JP2022502341A - 大気安定性の高い無機硫化物固体電解質、及びその製造方法並びにその応用 - Google Patents
大気安定性の高い無機硫化物固体電解質、及びその製造方法並びにその応用 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022502341A JP2022502341A JP2021542254A JP2021542254A JP2022502341A JP 2022502341 A JP2022502341 A JP 2022502341A JP 2021542254 A JP2021542254 A JP 2021542254A JP 2021542254 A JP2021542254 A JP 2021542254A JP 2022502341 A JP2022502341 A JP 2022502341A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolyte material
- solid electrolyte
- sulfide
- inorganic sulfide
- solid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910052945 inorganic sulfide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 38
- 239000002203 sulfidic glass Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 claims abstract description 38
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 108
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 abstract description 27
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract description 22
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 10
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 39
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 16
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 230000008859 change Effects 0.000 description 15
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 15
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 12
- 229910018091 Li 2 S Inorganic materials 0.000 description 11
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 5
- 235000013365 dairy product Nutrition 0.000 description 5
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 5
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910003480 inorganic solid Inorganic materials 0.000 description 3
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Inorganic materials [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 3
- 238000012552 review Methods 0.000 description 3
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- -1 sulfur ions Chemical class 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018130 Li 2 S-P 2 S 5 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005839 GeS 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020346 SiS 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 125000000101 thioether group Chemical group 0.000 description 1
- RIUWBIIVUYSTCN-UHFFFAOYSA-N trilithium borate Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[O-]B([O-])[O-] RIUWBIIVUYSTCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
- H01M10/0562—Solid materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01D—COMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
