limited It is not something that is done.

LGPS系の硫化物固体電解質材料の組成は、所定のI/Iの値を得ることができる組成であれば特に限定されるものではないが、Li(4−x)Ge(1−x)(xは、0<x<1を満たす)の組成であることが好ましい。Liイオン伝導性の高い硫化物固体電解質材料とすることができるからである。ここで、Li(4−x)Ge(1−x)の組成は、LiPSおよびLiGeSの固溶体の組成に該当する。すなわち、この組成は、LiPSおよびLiGeSのタイライン上の組成に該当する。なお、LiPSおよびLiGeSは、いずれもオルト組成に該当し、化学的安定性が高いという利点を有する。このようなLi(4−x)Ge(1−x)の組成を有する硫化物固体電解質材料は、従来からチオリシコンとして知られており、LGPS系硫化物固体電解質材料は、組成上は、従来のチオリシコンと同一であっても良い。 The composition of the sulfide solid electrolyte material LGPS system, but is not particularly limited as long as the composition can be obtained the value of a given I B / I A, Li ( 4-x) Ge (1-x ) P x S 4 (x satisfies 0 <x <1). This is because it can be used as a sulfide solid electrolyte material having high Li ion conductivity. Here, the composition of Li (4-x) Ge ( 1-x) P x S 4 corresponds to the composition of the solid solution of Li 3 PS 4 and Li 4 GeS 4. That is, this composition corresponds to the composition on the tie line of Li 3 PS 4 and Li 4 GeS 4. It should be noted that Li 3 PS 4 and Li 4 GeS 4 both correspond to the ortho composition and have an advantage of high chemical stability. A sulfide solid electrolyte material having such a composition of Li (4-x) Ge (1-x) P x S 4 has been conventionally known as thiolysicon, and an LGPS-based sulfide solid electrolyte material has a composition. May be the same as the conventional thiolysicon.

また、Li(4−x)Ge(1−x)におけるxは、所定のI/Iの値を得ることができる値であれば特に限定されるものではないが、例えば、0.40≦xを満たすことが好ましく、0.45≦xを満たすことが好ましく、0.50≦xを満たすことがより好ましく、0.55≦xを満たすことがより好ましく、0.60≦xを満たすことがさらに好ましい。一方、上記xは、x≦0.8を満たすことが好ましく、x≦0.75を満たすことがより好ましく、x≦0.70を満たすことがさらに好ましく、x≦0.75を満たすことがより好ましく、x≦0.65を満たすことがさらに好ましい。このようなxの範囲とすることにより、I/Iの値をより小さくできるからである。これにより、さらにLiイオン伝導性が良好な硫化物固体電解質材料とすることができる。また、LGPS系の硫化物固体電解質材料は、LiS、PおよびGeSを用いてなるものであることが好ましい。 Also, x in Li (4-x) Ge ( 1-x) P x S 4 is not particularly limited as long as the value can be obtained the value of a given I B / I A, e.g. , 0.40 ≦ x, preferably 0.45 ≦ x, more preferably 0.50 ≦ x, more preferably 0.55 ≦ x, 0.60 It is more preferable to satisfy ≦ x. On the other hand, the above x preferably satisfies x ≦ 0.8, more preferably x ≦ 0.75, further preferably x ≦ 0.70, and x ≦ 0.75. It is more preferable, and it is further preferable to satisfy x ≦ 0.65. With such range of x, is because it smaller values of I B / I A. This makes it possible to obtain a sulfide solid electrolyte material having further good Li ion conductivity. Further, the LGPS-based sulfide solid electrolyte material is preferably made by using Li 2 S, P 2 S 5 and GeS 2 .

次に、本発明におけるLi−P−S−O系硫化物系固体電解質は、Li3+5x1−x4−zで示され、0.01≦x≦0.105であり、かつ0.01≦z≦1.55であることが好ましい。xの値が0.01よりも小さいと、硫化物系固体電解質中に含まれるLiPSおよびγ−LiPSの割合が高くなり、固体電解質の導電率が小さくなる場合があり、xの値が、1.55よりも大きいと、硫化物系固体電解質中に含まれるLiSの割合が高くなり、固体電解質の導電率が小さくなる場合がある。また、zの値が0.01よりも小さくなると、硫化物系固体電解質中に含まれるLiPS、β−LiPSおよびγ−LiPSの割合が高くなり、固体電解質の導電率が小さくなる場合があり、zの値が1.55よりも大きくなると、硫化物系固体電解質中に含まれるLiPSの割合が高くなり、固体電解質の導電率が小さくなる場合がある。xおよびzの値が、0.01≦x≦0.105、かつ0.01≦z≦1.55の範囲内であると、固体電解質の導電率が高くなる。 Next, Li-P-S-O-based sulfide-based solid electrolyte in the present invention is shown by Li 3 + 5x P 1-x S 4-z O z, a 0.01 ≦ x ≦ 0.105, and It is preferable that 0.01 ≦ z ≦ 1.55. If the value of x is smaller than 0.01, the proportion of Li 7 PS 6 and γ-Li 3 PS 4 contained in the sulfide-based solid electrolyte may increase, and the conductivity of the solid electrolyte may decrease. the value of x is, the larger than 1.55, the ratio of Li 2 S contained in the sulfide-based solid electrolyte becomes high so that a conductivity of the solid electrolyte is reduced. Further, when the value of z becomes smaller than 0.01, the ratio of Li 7 PS 6 , β-Li 3 PS 4 and γ-Li 3 PS 4 contained in the sulfide-based solid electrolyte becomes high, and the ratio of the solid electrolyte becomes high. The conductivity may decrease, and if the z value is larger than 1.55, the proportion of Li 7 PS 6 contained in the sulfide-based solid electrolyte may increase, and the conductivity of the solid electrolyte may decrease. be. When the values of x and z are within the range of 0.01 ≦ x ≦ 0.105 and 0.01 ≦ z ≦ 1.55, the conductivity of the solid electrolyte becomes high.

Li−P−S−O系硫化物系固体電解質は、Li3+5x1−x4−zで示した場合、0.02≦x≦0.105であり、かつ0.20≦z≦1.20であることがさらに好ましい。xおよびzの値が、0.02≦x≦0.105、かつ0.20≦z≦1.20であると、LiSおよびγ−LiPSの割合が低くなり、固体電解質の導電率が高くなる。 Li-P-S-O-based sulfide-based solid electrolyte, the case shown in Li 3 + 5x P 1-x S 4-z O z, a 0.02 ≦ x ≦ 0.105, and 0.20 ≦ z It is more preferable that ≦ 1.20. When the values of x and z are 0.02 ≦ x ≦ 0.105 and 0.20 ≦ z ≦ 1.20, the ratio of Li 2 S and γ-Li 3 PS 4 becomes low, and the ratio of the solid electrolyte becomes low. The conductivity becomes high.

Li−P−S−O系固体電解質は、Li3+5x1-x4-zzで示した場合、0.03≦x≦0.09であり、かつ0.25≦z≦1.00であることがさらに好ましい。xおよびzの値が、0.03≦x≦0.09、かつ0.25≦z≦1.00であると、Li2Sおよびγ−Li3PS4の割合が低くなり、固体電解質の導電率が高くなる。 Li-P-S-O-based solid electrolyte, the case shown in Li 3 + 5x P 1-x S 4-z O z, a 0.03 ≦ x ≦ 0.09, and 0.25 ≦ z ≦ It is more preferably 1.00. When the values of x and z are 0.03 ≦ x ≦ 0.09 and 0.25 ≦ z ≦ 1.00, the ratio of Li 2 S and γ-Li 3 PS 4 becomes low, and the ratio of the solid electrolyte becomes low. The conductivity becomes high.

導電率がおよそ1×10-4S/cm以上と導電率が高いことから、Li−P−S−O系硫化物系固体電解質は、Li3+5x1-x4-zzで示し、x=0.07である場合、0.20≦z≦1.00であることが好ましく、z=50である場合、0.03≦x≦0.07であることが好ましい。 Since the conductivity is as high as about 1 × 10 -4 S / cm or more, the Li-P—SO-based sulfide-based solid electrolyte is Li 3 + 5x P1 -x S 4-z Oz. When x = 0.07, 0.20 ≦ z ≦ 1.00 is preferable, and when z = 50, 0.03 ≦ x ≦ 0.07 is preferable.

Li2Sおよびγ−Li3PS4の割合が低く、硫化物系固体電解質の導電率を高くすることができるので、Li−P−S−O系硫化物固体電解質は、Li3+5x1-x4-zzで示し、x=0.07である場合、0.40≦z≦0.60であることがさらに好ましい。 Since the ratio of Li 2 S and γ-Li 3 PS 4 is low and the conductivity of the sulfide-based solid electrolyte can be increased, the Li-P-SO-based sulfide solid electrolyte is Li 3 + 5 x P. shown in 1-x S 4-z O z, if an x = 0.07, further preferably 0.40 ≦ z ≦ 0.60.

