JP2023063326A - Sulfide based inorganic solid electrolyte material, solid electrolyte, solid electrolyte membrane and lithium ion battery - Google Patents

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

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sulfide based inorganic solid electrolyte material capable of suppressing the reduction of lithium ion conductivity during exposure in the atmosphere.
SOLUTION: The sulfide based inorganic solid electrolyte material has lithium ion conductivity and includes Li, P and S as a constituent element, and the generation rate of hydrogen sulfide measured by the following method is 20 ppm or less. The method comprises: arranging the sulfide based inorganic solid electrolyte material in a glass closed vessel replaced with argon gas; and measuring the amount of hydrogen sulfide gas generated in the glass closed vessel after 5 minutes from the drop of water into the sulfide based inorganic solid electrolyte material from the upper portion of the glass closed vessel.
SELECTED DRAWING: None
COPYRIGHT: (C)2023,JPO&INPIT

Description

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

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

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

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

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

特開2016-27545号公報JP 2016-27545 A

本発明者らの検討によれば、硫化物系無機固体電解質材料は、大気中に曝すと、リチウムイオン伝導性が徐々に低下してしまう場合があることが明らかになった。
すなわち、従来の硫化物系無機固体電解質材料には、大気中に曝した際のリチウムイオン伝導性の低下を抑制するという観点において改善の余地があった。
According to the studies of the present inventors, it has become clear that the lithium ion conductivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material may gradually decrease when exposed to the atmosphere.
In other words, conventional sulfide-based inorganic solid electrolyte materials have room for improvement in terms of suppressing deterioration in lithium ion conductivity when exposed to the atmosphere.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、大気中に曝した際のリチウムイオン伝導性の低下を抑制できる硫化物系無機固体電解質材料を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a sulfide-based inorganic solid electrolyte material capable of suppressing a decrease in lithium ion conductivity when exposed to the atmosphere.

本発明者らは、大気中に曝した際のリチウムイオン伝導性の低下を抑制できる硫化物系無機固体電解質材料を提供するために鋭意検討した。その結果、特定の方法で測定される硫化水素の発生量が少ない硫化物系無機固体電解質材料が、大気中に曝した際のリチウムイオン伝導性の低下を抑制できることを見出し、本発明に至った。 The present inventors have made intensive studies to provide a sulfide-based inorganic solid electrolyte material that can suppress a decrease in lithium ion conductivity when exposed to the air. As a result, the present inventors have found that a sulfide-based inorganic solid electrolyte material that generates a small amount of hydrogen sulfide as measured by a specific method can suppress a decrease in lithium ion conductivity when exposed to the atmosphere, leading to the present invention. .

すなわち、本発明によれば、
リチウムイオン伝導性を有し、かつ、構成元素としてLi、PおよびSを含む硫化物系無機固体電解質材料であって、
下記の方法で測定される、硫化水素の発生量が20ppm以下である硫化物系無機固体電解質材料が提供される。
(方法)
アルゴンガスで置換したガラス製密閉容器内に当該硫化物系無機固体電解質材料を配置し、次いで、上記ガラス製密閉容器の上部から上記硫化物系無機固体電解質材料に水を滴下してから5分後に、上記ガラス製密閉容器内に発生した硫化水素ガス量を測定する。
That is, according to the present invention,
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having lithium ion conductivity and containing Li, P and S as constituent elements,
Provided is a sulfide-based inorganic solid electrolyte material that generates 20 ppm or less of hydrogen sulfide, as measured by the following method.
(Method)
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material is placed in a closed glass container that has been replaced with argon gas, and then water is added dropwise from the top of the closed glass container to the sulfide-based inorganic solid electrolyte material for 5 minutes. Afterwards, the amount of hydrogen sulfide gas generated in the closed glass container is measured.

また、本発明によれば、
上記硫化物系無機固体電解質材料を含む固体電解質が提供される。
Moreover, according to the present invention,
A solid electrolyte containing the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is provided.

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

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

本発明によれば、大気中に曝した際のリチウムイオン伝導性の低下を抑制できる硫化物系無機固体電解質材料を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a sulfide-based inorganic solid electrolyte material capable of suppressing a decrease in lithium ion conductivity when exposed to the atmosphere.

本発明に係る実施形態のリチウムイオン電池の構造の一例を示す断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing which shows an example of the structure of the lithium ion battery of embodiment which concerns on this invention. 実施例で得られた硫化物系無機固体電解質材料のX線回折スペクトルを示す図である。FIG. 2 shows X-ray diffraction spectra of sulfide-based inorganic solid electrolyte materials obtained in Examples. 比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料のX線回折スペクトルを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an X-ray diffraction spectrum of a sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in a comparative example; 実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料の硫化水素の発生量を測定する際に用いた装置の写真を示す図である。FIG. 2 is a photograph showing an apparatus used for measuring the amount of hydrogen sulfide generated from sulfide-based inorganic solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples.

以下に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には共通の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは一致していない。数値範囲の「A~B」は特に断りがなければ、A以上B以下を表す。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in all the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the explanation thereof is omitted as appropriate. Also, the drawings are schematic diagrams and do not correspond to actual dimensional ratios. The numerical range "A to B" represents from A to B unless otherwise specified.