- C01D15/00—Lithium compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G17/00—Compounds of germanium
- C01G17/006—Compounds containing, besides germanium, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G19/00—Compounds of tin
- C01G19/006—Compounds containing, besides tin, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G30/00—Compounds of antimony
- C01G30/002—Compounds containing, besides antimony, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G30/00—Compounds of antimony
- C01G30/002—Compounds containing, besides antimony, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
- C01G30/003—Compounds containing, besides antimony, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen containing halogen
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric properties
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
Description
本願は、2019年4月30日に出願された発明の名称が「大気安定性の高い無機硫化物固体電解質、及びその製造方法並びにその応用」である中国発明特許第201910358953.8号の優先権を主張し、引用によりその全内容を本願に援用する。
本発明は、リチウムイオン電池の技術分野に関するものであり、具体的には、無機硫化物固体電解質の大気安定性を向上させる方法、その方法で得られた材料、及びその材料の全固体リチウム二次電池への応用の分野に関するものである。
030)材料では、リチウムイオン伝導度が有機電解質よりも高い。現在、無機硫化物電解質の研究は、主にLi2S−P2S5、Li2S−MSx−P2S5及びLi2S−P2S5−LiX等の系に集中している(Sun C, Liu J, Gong Y, et al. Recent advances in all−solid−state rechargeable lithium batteries[J]. Nano Energy, 2017, 33: 363−386)。
Li10M(P1−aSba)2S12・・・(I)
(式中、MはGe、Si、Snからの一種又は多種であり、0.01≦a≦1であり、なかでも0.01≦a≦0.2であることが好ましい。)
Li6(P1−aSba)S5X・・・(II)
(式中、XはF、Cl、Br、Iからの一種又は多種であり,0.01≦a≦1であり、なかでも0.025≦a≦0.2であることが好ましい。)
Li3(P1−aSba)S4・・・(III)
(式中、0.01≦a≦1であり、なかでも0.05≦a≦0.3であることが好ましく、なかでもaが、0.05、0.1、0.2又は0.3から選択されるものであることがより好ましい。)
例えば、必要な原料を配合比で混合して粉砕した後、熱処理を行うことにより、上式(I)、(II)、(III)で示される硫化物電解質材料が得られる。ただし、粉砕時間は、3時間を超えることが好ましい;及び/又は、熱処理温度は、300℃を超え600℃未満であることが好ましい;及び/又は、熱処理温度は、230℃を超え600℃未満であることが好ましい。本発明は、固溶体相型硫化物固体電解質材料に関する。
Li2S(0.69g) 15ミリモル、GeS2(0.411g) 3ミリモル、P2S5 (3−3a)ミリモル、Sb2S5 3aミリモルの粉体を、乳鉢内で粉砕して混合した(ただし、0.01≦a≦1)。a=0.01の場合、各原料の成分について、Li2Sが0.69g、GeS2が0.411g、P2S5が0.66g、Sb2S5が0.012gである。a=0.1の場合、各原料の成分について、Li2Sが0.69g、GeS2が0.411g、P2S5が0.599g、Sb2S5が0.121gである。このように順次に類推する。粉砕混合後、50mlのジルコニアボールミルジャーに入れてボールミルを行い、ボールミルの回転速度を400回転/分とし、ボールミルの時間を12時間とした。ボールミル後のサンプルを粉末打錠機により100MPaの圧力で円盤に打錠した後、真空石英管内に封入し、焼成した。焼成温度を温度プログラムにより制御し、4時間かけて室温から550℃まで昇温し、そして、この温度で4時間保持し、その後、4時間かけて50℃まで降温し、Li10Ge(P1−aSba)2S12固体電解質材料(0.01≦a≦1)が得られた。
Li2S(0.92g) 20ミリモル、LiCl(0.336g) 8ミリモル、P2S5 (4−4a)ミリモル、及びSb2S5 4aミリモルの粉体を、乳鉢内で粉砕して混合した(ただし、0.01≦a≦1)。a=0.025の場合、各原料の成分について、Li2Sが0.92g、LiClが0.336g、P2S5が0.866g、Sb2S5が0.03gである。a=0.1の場合、各原料の成分については、Li2Sが0.92g、LiClが0.336g、P2S5が0.799g、Sb2S5が0.121gである。このように順次に類推する。粉砕混合後、50mlのジルコニアボールミルジャーに入れてボールミルを行い、ボールミルの回転速度を400回転/分とし、ボールミルの時間を12時間とした。ボールミル後のサンプルを粉末打錠機により100MPaの圧力で円盤に打錠した後、真空石英管内に封入し、焼成した。焼成温度を温度プログラムにより制御し、4時間かけて室温から550℃まで昇温し、そして、この温度で5時間保持し、その後、50℃まで自然冷却し、Li6(P1−aSba)S5Cl固体電解質材料(0.01≦a≦1)が得られた。