本発明におけるLi−P−S−O系硫化物系固体電解質は、X線波長1.5418オングストロームのCu−Kα線による粉末X線回折測定において、少なくとも、12.9°、14.4°、15.2°、18.0°、20.5〜22.0°、24.2°、25.0°、28.0°、30.6°の回折角(2θ)付近に特徴的ピークを有する。したがって、本発明のLi−P−S系およびLi−P−S−O系硫化物系固体電解質は、X線波長1.5418オングストロームのCu−Kα線による粉末X線回折測定において、上記の特徴的ピークを有する。その特徴的ピークの回折角(2θ)から、Li3.33Ge0.330.664と同様な結晶構造を有していると推測される。 The Li-PSO-based sulfide-based solid electrolyte in the present invention has at least 12.9 °, 14.4 °, in powder X-ray diffraction measurement with Cu—Kα rays having an X-ray wavelength of 1.5418 angstroms. Characteristic peaks near the diffraction angles (2θ) of 15.2 °, 18.0 °, 20.5 to 22.0 °, 24.2 °, 25.0 °, 28.0 °, and 30.6 °. Have. Therefore, the Li-PS-based and Li-P-SO-based sulfide-based solid electrolytes of the present invention have the above-mentioned characteristics in the powder X-ray diffraction measurement with Cu-Kα rays having an X-ray wavelength of 1.5418 angstroms. Has a target peak. From the diffraction angle (2θ) of the characteristic peak, it is presumed that it has a crystal structure similar to that of Li 3.33 Ge 0.33 P 0.66 S 4.

また、本発明のLi−P−S系硫化物系固体電解質は、P25を含まず、Li3+5x1-x4で示され、0.06≦x≦0.08であり、X線波長1.5418オングストロームのCu−Kα線による粉末X線回折測定において、少なくとも、13.3°、14.75°、15.3°、18.0°、21.0〜21.7°、24.2°、25.4°、28.4°、30.6°の回折角(2θ)付近に特徴的ピークを有することが好ましい。すなわち、本発明の硫化物系固体電解質は、Li3+5x1-x4で示され、0.06≦x≦0.08であることが好ましい。xの値が、0.06≦x≦0.08であると、固体電解質の導電率が高くなる。 Further, the Li-PS-based sulfide-based solid electrolyte of the present invention does not contain P 2 O 5 , is represented by Li 3 + 5 x P 1-x S 4 , and is 0.06 ≦ x ≦ 0.08. Yes, in powder X-ray diffraction measurements with Cu-Kα rays with an X-ray wavelength of 1.5418 angstroms, at least 13.3 °, 14.75 °, 15.3 °, 18.0 °, 21.0-21. It is preferable to have a characteristic peak near the diffraction angle (2θ) of 7 °, 24.2 °, 25.4 °, 28.4 ° and 30.6 °. That is, the sulfide-based solid electrolyte of the present invention is represented by Li 3 + 5x P 1-x S 4 , and is preferably 0.06 ≦ x ≦ 0.08. When the value of x is 0.06 ≦ x ≦ 0.08, the conductivity of the solid electrolyte becomes high.

本発明におけるLGPS系、Li−P−S系およびLi−P−S−O系の硫化物系固体電解質の原料粉末は、上記の硫化物系固体電解質が得られるものであれば特に限定されるものではなく、Li元素、Ge元素、Sn元素、Si元素、P元素、S元素、Cl元素、O元素等の単体または化合物を用意することができ、組成の化学量論比での調製が容易であり、また入手性等の観点から、LiS、LiCl、LiOH、P、P、SCl、GeS2、SnS、およびSiS等を用意してもよい。 The raw material powder of the LGPS-based, Li-PS-based, and Li-P-SO-based sulfide-based solid electrolytes in the present invention is particularly limited as long as the above-mentioned sulfide-based solid electrolyte can be obtained. It is possible to prepare a single element or a compound such as Li element, Ge element, Sn element, Si element, P element, S element, Cl element, O element, etc. Further, from the viewpoint of availability and the like, Li 2 S, LiCl, LiOH, P 2 S 5 , P 2 O 3 , SCl 2 , GeS 2, SnS 2 , SiS 2 and the like may be prepared.

原料粉末を混合して、前駆体粉末とする。混合は、メノウ乳鉢とメノウ乳棒を用いて手作業で混合してもよい。混合時間は、混合する量や混合の程度に応じて、数分から数時間の範囲で適宜調整してもよい。 The raw material powders are mixed to obtain a precursor powder. Mixing may be done manually using an agate mortar and agate pestle. The mixing time may be appropriately adjusted in the range of several minutes to several hours depending on the amount of mixing and the degree of mixing.

手作業での混合に加えてまたはそれに代えて、メカニカルミリングを用いて混合してもよい。メカニカルミリングは、原料粉末を、機械的エネルギーを付与しながら粉砕しながら混合する方法である。原料粉末を機械的に大量に混合できる点で、メカニカルミリングが好ましい。手作業での混合に比べて、メカニカルミリングは原料粉末をより微細化することが容易であり、製品の結晶純度を高めることがあり好ましい。このようなメカニカルミリングとしては、例えば、振動ミル、ボールミル、ターボミル、メカノフュージョン、ディスクミル等を挙げることができ、中でも振動ミルが好ましい。振動ミルの条件は、原料粉末を混合できるものであれば特に限定されるものではない。振動ミルの振動振幅は、例えば5mm〜15mmの範囲内、中でも6mm〜10mmの範囲内であることが好ましい。振動ミルの振動周波数は、例えば500rpm〜2000rpmの範囲内、中でも1000rpm〜1800rpmの範囲内であることが好ましい。振動ミルの試料の充填率は、例えば1体積%〜80体積%の範囲内、中でも5体積%〜60体積%の範囲内、特に10体積%〜50体積%の範囲内であることが好ましい。また、振動ミルには、振動子(例えばアルミナ製振動子)を用いることが好ましい。混合時間は、混合する量や混合の程度に応じて、数分から数時間の範囲で適宜調整してもよい。 In addition to or instead of manual mixing, mechanical milling may be used for mixing. Mechanical milling is a method of mixing raw material powders while pulverizing them while applying mechanical energy. Mechanical milling is preferable because a large amount of raw material powder can be mechanically mixed. Compared with manual mixing, mechanical milling is preferable because it is easier to make the raw material powder finer and it may increase the crystal purity of the product. Examples of such mechanical milling include a vibration mill, a ball mill, a turbo mill, a mechanofusion, a disc mill, and the like, and a vibration mill is particularly preferable. The conditions of the vibration mill are not particularly limited as long as the raw material powder can be mixed. The vibration amplitude of the vibration mill is preferably in the range of, for example, 5 mm to 15 mm, particularly preferably in the range of 6 mm to 10 mm. The vibration frequency of the vibration mill is preferably in the range of, for example, 500 rpm to 2000 rpm, particularly preferably in the range of 1000 rpm to 1800 rpm. The filling rate of the sample of the vibration mill is preferably in the range of, for example, 1% by volume to 80% by volume, particularly preferably in the range of 5% by volume to 60% by volume, and particularly preferably in the range of 10% by volume to 50% by volume. Further, it is preferable to use a vibrator (for example, an alumina vibrator) for the vibration mill. The mixing time may be appropriately adjusted in the range of several minutes to several hours depending on the amount of mixing and the degree of mixing.

原料粉末を用意する工程、および原料粉末を混合し前駆体粉末を得る工程は、空気中の水分によって原料粉末、得られた前駆体粉末が劣化することを防止するために、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下のグローブボックス内で作業することが好ましい。 The step of preparing the raw material powder and the step of mixing the raw material powder to obtain the precursor powder are inert to the raw material powder and the obtained precursor powder in order to prevent deterioration of the raw material powder and the obtained precursor powder due to moisture in the air. It is preferable to work in a glove box in a gas atmosphere.

前駆体粉末は加熱することにより、LGPS系、Li−P−S系およびLi−P−S−O系の硫化物固体電解質材料に焼成される。この加熱の間、前駆体粉末には不活性ガスを流通させる。不活性ガスを流通させながら、加熱できるものである限り、特に操作は限定されない。一例として、前駆体粉末が粉末であるので、前駆体粉末を皿状容器に載置し、片側が閉じており反対の片側が開放している管に、前駆体粉末の載置した皿状容器を挿入した後、管の開放側から不活性ガスの送気と排気をすることで前駆体粉末に不活性ガスを流通させながら、前駆体粉末の加熱を行なってもよい。皿状容器や管の材質は、前駆体粉末と反応しないものであることが好ましく、アルミナ等を用いることができる。図1は、不活性ガスを流通させながら加熱を行なう装置の概略構成例を示したものである。 By heating, the precursor powder is calcined into LGPS-based, Li-PS-based and Li-P-SO-based sulfide solid electrolyte materials. During this heating, an inert gas is passed through the precursor powder. The operation is not particularly limited as long as the inert gas can be heated while flowing. As an example, since the precursor powder is a powder, the precursor powder is placed in a dish-shaped container, and the precursor powder is placed in a dish-shaped container in which one side is closed and the other side is open. The precursor powder may be heated while the inert gas is circulated through the precursor powder by supplying and exhausting the inert gas from the open side of the pipe. The material of the dish-shaped container or tube is preferably one that does not react with the precursor powder, and alumina or the like can be used. FIG. 1 shows a schematic configuration example of an apparatus for heating while flowing an inert gas.

従来、前駆体の加熱焼成は密閉系で行なわないと、前駆体に含まれる硫化物の揮発や水分との反応により、仕込んだ前駆体と得られる反応生成物との間で組成のズレが生じる可能性があった。しかしながら、本発明によれば、特定の条件で不活性ガスを前駆体に流入しながら加熱することで、そのような組成のズレを生じることなく、反応生成物であるLGPS系、Li−P−S系およびLi−P−S−O系の硫化物固体電解質材料を得ることができる。 Conventionally, if the precursor is not heated and fired in a closed system, the composition of the precursor and the obtained reaction product may be different due to the volatilization of the sulfide contained in the precursor and the reaction with water. There was a possibility. However, according to the present invention, the LGPS system, Li-P-, which is a reaction product, does not cause such a deviation in composition by heating the inert gas while flowing into the precursor under specific conditions. S-based and Li-P-SO-based sulfide solid electrolyte materials can be obtained.