[硫化物系無機固体電解質材料]
はじめに、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料について説明する。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、リチウムイオン伝導性を有し、かつ、構成元素としてLi、PおよびSを含む硫化物系無機固体電解質材料であって、下記の方法で測定される、硫化水素の発生量が20ppm以下、好ましくは15ppm以下、より好ましくは10ppm以下である。硫化水素の発生量の下限値は特に限定されないが、例えば1ppm以上、好ましくは0.1ppm以上である。
(方法)
アルゴンガスで置換したガラス製密閉容器内に当該硫化物系無機固体電解質材料を配置し、次いで、上記ガラス製密閉容器の上部から上記硫化物系無機固体電解質材料に水を滴下してから5分後に、上記ガラス製密閉容器内に発生した硫化水素ガス量を測定する。
[Sulfide-based inorganic solid electrolyte material]
First, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment will be described.
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is a sulfide-based inorganic solid electrolyte material that has lithium ion conductivity and contains Li, P, and S as constituent elements, and is measured by the following method. The amount of hydrogen sulfide generated is 20 ppm or less, preferably 15 ppm or less, more preferably 10 ppm or less. Although the lower limit of the amount of hydrogen sulfide generated is not particularly limited, it is, for example, 1 ppm or more, preferably 0.1 ppm or more.
(Method)
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material is placed in a closed glass container that has been replaced with argon gas, and then water is added dropwise from the top of the closed glass container to the sulfide-based inorganic solid electrolyte material for 5 minutes. Afterwards, the amount of hydrogen sulfide gas generated in the closed glass container is measured.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、上記の方法で測定される、硫化水素の発生量が上記上限値以下であることにより、大気中に曝した際のリチウムイオン伝導性の低下を抑制することができる。さらに、硫化水素の発生量が上記上限値以下であることにより、リチウムイオン伝導性を向上させることができる。
この理由については必ずしも明らかではないが、以下の理由が推察される。
硫化水素の発生量が上記上限値以下である硫化物系無機固体電解質材料は、大気中に含まれる水分と反応し難い構造を有しているからだと考えられる。
したがって、上記の方法で測定される、硫化水素の発生量が上記上限値以下であることは、従来の代表的な硫化物系無機固体電解質材料とは異なる新規な構造が形成されていることを表していると考えられる。
本実施形態において、硫化水素の発生量が上記上限値以下である硫化物系無機固体電解質材料は、硫化物系無機固体電解質材料の組成比率を高度に制御するとともに、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、原料である無機組成物をガラス化する工程およびアニール処理する工程を連続的におこない、従来よりも強力なせん断力および圧縮力をかけて硫化物系無機固体電解質材料を製造すること等により実現することが可能である。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the amount of hydrogen sulfide generated measured by the above method is equal to or less than the above upper limit value, so that lithium ion conductivity decreases when exposed to the atmosphere. can be suppressed. Furthermore, lithium ion conductivity can be improved by setting the amount of hydrogen sulfide generated to be equal to or less than the above upper limit.
Although the reason for this is not necessarily clear, the following reasons are presumed.
This is probably because a sulfide-based inorganic solid electrolyte material that generates hydrogen sulfide in an amount equal to or less than the upper limit has a structure that does not readily react with moisture contained in the air.
Therefore, the fact that the amount of hydrogen sulfide generated measured by the above method is equal to or less than the above upper limit indicates that a novel structure different from conventional typical sulfide-based inorganic solid electrolyte materials is formed. is thought to represent
In the present embodiment, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material in which the amount of hydrogen sulfide generated is the above upper limit or less is obtained by highly controlling the composition ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material and by combining shear stress and compressive stress. Using a pulverizing device, the process of vitrifying and annealing the raw material inorganic composition is continuously performed, and stronger shearing force and compressive force than before are applied to produce a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. It can be realized by manufacturing or the like.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=17.2±0.5°の位置、回折角2θ=25.6±0.5°の位置および回折角2θ=29.2±0.8°の位置にそれぞれ回折ピークを有することが好ましい。
これにより、電気化学安定性を良好に維持しつつ、リチウムイオン伝導性を向上させることができる。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment has a diffraction angle 2θ = 17.2 ± 0.5 ° in a spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source, a diffraction angle 2θ = 25 It is preferable to have diffraction peaks at a position of 0.6±0.5° and a position of diffraction angle 2θ=29.2±0.8°.
This makes it possible to improve the lithium ion conductivity while maintaining good electrochemical stability.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=17.2±0.5°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が好ましくは2.0以上、より好ましくは3.5以上、さらに好ましくは5.0以上、特に好ましくは6.0以上である。
/Iの値を上記下限値以上とすることにより、リチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。
また、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料において、I/Iの値の上限値は特に限定されないが、例えば30.0以下、好ましくは20.0以下、さらに好ましくは15.0以下、特に好ましくは13.0以下である。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の上記I/Iの値は、硫化物系無機固体電解質材料の組成比率を調整することや、原料である無機組成物をガラス化する工程やアニール処理する工程を、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて連続的におこなうこと等により実現することが可能である。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment has the maximum diffraction intensity at the diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1 ° in the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source. When the ground intensity is I A and the maximum diffraction intensity of the diffraction peak present at the diffraction angle 2θ=17.2±0.5° is I B , the value of I B / IA is preferably 2.0 or more. , more preferably 3.5 or more, still more preferably 5.0 or more, and particularly preferably 6.0 or more.
Lithium ion conductivity can be further improved by setting the value of IB / IA to the above lower limit or more.
In addition, in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the upper limit of the value of I B /I A is not particularly limited, but is, for example, 30.0 or less, preferably 20.0 or less, more preferably 15.0. It is 0 or less, particularly preferably 13.0 or less.
The value of I B / IA of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment can be adjusted by adjusting the composition ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material or by vitrifying the raw material inorganic composition. It is possible to realize the step of performing the annealing treatment continuously by using a pulverizing device that combines shear stress and compressive stress.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=25.6±0.5°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が好ましくは2.0以上、より好ましくは2.5以上、さらに好ましくは3.0以上である。
また、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料において、I/Iの値の上限値は特に限定されないが、例えば20.0以下、好ましくは15.0以下、さらに好ましくは10.0以下、特に好ましくは8.0以下である。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の上記I/Iの値は、硫化物系無機固体電解質材料の組成比率を調整すること等により実現することが可能である。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment has the maximum diffraction intensity at the diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1 ° in the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source. When the ground intensity is I A and the maximum diffraction intensity of the diffraction peak present at the diffraction angle 2θ=25.6±0.5° is I C , the value of I C / IA is preferably 2.0 or more. , more preferably 2.5 or more, and still more preferably 3.0 or more.
In addition, in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the upper limit of the value of I C /I A is not particularly limited. It is 0 or less, particularly preferably 8.0 or less.
The I C /I A value of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment can be achieved by adjusting the composition ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=29.2±0.8°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が好ましくは2.0以上、より好ましくは3.0以上、さらに好ましくは4.0以上、特に好ましくは5.0以上である。
また、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料において、I/Iの値の上限値は特に限定されないが、例えば30.0以下、好ましくは15.0以下、さらに好ましくは13.0以下、特に好ましくは10.5以下である。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の上記I/Iの値は、硫化物系無機固体電解質材料の組成比率を調整すること等により実現することが可能である。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment has the maximum diffraction intensity at the diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1 ° in the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source. When the ground intensity is I A and the maximum diffraction intensity of the diffraction peak present at the diffraction angle 2θ=29.2±0.8° is I D , the value of I D /I A is preferably 2.0 or more. , more preferably 3.0 or more, still more preferably 4.0 or more, and particularly preferably 5.0 or more.
In addition, in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the upper limit of the value of I D /I A is not particularly limited. It is 0 or less, particularly preferably 10.5 or less.
The I D /I A value of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment can be achieved by adjusting the composition ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material.