Li2S(0.69g) 15ミリモル、SnS2(0.549g) 3ミリモル、P2S5(0.633g) 2.85ミリモル、Sb2S5(0.061g) 0.15ミリモルの粉体を、乳鉢内で粉砕して混合した。粉砕混合後、50mlのジルコニアボールミルジャーに入れてボールミルを行い、ボールミルの回転速度を400回転/分とし、ボールミルの時間を12時間とした。ボールミル後のサンプルを粉末打錠機により100MPaの圧力で円盤に打錠した後、真空石英管内に封入し、焼成した。焼成温度を温度プログラムにより制御し、4時間かけて室温から550℃まで昇温し、そして、その温度で4時間保持し、その後、4時間かけて50℃まで降温し、Li10Sn(P0.95Sb0.05)2S12固体電解質材料が得られた。
Li2S(0.69g) 15ミリモル、SiS2(0.276g) 3ミリモル、P2S5(0.633g) 2.85ミリモル、Sb2S5(0.061g) 0.15ミリモルの粉体を、乳鉢内で粉砕して混合した。粉砕混合後、50mlのジルコニアボールミルジャーに入れてボールミルを行い、ボールミルの回転速度を400回転/分とし、ボールミルの時間を12時間とした。ボールミル後のサンプルを粉末打錠機により100MPaの圧力で円盤に打錠した後、真空石英管内に封入し、焼成した。焼成温度を温度プログラムにより制御し、4時間かけて室温から550℃まで昇温し、そして、この温度で4時間保持し、その後、4時間かけて50℃まで降温し、Li10Si(P0.95Sb0.05)2S12固体電解質材料が得られた。
Li2S(0.414g) 9ミリモル、P2S5 (3−3a)ミリモル、Sb2S5 3aミリモルの粉体を、乳鉢内で粉砕して混合した(ただし、0.01≦a≦1)。a=0.05の場合、各原料の成分について、Li2Sが0.414g、P2S5が0.633g、Sb2S5が0.061gである。a=0.1の場合、各原料の成分について、Li2Sが0.414g、P2S5が0.599g、Sb2S5が0.121gである。このように順次に類推する。粉砕混合後、50mlのジルコニアボールミルジャーに入れてボールミルを行い、ボールミルの回転速度を400回転/分とし、ボールミルの時間を12時間とした。ボールミル後のサンプルを粉末打錠機により100MPaの圧力で円盤に打錠した後、真空石英管内に封入し、焼成した。焼成温度を温度プログラムにより制御し、3時間かけて室温から260℃まで昇温し、そして、この温度で4時間保持し、その後、4時間かけて50℃まで降温し、Li3(P1−aSba)S4固体電解質材料(0.01≦a≦1)が得られた。
実施例2で得られたLi6(P1−aSba)S5Cl固体電解質材料を用いて、乾燥大気安定性試験(a=0.025、0.1)を行った。グローブボックス内で、それぞれ、実施例2で得られたLi6(P0.975Sb0.025)S5ClとLi6(P0.9Sb0.1)S5Cl固体電解質材料100mgを取り、1mlの開口ガラス瓶に入れた後、当該ガラス瓶を、乾燥大気気流が100ml/minで流れている反応ボックスに置き、室温で24時間静置し、静置終了後、サンプルを取り出し、それぞれ、XRD、イオン伝導度及び電子伝導度の測定を実施した。
実施例1で得られたLi10Ge(P1−aSba)2S12固体電解質材料を用いて、乾燥大気安定性試験(a=0.025、0.075、0.1、0.125)を行った。グローブボックス内で、それぞれ、実施例1で得られたLi10Ge(P0.975Sb0.025)2S12、Li10Ge(P0.925Sb0.075)2S12、Li10Ge(P0.9Sb0.1)2S12、及びLi10Ge(P0.875Sb0.125)2S12固体電解質材料200mgを取り、1mlの開口ガラス瓶に入れた後、当該ガラス瓶を、乾燥大気気流が100ml/minで流れている反応ボックスに置き、室温で24時間静置し、静置終了後、サンプルを取り出し、それぞれ、XRD、イオン伝導度及び電子伝導度の測定を実施した。図19は、Li10Ge(P0.875Sb0.125)2S12材料の大気暴露前後のXRDの比較図である。図20は、この4つの材料の大気暴露前後のイオン伝導度の変化の比較図である。以上の各図から、Li10Ge(P0.875Sb0.125)2S12材料は、大気下で24時間暴露した後、XRDの変化が大きくなかったことが明らかになった。同様に、以上で得られた4つの材料の大気暴露前後のイオン伝導度の変化も大きくなかった。以上の4つの材料は、大気下で24時間暴露した場合であっても、イオン伝導度が依然として10mS/cm2以上に達した。これにより、当該材料の大気安定性が良く、直接に乾燥大気の雰囲気下で使用できることを示し、大きな応用価値がある。