また、従来、前駆体粉末のままで加熱焼成すると、反応速度が遅いので、粉末を圧縮成形(ペレット化)した上で加熱焼成が行なわれていたが、本発明によれば、特定の条件で不活性ガスを前駆体粉末に流入しながら加熱することで反応が加速され、圧縮成形(ペレット化)は必要ない。すなわち、本発明では、圧縮成形(ペレット化)の工程を割愛することができ、生産性が大幅に向上する。また、工程が簡略化できることにより、意図しない汚染の可能性が減り、製品品質(純度等)の向上にも有効である。 Further, conventionally, when the precursor powder is heated and fired as it is, the reaction rate is slow, so that the powder is compression-molded (pelletized) and then heated and fired. However, according to the present invention, under specific conditions. The reaction is accelerated by heating the inert gas while flowing into the precursor powder, and compression molding (pelletization) is not required. That is, in the present invention, the step of compression molding (pelletization) can be omitted, and the productivity is greatly improved. In addition, since the process can be simplified, the possibility of unintended contamination is reduced, which is effective in improving product quality (purity, etc.).

不活性ガスを前駆体粉末に流入させながら、前駆体粉末を加熱する条件の詳細について説明する。 Details of the conditions for heating the precursor powder while allowing the inert gas to flow into the precursor powder will be described.

不活性ガスの流量をF(mL/min)、前駆体粉末の重量をM(g)とすると、F/mが5以上80以下である。
F/Mが上記の範囲外で得られた加熱焼成物は、LGPS系、Li−P−S系およびLi−P−S−O系の硫化物固体電解質材料を十分に含まないことがある。このことは、X線回折測定によって確認できる。
より詳しくは、F/Mが5未満であると、不活性ガスの流れが滞り、余剰な揮発成分を過度に残留させてしまい合成条件下で不活性ガスの流れを適度に保つことで適切な表面状態が得られた合成品が得られる本発明の効果が出ない。また、F/Mが80超であると、焼成対象化合物(前駆体粉末)から揮発しやすい成分が抜け過ぎて適切な組成の合成品が得られない。好ましくは、F/Mが10以上であってもよく、さらに好ましくは、F/Mが20以上であってもよい。また、好ましくは、F/Mが70以下であってもよく、さらに好ましくは、F/Mが60以下であってもよい。
Assuming that the flow rate of the inert gas is F (mL / min) and the weight of the precursor powder is M (g), the F / m is 5 or more and 80 or less.
The heated and fired product obtained with F / M outside the above range may not sufficiently contain LGPS-based, Li-PS-based and Li-P-SO-based sulfide solid electrolyte materials. This can be confirmed by X-ray diffraction measurement.
More specifically, if the F / M is less than 5, the flow of the inert gas is stagnant, leaving excess volatile components excessively, and it is appropriate to keep the flow of the inert gas moderate under synthetic conditions. The effect of the present invention for obtaining a synthetic product having a surface condition is not obtained. On the other hand, if the F / M is more than 80, the volatile components are excessively removed from the compound to be calcined (precursor powder), and a synthetic product having an appropriate composition cannot be obtained. Preferably, the F / M may be 10 or more, and even more preferably, the F / M may be 20 or more. Further, preferably, the F / M may be 70 or less, and more preferably, the F / M may be 60 or less.

さらに、前記前駆体粉末を加熱するための加熱容器の内容積をV(mL)とすると、V/Fが0.1以上3.0以下である。
V/Fが上記の範囲外で得られた加熱焼成物は、LGPS系、Li−P−S系およびLi−P−S−O系の硫化物固体電解質材料を十分に含まないことがある。このことは、X線回折測定によって確認できる。
より詳しくは、V/Fが0.1より小さいと、焼成対象化合物(前駆体粉末)から揮発しやすい成分が抜け過ぎて適切な組成の合成品が得られない。また、V/Fが3.0より大きいと、不活性ガスの流れが滞り、余剰な揮発成分を過度に残留させてしまい合成条件下で不活性ガスの流れを適度に保つことで適切な表面状態が得られた合成品が得られる本発明の効果が出ない。好ましくは、V/Fが0.3以上であってもよく、さらに好ましくは、V/Fが0.5以上であってもよい。また、好ましくは、V/Fが2.7以下であってもよく、さらに好ましくは、V/Fが2.5以下であってもよい。
Further, assuming that the internal volume of the heating container for heating the precursor powder is V (mL), the V / F is 0.1 or more and 3.0 or less.
The heated and fired product obtained with V / F outside the above range may not sufficiently contain LGPS-based, Li-PS-based and Li-P-SO-based sulfide solid electrolyte materials. This can be confirmed by X-ray diffraction measurement.
More specifically, when the V / F is smaller than 0.1, the volatile components are excessively removed from the compound to be calcined (precursor powder), and a synthetic product having an appropriate composition cannot be obtained. On the other hand, if the V / F is larger than 3.0, the flow of the inert gas is stagnant, excessive residual volatile components are left excessively, and the flow of the inert gas is maintained at an appropriate level under synthetic conditions, so that the surface is appropriate. The effect of the present invention is not obtained, in which a synthetic product in which the state is obtained can be obtained. Preferably, the V / F may be 0.3 or more, and more preferably, the V / F may be 0.5 or more. Further, preferably, the V / F may be 2.7 or less, and more preferably, the V / F may be 2.5 or less.

上記の範囲のF/M、V/Fが得られるように、不活性ガスの流量F(mL/min)、前駆体粉末の重量M(g)、および前駆体粉末を加熱するための加熱容器(反応容器)の内容積V(mL)を適宜調整してもよい。 The flow rate F (mL / min) of the inert gas, the weight M (g) of the precursor powder, and the heating vessel for heating the precursor powder so that the F / M and V / F in the above ranges can be obtained. The internal volume V (mL) of the (reaction vessel) may be adjusted as appropriate.

不活性ガスの露点が−30℃以下である。
露点が−30℃を越えると、流入する気体に含まれる水分が前駆体粉末に含まれる硫化物と反応し、仕込んだ前駆体の組成からズレが生じ、得られた加熱焼成物は、LGPS系、Li−P−S系およびLi−P−S−O系の硫化物固体電解質材料を十分に含まないことがある。このことは、X線回折測定によって確認できる。
露点は低い方が、水分の含有量が少ないので、硫化物との反応を抑制する点で有利である。したがって、好ましくは、露点が−35℃以下であってもよく、さらに好ましくは、露点が−40℃以下であってもよい。露点を過剰に下げても、その効果が飽和することや、コストが増大することを考慮して、露点の下限は、−50℃以上としてもよい。好ましくは、露点は−45℃以上であってもよい。
The dew point of the inert gas is −30 ° C. or lower.
When the dew point exceeds -30 ° C, the water contained in the inflowing gas reacts with the sulfide contained in the precursor powder, causing a deviation from the composition of the charged precursor, and the obtained heated and fired product is an LGPS system. , Li-P-S-based and Li-P-SO-based sulfide solid electrolyte materials may not be sufficiently contained. This can be confirmed by X-ray diffraction measurement.
The lower the dew point, the lower the water content, which is advantageous in suppressing the reaction with sulfide. Therefore, preferably, the dew point may be −35 ° C. or lower, and more preferably, the dew point may be −40 ° C. or lower. Even if the dew point is lowered excessively, the lower limit of the dew point may be −50 ° C. or higher in consideration of the saturation of the effect and the increase in cost. Preferably, the dew point may be −45 ° C. or higher.

加熱温度が250℃以上750℃以下である。
加熱温度が上記の範囲外で得られた加熱焼成物は、LGPS系、Li−P−S系およびLi−P−S−O系の硫化物固体電解質材料を十分に含まないことがある。このことは、X線回折測定によって確認できる。
より詳しくは、加熱温度が250℃未満であると、反応が進行せずに未反応物が多量の残存し、目的とする組成の合成品を得ることができず、加熱温度が750℃超であると、合成品の熱分解等により、目的とする組成の合成品を得ることができない。好ましくは、加熱温度が300℃以上であってもよく、さらに好ましくは、加熱温度が350℃以上であってもよい。また、好ましくは、加熱温度が700℃以下であってもよく、さらに好ましくは、加熱温度が650℃以下であってもよい。
なお、加熱時間は、加熱温度及び前駆体粉末の仕込み量に応じて適宜調整することができる。例えば、加熱時間を、昇温時間と保持時間を含んだものとして、それぞれの時間を30分間〜48時間の範囲内としてもよい。
また、加熱終了後に、得られた加熱焼成物を室温まで冷却する際には、自然冷却を採用してもよいし、またはアニーリングをおこなってもよい。
The heating temperature is 250 ° C or higher and 750 ° C or lower.
The heated and fired product obtained at a heating temperature outside the above range may not sufficiently contain LGPS-based, Li-PS-based, and Li-P-SO-based sulfide solid electrolyte materials. This can be confirmed by X-ray diffraction measurement.
More specifically, when the heating temperature is less than 250 ° C., the reaction does not proceed and a large amount of unreacted material remains, and a synthetic product having the desired composition cannot be obtained. If there is, a synthetic product having a desired composition cannot be obtained due to thermal decomposition of the synthetic product or the like. Preferably, the heating temperature may be 300 ° C. or higher, and more preferably, the heating temperature may be 350 ° C. or higher. Further, preferably, the heating temperature may be 700 ° C. or lower, and more preferably, the heating temperature may be 650 ° C. or lower.
The heating time can be appropriately adjusted according to the heating temperature and the amount of the precursor powder charged. For example, the heating time may include the temperature raising time and the holding time, and each time may be in the range of 30 minutes to 48 hours.
Further, when the obtained heated and fired product is cooled to room temperature after the completion of heating, natural cooling may be adopted or annealing may be performed.