また、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=26.6±0.4°の位置にさらに回折ピークを有することが好ましい。
これにより、電気化学安定性を良好に維持しつつ、リチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。
この理由については必ずしも明らかではないが、以下の理由が推察される。
回折角2θ=26.6±0.4°の位置にさらに回折ピークを有する硫化物系無機固体電解質材料は、LiPS等の従来の代表的な硫化物系無機固体電解質材料とは大きく異なるX線回折プロファイルを示している(LiPSのXRDデーターベースであるJCPDS(Joint Committee on Powder Diffraction Standards)カードのNO.01-076-0973参照)。
そのため、回折角2θ=26.6±0.4°の位置にさらに回折ピークを有する硫化物系無機固体電解質材料は、従来の硫化物系無機固体電解質材料とは異なる新規な構造を有していると考えられる。このような新規な構造はリチウムイオンがより容易にホッピングするような構造であると考えられる。そのため、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、リチウムイオンの拡散性に優れており、その結果、従来の代表的な硫化物系無機固体電解質材料よりも高いイオン伝導度を発現したと考えられる。
したがって、回折角2θ=17.2±0.5°の位置、回折角2θ=25.6±0.5°の位置、回折角2θ=26.6±0.4°および回折角2θ=29.2±0.8°の位置にそれぞれ回折ピークを有することは、従来の代表的な硫化物系無機固体電解質材料とは異なる新規な構造が形成されていることを表していると考えられる。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の上記X線回折プロファイルは、硫化物系無機固体電解質材料の組成比率を調整することや、原料である無機組成物をガラス化する工程やアニール処理する工程を、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて連続的におこなうこと等により実現することが可能である。
In addition, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment further has a diffraction peak at a diffraction angle 2θ = 26.6 ± 0.4 ° in a spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source. It is preferred to have
This makes it possible to further improve the lithium ion conductivity while maintaining good electrochemical stability.
Although the reason for this is not necessarily clear, the following reasons are presumed.
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material that further has a diffraction peak at a diffraction angle of 2θ=26.6±0.4° is significantly different from typical conventional sulfide-based inorganic solid electrolyte materials such as Li3PS4 . It shows different X-ray diffraction profiles (see JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) card No. 01-076-0973, which is an XRD database of Li 3 PS 4 ).
Therefore, a sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a diffraction peak at a diffraction angle of 2θ=26.6±0.4° has a novel structure different from conventional sulfide-based inorganic solid electrolyte materials. It is thought that there are It is believed that such a novel structure is one in which lithium ions hop more easily. Therefore, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment has excellent lithium ion diffusibility, and as a result, exhibits higher ionic conductivity than typical conventional sulfide-based inorganic solid electrolyte materials. it is conceivable that.
Therefore, the diffraction angle 2θ=17.2±0.5°, the diffraction angle 2θ=25.6±0.5°, the diffraction angle 2θ=26.6±0.4° and the diffraction angle 2θ=29 Having diffraction peaks at the positions of 0.2±0.8° is considered to represent the formation of a novel structure different from conventional typical sulfide-based inorganic solid electrolyte materials.
The X-ray diffraction profile of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment can be obtained by adjusting the composition ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material, vitrifying the raw material inorganic composition, and annealing. It is possible to realize the step of continuously performing, for example, using a pulverizer that combines shear stress and compressive stress.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=26.6±0.4°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が好ましくは2.2以上、より好ましくは2.5以上、さらに好ましくは3.0以上、特に好ましくは3.5以上である。
/Iの値を上記下限値以上とすることにより、リチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。
また、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料において、I/Iの値の上限値は特に限定されないが、例えば15.0以下、好ましくは10.0以下、さらに好ましくは8.0以下、さらにより好ましくは6.5以下、特に好ましくは5.0以下である。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の上記I/Iの値は、硫化物系無機固体電解質材料の組成比率を調整すること等により実現することが可能である。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment has the maximum diffraction intensity at the diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1 ° in the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source. When the ground intensity is I A and the maximum diffraction intensity of the diffraction peak present at the diffraction angle 2θ=26.6±0.4° is I E , the value of I E / IA is preferably 2.2 or more. , more preferably 2.5 or more, still more preferably 3.0 or more, and particularly preferably 3.5 or more.
By making the value of I E / IA equal to or higher than the above lower limit, the lithium ion conductivity can be further improved.
In addition, in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the upper limit of the value of I E /I A is not particularly limited, but is, for example, 15.0 or less, preferably 10.0 or less, more preferably 8.0. 0 or less, more preferably 6.5 or less, and particularly preferably 5.0 or less.
The I E / IA value of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment can be achieved by adjusting the composition ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、リチウムイオン伝導性、電気化学的安定性、水分や空気中での安定性および取り扱い性等をより一層向上させる観点から、当該硫化物系無機固体電解質材料中の上記Pの含有量に対する上記Liの含有量のモル比Li/Pが好ましくは1.0以上5.0以下であり、より好ましくは2.0以上4.0以下であり、さらに好ましくは2.5以上3.8以下であり、さらにより好ましくは2.8以上3.6以下であり、さらにより好ましくは3.0以上3.5以下であり、さらにより好ましくは3.1以上3.4以下、特に好ましくは3.1以上3.3以下であり、そして上記Pの含有量に対する上記Sの含有量のモル比S/Pが、好ましくは2.0以上6.0以下であり、より好ましくは3.0以上5.0以下であり、さらに好ましくは3.5以上4.5以下であり、さらにより好ましくは3.8以上4.2以下、さらにより好ましくは3.9以上4.1以下、特に好ましくは4.0である。
ここで、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料中のLi、PおよびSの含有量は、例えば、ICP発光分光分析やX線分析により求めることができる。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is a sulfide-based inorganic solid electrolyte material from the viewpoint of further improving lithium ion conductivity, electrochemical stability, stability in moisture and air, handleability, etc. The molar ratio Li/P of the content of Li to the content of P in the solid electrolyte material is preferably 1.0 or more and 5.0 or less, more preferably 2.0 or more and 4.0 or less, It is more preferably 2.5 or more and 3.8 or less, still more preferably 2.8 or more and 3.6 or less, still more preferably 3.0 or more and 3.5 or less, and still more preferably 3.0 or more. 1 or more and 3.4 or less, particularly preferably 3.1 or more and 3.3 or less, and the molar ratio S/P of the S content to the P content is preferably 2.0 or more and 6.0 or less, more preferably 3.0 or more and 5.0 or less, still more preferably 3.5 or more and 4.5 or less, still more preferably 3.8 or more and 4.2 or less, still more preferably 3 0.9 or more and 4.1 or less, particularly preferably 4.0.
Here, the contents of Li, P and S in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment can be determined by, for example, ICP emission spectroscopic analysis or X-ray analysis.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料において、27.0℃、印加電圧10mV、測定周波数域0.1Hz~7MHzの測定条件における交流インピーダンス法による硫化物系無機固体電解質材料のリチウムイオン伝導度は、好ましくは2.2×10-4S・cm-1以上、より好ましくは3.0×10-4S・cm-1以上、さらに好ましくは4.0×10-4S・cm-1以上、特に好ましくは5.0×10-4S・cm-1以上である。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料のリチウムイオン伝導度が上記下限値以上であると、電池特性により一層優れたリチウムイオン電池を得ることができる。さらに、このような硫化物系無機固体電解質材料を用いると、入出力特性により一層優れたリチウムイオン電池を得ることができる。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment, the lithium ion conduction of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material by the AC impedance method under the measurement conditions of 27.0 ° C., an applied voltage of 10 mV, and a measurement frequency range of 0.1 Hz to 7 MHz. The degree is preferably 2.2×10 −4 S·cm −1 or more, more preferably 3.0×10 −4 S·cm −1 or more, and still more preferably 4.0×10 −4 S·cm −1 or more . 1 or more, particularly preferably 5.0×10 −4 S·cm −1 or more.
When the lithium ion conductivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is at least the above lower limit, a lithium ion battery with even better battery characteristics can be obtained. Furthermore, by using such a sulfide-based inorganic solid electrolyte material, it is possible to obtain a lithium ion battery with even better input/output characteristics.

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

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

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

[硫化物系無機固体電解質材料の製造方法]
次に、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法について説明する。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法は、従来の硫化物系無機固体電解質材料の製造方法とは異なるものである。すなわち、硫化水素の発生量が上記上限値以下である硫化物系無機固体電解質材料は、(1)硫化物系無機固体電解質材料の組成比率を高度に制御すること、(2)原料である無機組成物をガラス化する工程およびアニール処理する工程を連続的におこない、従来よりも強力なせん断力および圧縮力をかけて硫化物系無機固体電解質材料を製造すること等の製法上の工夫点を採用することによって初めて得ることができる。
ただし、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、上記2つの製法上の工夫点を採用することを前提に、例えば、各種原料の混合条件等の具体的な製造条件は種々のものを採用することができる。
以下、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法をより具体的に説明する。
[Method for producing sulfide-based inorganic solid electrolyte material]
Next, a method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment will be described.
The method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment is different from the conventional method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. That is, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material in which the amount of hydrogen sulfide generated is equal to or less than the above upper limit is obtained by (1) highly controlling the composition ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material; The process of vitrifying the composition and the process of annealing treatment are continuously performed, and the manufacturing method is improved by applying stronger shearing force and compressive force than before to produce a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. You can get it for the first time by hiring.
However, on the premise that the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment adopts the above two points of manufacturing method, specific manufacturing conditions such as mixing conditions of various raw materials are various. can be adopted.
Hereinafter, the method for producing the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment will be described more specifically.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、例えば、以下の工程(A)、(B)および(C)を含む製造方法により得ることができる。また、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法は、必要に応じて、以下の工程(D)および(E)をさらに含んでもよい。
工程(A):原料である2種以上の無機化合物を含む原料無機組成物を準備する工程
工程(B):せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、原料無機組成物を機械的処理することにより、原料である無機化合物同士を化学反応させながらガラス化して、ガラス状態の硫化物系無機固体電解質材料を得る工程
工程(C)せん断応力および圧縮応力を組み合わせた上記粉砕装置を用いて、ガラス状態の硫化物系無機固体電解質材を機械的処理することによりアニール処理し、少なくとも一部を結晶化する工程
工程(D):準備工程(A)とガラス化工程(B)との間に、工程(A)で準備した上記原料無機組成物を加熱することにより原料無機組成物を結晶化する工程
工程(E):得られた硫化物系無機固体電解質材料を粉砕、分級、または造粒する工程
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment can be obtained, for example, by a production method including the following steps (A), (B) and (C). Moreover, the method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment may further include the following steps (D) and (E), if necessary.
Step (A): A step of preparing a raw material inorganic composition containing two or more raw material inorganic compounds. A step of vitrifying raw material inorganic compounds while chemically reacting with each other to obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material in a vitreous state. and mechanically annealing the sulfide-based inorganic solid electrolyte material in a vitreous state to crystallize at least a portion thereof. In the meantime, a step of crystallizing the raw material inorganic composition prepared in step (A) by heating the raw material inorganic composition Step (E): pulverizing, classifying, or granulation process

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法によれば、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、ガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C)を連続的におこなうため、従来の製造方法に比べて、無機組成物に強力なせん断応力および圧縮応力を与えることができるため、無機組成物を構成する粒子同士の摩擦熱をより効果的に発生させることができる。そのため、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法によれば、ガラス状態の硫化物系無機固体電解質材料に対して、より効果的に熱を伝えることができ、その結果、従来とは異なる新規な構造を有する硫化物系無機固体電解質材料を実現できていると考えられる。 According to the method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the vitrification step (B) and the annealing treatment step (C) are continuously performed using a pulverizing device that combines shear stress and compressive stress. Therefore, compared to conventional production methods, strong shear stress and compressive stress can be applied to the inorganic composition, so that frictional heat between the particles constituting the inorganic composition can be generated more effectively. . Therefore, according to the method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, heat can be more effectively transferred to the sulfide-based inorganic solid electrolyte material in a vitreous state. It is considered that a sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a novel structure different from that of the conventional method has been realized.

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

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

原料として用いる硫化リンとしては特に限定されず、市販されている硫化リン(例えば、P、P、P、P等)を使用することができる。高純度な硫化物系無機固体電解質材料を得る観点および副反応を抑制する観点から、不純物の少ない硫化リンを使用することが好ましい。また、硫化リンに代えて、相当するモル比の単体リン(P)および単体硫黄(S)を用いることもできる。単体リン(P)および単体硫黄(S)は、工業的に生産され、販売されているものであれば、特に限定なく使用することができる。 Phosphorus sulfide used as a raw material is not particularly limited, and commercially available phosphorus sulfides (eg, P2S5, P4S3, P4S7 , P4S5 , etc. ) can be used. From the viewpoint of obtaining a high-purity sulfide-based inorganic solid electrolyte material and from the viewpoint of suppressing side reactions, it is preferable to use phosphorus sulfide with few impurities. In place of phosphorus sulfide, elemental phosphorus (P) and elemental sulfur (S) can also be used in a corresponding molar ratio. Elementary phosphorus (P) and elemental sulfur (S) can be used without particular limitation as long as they are industrially produced and sold.

原料としては窒化リチウムを用いてもよい。ここで、窒化リチウム中の窒素はNとして系内に排出されるため、原料である無機化合物として窒化リチウムを利用することで、構成元素としてLi、P、およびSを含む硫化物系無機固体電解質材料に対し、Li組成のみを増加させることが可能となる。
本実施形態に係る窒化リチウムとしては特に限定されず、市販されている窒化リチウム(例えば、LiN等)を使用してもよいし、例えば、金属リチウム(例えば、Li箔)と窒素ガスとの反応により得られる窒化リチウムを使用してもよい。高純度な固体電解質材料を得る観点および副反応を抑制する観点から、不純物の少ない窒化リチウムを使用することが好ましい。
Lithium nitride may be used as the raw material. Here, since nitrogen in lithium nitride is discharged into the system as N2 , by using lithium nitride as an inorganic compound that is a raw material, a sulfide-based inorganic solid containing Li, P, and S as constituent elements It becomes possible to increase only the Li composition in the electrolyte material.
The lithium nitride according to the present embodiment is not particularly limited, and commercially available lithium nitride (e.g., Li 3 N, etc.) may be used. For example, metal lithium (e.g., Li foil) and nitrogen gas Lithium nitride obtained by the reaction of may be used. From the viewpoint of obtaining a high-purity solid electrolyte material and from the viewpoint of suppressing side reactions, it is preferable to use lithium nitride with few impurities.

(ガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C))
つづいて、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、上記原料無機組成物を機械的処理することにより、2種以上の上記無機化合物を化学反応させながら上記無機組成物をガラス化するガラス化工程(B)をおこなう。次いで、このガラス化工程(B)に続いて、ガラス化工程(B)で用いた粉砕装置をそのまま用いて、ガラス状態の硫化物系無機固体電解質材料を機械的処理することによりアニール処理し、少なくとも一部を結晶化するアニール処理工程(C)をおこなう。
すなわち、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法では、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、ガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C)を連続的におこなう。ここで、ガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C)とは、明確に区別される必要はなく、ガラス化工程(B)からアニール処理工程(C)に徐々に変化していく場合も含まれる。
(Vitrification step (B) and annealing treatment step (C))
Subsequently, by mechanically treating the raw material inorganic composition using a pulverizer that combines shear stress and compressive stress, the inorganic composition is vitrified while chemically reacting two or more of the inorganic compounds. A vitrification step (B) is performed. Next, following the vitrification step (B), the sulfide-based inorganic solid electrolyte material in the vitrified state is mechanically annealed using the crushing device used in the vitrification step (B), An annealing step (C) for crystallizing at least a portion is performed.
That is, in the method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the vitrification step (B) and the annealing treatment step (C) are continuously performed using a pulverizing device that combines shear stress and compressive stress. Do. Here, the vitrification step (B) and the annealing treatment step (C) need not be clearly distinguished, and the vitrification step (B) may gradually change to the annealing treatment step (C). included.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法におけるガラス化工程(B)では、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、無機組成物を機械的処理することにより、2種以上の無機化合物を化学反応させながら硫化物系無機固体電解質材料をガラス化する。そして、無機組成物がガラス化した後も、この粉砕装置を用いた機械的処理を連続的におこない、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料のアニール処理をおこなう。ここで、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料に対してせん断応力および圧縮応力をかけ続けていると、硫化物系無機固体電解質材料を構成する粒子同士の摩擦熱によって、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料が加熱され、その結果、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料がアニール処理され、一部が結晶化する。すなわち、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法におけるアニール処理工程(C)では、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料に対してせん断応力および圧縮応力をかけた際に生じる熱によって、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料をアニール処理することができる。
アニール処理工程(C)をおこなうことにより、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料の少なくとも一部が結晶化して、ガラスセラミックス状態の硫化物系無機固体電解質材料とすることができる。
In the vitrification step (B) in the method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the inorganic composition is mechanically treated using a pulverizing device that combines shear stress and compressive stress to obtain 2 The sulfide-based inorganic solid electrolyte material is vitrified while chemically reacting at least one kind of inorganic compound. Then, even after the inorganic composition is vitrified, the mechanical treatment using this crusher is continuously performed to anneal the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material. Here, when shear stress and compressive stress are continuously applied to the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material using a pulverizer that combines shear stress and compressive stress, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is The vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material is heated by frictional heat between constituent particles, and as a result, the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material is annealed and partially crystallized. That is, in the annealing treatment step (C) in the method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, shear stress and compressive stress are applied to the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material. Heat can anneal the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material.
By performing the annealing treatment step (C), at least part of the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material is crystallized, and a sulfide-based inorganic solid electrolyte material in a glass-ceramics state can be obtained.

アニール処理工程(C)におけるガラス化した硫化物系無機固体電解質材料の加熱温度としては、200℃以上500℃以下の範囲内であることが好ましく、220℃以上350℃以下の範囲内であることがより好ましい。 The heating temperature of the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material in the annealing step (C) is preferably in the range of 200° C. or higher and 500° C. or lower, and in the range of 220° C. or higher and 350° C. or lower. is more preferred.

アニール処理工程(C)では、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料とは異なる回折ピークが観察されるまで機械的処理をおこなうことが好ましい。ここで、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料とは異なる回折ピークが観察されることは、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料の少なくとも一部が結晶化して、ガラスセラミックス状態になっていることを意味すると考えられる。 In the annealing treatment step (C), mechanical treatment is performed until a diffraction peak different from that of the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material is observed in the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source. is preferred. Here, the fact that a diffraction peak different from that of the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material is observed means that at least a portion of the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material is crystallized into a glass-ceramic state. It is thought that it means that there is

ガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C)における上記機械的処理は、2種以上の上記無機化合物を機械的に衝突させることにより、化学反応させながら上記無機組成物をガラス化させたり、ガラス化した無機組成物をアニール処理したりすることができるものであり、例えば、メカノケミカル処理等が挙げられる。ここで、メカノケミカル処理とは、対象の組成物にせん断力や衝突力のような機械的エネルギーを加える方法である。 The mechanical treatment in the vitrification step (B) and the annealing treatment step (C) includes mechanically colliding two or more inorganic compounds to vitrify the inorganic composition while causing a chemical reaction, Annealing treatment can be applied to the vitrified inorganic composition, and examples thereof include mechanochemical treatment. Here, the mechanochemical treatment is a method of applying mechanical energy such as shear force or impact force to the target composition.

ガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C)において、上記機械的処理は乾式でおこなうことが好ましい。これにより、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料から有機溶媒等の液体成分を除去する操作が不要となり、硫化物系無機固体電解質材料の生産性をより向上させることができる。また、硫化物系無機固体電解質材料と有機溶媒との反応を防ぐことができる。さらに、有機溶媒等の液体成分を使用しないため、製造工程における安全性もより一層良好にすることができる。 In the vitrification step (B) and the annealing treatment step (C), the mechanical treatment is preferably dry. This eliminates the need to remove the liquid component such as the organic solvent from the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material, thereby further improving the productivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material. Also, the reaction between the sulfide-based inorganic solid electrolyte material and the organic solvent can be prevented. Furthermore, since liquid components such as organic solvents are not used, safety in the manufacturing process can be further improved.

本実施形態に係るせん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置としては、例えば、ロールミル;削岩機や振動ドリル、インパクトドライバ等で代表される回転(せん断応力)および打撃(圧縮応力)を組み合わせた機構からなる回転・打撃粉砕装置;高圧型グライディングロール;ローラ式竪型ミルやボール式竪型ミル等の竪型ミル等が挙げられる。これらの中でも、連続生産性に優れている観点から、ロールミルおよび竪型ミルが好ましく、ロールミルがより好ましい。 Examples of pulverizing devices that combine shear stress and compressive stress according to the present embodiment include roll mills; rock drills, vibration drills, impact drivers, etc. rotating/impact pulverizing device consisting of a mechanism; high-pressure gliding rolls; and vertical mills such as a roller-type vertical mill and a ball-type vertical mill. Among these, a roll mill and a vertical mill are preferable, and a roll mill is more preferable, from the viewpoint of excellent continuous productivity.

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

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

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

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

以下、粉砕装置として3本のロールからなる3本ロールミルを用いて、本実施形態に係るガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C)をおこなう場合について具体的に説明する。
3本ロールミルは、例えば、第一のロール、第二のロール、第三のロールおよびブレードにより構成される。
はじめに、2種以上の無機化合物を含む原料無機組成物を第一のロールおよび第二のロールとの隙間である第一のロール間に投入する。
第一のロール間に進入した原料無機組成物は、第一のロールおよび第二のロールにより圧縮される。ここで、第一のロールおよび第二のロールにおいて、異なる回転速度を採用することにより、第一のロール間に進入した原料無機組成物に対し、圧縮応力を与えつつ、より効果的にせん断応力を与えることができるため、無機組成物のガラス化およびアニール処理をより一層効率良く進めることができる。
Hereinafter, the case of performing the vitrification step (B) and the annealing treatment step (C) according to the present embodiment using a three-roll mill consisting of three rolls as a pulverizing device will be specifically described.
A three-roll mill, for example, consists of a first roll, a second roll, a third roll and blades.
First, a raw material inorganic composition containing two or more inorganic compounds is charged between the first roll, which is the gap between the first roll and the second roll.
The raw material inorganic composition entering between the first rolls is compressed by the first roll and the second roll. Here, by adopting different rotation speeds in the first roll and the second roll, while applying compressive stress to the raw material inorganic composition entering between the first rolls, shear stress can be more effectively applied. can be provided, the vitrification and annealing treatment of the inorganic composition can proceed more efficiently.

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

次いで、第一のロール間に無機組成物を通過させた後に、第一のロール間に隣接する第二のロール間に無機組成物を通過させる。この操作を繰り返しおこなうことにより、無機組成物のガラス化およびアニール処理を連続的に行うことができる。ここで、無機組成物は第一のロールおよび第二のロールによる圧縮応力により、第二のロールの表面に付着しているため、第二のロール間に連続的に移送することが可能である。
第二のロール間を通過して得られた硫化物系無機固体電解質材料は第三のロールの表面に付着しており、例えばブレードによりそぎ落されて得ることができる。
また、第二のロール間を通過して得られた硫化物系無機固体電解質材料について、ガラス化またはアニール処理が不十分の場合は、第一のロール間および第二のロール間を通過させる上記処理を繰り返し行うことが好ましい。あるいは、ロールミルにおけるロールの数を4本以上とし、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた機械的処理をさらに行うことが好ましい。
Next, after passing the inorganic composition between the first rolls, the inorganic composition is passed between the second rolls adjacent between the first rolls. By repeating this operation, the inorganic composition can be vitrified and annealed continuously. Here, the inorganic composition adheres to the surface of the second roll due to the compressive stress of the first roll and the second roll, so it can be continuously transferred between the second rolls. .
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained by passing between the second rolls adheres to the surface of the third roll, and can be scraped off with a blade, for example.
In addition, if the sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained by passing between the second rolls is insufficiently vitrified or annealed, the above-mentioned material is passed between the first rolls and between the second rolls. It is preferred to repeat the treatment. Alternatively, it is preferable that the number of rolls in the roll mill is set to 4 or more and a mechanical treatment combining shear stress and compressive stress is further performed.

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

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

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

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

上記無機組成物を加熱する際の温度としては特に限定されないが、例えば、加熱温度は200℃以上400℃以下の範囲内であることが好ましく、220℃以上300℃以下の範囲内であることがより好ましい。 The temperature at which the inorganic composition is heated is not particularly limited. more preferred.

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

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

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

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

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

前述した本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料とは異なる硫化物系無機固体電解質材料としては、例えば、LiS-P材料、LiS-SiS材料、LiS-GeS材料、LiS-Al材料、LiS-SiS-LiPO材料、LiS-P-GeS材料、LiS-LiO-P-SiS材料、LiS-GeS-P-SiS材料、LiS-SnS-P-SiS材料、LiS-P-LiN材料、Li2+X-P材料、LiS-P-P材料等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
これらの中でも、リチウムイオン伝導性に優れ、かつ広い電圧範囲で分解等を起こさない安定性を有する点から、LiS-P材料が好ましい。ここで、例えば、LiS-P材料とは、少なくともLiS(硫化リチウム)とPとを含む無機組成物を機械的処理により互いに化学反応させることにより得られる固体電解質材料を意味する。
ここで、本実施形態において、硫化リチウムには多硫化リチウムも含まれる。
Examples of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material different from the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment described above include Li 2 SP 2 S 5 material, Li 2 S-SiS 2 material, Li 2 S - GeS2 material, Li2S - Al2S3 material , Li2S - SiS2 - Li3PO4 material, Li2SP2S5 - GeS2 material , Li2S - Li2OP 2S5 - SiS2 material, Li2S - GeS2 - P2S5 - SiS2 material , Li2S - SnS2 - P2S5 - SiS2 material, Li2SP2S5 - Li 3N materials, Li 2 S 2+X -P 4 S 3 materials, Li 2 SP 2 S 5 -P 4 S 3 materials, and the like. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
Among these materials, the Li 2 SP 2 S 5 material is preferable from the viewpoint of excellent lithium ion conductivity and stability that does not cause decomposition or the like in a wide voltage range. Here, for example, the Li 2 SP 2 S 5 material is a solid obtained by chemically reacting an inorganic composition containing at least Li 2 S (lithium sulfide) and P 2 S 5 with each other by mechanical treatment. Means electrolyte material.
Here, in this embodiment, lithium sulfide also includes lithium polysulfide.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

正極活物質層101は、正極活物質同士および正極活物質と集電体105とを結着させる役割をもつバインダー樹脂を含んでもよい。
本実施形態に係るバインダー樹脂はリチウムイオン電池に使用可能な通常のバインダー樹脂であれば特に限定されないが、例えば、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、スチレン・ブタジエン系ゴム、ポリイミド等が挙げられる。これらのバインダーは一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
The positive electrode active material layer 101 may contain a binder resin that serves to bind the positive electrode active materials together and the positive electrode active material and the current collector 105 .
The binder resin according to the present embodiment is not particularly limited as long as it is a normal binder resin that can be used for lithium ion batteries. Butadiene-based rubber, polyimide, and the like can be mentioned. These binders may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types.

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

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

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

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

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

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

負極活物質層103は特に限定されないが、上記負極活物質以外の成分として、例えば、バインダー樹脂、増粘剤、導電助剤、固体電解質材料等から選択される1種以上の材料を含んでもよい。これらの材料としては、特に限定はされないが、例えば、上述した正極110に用いる材料と同様のものを挙げることができる。
負極活物質層103中の各種材料の配合割合は、電池の使用用途等に応じて、適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。
Although the negative electrode active material layer 103 is not particularly limited, it may contain, as components other than the negative electrode active material, one or more materials selected from, for example, binder resins, thickeners, conductive aids, solid electrolyte materials, and the like. . Although these materials are not particularly limited, for example, the same materials as those used for the positive electrode 110 described above can be used.
The mixing ratio of various materials in the negative electrode active material layer 103 is not particularly limited because it is appropriately determined according to the intended use of the battery, and can be set according to generally known information.

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

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

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

上記非水電解液とは、電解質を溶媒に溶解させたものである。
上記電解質としては、公知のリチウム塩がいずれも使用でき、活物質の種類に応じて選択すればよい。例えば、LiClO、LiBF、LiPF、LiCFSO、LiCFCO、LiAsF、LiSbF、LiB10Cl10、LiAlCl、LiCl、LiBr、LiB(C、CFSOLi、CHSOLi、LiCFSO、LiCSO、Li(CFSON、低級脂肪酸カルボン酸リチウム等が挙げられる。
The non-aqueous electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte in a solvent.
Any known lithium salt can be used as the electrolyte, and the electrolyte may be selected according to the type of the active material. For example, LiClO4 , LiBF6 , LiPF6 , LiCF3SO3 , LiCF3CO2 , LiAsF6 , LiSbF6 , LiB10Cl10 , LiAlCl4 , LiCl, LiBr, LiB( C2H5 ) 4 , CF3 SO 3 Li, CH 3 SO 3 Li, LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, lithium lower fatty acid carboxylate, and the like.

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

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

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

以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
Although the embodiments of the present invention have been described above, these are examples of the present invention, and various configurations other than those described above can also be adopted.
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes modifications, improvements, etc. within the scope of achieving the object of the present invention.

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

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

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

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

(3)X線回折分析
X線回折装置(リガク社製、RINT2000)を用いて、X線回折分析法により、実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料の回折スペクトルをそれぞれ求めた。なお、線源としてCuKα線を用いた。ここで、回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=17.2±0.5°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとし、回折角2θ=25.6±0.5°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとし、回折角2θ=29.2±0.8°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとし、回折角2θ=26.6±0.4°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとした。また、I/I、およびI/I、I/IおよびI/Iをそれぞれ求めた。
(3) X-ray diffraction analysis The diffraction spectra of the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples were analyzed by X-ray diffraction analysis using an X-ray diffractometer (RINT2000, manufactured by Rigaku Corporation). asked. CuKα rays were used as the radiation source. Here, the maximum diffraction intensity at the diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1° is defined as the background intensity IA , and the maximum diffraction peak at the diffraction angle 2θ = 17.2 ± 0.5°. Let IB be the diffraction intensity, IC be the maximum diffraction intensity of the diffraction peak existing at the diffraction angle 2θ=25.6±0.5°, and IC be the maximum diffraction intensity at the diffraction angle 2θ=29.2±0.8°. The maximum diffraction intensity of the existing diffraction peak was defined as ID , and the maximum diffraction intensity of the diffraction peak existing at the diffraction angle 2θ=26.6±0.4° was defined as IE . Also, IB / IA , IC / IA , ID / IA and IE / IA were determined respectively.

(4)リチウムイオン伝導度の測定
実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料に対して、交流インピーダンス法によるリチウムイオン伝導度の測定をおこなった。また、実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料1.0gを25℃の大気中に10分間それぞれ暴露した後にも、硫化物系無機固体電解質材料のリチウムイオン伝導度の測定をそれぞれおこなった。
リチウムイオン伝導度の測定はバイオロジック社製、ポテンショスタット/ガルバノスタットSP-300を用いた。試料の大きさは直径9.5mm、厚さ1.2~2.0mm、測定条件は、印加電圧10mV、測定温度27.0℃、測定周波数域0.1Hz~7MHz、電極はLi箔とした。
ここで、リチウムイオン伝導度測定用の試料としては、プレス装置を用いて、実施例および比較例で得られた粉末状の硫化物系無機固体電解質材料150mgを270MPa、10分間プレスして得られる直径9.5mm、厚さ1.2~2.0mmの板状の硫化物系無機固体電解質材料を用いた。
(4) Measurement of Lithium Ion Conductivity The sulfide-based inorganic solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples were measured for lithium ion conductivity by an AC impedance method. Further, after exposing 1.0 g of the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples to the atmosphere at 25°C for 10 minutes, the lithium ion conductivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials was measured. were performed respectively.
Potentiostat/galvanostat SP-300 manufactured by Biologic was used to measure the lithium ion conductivity. The size of the sample was 9.5 mm in diameter and 1.2 to 2.0 mm in thickness. The measurement conditions were an applied voltage of 10 mV, a measurement temperature of 27.0°C, a measurement frequency range of 0.1 Hz to 7 MHz, and a Li foil electrode. .
Here, the sample for lithium ion conductivity measurement is obtained by pressing 150 mg of the powdery sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in Examples and Comparative Examples at 270 MPa for 10 minutes using a pressing device. A plate-like sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a diameter of 9.5 mm and a thickness of 1.2 to 2.0 mm was used.

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

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

[2]固体電解質材料の製造
<実施例1>
硫化物系無機固体電解質材料を以下の手順で作製した。
原料には、LiS(古河機械金属社製、純度99.9%)、P(関東化学社製)およびLiN(古河機械金属社製)を使用した。
次いで、グローブボックス内で、クラッシャーを用いて、LiS粉末とP粉末とLiN粉末(LiS:P:LiN=71.1:23.7:5.3(モル%))合計80gを混合することにより、原料無機組成物を調製した。
次いで、原料無機組成物80gを3本ロールミル(アイメックス社製BR-100V)にてメカノケミカル処理し、硫化物系無機固体電解質材料を得た。ここで、第一のロール~第三のロールの通過を1回とし、合計で70回通過させた。また、各ロールはジルコニア(ZrO)製で直径が63.5mmのものを用い、ロール間の距離は20μmとした。また、第一のロールの回転速度:第二のロールの回転速度:第三のロールの回転速度=1:2.5:6とし、第三のロールの回転速度を700rpmとした。
第一のロール~第三のロールの通過を70回おこなった後に試料の一部をそれぞれサンプリングし、各物性をそれぞれ評価した。得られた結果を表1に示す。
[2] Production of solid electrolyte material <Example 1>
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was produced by the following procedure.
Li 2 S (manufactured by Furukawa Co., Ltd., purity 99.9%), P 2 S 5 (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and Li 3 N (manufactured by Furukawa Co., Ltd.) were used as raw materials.
Next, in a glove box, using a crusher, Li 2 S powder, P 2 S 5 powder and Li 3 N powder (Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 71.1: 23.7: 5 .3 (mol %)) A starting inorganic composition was prepared by mixing a total of 80 g.
Next, 80 g of the starting inorganic composition was mechanochemically treated with a three-roll mill (BR-100V manufactured by Aimex) to obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. Here, the first to third rolls were passed once, and the film was passed 70 times in total. Each roll was made of zirconia (ZrO 2 ) and had a diameter of 63.5 mm, and the distance between the rolls was 20 μm. Further, the rotation speed of the first roll: the rotation speed of the second roll: the rotation speed of the third roll was set to 1:2.5:6, and the rotation speed of the third roll was set to 700 rpm.
After passing through the first roll to the third roll 70 times, a part of each sample was sampled and each physical property was evaluated. Table 1 shows the results obtained.

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

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

<実施例4>
LiS粉末とP粉末とLiN粉末との混合比をLiS:P:LiN=72.6:24.2:3.2(モル%)に変更した以外は実施例1と同様の方法により硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Example 4>
The mixing ratio of Li2S powder , P2S5 powder and Li3N powder was changed to Li2S : P2S5 : Li3N =72.6:24.2:3.2 (mol%). A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was produced in the same manner as in Example 1, except that it was used, and each evaluation was performed. Table 1 shows the results obtained.

<実施例5>
LiS粉末とP粉末とLiN粉末との混合比をLiS:P:LiN=73.8:24.6:1.6(モル%)に変更した以外は実施例1と同様の方法により硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Example 5>
The mixing ratio of Li2S powder, P2S5 powder and Li3N powder was changed to Li2S : P2S5 : Li3N = 73.8:24.6:1.6 (mol%). A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was produced in the same manner as in Example 1, except that it was used, and each evaluation was performed. Table 1 shows the results obtained.

<比較例1>
第一のロール~第三のロールの通過の回数を10回に変更した以外は実施例1と同様の方法により硫化物系無機固体電解質材料を作製した。次いで、得られたガラス状態の硫化物系無機固体電解質材料をカーボンるつぼに移し、グローブボックス内に設置したオーブンで270℃、2時間のアニール処理をおこない、硫化物系無機固体電解質材料を得た。各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was produced in the same manner as in Example 1, except that the number of passes through the first roll to the third roll was changed to 10 times. Next, the resulting glassy sulfide-based inorganic solid electrolyte material was transferred to a carbon crucible and annealed at 270° C. for 2 hours in an oven installed in a glove box to obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. . Each evaluation was performed. Table 1 shows the results obtained.

<比較例2>
硫化物系無機固体電解質材料を以下の手順で作製した。
原料には、LiS(古河機械金属社製、純度99.9%)、P(関東化学社製)およびLiN(古河機械金属社製)を使用した。
次いで、グローブボックス内で、クラッシャーを用いて、LiS粉末とP粉末とLiN粉末(LiS:P:LiN=71.1:23.7:5.3(モル%))合計80gを混合することにより、原料無機組成物を調製した。
つづいて、グローブボックス内のアルミナ製のポット(内容積400mL)の内部に、原料無機組成物2gと直径10mmのZrOボール500gとを投入し、ポットを密閉した。
次いで、グローブボックス内から、アルミナ製のポットを取り出し、乾燥した大気雰囲気下に設置したボールミル機にアルミナ製のポットを取り付け、120rpmで300時間メカノケミカル処理し、原料無機組成物のガラス化をおこなった。24時間混合する毎にグローブボックス内でポットの内壁についた粉末を掻き落とし、密封後、乾燥した大気雰囲気下でミリングを継続した。
ここで、メカノケミカル処理を36時間行った後にポットを開けてみたところ、ポットの内壁には無機組成物の固まりが付着していた。そのため24時間ごとにポットの内壁に付着した無機組成物の固まりをそぎ落とす操作が必要であった。
次いで、グローブボックス内にアルミナ製のポットを入れ、得られた粉末をZrOボールと分離して、アルミナ製のポットからカーボンるつぼに移し、グローブボックス内に設置したオーブンで270℃、2時間のアニール処理をおこない、硫化物系無機固体電解質材料を得た。得られた硫化物系無機固体電解質材料について、各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Comparative Example 2>
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was produced by the following procedure.
Li 2 S (manufactured by Furukawa Co., Ltd., purity 99.9%), P 2 S 5 (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and Li 3 N (manufactured by Furukawa Co., Ltd.) were used as raw materials.
Next, in a glove box, using a crusher, Li 2 S powder, P 2 S 5 powder and Li 3 N powder (Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 71.1: 23.7: 5 .3 (mol %)) A starting inorganic composition was prepared by mixing a total of 80 g.
Subsequently, 2 g of the starting inorganic composition and 500 g of ZrO 2 balls with a diameter of 10 mm were put into an alumina pot (inner volume: 400 mL) in the glove box, and the pot was sealed.
Next, the alumina pot is removed from the glove box, the alumina pot is attached to a ball mill set in a dry atmosphere, and mechanochemically treated at 120 rpm for 300 hours to vitrify the raw material inorganic composition. rice field. Every 24 hours of mixing, the powder adhering to the inner wall of the pot was scraped off in the glove box, and after sealing, milling was continued in a dry atmosphere.
Here, when the pot was opened after performing the mechanochemical treatment for 36 hours, lumps of the inorganic composition adhered to the inner wall of the pot. Therefore, it was necessary to scrape off the clumps of the inorganic composition adhering to the inner wall of the pot every 24 hours.
Then, put an alumina pot in the glove box, separate the obtained powder from the ZrO 2 balls, transfer it from the alumina pot to a carbon crucible, and bake it in an oven installed in the glove box at 270 ° C for 2 hours. Annealing treatment was performed to obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. Each evaluation was performed on the obtained sulfide-based inorganic solid electrolyte material. Table 1 shows the results obtained.

Figure 2023063326000001
Figure 2023063326000001

実施例の硫化物系無機固体電解質材料は、大気中に曝してもリチウムイオン伝導性の低下が比較例の硫化物系無機固体電解質材料よりも抑制されていた。すなわち、実施例の硫化物系無機固体電解質材料は、大気中に曝した際のリチウムイオン伝導性の低下を抑制できることが理解できる。
ここで、実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料のX線回折スペクトルを図2および図3にそれぞれ示す。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material of the example was more suppressed in deterioration of lithium ion conductivity than the sulfide-based inorganic solid electrolyte material of the comparative example even when exposed to the air. That is, it can be understood that the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials of the examples can suppress a decrease in lithium ion conductivity when exposed to the air.
Here, the X-ray diffraction spectra of the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples are shown in FIGS. 2 and 3, respectively.

100 リチウムイオン電池
101 正極活物質層
103 負極活物質層
105 集電体
110 正極
120 電解質層
130 負極
100 Lithium ion battery 101 Positive electrode active material layer 103 Negative electrode active material layer 105 Current collector 110 Positive electrode 120 Electrolyte layer 130 Negative electrode

Claims (18)

リチウムイオン伝導性を有し、かつ、構成元素としてLi、PおよびSを含む硫化物系無機固体電解質材料であって、
下記の方法で測定される、硫化水素の発生量が20ppm以下である硫化物系無機固体電解質材料。
(方法)
アルゴンガスで置換したガラス製密閉容器内に当該硫化物系無機固体電解質材料を配置し、次いで、前記ガラス製密閉容器の上部から前記硫化物系無機固体電解質材料に水を滴下してから5分後に、前記ガラス製密閉容器内に発生した硫化水素ガス量を測定する。
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having lithium ion conductivity and containing Li, P and S as constituent elements,
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material that generates 20 ppm or less of hydrogen sulfide, as measured by the following method.
(Method)
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material is placed in a closed glass container that has been replaced with argon gas, and then water is dropped from the top of the closed glass container onto the sulfide-based inorganic solid electrolyte material for 5 minutes. Afterwards, the amount of hydrogen sulfide gas generated in the closed glass container is measured.
請求項1に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=17.2±0.5°の位置、回折角2θ=25.6±0.5°の位置および回折角2θ=29.2±0.8°の位置にそれぞれ回折ピークを有する硫化物系無機固体電解質材料。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to claim 1,
In the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source, the position of the diffraction angle 2θ = 17.2 ± 0.5 °, the position of the diffraction angle 2θ = 25.6 ± 0.5 ° and the diffraction angle 2θ = A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having diffraction peaks at positions of 29.2±0.8°.
請求項2に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=17.2±0.5°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が2.0以上である硫化物系無機固体電解質材料。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to claim 2,
In the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source, the maximum diffraction intensity at the position of diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1 ° was taken as the background intensity IA , and the diffraction angle 2θ = 17.2 ± A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a value of IB / IA of 2.0 or more, where IB is the maximum diffraction intensity of a diffraction peak present at a position of 0.5°.
請求項2または3に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=25.6±0.5°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が2.0以上である硫化物系無機固体電解質材料。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to claim 2 or 3,
In the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source, the maximum diffraction intensity at the position of diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1 ° is defined as background intensity IA , and diffraction angle 2θ = 25.6 ± A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a value of IC / IA of 2.0 or more, where IC is the maximum diffraction intensity of a diffraction peak present at a position of 0.5°.
請求項2乃至4のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=29.2±0.8°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が2.0以上である硫化物系無機固体電解質材料。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 2 to 4,
In the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source, the maximum diffraction intensity at the position of diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1 ° was taken as background intensity IA , and diffraction angle 2θ = 29.2 ± A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a value of ID / IA of 2.0 or more, where ID is the maximum diffraction intensity of a diffraction peak present at a position of 0.8°.
請求項2乃至5のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=26.6±0.4°の位置にさらに回折ピークを有し、
回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=26.6±0.4°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が2.2以上である硫化物系無機固体電解質材料。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 2 to 5,
A spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source further has a diffraction peak at a diffraction angle 2θ = 26.6 ± 0.4 °,
The maximum diffraction intensity at the diffraction angle 2θ=35.0±0.1° is defined as the background intensity IA , and the maximum diffraction intensity of the diffraction peak at the diffraction angle 2θ=26.6±0.4° is A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a value of IE / IA of 2.2 or more when IE .
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
当該硫化物系無機固体電解質材料中の前記Pの含有量に対する前記Liの含有量のモル比Li/Pが1.0以上5.0以下であり、前記Pの含有量に対する前記Sの含有量のモル比S/Pが2.0以上6.0以下である硫化物系無機固体電解質材料。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 6,
The molar ratio Li/P of the Li content to the P content in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is 1.0 or more and 5.0 or less, and the S content to the P content A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a molar ratio S/P of 2.0 or more and 6.0 or less.
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
27.0℃、印加電圧10mV、測定周波数域0.1Hz~7MHzの測定条件における交流インピーダンス法による前記硫化物系無機固体電解質材料のリチウムイオン伝導度が2.2×10-4S・cm-1以上である硫化物系無機固体電解質材料。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 7,
The lithium ion conductivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is 2.2×10 −4 S cm according to the AC impedance method under the measurement conditions of 27.0° C., an applied voltage of 10 mV, and a measurement frequency range of 0.1 Hz to 7 MHz. 1 or more sulfide-based inorganic solid electrolyte material.
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
温度25℃、掃引電圧範囲0~5V、電圧掃引速度5mV/秒の条件で測定される、前記硫化物系無機固体電解質材料の酸化分解電流の最大値が0.50μA以下である硫化物系無機固体電解質材料。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 8,
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a maximum oxidative decomposition current of 0.50 μA or less, measured under conditions of a temperature of 25° C., a sweep voltage range of 0 to 5 V, and a voltage sweep rate of 5 mV/sec. Solid electrolyte material.
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
ガラスセラミックス状態である硫化物系無機固体電解質材料。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 9,
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material in a glass-ceramic state.
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
前記硫化物系無機固体電解質材料の形状は粒子状であり、
レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における、粒子状の前記硫化物系無機固体電解質材料の平均粒子径d50が1μm以上100μm以下である硫化物系無機固体電解質材料。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 10,
The shape of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is particulate,
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material, wherein the average particle diameter d50 of the particulate sulfide-based inorganic solid electrolyte material is 1 μm or more and 100 μm or less in a weight-based particle size distribution measured by a laser diffraction scattering particle size distribution measurement method.
請求項1乃至11のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
リチウムイオン電池に用いられる硫化物系無機固体電解質材料。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 11,
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material used in lithium-ion batteries.
請求項1乃至12のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料を含む固体電解質。 A solid electrolyte comprising the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 12. 請求項13に記載の固体電解質を主成分として含む固体電解質膜。 A solid electrolyte membrane comprising the solid electrolyte according to claim 13 as a main component. 請求項14に記載の固体電解質膜において、
粒子状の前記固体電解質の加圧成形体である固体電解質膜。
In the solid electrolyte membrane according to claim 14,
A solid electrolyte membrane, which is a pressure-molded body of the particulate solid electrolyte.
請求項14または15に記載の固体電解質膜において、
当該固体電解質膜中のバインダー樹脂の含有量が、前記固体電解質膜の全体を100質量%としたとき、0.5質量%未満である固体電解質膜。
In the solid electrolyte membrane according to claim 14 or 15,
A solid electrolyte membrane, wherein the content of the binder resin in the solid electrolyte membrane is less than 0.5% by mass when the entire solid electrolyte membrane is taken as 100% by mass.
請求項14乃至16のいずれか一項に記載の固体電解質膜において、
当該固体電解質膜中の前記硫化物系無機固体電解質材料の含有量が、前記固体電解質膜の全体を100質量%としたとき、50質量%以上である固体電解質膜。
In the solid electrolyte membrane according to any one of claims 14 to 16,
A solid electrolyte membrane, wherein the content of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material in the solid electrolyte membrane is 50% by mass or more when the entire solid electrolyte membrane is taken as 100% by mass.
正極活物質層を含む正極と、電解質層と、負極活物質層を含む負極とを備えたリチウムイオン電池であって、
前記正極活物質層、前記電解質層および前記負極活物質層のうち少なくとも一つが、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料を含むリチウムイオン電池。
A lithium ion battery comprising a positive electrode including a positive electrode active material layer, an electrolyte layer, and a negative electrode including a negative electrode active material layer,
A lithium ion battery in which at least one of the positive electrode active material layer, the electrolyte layer and the negative electrode active material layer comprises the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 12.
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