実施例1で得られたLi10Ge(P0.99Sb0.01)2S12電解質材料を、全固体Li−LiCoO2二次電池に応用した。用いられたLiCoO2正極材料について、まず、原子層堆積(ALD)技術により表面に塗布層が約10nmとなるようにLiNbO2を塗布した。塗布終了後、グローブボックス内で、LiCoO2正極材料:Li10Ge(P0.99Sb0.01)2S12電解質材料:アセチレンカーボン=60:30:10(質量比)の配合比で混合し、乳鉢にて20分粉砕した。粉砕後の材料を正極粉体とし、薄いインジウムシートを負極とし、同様に実施例1で得られたLi10Ge(P0.99Sb0.01)2S12電解質材料を電解質とした。Li10Ge(P0.99Sb0.01)2S12電解質材料100mgを取り、断面積が0.785cm2の電池用モールドの内腔部に入れ、200MPaの圧力で打錠して電解質層が得られた。次に、電解質層の片側に正極粉体10mgを添加し、広げて均一にした後、350MPaの圧力で二回目の打錠を行い、正極層と電解質層とをラミネートした。その後、別の側に負極層としてインジウムシートを設置した。全過程終了後、内腔部を、電池用モールドに入れ、ネジを締めつけて封口した。封口後、全固体Li−LiCoO2二次電池が得られた。電池に対して32μAの電流密度で充放電試験を行い、カットオフ電圧は2.0−3.6Vであった。図21は、当該電池の最初の2サイクルの充放電曲線図である。図21から、当該電池の充放電過程の可逆性が良く、電池容量が0.8mAh以上を維持していることが明らかになった。最初のサイクルの容量が0.870mAhの場合、コバルト酸リチウムの質量(6mg)で計算すると、比容量が145.0mAh/gであった。最初のサイクルの容量が0.707mAhの場合、コバルト酸リチウムの質量(6mg)で計算すると、比容量が117.8mAh/gであった。第2サイクルの充電比容量及び放電比容量は、それぞれ、121.1mAh/g及び116.2mAh/gであった。電池サイクルの可逆性が良かったことが明らかになった。
Claims (11)
- 下記式(I)で示される無機硫化物電解質材料。
Li10M(P1−aSba)2S12 (I)
(式中、MはGe、Si、Snからの一種又は多種であり、0.01≦a≦1であり、
なかでも0.01≦a≦0.2であることが好ましい。) - 前記aは、0.01、0.025、0.05、0.075、0.1、0.125、0.15、0.2、0.3、0.4又は1から選択されるものであり、
なかでも前記式(I)で示される無機硫化物電解質材料が、Li10Ge(P0.99Sb0.01)2S12、Li10Ge(P0.975Sb0.025)2S12、Li10Ge(P0.925Sb0.075)2S12、Li10Ge(P0.9Sb0.1)2S12、Li10Ge(P0.875Sb0.125)2S12、Li10Sn(P0.95Sb0.05)2S12又はLi10Si(P0.95Sb0.05)2S12であることが好ましい、請求項1に記載の無機硫化物電解質材料。 - 下記式(II)で示される無機硫化物電解質材料。
Li6(P1−aSba)S5X (II)
(式中、XはF、Cl、Br、Iからの一種又は多種であり,0.01≦a≦1であり、
なかでも0.025≦a≦0.2であることが好ましい。) - 前記aは、0.025、0.05、0.075、0.1、0.15、0.2、0.5又は1から選択されるものであり、
なかでも前記式(II)で示される無機硫化物電解質材料が、Li6(P0.975Sb0.025)S5Cl又はLi6(P0.95Sb0.05)S5Clであることが好ましい、ことを特徴とする請求項3に記載の無機硫化物電解質材料。 - 下記式(III)で示される無機硫化物電解質材料。
Li3(P1−aSba)S4 (III)
(式中、0.01≦a≦1であり、
なかでも0.05≦a≦0.3であることが好ましい。) - 前記aは0.05、0.1、0.2又は0.3から選択されるものである、ことを特徴とする請求項5に記載の無機硫化物電解質材料。
- 前記無機硫化物電解質材料は結晶型、非晶質型又は結晶−非晶質複合型であり、及び/又は、
前記硫化物固体電解質材料の作動温度は−100〜300℃である、ことを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の無機硫化物電解質材料。 - 必要な原料を配合比で混合して粉砕した後、熱処理を行い、それぞれ式(I)、式(II)、式(III)で示される硫化物電解質材料が得られる、ことを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載の無機硫化物電解質材料の製造方法。
- 前記粉砕の時間は、3時間を超え、及び/又は、熱処理の温度は、300℃を超え600℃未満である、ことを特徴とする請求項8に記載の製造方法。
- 前記粉砕の時間は、3時間を超え、及び/又は、熱処理の温度は、230℃を超え600℃未満である、ことを特徴とする請求項8に記載の製造方法。
- 請求項1〜7の何れか一項に記載の硫化物固体電解質材料、又は、請求項8又は9又は10に記載の方法により製造された硫化物固体電解質材料の、全固体リチウム二次電池の製造への応用。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910358953.8 | 2019-04-30 | ||
CN201910358953.8A CN110085908B (zh) | 2019-04-30 | 2019-04-30 | 高空气稳定性无机硫化物固体电解质及其制备方法与应用 |
PCT/CN2019/123481 WO2020220676A1 (zh) | 2019-04-30 | 2019-12-06 | 高空气稳定性无机硫化物固体电解质及其制备方法与应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022502341A true JP2022502341A (ja) | 2022-01-11 |
JP7129075B2 JP7129075B2 (ja) | 2022-09-01 |
Family
ID=67417976
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021542254A Active JP7129075B2 (ja) | 2019-04-30 | 2019-12-06 | 大気安定性の高い無機硫化物固体電解質、及びその製造方法並びにその応用 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20220131182A1 (ja) |