前駆体粉末に不活性ガスを流通させる際、加熱容器(反応容器)内の圧力は常圧であってよい。不活性ガスの流通による圧力の変動することを考慮して、常圧とは1013hPa±200hPaの範囲内であってよい。従来の密封系では容器内を略真空にする必要があったが、本態様では常圧でよく操作が簡便であり生産性が向上する。 When the inert gas is circulated through the precursor powder, the pressure in the heating vessel (reaction vessel) may be normal pressure. Considering that the pressure fluctuates due to the flow of the inert gas, the normal pressure may be within the range of 1013 hPa ± 200 hPa. In the conventional sealing system, it is necessary to make the inside of the container substantially vacuum, but in this embodiment, normal pressure is sufficient, the operation is simple, and the productivity is improved.

本発明の一態様では、前駆体粉末に流通させる不活性ガスは、前駆体粉末やそこに含まれる硫化物、および反応装置等と反応して本発明の作用効果を減じるものでなければ特に限定されるものではなく、アルゴン、ドライエアー、窒素、ヘリウムからなる群から選択される少なくとも一種であってもよい。ここに列記したガス種は、入手性、取扱性が容易であることから好ましい。なお、ドライエアーは、酸素を約20vol%含むものであるが、この程度の酸素含有量であれば、本発明の効果を十分に得ることができる。 In one aspect of the present invention, the inert gas to be circulated in the precursor powder is particularly limited as long as it does not react with the precursor powder, the sulfide contained therein, the reactor and the like to reduce the effect of the present invention. It may be at least one selected from the group consisting of argon, dry air, nitrogen and helium. The gas types listed here are preferable because they are easily available and easy to handle. The dry air contains about 20 vol% of oxygen, but if the oxygen content is about this level, the effect of the present invention can be sufficiently obtained.

本発明の一態様では、不活性ガスに含まれる水分が1000ppm以下としてもよい。水分が1000ppm超であると、前駆体粉末やそこに含まれる硫化物、および反応装置等と反応して本発明の作用効果を減じるおそれがあるためである。不活性ガスに含まれる水分は少ない方が好ましいので、500ppm以下であってもよく、より好ましくは100ppm以下、さらに好ましくは10ppm以下であってもよい。 In one aspect of the present invention, the water content of the inert gas may be 1000 ppm or less. This is because if the water content exceeds 1000 ppm, the action and effect of the present invention may be reduced by reacting with the precursor powder, the sulfide contained therein, the reactor and the like. Since the amount of water contained in the inert gas is preferably small, it may be 500 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, and further preferably 10 ppm or less.

本発明の一態様では、製造されるLGPS系、Li−P−S系およびLi−P−S−O系の硫化物固体電解質材料が1バッチあたり2g超であってもよい。本発明の製造方法では、前駆体粉末に不活性ガスを流通させながら、前駆体粉末を加熱する工程を含んでおり、すなわち、当該工程は密閉系でなく開放系で行なうことができる。そのため、従来の密閉系の場合にあった、製造量の制約がなく、本発明の一態様では、製造量を1バッチあたり2g超とすることができる。生産性の観点では、1バッチあたりの製造量は多いほど好ましい。したがって、1バッチあたりの製造量を3g以上、または3g超、さらに好ましくは4g以上、または4g超、より好ましくは5g以上、または5g超としてもよい。1バッチあたりの製造量の上限は特に限定されるものではないが、設備コスト、運用作業性等を考慮して、適宜選択することができる。一例として、1バッチあたりの製造量の上限は、1000g以下としてもよく、または100g以下としてもよく、または10g以下としてもよい。 In one aspect of the present invention, the amount of LGPS-based, Li-PS-based, and Li-P-SO-based sulfide solid electrolyte material produced may exceed 2 g per batch. The production method of the present invention includes a step of heating the precursor powder while flowing an inert gas through the precursor powder, that is, the step can be performed in an open system instead of a closed system. Therefore, there is no restriction on the production amount as in the case of the conventional closed system, and in one aspect of the present invention, the production amount can be more than 2 g per batch. From the viewpoint of productivity, it is preferable that the production amount per batch is large. Therefore, the production amount per batch may be 3 g or more, or more than 3 g, more preferably 4 g or more, or more than 4 g, more preferably 5 g or more, or more than 5 g. The upper limit of the production amount per batch is not particularly limited, but it can be appropriately selected in consideration of equipment cost, operational workability, and the like. As an example, the upper limit of the production amount per batch may be 1000 g or less, 100 g or less, or 10 g or less.

本発明の一態様では、前駆体粉末を加熱するための加熱容器を回転することにより、前駆体粉末を攪拌しながら加熱を行ってもよい。
前駆体粉末を加熱する容器は、特に限定されるものではないが、回転できるものであると、加熱効率や攪拌効率の観点から、好ましい。加熱容器は、図1に示すような、略円筒形状のものであると、円筒軸方向に軸回転が容易であり好ましい。
回転速度は、加熱効率等を考慮して適宜調整可能であり、1〜100回転/minであってもよい。1回転/min未満であると、回転による加熱効率向上や攪拌効率向上の効果が十分でない場合がある。回転数の上限は特に限定されるものではないが、回転数増加による効果が飽和気味になること、設備コストが増加することから、100回転/minを上限としてもよい。
In one aspect of the present invention, the precursor powder may be heated while being agitated by rotating the heating container for heating the precursor powder.
The container for heating the precursor powder is not particularly limited, but a container that can be rotated is preferable from the viewpoint of heating efficiency and stirring efficiency. It is preferable that the heating container has a substantially cylindrical shape as shown in FIG. 1 because it is easy to rotate the axis in the cylindrical axis direction.
The rotation speed can be appropriately adjusted in consideration of heating efficiency and the like, and may be 1 to 100 rotations / min. If it is less than 1 rotation / min, the effect of improving the heating efficiency and the stirring efficiency by rotation may not be sufficient. The upper limit of the rotation speed is not particularly limited, but 100 rotations / min may be the upper limit because the effect of increasing the rotation speed tends to be saturated and the equipment cost increases.

本発明により製造される硫化物固体電解質材料は、LGPS系、Li−P−S系およびLi−P−S−O系の硫化物系固体電解質の結晶構造を有しており、優れたイオン伝導性を有することがある。電池等に応用する観点から、イオン伝導性は高いことが好ましく、25℃におけるイオン伝導性は、得られた粉末状のLGPS系硫化物固体電解質材料を焼結ペレットにした場合に、5.0×10−3S/cm以上であることが好ましく、より好ましくは6.0×10−3S/cm以上、さらに好ましくは7.0×10−3S/cm以上であってもよい。
なお、導電率は、特に断りの無い限り、Liイオンのイオン導電率である。硫化物系固体電解質のイオン導電率は、たとえば、周知の交流インピーダンス法により測定される。
The sulfide solid electrolyte material produced by the present invention has a crystal structure of LGPS-based, Li-PS-based and Li-P-SO-based sulfide-based solid electrolytes, and has excellent ionic conduction. May have sex. From the viewpoint of application to batteries and the like, it is preferable that the ionic conductivity is high, and the ionic conductivity at 25 ° C. is 5.0 when the obtained powdered LGPS-based sulfide solid electrolyte material is made into sintered pellets. is preferably × 10 -3 S / cm or more, more preferably 6.0 × 10 -3 S / cm or more, more preferably may be 7.0 × 10 -3 S / cm or more.
The conductivity is the ionic conductivity of Li ions unless otherwise specified. The ionic conductivity of a sulfide-based solid electrolyte is measured, for example, by a well-known AC impedance method.

また、本発明により製造された硫化物固体電解質材料は、優れた耐水性を有することが確認された。 Further, it was confirmed that the sulfide solid electrolyte material produced by the present invention has excellent water resistance.

一般的に、硫化物は周囲の雰囲気に含まれる水分によって劣化しやすく、それに伴い有害な硫化水素を発生することがある。この劣化現象について、本発明者らが詳細に調査したところ、以下の知見を得た。具体的には、雰囲気中の水分(HO)が、硫化物固体電解質の表面およびその近傍に存在する硫黄(S)元素と、物理吸着反応、化学吸着反応、または水和反応を生じ、それら反応物の一部が硫化水素(HS)に変化する。硫化水素は、沸点が−60.7℃であり、特殊な環境を除けば気体状態となることから、硫化物固体電解質から不可逆的に離脱する。硫化物固体電解質の一粒子は、この硫化水素(HS)離脱を通じて、その組織の一部が崩壊して、当該一粒子は分割され、より小さい複数の粒子が形成される。複数の小さな結晶粒子が形成されると、当該小さい粒子どうしの界面接触が増加し、粒界抵抗が増加し、イオン導電率が低下する。すなわち、硫化物固体電解質は、周囲の雰囲気に含まれる水分と反応して硫化水素を発生すると、当該硫化水素の離脱により、イオン導電率が不可逆的に劣化(低下)する。 In general, sulfides are easily deteriorated by the moisture contained in the surrounding atmosphere, and harmful hydrogen sulfide may be generated accordingly. When the present inventors investigated this deterioration phenomenon in detail, the following findings were obtained. Specifically, the moisture in the atmosphere (H 2 O), etc. are resulted and sulfur (S) elements present in and near the surface of the sulfide solid electrolyte, the physical adsorption, chemical adsorption reaction or a hydration reaction, some of these reactants is changed to hydrogen sulfide (H 2 S). Hydrogen sulfide has a boiling point of −60.7 ° C. and is in a gaseous state except in a special environment, so that it irreversibly separates from the sulfide solid electrolyte. Single particle of the sulfide solid electrolyte, through the hydrogen sulfide (H 2 S) leaving a portion of the tissue is collapsed, the single particle is divided, a plurality of smaller particles are formed. When a plurality of small crystal particles are formed, the interfacial contact between the small particles increases, the grain boundary resistance increases, and the ionic conductivity decreases. That is, when a sulfide solid electrolyte reacts with water contained in the surrounding atmosphere to generate hydrogen sulfide, the ionic conductivity is irreversibly deteriorated (decreased) due to the release of the hydrogen sulfide.

上記の知見に基づいて、本発明者らは、硫化物固体電解質から離脱する硫化水素を検出することによって、硫化物固体電解質の劣化の度合いを評価することを着想した。言い換えると、硫化水素の離脱が少なく、劣化の度合いが小さい、と評価される硫化物固体電解質は、耐水性が高いといえる。この硫化物固体電解質の劣化の度合い、または耐水性の評価では、周囲の雰囲気に含まれる水分によって影響を受けるおそれがあるので、硫化物固体電解質材料を露点の管理されたグローブボックス(露点−40℃〜−45℃の大気)内に所定時間にわたって静置する。この間に硫化物固体電解質から離脱した硫化水素の量の測定、静置前後または静置の途中時点で測定したイオン導電率及び結晶構造の比較をすることにより、各硫化物固体電解質間の劣化の度合い、または耐水性を評価する。 Based on the above findings, the present inventors have conceived to evaluate the degree of deterioration of the sulfide solid electrolyte by detecting hydrogen sulfide released from the sulfide solid electrolyte. In other words, it can be said that the sulfide solid electrolyte, which is evaluated to have a small amount of hydrogen sulfide detachment and a small degree of deterioration, has high water resistance. In the evaluation of the degree of deterioration of the sulfide solid electrolyte or the water resistance, it may be affected by the moisture contained in the surrounding atmosphere. Therefore, the sulfide solid electrolyte material is used as a glove box with a controlled dew point (dew point -40). Allow to stand in the air at ° C to −45 ° C for a predetermined time. During this period, the amount of hydrogen sulfide separated from the sulfide solid electrolyte was measured, and the ionic conductivity and crystal structure measured before and after standing or during the standing were compared to determine the deterioration between the sulfide solid electrolytes. Evaluate the degree or water resistance.

本発明による硫化物固体電解質材料を露点の管理されたグローブボックス(露点−40℃〜−45℃の大気)内に置いたところ、硫化水素の発生は認められず、引き続いて経時的にXRD測定を行なったところ、従来の密閉系で製造された硫化物よりも、長期にわたって結晶構造が維持されることが確認された。 When the sulfide solid electrolyte material according to the present invention was placed in a glove box with a controlled dew point (atmosphere with a dew point of −40 ° C. to −45 ° C.), no hydrogen sulfide was generated, and subsequently, XRD measurement was performed over time. As a result, it was confirmed that the crystal structure was maintained for a longer period of time than the sulfide produced in the conventional closed system.

さらに、硫化物固体電解質材料を用いた電池を作製し、その電池を同様に露点の管理されたグローブボックス内に置き、経時的にインピーダンス測定を行なったところ、従来の密閉系で製造された硫化物の電池よりも、導電性が高く、長期にわたって導電性が維持されることが確認された。一例では、密閉系で得たLGPS系硫化物固体電解質の初期の導電率が6.6±1.8mS/cmであったところ、開放系の導電率は7.9±1.9mS/cmであった。開放系及び密閉系で得た硫化物固体電解質のいずれも、グローブボックス内で所定時間にわたって静置した後の導電率は、初期の導電率に比べて低下した。ただし、密閉系で得た硫化物固体電解質は、導電率の初期値を100%とすると、導電率の低下度合が80%に達したところ、開放系で得た硫化物固体電解質は、導電率の低下度合が10%であった。つまり、開放系で得た硫化物固体電解質は、密閉系のものに比べて、導電率の低下の度合いが極めて小さかった。 Furthermore, a battery using a sulfide solid electrolyte material was prepared, the battery was placed in a glove box in which the dew point was controlled in the same manner, and impedance measurement was performed over time. It was confirmed that the conductivity was higher than that of a real battery, and that the conductivity was maintained for a long period of time. In one example, the initial conductivity of the LGPS-based sulfide solid electrolyte obtained in the closed system was 6.6 ± 1.8 mS / cm, whereas the conductivity of the open system was 7.9 ± 1.9 mS / cm. there were. The conductivity of both the sulfide solid electrolytes obtained in the open system and the closed system after being allowed to stand in the glove box for a predetermined time was lower than the initial conductivity. However, when the initial value of the conductivity of the sulfide solid electrolyte obtained in the closed system is 100%, the degree of decrease in the conductivity reaches 80%, and the sulfide solid electrolyte obtained in the open system has the conductivity. The degree of decrease was 10%. That is, the sulfide solid electrolyte obtained in the open system had an extremely small degree of decrease in conductivity as compared with the closed system.

上述のように、本発明の製造方法により、開放系で製造された硫化物固体電解質は、従来の密閉系で製造された硫化物固体電解質に比べて、優れた耐水性を有することが確認された。特定の理論に拘束されることは望まないが、本発明の製造方法によれば、不活性ガスが流通しているために、得られる硫化物固体電解質の表面が従来の密閉系とは異なる状態になっており、水分との反応が抑制されて硫化水素を発生しにくいこと、固体電解質から硫化水素が離脱せず固体電解質組織の崩壊や分割が起きにくいこと、粒界での抵抗値が増加しにくく高いイオン導電性が維持されることにつながっていると考えられる。 As described above, it was confirmed by the production method of the present invention that the sulfide solid electrolyte produced in the open system has excellent water resistance as compared with the sulfide solid electrolyte produced in the conventional closed system. rice field. Although it is not desired to be bound by a specific theory, according to the production method of the present invention, the surface of the obtained sulfide solid electrolyte is different from that of the conventional closed system due to the circulation of the inert gas. The reaction with water is suppressed and hydrogen sulfide is less likely to be generated, hydrogen sulfide does not separate from the solid electrolyte and the solid electrolyte structure is less likely to collapse or divide, and the resistance value at the grain boundary increases. It is considered that it is difficult to do so and high ionic conductivity is maintained.

本発明の製造方法に含まれる一連の工程では、空気中の水分によって原料粉末、前駆体粉末、および得られた固体電解質材料が劣化することを防止するために、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で作業することが好ましい。 In the series of steps included in the production method of the present invention, in order to prevent the raw material powder, the precursor powder, and the obtained solid electrolyte material from being deteriorated by the moisture in the air, the atmosphere of an inert gas such as argon is used. It is preferable to work with.

以下、実施例を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。なお、下記の実施例は本発明を限定するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. The following examples do not limit the present invention.

(前駆体粉末の調製)
原料粉末を用意し、それらを混合して、前駆体粉末を得た。一連の操作は、露点−70℃以下のガス循環精製機付グローブボックス(株式会社美和製作所製 DBO−1.5−T1000)内で行なった。
原料粉末として、二硫化ゲルマニウム(GeS 株式会社高純度化学研究所製 純度99.99%)、硫化リチウム(LiS 三津和化学薬品株式会社製 純度99.9%)、塩化リチウム(LiCl 富士フィルム和光純薬株式会社製 純度99.0%)、水酸化リチウム(LiOH 米山薬品工業株式会社製 純度98%)、五硫化二リン(P Sigma−Aldrich Corporation製 純度99%)、二硫化珪素(SiS 三津和化学薬品株式会社製 純度99%)、二硫化スズ(SnS 三津和化学薬品株式会社製 純度99%)等を用意した。
試験条件に応じて、混合は、手作業のみで行なうか、または手作業の上メカニカルミリングでも行なった。
所望の組成の固体電解質材料が得られるように決定された化学量論比で、上記の原料粉末を所定量秤量して、メノウ乳鉢に入れ、スパチュラを用いて手作業により1分間混合した後に、メノウ乳棒を用いて手作業により15分間混合した。その際、原料混合粉末がメノウ乳鉢の内壁に固着しないように、5分に1回の割合でスパチュラで固着物を掻き落とした。
手作業による混合の後、メカニカルミリングとして、高速振動粉砕器(株式会社CMT製 TI−100)で、振動ミル処理(VM:Vibration Milling)を30分行った。
(Preparation of precursor powder)
Raw material powders were prepared and mixed to give precursor powders. A series of operations were performed in a glove box with a gas circulation purifier (DBO-1.5-T1000 manufactured by Miwa Seisakusho Co., Ltd.) having a dew point of −70 ° C. or lower.
As raw material powders, disulfide germanium (GeS 2 produced by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd. purity of 99.99%), lithium sulfide (Li 2 S Mitsuwa Chemicals Co., Ltd. purity: 99.9%), lithium chloride (LiCl Fuji film Wako pure chemical Co., Ltd. purity 99.0%), lithium hydroxide (98% manufactured by pure LiOH Yoneyama Yakuhin Kogyo Co., Ltd.), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 Sigma-Aldrich Corporation , Ltd. purity: 99%), two Silicon sulfide (SiS 2 manufactured by Mitsuwa Chemical Co., Ltd., purity 99%), tin disulfide (SnS 2 manufactured by Mitsuwa Chemical Co., Ltd., purity 99%) and the like were prepared.
Depending on the test conditions, mixing was done manually or by manual and mechanical milling.
The above raw material powders are weighed in a predetermined amount at a stoichiometric ratio determined to give a solid electrolyte material of the desired composition, placed in an agate mortar, manually mixed with a spatula for 1 minute, and then mixed. The mixture was manually mixed for 15 minutes using an agate pestle. At that time, the adhered material was scraped off with a spatula once every 5 minutes so that the raw material mixed powder did not adhere to the inner wall of the agate mortar.
After manual mixing, vibration milling (VM: Vibration Milling) was performed for 30 minutes with a high-speed vibration crusher (TI-100 manufactured by CMT Co., Ltd.) as mechanical milling.