EP (1) | EP3893308B1 (ja) |
JP (1) | JP7129075B2 (ja) |
KR (1) | KR20210148306A (ja) |
CN (2) | CN110085908B (ja) |
ES (1) | ES2943111T3 (ja) |
WO (1) | WO2020220676A1 (ja) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110085908B (zh) * | 2019-04-30 | 2021-09-17 | 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 | 高空气稳定性无机硫化物固体电解质及其制备方法与应用 |
KR20220062009A (ko) * | 2019-09-06 | 2022-05-13 | 로디아 오퍼레이션스 | Li-p-s 생성물을 제조하기 위한 새로운 방법 및 상응하는 생성물 |
CN111710902B (zh) * | 2020-06-01 | 2021-11-09 | 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 | 玻璃-陶瓷型硫化物电解质及其制备方法和应用 |
CA3193530A1 (en) * | 2020-09-23 | 2022-03-31 | Solid Power Operating, Inc. | Solid electrolyte material and solid-state battery made therewith |
CN112777632B (zh) * | 2021-01-25 | 2022-05-03 | 武汉船用电力推进装置研究所(中国船舶重工集团公司第七一二研究所) | 一种硫化物锂离子固态电解质及其制备方法和应用 |
CN113097560A (zh) * | 2021-04-09 | 2021-07-09 | 浙江大学山东工业技术研究院 | 一种高空气稳定性纳米晶硫化物固体电解质和固态电池及其制备方法 |
CN113363569B (zh) * | 2021-06-30 | 2023-05-05 | 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 | 一种高稳定性无机硫化物固体电解质及其制备方法 |
CN113471521B (zh) * | 2021-06-30 | 2022-08-19 | 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 | 一种无机硫化物固体电解质及其制备方法 |
CN114933331B (zh) * | 2022-05-13 | 2023-02-17 | 上海屹锂新能源科技有限公司 | 一种硫化物固态电解质及其制备方法 |
CN116706212B (zh) * | 2023-05-09 | 2024-02-02 | 高能时代(珠海)新能源科技有限公司 | 一种固态电解质的制备方法及制备装置 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010084583A1 (ja) * | 2009-01-21 | 2010-07-29 | トヨタ自動車株式会社 | 硫化物固体電解質材料 |
JP2010540396A (ja) * | 2007-10-08 | 2010-12-24 | ウニヴェルジテート ジーゲン | リチウム硫銀ゲルマニウム鉱 |
US20140370398A1 (en) * | 2013-06-17 | 2014-12-18 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Lithium battery and method of preparing the same |
JP2016511929A (ja) * | 2013-02-28 | 2016-04-21 | アイ テン | モノリシック全固体状態電池の製造プロセス |
WO2017141735A1 (ja) * | 2016-02-19 | 2017-08-24 | 富士フイルム株式会社 | 固体電解質組成物、全固体二次電池用電極シートおよび全固体二次電池、並びに、全固体二次電池用電極シートおよび全固体二次電池の製造方法 |
WO2018047565A1 (ja) * | 2016-09-12 | 2018-03-15 | 出光興産株式会社 | 硫化物固体電解質 |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5120272B2 (ja) * | 2008-09-11 | 2013-01-16 | トヨタ自動車株式会社 | 硫化物系固体電解質 |
WO2013118722A1 (ja) * | 2012-02-06 | 2013-08-15 | トヨタ自動車株式会社 | 硫化物固体電解質材料、電池および硫化物固体電解質材料の製造方法 |
JP6037444B2 (ja) * | 2013-01-17 | 2016-12-07 | 国立大学法人東京工業大学 | 硫化物固体電解質材料、電池および硫化物固体電解質材料の製造方法 |
CN103531840A (zh) | 2013-11-01 | 2014-01-22 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种双电解质体系锂硫电池及其制备方法 |
CN103531849B (zh) * | 2013-11-01 | 2016-08-17 | 国家电网公司 | 硫化物电解质材料及其制备方法与全固态锂二次电池 |
CN103531841B (zh) * | 2013-11-01 | 2016-03-02 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 硫化物固体电解质及其制备方法与全固态锂二次电池 |