(比較例:密封系での加熱焼成)
引き続いて、グローブボックス(株式会社美和製作所製 DBO−1.5−T1000)内で、前駆体粉末約1gを粉末成形金型(内径13mm)に入れ、油圧プレス機(理研精機株式会社 足踏油圧ポンプP−6)で表示圧力20MPa(成形圧力は約433MPa)に加圧して、直径10mm、厚さ1cm程度のペレットを作製した。
作製したペレットを、外径13mm 内径11mm 長さ20cm程度の片側を閉じたパイレックス(登録商標)管に入れ、真空ライン(株式会社十條合成化学研究所製 ガラス製)に接続して、パイレックス(登録商標)管内を10Paまで減圧した。
次に、LNG/Oバーナーでパイレックス(登録商標)管のガラス壁を3方向(約120°間隔)から凹ませながら、パイレックス(登録商標)管内にペレットを封入した。
前駆体ペレットを封入したパイレックス(登録商標)管を水平方向から5〜10°傾けた状態のアルミナ製炉心管内に入れ、マッフル炉(デンケン・ハイデンタル株式会社製 300−Plus)で550℃まで3時間で昇温後、8時間保持した。
自然冷却した後にグローブボックス内で開管して、焼成物を取り出し、メノウ乳鉢とメノウ乳棒で焼成物を10分間粉砕して、LGPS系硫化物固体電解質を得た。
(Comparative example: Heating and firing in a sealed system)
Subsequently, in a glove box (DBO-1.5-T1000 manufactured by Miwa Seisakusho Co., Ltd.), about 1 g of precursor powder was placed in a powder molding die (inner diameter 13 mm), and a hydraulic press machine (RIKEN Seiki Co., Ltd. foot hydraulic pressure) was used. The pump P-6) was used to pressurize the display pressure to 20 MPa (molding pressure is about 433 MPa) to prepare pellets having a diameter of 10 mm and a thickness of about 1 cm.
The prepared pellets are placed in a Pyrex (registered trademark) tube with an outer diameter of 13 mm, an inner diameter of 11 mm, and a length of about 20 cm, which is closed on one side, and connected to a vacuum line (made of glass manufactured by Tojo Synthetic Chemical Laboratory Co., Ltd.) to be connected to Pyrex (registered). The inside of the pipe was reduced to 10 Pa.
Next, pellets were sealed in the Pyrex® tube while denting the glass wall of the Pyrex® tube from three directions (at intervals of about 120 °) with an LNG / O 2 burner.
A Pyrex (registered trademark) tube containing precursor pellets is placed in an alumina core tube tilted 5 to 10 ° from the horizontal direction, and a muffle furnace (300-Plus manufactured by Denken Hydental Co., Ltd.) is used to reach 550 ° C. 3 After raising the temperature in time, it was held for 8 hours.
After air cooling, the tube was opened in a glove box, the calcined product was taken out, and the calcined product was crushed with an agate mortar and an agate pestle for 10 minutes to obtain an LGPS-based sulfide solid electrolyte.

(発明例:開放系での加熱焼成)
グローブボックス(株式会社美和製作所製 DBO−1.5−T1000)内で、前駆体粉末約1.0〜5.0gをアルミナボートに載せ、片側が閉じたアルミナ製タンマン管中に設置した。タンマン管の開口部にOリングの付属した金属治具をかぶせ、治具のネジを締めることで管内を密封した。
前駆体粉末を入れたタンマン管をグローブボックスから取り出し、管状炉(株式会社いすゞ製作所製 VTDW−2R)に設置した。
G1等級(純度 >99.99995vol.% 露点 <−80℃)のArガスを接続したガスラインに、Arガスを0.2L/minで流入させて、1分程度ガスライン内の置換をした後、専用のコネクタ(Swagelock社 ミニチュア・クイック・コネクツ1/8SS−QM2−B(D)−200)を用いて、ガスラインとタンマン管の金属治具を接続した。
Arガスをタンマン管内(および管内の前駆体)に流通させたまま、550℃まで3時間で昇温後、8時間保持した。加熱容器であり反応容器であるタンマン管の内容積Vは180mLであった。不活性ガスの流量をF(mL/min)、前記前駆体粉末の重量をM(g)とすると、F/Mが5以上80以下であり、V/Fが0.1以上3.0以下の範囲となるように制御した。
自然冷却した後にグローブボックス内で金属治具を解体して、密封を解き、タンマン管から焼成物を取り出し、メノウ乳鉢とメノウ乳棒で焼成物を10分間粉砕して、LGPS系硫化物固体電解質を得た。
(Example of invention: heating and firing in an open system)
In a glove box (DBO-1.5-T1000 manufactured by Miwa Seisakusho Co., Ltd.), about 1.0 to 5.0 g of precursor powder was placed on an alumina boat and placed in an alumina tanman tube with one side closed. The opening of the Tanman tube was covered with a metal jig with an O-ring, and the inside of the tube was sealed by tightening the jig screw.
The Tanman tube containing the precursor powder was taken out from the glove box and installed in a tube furnace (VTDW-2R manufactured by Isuzu Seisakusho Co., Ltd.).
After injecting Ar gas at 0.2 L / min into a gas line connected to G1 grade (purity> 99.99995 vol.% Dew point <-80 ° C) Ar gas and replacing the inside of the gas line for about 1 minute. , The gas line and the metal jig of the Tanman tube were connected using a dedicated connector (Swagelock Miniature Quick Connect 1/8 SS-QM2-B (D) -200).
While the Ar gas was flowing in the Tanman tube (and the precursor in the tube), the temperature was raised to 550 ° C. for 3 hours and then maintained for 8 hours. The internal volume V of the Tanman tube, which is a heating container and a reaction container, was 180 mL. Assuming that the flow rate of the inert gas is F (mL / min) and the weight of the precursor powder is M (g), the F / M is 5 or more and 80 or less, and the V / F is 0.1 or more and 3.0 or less. It was controlled to be within the range of.
After air cooling, the metal jig is disassembled in the glove box, the seal is released, the calcined product is taken out from the Tanman tube, and the calcined product is crushed for 10 minutes with an agate mortar and an agate pestle to obtain an LGPS-based sulfide solid electrolyte. Obtained.