CN106887638A (zh) | 2015-12-15 | 2017-06-23 | 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 | 一种复合固体电解质材料、其制备方法及包含该电解质材料的全固态锂离子二次电池 |
CN108352567B (zh) * | 2016-01-12 | 2021-11-30 | 株式会社Lg化学 | 硫化物型固体电解质和应用其的全固态电池 |
CN109526242B (zh) * | 2016-08-10 | 2022-04-15 | 出光兴产株式会社 | 硫化物固体电解质 |
KR20190001798A (ko) * | 2017-06-28 | 2019-01-07 | 한국전기연구원 | 황화물계 고체전해질 재료 및 그 제조방법 |
JP6998588B2 (ja) * | 2017-12-06 | 2022-02-04 | 国立大学法人豊橋技術科学大学 | 固体電解質用イオン伝導体の製造方法 |
CN108269964B (zh) * | 2017-12-27 | 2021-07-30 | 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 | 一种复合固态电极及其制备方法 |
CN108258303B (zh) * | 2018-01-18 | 2020-05-22 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种硫化物固体电解质、其制备方法及全固态锂二次电池 |
CN110085908B (zh) * | 2019-04-30 | 2021-09-17 | 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 | 高空气稳定性无机硫化物固体电解质及其制备方法与应用 |
-
2019
- 2019-04-30 CN CN201910358953.8A patent/CN110085908B/zh active Active
- 2019-12-06 EP EP19927347.5A patent/EP3893308B1/en active Active
- 2019-12-06 CN CN201980093980.5A patent/CN113614971A/zh active Pending
- 2019-12-06 KR KR1020217036060A patent/KR20210148306A/ko not_active Application Discontinuation
- 2019-12-06 WO PCT/CN2019/123481 patent/WO2020220676A1/zh unknown
- 2019-12-06 US US17/422,789 patent/US20220131182A1/en active Pending
- 2019-12-06 JP JP2021542254A patent/JP7129075B2/ja active Active
- 2019-12-06 ES ES19927347T patent/ES2943111T3/es active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010540396A (ja) * | 2007-10-08 | 2010-12-24 | ウニヴェルジテート ジーゲン | リチウム硫銀ゲルマニウム鉱 |
WO2010084583A1 (ja) * | 2009-01-21 | 2010-07-29 | トヨタ自動車株式会社 | 硫化物固体電解質材料 |
JP2016511929A (ja) * | 2013-02-28 | 2016-04-21 | アイ テン | モノリシック全固体状態電池の製造プロセス |
US20140370398A1 (en) * | 2013-06-17 | 2014-12-18 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Lithium battery and method of preparing the same |
WO2017141735A1 (ja) * | 2016-02-19 | 2017-08-24 | 富士フイルム株式会社 | 固体電解質組成物、全固体二次電池用電極シートおよび全固体二次電池、並びに、全固体二次電池用電極シートおよび全固体二次電池の製造方法 |
WO2018047565A1 (ja) * | 2016-09-12 | 2018-03-15 | 出光興産株式会社 | 硫化物固体電解質 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110085908B (zh) | 2021-09-17 |
KR20210148306A (ko) | 2021-12-07 |
CN113614971A (zh) | 2021-11-05 |
EP3893308A4 (en) | 2022-03-16 |
WO2020220676A1 (zh) | 2020-11-05 |
EP3893308A1 (en) | 2021-10-13 |
JP7129075B2 (ja) | 2022-09-01 |
ES2943111T3 (es) | 2023-06-09 |
CN110085908A (zh) | 2019-08-02 |
US20220131182A1 (en) | 2022-04-28 |
EP3893308B1 (en) | 2023-02-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2022502341A (ja) | 大気安定性の高い無機硫化物固体電解質、及びその製造方法並びにその応用 | |