(発明例および比較例の比較)
LGPS系硫化物固体電解質における標準組成であるLi(4−x)Ge(1−x)PxS(x=0.65)、別の表現をすればLi(10+δ)Ge(1+δ)2-δ12(δ=0.05)で組成を固定した上で、前駆体粉末調製のための混合処理条件(手作業のみで行なうか、または手作業の上メカニカルミリングも行なう)および前駆体の焼成条件(密閉系で行なうか、または開放系で行なう)を変化させ、6種類のLGPS系硫化物固体電解質を作製した。
得られた生成物であるLGPS系硫化物固体電解質について、XRD測定を行ない、そのXRDパターンを図2に示す。
図2の上から1番目の「ICSD LGPS065」は、Li3.35Ge0.350.65の標準試料のXRDチャートであり、典型的なLGPS系硫化物系固体電解質の結晶構造を示している。
上から2番目のチャートは手作業のみの混合+密閉系での焼成を行なったものであり、主相としてのLGPS型の結晶ピーク以外に、不純物相としてβ−LiPSと考えられるピークも確認された。
説明の順序が前後するが、上から4番目のチャートは、手作業のみの混合+開放系(Ar流入)での焼成を行なったものであり、主相としてのLGPS型の結晶ピーク以外に、不純物相としてLiと考えられるピークも確認された。
上から3番目のチャートは、4番目のチャートの試料を手作業で再粉砕した上でもう一度開放系(Ar流入)での焼成を行なったものであり、主相としてのLGPS型の結晶ピークの強度が高まったが(例えば2θ=12.5°付近のピーク参照)、不純物相としてのLiと考えられるピークが残存していた。
上から5番目のチャートは、メカニカルミリングでの混合+開放系(Ar流入)での焼成を行なったものであり、LGPS型の結晶ピークが単相で得られており、不純物は含まれていないことが示唆される。
上から6番目のチャートは、メカニカルミリングでの混合+密閉系での焼成を行なったものであり、5番目のチャートと同様に、LGPS型の結晶ピークが単相で得られており、不純物は含まれていないことが示唆される。
上から7番目のチャートは、メカニカルミリングでの混合+開放系(O流入)での焼成を行なったものであり、定性不可能なXRDピークが得られ、LGPS相の合成はできなかったことが示唆される。
(Comparison of Invention Examples and Comparative Examples)
Li (4-x) Ge (1-x) PxS 4 (x = 0.65), which is the standard composition for LGPS-based sulfide solid electrolytes , in other words Li (10 + δ) Ge (1 + δ) P 2- After fixing the composition at δ S 12 (δ = 0.05), the mixing treatment conditions for the preparation of the precursor powder (either manually or by manual mechanical milling) and the precursor. Six types of LGPS-based sulfide solid electrolytes were prepared by changing the firing conditions (performed in a closed system or in an open system).
XRD measurement was performed on the obtained LGPS-based sulfide solid electrolyte, and the XRD pattern is shown in FIG.
"ICSD LGPS065" from the top in FIG. 2 first is the XRD chart of the standard sample of Li 3.35 Ge 0.35 P 0.65 S 4 , the typical crystal structure of LGPS based sulfide-based solid electrolyte Is shown.
The second chart from the top is a manual mixing + firing in a closed system, and in addition to the LGPS type crystal peak as the main phase, the peak considered to be β-Li 3 PS 4 as the impurity phase. Was also confirmed.
Although the order of explanation is different, the fourth chart from the top is a manual mixing + firing in an open system (Ar inflow), and besides the LGPS type crystal peak as the main phase, A peak considered to be Li 4 P 2 S 6 as the impurity phase was also confirmed.
The third chart from the top is a sample of the fourth chart that was manually reground and then fired again in an open system (Ar inflow), showing the LGPS-type crystal peak as the main phase. Although the intensity increased (see, for example, the peak near 2θ = 12.5 °), a peak considered to be Li 4 P 2 S 6 as the impurity phase remained.
The fifth chart from the top shows mixing in mechanical milling + firing in an open system (Ar inflow), and LGPS type crystal peaks are obtained in a single phase and do not contain impurities. Is suggested.
The sixth chart from the top shows mixing by mechanical milling + firing in a closed system, and like the fifth chart, LGPS type crystal peaks are obtained in a single phase, and impurities are It is suggested that it is not included.
The 7th chart from the top shows the mixing in mechanical milling + firing in an open system (O 2 inflow), and an uncertain XRD peak was obtained, and the LGPS phase could not be synthesized. Is suggested.

なお、XRDは以下の要領で測定を行った。
作製した試料に含まれる結晶を同定するために、粉末X線回折装置Ulima−IV(株式会社リガク製)およびSmart Lab(株式会社リガク製)を使用して、粉末X線回折測定を行った。粉末X線回折測定には、X線波長1.5418オングストロームのCu−Kα線を使用した。10〜35°の範囲で0.01°ステップで回折角(2θ)で粉末X線回折測定を行った。
The XRD was measured as follows.
In order to identify the crystals contained in the prepared sample, powder X-ray diffraction measurement was performed using a powder X-ray diffractometer Ulima-IV (manufactured by Rigaku Co., Ltd.) and Smart Lab (manufactured by Rigaku Co., Ltd.). Cu-Kα rays with an X-ray wavelength of 1.5418 angstroms were used for the powder X-ray diffraction measurement. Powder X-ray diffraction measurement was performed at a diffraction angle (2θ) in 0.01 ° steps in the range of 10 to 35 °.

表1は上記の結果の概要を纏めたものである。

Figure 2021150289
Table 1 summarizes the above results.
Figure 2021150289

上記の製造条件の中から、LGPS型の結晶ピークが単相で得られた、(上から5番目のチャート)メカニカルミリング+開放系焼成(Ar)の条件を採用し、Li(4−x)Ge(1−x)PxSのxを0.45から0.70まで0.05刻みで変化させ、別の表現をすればLi(10+δ)Ge(1+δ)2-δ12のδを0.65から−0.10まで0.15刻みで変化させた。ここで、得られた焼成物について、XRD測定を行ない、そのXRDパターンを図3に示す。
xの値が増加するに従ってピークは高角にシフトしており、このことからGeとPの量比が変わりつつもLGPS型構造は維持されていることが分かる。LGPS型構造の単相で生成する組成範囲はxが0.5以上0.65以下と考えられる。
From the above manufacturing conditions, the conditions of mechanical milling + open firing (Ar) in which the LGPS type crystal peak was obtained in a single phase (fifth chart from the top) were adopted, and Li (4-x) was adopted. Ge (1-x) PxS 4 x is changed from 0.45 to 0.70 in 0.05 increments, in other words Li (10 + δ) Ge (1 + δ) P 2-δ S 12 δ It was changed from 0.65 to −0.10 in 0.15 increments. Here, XRD measurement is performed on the obtained fired product, and the XRD pattern is shown in FIG.
As the value of x increases, the peak shifts to a higher angle, which indicates that the LGPS type structure is maintained while the quantitative ratio of Ge and P changes. It is considered that x is 0.5 or more and 0.65 or less in the composition range generated by a single phase of the LGPS type structure.

表2はLi(4−x)Ge(1−x)PxSのxを0.50から0.65の範囲で変化させて得た焼成物の導電率を纏めたものである。参考として、密閉系での焼成により得た焼成物の導電率も併記した。

Figure 2021150289
Table 2 summarizes the conductivity of the fired product obtained by changing x in Li (4-x) Ge (1-x) PxS 4 in the range 0.50 to 0.65. For reference, the conductivity of the fired product obtained by firing in a closed system is also shown.
Figure 2021150289

なお、導電率は以下の要領で測定した。
得られた試料を粉砕し、焼結ペレット用セルに入れた後、169MPaの圧力を常温用セルに適用してペレットを作製した。その後、550℃で12時間の焼結を行って、種々の組成の固体電解質材料よりなる焼結ペレットを得た。ペレットの径はおよそ10mmであり、厚さは1〜2mmとして測定用試料を作製した。電極はAuを用いて、これを測定用試料に貼り合わせ、Au/測定用試料/Auの電池とした。測定用試料の導電率の測定には、NF社製 Frequency Response Analyzerを使用した。15MHz〜100Hzの測定範囲、26℃〜127℃の測定温度、50〜100mVの交流電圧および2秒の積算時間の条件で交流インピーダンス測定を行い、試料の導電率を測定した。
The conductivity was measured as follows.
The obtained sample was pulverized and placed in a cell for sintering pellets, and then a pressure of 169 MPa was applied to the cell for room temperature to prepare pellets. Then, sintering was carried out at 550 ° C. for 12 hours to obtain sintered pellets made of solid electrolyte materials having various compositions. A measurement sample was prepared with a pellet diameter of about 10 mm and a thickness of 1 to 2 mm. Au was used as the electrode, and this was attached to the measurement sample to obtain an Au / measurement sample / Au battery. A Frequency Response Analyzer manufactured by NF was used for measuring the conductivity of the sample for measurement. The AC impedance was measured under the conditions of a measurement range of 15 MHz to 100 Hz, a measurement temperature of 26 ° C. to 127 ° C., an AC voltage of 50 to 100 mV, and an integration time of 2 seconds, and the conductivity of the sample was measured.

また、Li(4−x)Ge(1−x)PxSのxが0.55である固体電解質材料を用いた測定用試料について、露点の管理されたグローブボックス(露点−40℃〜−45℃の大気)内に12時間静置した後にも、導電率の測定を行った。密閉系で得た硫化物固体電解質は、導電率の初期値を100%とすると、導電率の低下度合が80%に達したところ、開放系で得た硫化物固体電解質は、導電率の低下度合が10%であった。他の組成についても、同様の測定を行い、開放系で得た硫化物固体電解質は、密閉系のものに比べて、導電率の低下の度合いが極めて小さいことを確認した。 Further, for a measurement sample using a solid electrolyte material in which x of Li (4-x) Ge (1-x) PxS 4 is 0.55, a glove box with a controlled dew point (dew point −40 ° C. to −45). The conductivity was measured even after being allowed to stand in the air at ° C. for 12 hours. Assuming that the initial value of the conductivity of the sulfide solid electrolyte obtained in the closed system is 100%, the degree of decrease in conductivity reaches 80%, but the sulfide solid electrolyte obtained in the open system has a decrease in conductivity. The degree was 10%. Similar measurements were performed for other compositions, and it was confirmed that the degree of decrease in conductivity of the sulfide solid electrolyte obtained in the open system was extremely small as compared with that in the closed system.

さらに、1バッチあたりの生産量(焼成量)を1.0〜5.0gの範囲で変化させ、得られた焼成物について、XRD測定を行ない、そのXRDパターンを図4に示す。
5.0gを焼成したチャートも1.0gを焼成したチャートとほぼ変わらないピークを示している。したがって、本発明により、硫化物固体電解質材料の生産性をスケールアップ可能であることが示唆される。
Further, the production amount (fired amount) per batch was changed in the range of 1.0 to 5.0 g, and the obtained fired product was subjected to XRD measurement, and the XRD pattern thereof is shown in FIG.
The chart obtained by firing 5.0 g also shows a peak that is almost the same as the chart obtained by firing 1.0 g. Therefore, it is suggested that the present invention can scale up the productivity of the sulfide solid electrolyte material.

また、生産量(焼成量)の変化に応じて、プロセス条件を適宜調整し、不活性ガスの流量をF(mL/min)、前記前駆体粉末の重量をM(g)、反応容器の内容積をV(mL)とすると、F/Mが5以上80以下であり、V/Fが0.1以上3.0以下の範囲で、所望の硫化物固体電解質材料が得られることを確認した。不活性ガスについて、露点を−30℃以下の範囲で変化させた場合、及び、Arに代えて、ドライエアー、窒素、ヘリウムを用いた場合にも、所望の硫化物固体電解質材料が得られることを確認した。 Further, the process conditions are appropriately adjusted according to the change in the production amount (firing amount), the flow rate of the inert gas is F (mL / min), the weight of the precursor powder is M (g), and the contents of the reaction vessel. When the product was V (mL), it was confirmed that the desired sulfide solid electrolyte material could be obtained in the range of F / M of 5 or more and 80 or less and V / F of 0.1 or more and 3.0 or less. .. The desired sulfide solid electrolyte material can be obtained when the dew point of the inert gas is changed in the range of -30 ° C or lower, and when dry air, nitrogen, or helium is used instead of Ar. It was confirmed.

(発明例:組成の広がり)
組成を種々変化させた場合において、硫化物固体電解質材料が得られることを確認した。
(1)LGPS系(Li-Sn-P-S組成Li、Sn、P、Sを含む組成))
原料粉末として、二硫化ゲルマニウム(GeS)の代わりに、二硫化スズ(SnS)を用いて、得られる硫化物固体電解質の組成がLi9.81Sn0.812.1912となるようにしたことを除いて、上述のメカニカルミリング+開放系焼成(Ar)と同じ条件で、硫化物固体電解質を作製した。 得られた生成物である硫化物固体電解質について、XRD測定を行ない、典型的なLGPS系硫化物系固体電解質と同様の結晶構造を示していることを確認した。そのXRDパターンを図5に示す。
(2)LGPS系(Li-Si-Sn-P-S組成(Li、Si、Sn、P、Sを含む組成))
原料粉末として、二硫化ゲルマニウム(GeS)の代わりに、二硫化スズ(SnS)および二硫化珪素(SiS)を用いて、得られる硫化物固体電解質の組成がLi3.45Si0.36Sn0.090.55となるようにしたことを除いて、上述のメカニカルミリング+開放系焼成(Ar)と同じ条件で、硫化物固体電解質を作製した。 得られた生成物である硫化物固体電解質について、XRD測定を行ない、典型的なLGPS系硫化物系固体電解質と同様の結晶構造を示していることを確認した。さらに、導電率(初期値)が7.1mS/cmであることを確認した。
(3)LGPS系(Li-Si-P-S-Cl-O組成(Li、Si、Sn、P、S、Cl、Oを含む組成))
原料粉末として、硫化リチウム(LiS)の代わりに、塩化リチウム(LiCl)および水酸化リチウム(LiOH)を用い、二硫化ゲルマニウム(GeS)の代わりに、二硫化スズ(SnS)および二硫化珪素(SiS)を用いて、得られる硫化物固体電解質の組成がLi9.54Si1.741.4411.4Cl0.30.3となるようにしたことを除いて、上述のメカニカルミリング+開放系焼成(Ar)と同じ条件で、硫化物固体電解質を作製した。 得られた生成物である硫化物固体電解質について、XRD測定を行ない、典型的なLGPS系硫化物系固体電解質と同様の結晶構造を示していることを確認した。さらに、導電率(初期値)が10mS/cmであることを確認した。
(4)Li−P−S系
原料粉末として、二硫化ゲルマニウム(GeS)を用いずに、得られる硫化物固体電解質の組成がLiPSとなるようにしたこと、および加熱焼成温度を280℃にしたことを除いて、上述のメカニカルミリング+開放系焼成(Ar)と同じ条件で、硫化物固体電解質を作製した。比較例として、密閉系(閉鎖系)での作製も行なった。 得られた生成物である硫化物固体電解質について、XRD測定を行ない、従来法の密閉系(閉鎖系)で得られた典型的なβ−LiPSと同様の結晶構造を示していることを確認した。そのXRDパターンを図6に示す。
(Example of invention: Spread of composition)
It was confirmed that a sulfide solid electrolyte material can be obtained when the composition is variously changed.
(1) LGPS system (composition including Li-Sn-PS composition Li, Sn, P, S))
Using tin disulfide (SnS 2 ) instead of germanium disulfide (GeS 2 ) as the raw material powder, the composition of the obtained sulfide solid electrolyte is Li 9.81 Sn 0.81 P 2.19 S 12 . A sulfide solid electrolyte was prepared under the same conditions as the above-mentioned mechanical milling + open system firing (Ar), except that the above-mentioned mechanical milling + open system firing (Ar) was performed. The obtained product, a sulfide solid electrolyte, was subjected to XRD measurement, and it was confirmed that the crystal structure was similar to that of a typical LGPS-based sulfide-based solid electrolyte. The XRD pattern is shown in FIG.
(2) LGPS system (Li-Si-Sn-PS composition (composition including Li, Si, Sn, P, S))
As the raw material powder, tin disulfide (SnS 2 ) and silicon disulfide (SiS 2 ) are used instead of germanium disulfide (GeS 2 ), and the composition of the obtained sulfide solid electrolyte is Li 3.45 Si 0. A sulfide solid electrolyte was prepared under the same conditions as the above-mentioned mechanical milling + open system firing (Ar) except that 36 Sn 0.09 P 0.55 S 4 was set. The obtained product, a sulfide solid electrolyte, was subjected to XRD measurement, and it was confirmed that the crystal structure was similar to that of a typical LGPS-based sulfide-based solid electrolyte. Furthermore, it was confirmed that the conductivity (initial value) was 7.1 mS / cm.
(3) LGPS system (Li-Si-PS-Cl-O composition (composition including Li, Si, Sn, P, S, Cl, O))
As the raw material powder in place of lithium sulfide (Li 2 S), using lithium (LiCl) and lithium hydroxide chloride (LiOH), in place of the disulfide germanium (GeS 2), disulfide tin (SnS 2) and secondary Using silicon sulfide (SiS 2 ), the composition of the obtained sulfide solid electrolyte was adjusted to Li 9.54 Si 1.74 P 1.44 S 11.4 Cl 0.3 O 0.3. Except for this, a sulfide solid electrolyte was prepared under the same conditions as the above-mentioned mechanical milling + open system firing (Ar). The obtained product, a sulfide solid electrolyte, was subjected to XRD measurement, and it was confirmed that the crystal structure was similar to that of a typical LGPS-based sulfide-based solid electrolyte. Furthermore, it was confirmed that the conductivity (initial value) was 10 mS / cm.
(4) The composition of the obtained sulfide solid electrolyte was set to Li 3 PS 4 without using germanium disulfide (GeS 2 ) as the Li-PS-based raw material powder, and the heating and firing temperature was adjusted. A sulfide solid electrolyte was prepared under the same conditions as the above-mentioned mechanical milling + open system firing (Ar) except that the temperature was set to 280 ° C. As a comparative example, production in a closed system (closed system) was also performed. The obtained sulfide solid electrolyte, which is a product, was subjected to XRD measurement and showed the same crystal structure as the typical β-Li 3 PS 4 obtained in the conventional closed system (closed system). It was confirmed. The XRD pattern is shown in FIG.

Claims (4)

LGPS系、Li−P−S系およびLi−P−S−O系の硫化物固体電解質材料の製造法であって、
原料粉末を用意する工程
前記原料粉末を混合し、前駆体粉末を得る工程、
前記前駆体粉末に不活性ガスを流通させながら、前記前駆体粉末を加熱する工程を含み、
ここで、前記不活性ガスの流量をF(mL/min)、前記前駆体粉末の重量をM(g)、前記前駆体粉末を加熱するための加熱容器の内容積をV(mL)とすると、F/Mが5以上80以下であり、V/Fが0.1以上3.0以下であり、
前記不活性ガスの露点が−30℃以下であり、
前記加熱温度が250℃以上750℃以下であることを特徴とする、
硫化物固体電解質材料の製造方法。
A method for producing an LGPS-based, Li-PS-based, and Li-P-SO-based sulfide solid electrolyte material.
Step of preparing raw material powder Step of mixing the raw material powder to obtain precursor powder,
The step of heating the precursor powder while flowing an inert gas through the precursor powder is included.
Here, it is assumed that the flow rate of the inert gas is F (mL / min), the weight of the precursor powder is M (g), and the internal volume of the heating container for heating the precursor powder is V (mL). , F / M is 5 or more and 80 or less, V / F is 0.1 or more and 3.0 or less,
The dew point of the inert gas is −30 ° C. or lower,
The heating temperature is 250 ° C. or higher and 750 ° C. or lower.
A method for producing a sulfide solid electrolyte material.
前記不活性ガスは、アルゴン、ドライエアー、窒素、ヘリウムからなる群から選択される少なくとも一種であることを特徴とする、請求項1に記載の硫化物固体電解質材料の製造方法。 The method for producing a sulfide solid electrolyte material according to claim 1, wherein the inert gas is at least one selected from the group consisting of argon, dry air, nitrogen, and helium. 前記不活性ガスに含まれる水分が1000ppm以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載の硫化物固体電解質材料の製造方法。 The method for producing a sulfide solid electrolyte material according to claim 1 or 2, wherein the water content of the inert gas is 1000 ppm or less. 製造される硫化物固体電解質材料が1バッチあたり2g超であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の硫化物固体電解質材料の製造方法。 The method for producing a sulfide solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 3, wherein the amount of the sulfide solid electrolyte material to be produced is more than 2 g per batch.
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