Chen et al. | Sulfide solid electrolytes for all-solid-state lithium batteries: Structure, conductivity, stability and application | |
Yao et al. | All-solid-state lithium batteries with inorganic solid electrolytes: Review of fundamental science | |
CN110176627B (zh) | 可抑制锂枝晶的锂镧锆氧基固体电解质材料及其制备方法和应用 | |
CN109755637B (zh) | 氧化物陶瓷复合固态电解质、其制备方法及其应用 | |
Hayashi et al. | High sodium ion conductivity of glass–ceramic electrolytes with cubic Na3PS4 | |
KR101952196B1 (ko) | 고체 전해질, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 전고체 전지 | |
CN110265709B (zh) | 表面包覆改性的锂镧锆氧基固体电解质材料及其制备方法和应用 | |
JP7390692B2 (ja) | リチウム二次電池固体電解質材料、電極及び電池 | |
WO2016009768A1 (ja) | リチウムイオン電池用硫化物系固体電解質 | |
US11489196B2 (en) | Sulfide solid electrolyte particles, method for producing the same, and all-solid-state battery | |
Matsuyama et al. | Fabrication of all-solid-state lithium secondary batteries with amorphous TiS4 positive electrodes and Li7La3Zr2O12 solid electrolytes | |
CN113471521B (zh) | 一种无机硫化物固体电解质及其制备方法 | |
JP5286516B2 (ja) | 全固体リチウム電池用正極材 | |
Temeche et al. | LiAlO2/LiAl5O8 membranes derived from flame-synthesized nanopowders as a potential electrolyte and coating material for all-solid-state batteries | |
CN113363569B (zh) | 一种高稳定性无机硫化物固体电解质及其制备方法 | |
CN110911733A (zh) | 一种对锂稳定的硫化物固体电解质及其制备方法和带有该固体电解质的固态电池 | |
Osterheld | Liquidus diagram for the system lithium orthophosphate-lithium metaphosphate | |
Yao et al. | LiF-assisted synthesis of perovskite-type Li0. 35La0. 55TiO3 solid electrolyte for rechargeable lithium-metal batteries | |
Liao et al. | Sol–gel preparation of Li-rich layered cathode material for lithium ion battery with polymer polyacrylic acid+ citric acid chelators | |
CN115275330A (zh) | 一种被金属元素掺杂的卤化物固态电解质材料及其制备方法和应用 | |
Vizgalov et al. | Tape-casted liquid-tight lithium-conductive membranes for advanced lithium batteries | |
KR102180352B1 (ko) | 황화물계 글래스 세라믹, 이의 제조방법 및 이를 고체전해질로 함유하는 전고체 이차전지 | |
CN111900461B (zh) | 一种用于高压全固态电池的含氟固态电解质及其制备方法和应用 | |
CN114614081B (zh) | 一类固态电解质材料及应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210330 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210330 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220301 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220601 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220602 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220603 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220802 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220812 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7129075 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |