JP5096722B2 - Battery material manufacturing method and all solid state battery - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン伝導性固体電解質からなる電池材料の製造方法及びそれを使用した全固体電池に関する。   The present invention relates to a method for producing a battery material comprising a lithium ion conductive solid electrolyte and an all-solid battery using the same.

近年、携帯情報端末、携帯電子機器、家庭用小型電力貯蔵装置、モーターを動力源とする自動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車等に用いられる高性能リチウム電池等二次電池の需要が増加している。
使用される用途が広がるのに伴い、二次電池のさらなる安全性の向上及び高性能化が要求されている。
リチウム電池の安全性を確保する方法としては、有機溶媒電解質に代えて無機固体電解質を用いることが有効である。
In recent years, the demand for secondary batteries such as high-performance lithium batteries used in personal digital assistants, portable electronic devices, small household power storage devices, motorcycles powered by motors, electric vehicles, hybrid electric vehicles, etc. has increased. Yes.
As the applications used expand, further improvements in safety and higher performance of secondary batteries are required.
In order to ensure the safety of the lithium battery, it is effective to use an inorganic solid electrolyte instead of the organic solvent electrolyte.

リチウムイオン伝導性固体電解質はイオン伝導度が高いことが知られており(例えば、特許文献1を参照)、全固体電池(全固体二次電池)等に採用されている。リチウムイオン伝導性固体電解質は、製造された直後には揮発分含量が非常に低く、イオン伝導度も高い。しかし、固体電解質は、電池部材として使用されるまでの間、シート状、ペレット状或いは粉体状で一定期間保存されることが通常である。この保存期間に、空気中の水分等が固体電解質の表面に付着して、固体電解質のイオン伝導度が低下してしまい、これを使用して製造された固体電池の性能は低いものとなるという問題点があった。それ故、不活性ガスや乾燥空気雰囲気下で保存することが通常である。   Lithium ion conductive solid electrolytes are known to have high ionic conductivity (see, for example, Patent Document 1), and are used in all solid state batteries (all solid state secondary batteries) and the like. The lithium ion conductive solid electrolyte has a very low volatile content and high ionic conductivity immediately after being produced. However, the solid electrolyte is usually stored in a sheet form, a pellet form or a powder form for a certain period until it is used as a battery member. During this storage period, moisture in the air adheres to the surface of the solid electrolyte, and the ionic conductivity of the solid electrolyte decreases, and the performance of the solid battery manufactured using this decreases. There was a problem. Therefore, it is usually stored in an inert gas or dry air atmosphere.

特開平4−202024号公報JP-A-4-202024

しかしながら、リチウムイオン伝導性固体電解質を不活性ガスや乾燥空気雰囲気中で保存した場合であっても、該雰囲気中に存在する僅かな水分、ガス等の揮発分が表面に付着し、固体電解質の表面の変化によりイオン伝導度が低下しているために、電池性能が向上しないことを本発明者らは見出した。また、揮発分には、固体電解質製造直後から固体電解質に含まれていた成分や、保存時に付着した成分が含まれており、定性分析の結果、このような揮発分にはHS、CS、水等の成分が含まれることが判明した。 However, even when the lithium ion conductive solid electrolyte is stored in an inert gas or dry air atmosphere, a slight amount of moisture, gas, and other volatiles present in the atmosphere adhere to the surface, and the solid electrolyte The present inventors have found that the battery performance is not improved because the ionic conductivity is lowered due to the surface change. In addition, the volatile matter includes components contained in the solid electrolyte immediately after the production of the solid electrolyte and components attached during storage, and as a result of qualitative analysis, such volatile matter includes H 2 S, CS. 2. It was found that components such as water were included.

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、使用直前に乾燥した固体電解質を電池材料として使用することによりイオン伝導度を向上させることができ、高い電池性能を発現することができることを見出し、本発明を完成させた。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it has been found that by using a solid electrolyte dried just before use as a battery material, ionic conductivity can be improved and high battery performance can be expressed. The present invention has been completed.

本発明は、リチウムイオン伝導性固体電解質の揮発分含量を低減する方法、及び揮発分含量が低減されたリチウムイオン伝導性固体電解質を使用した全固体電池を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method for reducing the volatile content of a lithium ion conductive solid electrolyte, and an all-solid battery using a lithium ion conductive solid electrolyte having a reduced volatile content.

即ち、本発明は、下記の全固体電池、及び電池材料の製造方法を提供する。
1.リチウムイオン伝導性固体電解質層の揮発分含量が、該固体電解質1kg当たり50g以下である全固体電池。
2.リチウムイオン伝導性固体電解質を、不活性ガス雰囲気中、80〜400℃の温度範囲で加熱乾燥することを含む電池材料の製造方法。
3.前記リチウムイオン伝導性固体電解質が、硫化リチウムと五硫化二リンを原料とするものである上記2に記載の電池材料の製造方法。
4.前記リチウムイオン伝導性固体電解質が、粉体状である上記2又は3に記載の電池材料の製造方法。
5.電池材料が個体電解質層形成用材料又は電極材である上記2〜4のいずれかに記載の電池材料の製造方法。
That is, this invention provides the manufacturing method of the following all-solid-state battery and battery material.
1. An all-solid battery in which the lithium ion conductive solid electrolyte layer has a volatile content of 50 g or less per kg of the solid electrolyte.
2. A method for producing a battery material, comprising heating and drying a lithium ion conductive solid electrolyte in a temperature range of 80 to 400 ° C. in an inert gas atmosphere.
3. 3. The method for producing a battery material according to 2 above, wherein the lithium ion conductive solid electrolyte is made from lithium sulfide and diphosphorus pentasulfide as raw materials.
4). 4. The method for producing a battery material according to 2 or 3 above, wherein the lithium ion conductive solid electrolyte is in a powder form.
5. 5. The method for producing a battery material according to any one of 2 to 4 above, wherein the battery material is a solid electrolyte layer forming material or an electrode material.

本発明によれば、リチウムイオン伝導性固体電解質層のイオン伝導度が高く、高い電池性能を有する全固体電池が得られる。
本発明によれば、イオン伝導度の高い電池材料が得られる。
According to the present invention, it is possible to obtain an all-solid battery having high battery performance with high ion conductivity of the lithium ion conductive solid electrolyte layer.
According to the present invention, a battery material having high ion conductivity can be obtained.

以下、本発明を具体的に説明する。
本発明は、リチウムイオン伝導性固体電解質を、不活性ガス雰囲気中、80〜400℃の温度範囲で加熱乾燥し、リチウムイオン伝導性固体電解質の揮発分含量を低減することを特徴としている。
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
The present invention is characterized in that a lithium ion conductive solid electrolyte is heated and dried in an inert gas atmosphere at a temperature range of 80 to 400 ° C. to reduce the volatile content of the lithium ion conductive solid electrolyte.

(1)リチウムイオン伝導性固体電解質
リチウムイオン伝導性固体電解質を構成する物質は、硫化物系の無機化合物を用いることができ、リチウムイオン電池分野で公知のものが使用できる。
特に、硫化物系の無機固体電解質は、イオン伝導度が他の無機化合物より高いことが知られており、特開平4−202024等に記載の無機固体電解質を使用できる。具体的には、LiSとSiS、GeS、P、Bの組合せから成る無機固体電解質に、適宜、LiPOやハロゲン、ハロゲン化合物を添加した無機固体電解質を用いることができる。
(1) the substance constituting the lithium ion conductive solid electrolyte lithium ion conductive solid electrolyte may be an inorganic compound of sulfide-based, known ones can be used in lithium ion battery field.
In particular, sulfide-based inorganic solid electrolytes are known to have higher ionic conductivity than other inorganic compounds, and inorganic solid electrolytes described in JP-A-4-202024 can be used. Specifically, an inorganic solid electrolyte in which Li 3 PO 4 , a halogen, and a halogen compound are appropriately added to an inorganic solid electrolyte composed of a combination of Li 2 S and SiS 2 , GeS 2 , P 2 S 5 , B 2 S 3. Can be used.

また、リチウムイオン伝導性が高いことから、硫化リチウムと五硫化二燐(P)、又は硫化リチウムと単体燐及び単体硫黄、さらには硫化リチウム、五硫化二燐、単体燐及び/又は単体硫黄から生成するリチウムイオン伝導性無機固体電解質を使用することが好ましい。
リチウムイオン伝導性無機固体電解質は、硫化リチウムと、五硫化二燐及び/又は単体燐及び単体硫黄から製造することができる。具体的には、これらの原料を溶融反応させた後、急冷することにより製造できる。また、これらの原料をメカニカルミリング法(MM法)により処理して得ることができる。このようにして得られた硫化物ガラスを加熱処理してもよい。
In addition, since lithium ion conductivity is high, lithium sulfide and diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ), or lithium sulfide and simple phosphorus and simple sulfur, and further, lithium sulfide, diphosphorus pentasulfide, simple phosphorus and / or It is preferable to use a lithium ion conductive inorganic solid electrolyte produced from elemental sulfur.
The lithium ion conductive inorganic solid electrolyte can be produced from lithium sulfide and diphosphorus pentasulfide and / or simple phosphorus and simple sulfur. Specifically, it can be produced by melting these raw materials and then rapidly cooling them. Moreover, these raw materials can be obtained by processing by a mechanical milling method (MM method). The sulfide glass thus obtained may be heat-treated.

リチウムイオン伝導性無機固体電解質を製造するための硫化リチウムは、特に制限なく工業的に入手可能なものが使用できるが、高純度のものが好ましい。
好ましくは、硫化リチウムは、少なくとも硫黄酸化物のリチウム塩の総含有量が0.15質量%以下、より好ましくは0.1質量%以下であり、かつN−メチルアミノ酪酸リチウムの含有量が0.15質量%以下、より好ましくは0.1質量%以下である。硫黄酸化物のリチウム塩の総含有量が0.15質量%以下であると、溶融急冷法やメカニカルミリング法で得られる固体電解質は、ガラス状電解質(完全非晶質)となる。即ち、硫黄酸化物のリチウム塩の総含有量が0.15質量%を越えると、得られる電解質は、最初から結晶化物の恐れがあり、この結晶化物のイオン伝導度は低い。さらに、この結晶化物について熱処理を施しても結晶化物には変化がなく、高イオン伝導度のリチウムイオン伝導性無機固体電解質を得ることはできない。
As lithium sulfide for producing a lithium ion conductive inorganic solid electrolyte, those commercially available without particular limitation can be used, but those having high purity are preferred.
Preferably, the lithium sulfide has a total content of at least a sulfur oxide lithium salt of 0.15% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or less, and a content of lithium N-methylaminobutyrate of 0%. .15% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or less. When the total content of the lithium salt of sulfur oxide is 0.15% by mass or less, the solid electrolyte obtained by the melt quenching method or the mechanical milling method becomes a glassy electrolyte (fully amorphous). That is, when the total content of the lithium salt of sulfur oxide exceeds 0.15% by mass, the obtained electrolyte may be a crystallized product from the beginning, and the ionic conductivity of the crystallized product is low. Furthermore, even if this crystallized product is subjected to a heat treatment, the crystallized product is not changed, and a lithium ion conductive inorganic solid electrolyte having a high ion conductivity cannot be obtained.

また、N−メチルアミノ酪酸リチウムの含有量が0.15質量%以下であると、N−メチルアミノ酪酸リチウムの劣化物がリチウム電池のサイクル性能を低下させることがない。
このように不純物が低減された硫化リチウムを用いると、高イオン伝導性電解質が得られる。
Further, when the content of lithium N-methylaminobutyrate is 0.15% by mass or less, a deteriorated product of lithium N-methylaminobutyrate does not deteriorate the cycle performance of the lithium battery.
When lithium sulfide with reduced impurities is used, a high ion conductive electrolyte can be obtained.

高イオン伝導性電解質の製造に用いられる硫化リチウムの製造法としては、少なくとも上記不純物を低減できる方法であれば特に制限はない。
例えば、以下の方法で製造された硫化リチウムを精製することにより得ることができる。
以下の製造法の中では、特にa又はbの方法が好ましい。
a.非プロトン性有機溶媒中で水酸化リチウムと硫化水素とを0〜150℃で反応させて水硫化リチウムを生成し、次いでこの反応液を150〜200℃で脱硫化水素化する方法(特開平7−330312号公報)。
b.非プロトン性有機溶媒中で水酸化リチウムと硫化水素とを150〜200℃で反応させ、直接硫化リチウムを生成する方法(特開平7−330312号公報)。
c.水酸化リチウムとガス状硫黄源を130〜445℃の温度で反応させる方法(特開平9−283156号公報)。
The method for producing lithium sulfide used for producing the high ion conductive electrolyte is not particularly limited as long as it is a method that can reduce at least the impurities.
For example, it can be obtained by purifying lithium sulfide produced by the following method.
Among the following production methods, the method a or b is particularly preferable.
a. A method in which lithium hydroxide and hydrogen sulfide are reacted at 0 to 150 ° C. in an aprotic organic solvent to produce lithium hydrosulfide, and this reaction solution is then desulfurized at 150 to 200 ° C. -330312).
b. A method of directly producing lithium sulfide by reacting lithium hydroxide and hydrogen sulfide at 150 to 200 ° C. in an aprotic organic solvent (Japanese Patent Laid-Open No. 7-330312).
c. A method of reacting lithium hydroxide and a gaseous sulfur source at a temperature of 130 to 445 ° C. (Japanese Patent Laid-Open No. 9-283156).

硫化リチウムの精製方法としては、特に制限はない。好ましい精製法としては、例えば、国際公開WO2005/40039号等に記載の方法が挙げられる。
具体的には、硫化リチウムを、有機溶媒を用い、100℃以上の温度で洗浄する。洗浄に用いる有機溶媒は、非プロトン性極性溶媒であることが好ましく、さらに、硫化リチウムの製造に使用する非プロトン性有機溶媒と洗浄に用いる非プロトン性極性有機溶媒とが同一であることがより好ましい。
There is no restriction | limiting in particular as a refinement | purification method of lithium sulfide. As a preferable purification method, for example, the method described in International Publication No. WO2005 / 40039 and the like can be mentioned.
Specifically, lithium sulfide is washed at a temperature of 100 ° C. or higher using an organic solvent. The organic solvent used for washing is preferably an aprotic polar solvent, and moreover, the aprotic organic solvent used for the production of lithium sulfide and the aprotic polar organic solvent used for washing are more preferably the same. preferable.

洗浄に好ましく用いられる非プロトン性極性有機溶媒としては、例えば、アミド化合物、ラクタム化合物、尿素化合物、有機硫黄化合物、環式有機リン化合物等の非プロトン性の極性有機化合物が挙げられ、単独溶媒、又は混合溶媒として好適に使用することができる。特に、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)は、良好な溶媒として選択される。   Examples of the aprotic polar organic solvent preferably used for washing include aprotic polar organic compounds such as amide compounds, lactam compounds, urea compounds, organic sulfur compounds, cyclic organophosphorus compounds, and the like. Or it can use suitably as a mixed solvent. In particular, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is selected as a good solvent.

洗浄に使用する有機溶媒の量は特に限定されず、また、洗浄の回数も特に限定されないが、2回以上であることが好ましい。洗浄は、窒素、アルゴン等の不活性ガス下で行うことが好ましい。   The amount of the organic solvent used for washing is not particularly limited, and the number of times of washing is not particularly limited, but is preferably 2 or more. Cleaning is preferably performed under an inert gas such as nitrogen or argon.

洗浄された硫化リチウムを、洗浄に使用した有機溶媒の沸点以上の温度で、窒素等の不活性ガス気流下、常圧又は減圧下で、5分以上、好ましくは約2〜3時間以上乾燥することにより、好適に用いられる硫化リチウムを得ることができる。   The washed lithium sulfide is dried at a temperature equal to or higher than the boiling point of the organic solvent used for washing for 5 minutes or more, preferably about 2 to 3 hours or more under an inert gas stream such as nitrogen under normal pressure or reduced pressure. Thus, lithium sulfide that is suitably used can be obtained.

は、工業的に製造され、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。尚、Pに代えて、相当するモル比の単体リン(P)及び単体硫黄(S)を用いることもできる。単体リン(P)及び単体硫黄(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。 P 2 S 5 can be used without particular limitation as long as it is industrially manufactured and sold. In place of P 2 S 5 , elemental phosphorus (P) and elemental sulfur (S) in a corresponding molar ratio can also be used. Simple phosphorus (P) and simple sulfur (S) can be used without particular limitation as long as they are industrially produced and sold.

本発明において、加熱乾燥される固体電解質としては、ガラス状固体電解質及び結晶成分を含有する固体電解質(ガラスセラミック)の両方が使用でき、必要とする特性に合わせて種類を選定すればよい。また、組み合わせて使用してもよい。
硫化リチウムと、五硫化二燐及び/又は単体燐及び単体硫黄の混合モル比は、通常50:50〜80:20、好ましくは60:40〜75:25である。
特に好ましくは、LiS:P=68:32〜74:26(モル比)程度である。
In the present invention, as the solid electrolyte to be dried by heating, both a glassy solid electrolyte and a solid electrolyte (glass ceramic) containing a crystal component can be used, and the type may be selected according to the required characteristics. Further, they may be used in combination.
The mixing molar ratio of lithium sulfide to diphosphorus pentasulfide and / or simple phosphorus and simple sulfur is usually 50:50 to 80:20, preferably 60:40 to 75:25.
Particularly preferably, it is about Li 2 S: P 2 S 5 = 68: 32 to 74:26 (molar ratio).

ガラス状電解質である硫化物ガラスの製造方法としては、例えば、溶融急冷法やメカニカルミリング法(MM法)が挙げられる。   Examples of the method for producing a sulfide glass that is a glassy electrolyte include a melt quenching method and a mechanical milling method (MM method).

溶融急冷法による場合、PとLiSを所定量乳鉢にて混合し、ペレット状にしたものをカーボンコートした石英管中に入れ真空封入する。一定の反応温度で反応させた後、氷中に投入し急冷することにより、硫化物ガラスが得られる。
この際の反応温度は、好ましくは400℃〜1000℃、より好ましくは800℃〜900℃である。また、反応時間は、好ましくは0.1時間〜12時間、より好ましくは1〜12時間である。上記反応物の急冷温度は、通常10℃以下、好ましくは0℃以下であり、その冷却速度は通常1〜10000K/sec程度、好ましくは1〜1000K/secである。
In the case of the melt quenching method, a predetermined amount of P 2 S 5 and Li 2 S are mixed in a mortar, and the pellets are placed in a carbon-coated quartz tube and sealed in a vacuum. After reacting at a constant reaction temperature, the glass is put into ice and rapidly cooled to obtain a sulfide glass.
The reaction temperature at this time is preferably 400 ° C to 1000 ° C, more preferably 800 ° C to 900 ° C. Moreover, reaction time becomes like this. Preferably it is 0.1 to 12 hours, More preferably, it is 1 to 12 hours. The quenching temperature of the reactant is usually 10 ° C. or less, preferably 0 ° C. or less, and the cooling rate is usually about 1 to 10,000 K / sec, preferably 1 to 1000 K / sec.

MM法による場合、PとLiSを所定量乳鉢にて混合し、メカニカルミリング法にて一定時間反応させることにより、硫化物ガラスが得られる。
上記原料を用いたメカニカルミリング法は、室温で反応を行うことができる。MM法によれば、室温でガラス状電解質を製造できるため、原料の熱分解が起らず、仕込み組成のガラス状電解質を得ることができるという利点がある。また、MM法では、ガラス状電解質の製造と同時に、ガラス状電解質を微粉末化できるという利点もある。
In the case of the MM method, sulfide glass is obtained by mixing a predetermined amount of P 2 S 5 and Li 2 S in a mortar and reacting them for a certain time by a mechanical milling method.
The mechanical milling method using the above raw materials can be reacted at room temperature. According to the MM method, since a glassy electrolyte can be produced at room temperature, there is an advantage that a raw material is not thermally decomposed and a glassy electrolyte having a charged composition can be obtained. Further, the MM method has an advantage that the glassy electrolyte can be made into fine powder simultaneously with the production of the glassy electrolyte.

MM法は種々の形式の粉砕法を用いることができるが、遊星型ボールミルを使用するのが特に好ましい。遊星型ボールミルは、ポットが自転回転しながら、台盤が公転回転し、非常に高い衝撃エネルギーを効率良く発生させることができる。
MM法の回転速度及び回転時間は特に限定されないが、回転速度が速いほど、ガラス状電解質の生成速度は速くなり、回転時間が長いほどガラス質状電解質ヘの原料の転化率は高くなる。
例えば、遊星型ボールミル機を使用した場合、回転速度を数十〜数百回転/分とし、0.5時間〜100時間処理すればよい。
Although various types of pulverization methods can be used for the MM method, it is particularly preferable to use a planetary ball mill. The planetary ball mill can efficiently generate very high impact energy by rotating the platform while the pot rotates.
Although the rotation speed and rotation time of the MM method are not particularly limited, the faster the rotation speed, the faster the glassy electrolyte production rate, and the longer the rotation time, the higher the conversion rate of the raw material into the glassy electrolyte.
For example, when a planetary ball mill is used, the rotational speed is set to several tens to several hundreds of revolutions / minute, and the treatment may be performed for 0.5 hours to 100 hours.

このようにして得られた電解質は、ガラス状電解質であり、製造直後には、通常、イオン伝導度は1.0×10−5〜8.0×10−4(S/cm)程度である。 The electrolyte thus obtained is a glassy electrolyte, and immediately after production, the ionic conductivity is usually about 1.0 × 10 −5 to 8.0 × 10 −4 (S / cm). .

以上、溶融急冷法及びMM法による硫化物ガラスの具体例を説明したが、温度条件や処理時間等の製造条件は、使用設備等に合わせて適宜調整することができる。   Although specific examples of the sulfide glass by the melt quenching method and the MM method have been described above, manufacturing conditions such as temperature conditions and processing time can be appropriately adjusted according to the equipment used.

その後、得られた硫化物ガラスを熱処理することにより、結晶成分を含有する固体電解質を生成させることができる。
結晶成分を含有する固体電解質を生成させる熱処理温度は、好ましくは190℃〜340℃、より好ましくは195℃〜335℃、特に好ましくは200℃〜330℃である。190℃より低いと高イオン伝導性の結晶が得られにくい場合があり、340℃より高いとイオン伝導性の低い結晶が生じる恐れがある。
Then, the obtained sulfide glass can be heat-treated to produce a solid electrolyte containing a crystal component.
The heat treatment temperature for producing the solid electrolyte containing the crystal component is preferably 190 ° C to 340 ° C, more preferably 195 ° C to 335 ° C, and particularly preferably 200 ° C to 330 ° C. When the temperature is lower than 190 ° C., it may be difficult to obtain a crystal with high ion conductivity. When the temperature is higher than 340 ° C., a crystal with low ion conductivity may be generated.

熱処理時間は、190℃以上220℃以下の温度の場合は、3〜240時間が好ましく、特に4〜230時間が好ましい。また、220℃より高く340℃以下の温度の場合は、0.1〜240時間が好ましく、特に0.2〜235時間が好ましく、さらに0.3〜230時間が好ましい。熱処理時間が0.1時間より短いと、高イオン伝導性の結晶が得られにくい場合があり、240時間より長いと、イオン伝導性の低い結晶が生じる恐れがある。   The heat treatment time is preferably 3 to 240 hours, particularly preferably 4 to 230 hours, when the temperature is 190 ° C or higher and 220 ° C or lower. Moreover, in the case of the temperature higher than 220 degreeC and 340 degrees C or less, 0.1 to 240 hours are preferable, especially 0.2 to 235 hours are preferable, and also 0.3 to 230 hours are preferable. If the heat treatment time is shorter than 0.1 hour, a crystal having high ion conductivity may be difficult to obtain, and if it is longer than 240 hours, a crystal having low ion conductivity may be generated.

このようにして得られた、結晶成分を含有するリチウムイオン伝導性無機固体電解質は、製造直後には、通常、イオン伝導度は、7.0×10−4〜5.0×10−3(S/cm)程度である。 The lithium ion conductive inorganic solid electrolyte containing the crystal component thus obtained usually has an ionic conductivity of 7.0 × 10 −4 to 5.0 × 10 −3 ( S / cm).

このリチウムイオン伝導性無機固体電解質は、X線回折(CuKα:λ=1.5418Å)において、2θ=17.8±0.3deg,18.2±0.3deg,19.8±0.3deg,21.8±0.3deg,23.8±0.3deg,25.9±0.3deg,29.5±0.3deg,30.0±0.3degに回折ピークを有することが好ましい。このような結晶構造を有する固体電解質は、極めて高いリチウムイオン伝導性を有する。   This lithium ion conductive inorganic solid electrolyte has 2θ = 17.8 ± 0.3 deg, 18.2 ± 0.3 deg, 19.8 ± 0.3 deg, X-ray diffraction (CuKα: λ = 1.54184), It is preferable to have diffraction peaks at 21.8 ± 0.3 deg, 23.8 ± 0.3 deg, 25.9 ± 0.3 deg, 29.5 ± 0.3 deg, 30.0 ± 0.3 deg. A solid electrolyte having such a crystal structure has extremely high lithium ion conductivity.

(2)リチウムイオン伝導性固体電解質の加熱乾燥条件
用いる不活性ガスとしては、アルゴンガス、窒素ガス等が挙げられ、アルゴンガスが好ましい。
(2) Heat drying conditions of lithium ion conductive solid electrolyte Examples of the inert gas used include argon gas and nitrogen gas, and argon gas is preferred.

加熱温度は、80〜400℃の範囲内であり、好ましくは、100〜300℃の範囲内、より好ましくは150〜250℃の範囲内である。100℃より低い温度では、付着している揮発分低減が不十分となるおそれがあり、400℃を超える温度では、固体電解質の変性により性能低下を招くおそれがある。   The heating temperature is in the range of 80 to 400 ° C, preferably in the range of 100 to 300 ° C, more preferably in the range of 150 to 250 ° C. If the temperature is lower than 100 ° C, the attached volatile matter may not be sufficiently reduced. If the temperature exceeds 400 ° C, the performance may be deteriorated due to the modification of the solid electrolyte.

加熱乾燥時間は、1分〜20時間の範囲内であることが好ましく、10分〜10時間の範囲内であることがより好ましい。1分より短いと、付着している揮発分低減が不十分となるおそれがあり、20時間以上では殆どの揮発分は除去されてしまうのでそれ以上の効果は期待できない。   The heat drying time is preferably in the range of 1 minute to 20 hours, and more preferably in the range of 10 minutes to 10 hours. If it is shorter than 1 minute, the attached volatile matter may be insufficiently reduced, and most of the volatile matter will be removed after 20 hours or more, so that no further effect can be expected.

加熱乾燥した後のリチウムイオン伝導性固体電解質は、乾燥後すぐに電池材料として使用することが好ましいが、不活性ガスや乾燥空気雰囲気下、100〜300℃で保存すれば、保存時間に制限なく、水分等の再付着による固体電解質のイオン伝導度への影響は少ない。
また、電池材料としての使用、即ち、全固体電池に組み立てられるまでの工程は、不活性ガス雰囲気下、100〜300℃の範囲で実施されれば、水分等の揮発分の再付着による電池性能への影響は殆どない。全固体電池として組み立てられるまでの工程とは、正極、負極、固体電解質層、及び集電体が一体化されるまでの工程、好ましくは全固体電池がシールされるまでの工程を意味する。
The lithium ion conductive solid electrolyte after heating and drying is preferably used as a battery material immediately after drying, but if stored at 100 to 300 ° C. in an inert gas or dry air atmosphere, the storage time is not limited. There is little influence on the ionic conductivity of the solid electrolyte due to redeposition of moisture and the like.
Moreover, if the process as a battery material, that is, the process until it is assembled into an all-solid-state battery is carried out in the range of 100 to 300 ° C. in an inert gas atmosphere, the battery performance by reattachment of volatile components such as moisture There is almost no impact on. The process until it is assembled as an all-solid battery means a process until the positive electrode, the negative electrode, the solid electrolyte layer, and the current collector are integrated, preferably a process until the all-solid battery is sealed.

上記条件で加熱乾燥されたリチウムイオン伝導性固体電解質の揮発分含量は、固体電解質1kg当たり50g以下(5重量%以下)であり、好ましくは3g以下(3重量%以下)である。揮発分含量が固体電解質1kg当たり50gを超えると、固体電解質のイオン伝導度が10−4S/cm程度まで低下し、これを用いて製造した電池の充放電時のレート特性やサイクル特性等の性能は著しく劣ったものとなる。
リチウムイオン伝導性固体電解質の揮発分含量は、実施例に記載方法により測定することができる。
The volatile content of the lithium ion conductive solid electrolyte heat-dried under the above conditions is 50 g or less (5 wt% or less) per 1 kg of the solid electrolyte, preferably 3 g or less (3 wt% or less). When the volatile content exceeds 50 g per kg of the solid electrolyte, the ionic conductivity of the solid electrolyte is reduced to about 10 −4 S / cm, and the rate characteristics and cycle characteristics of the battery manufactured using this are as follows. Performance is significantly inferior.
The volatile content of the lithium ion conductive solid electrolyte can be measured by the method described in the examples.

本発明において、加熱乾燥されるリチウムイオン伝導性固体電解質は、粉体状、ペレット状、シート状等、如何なる形状であってもよいが、粉体状の場合が最も表面積が大きいため、加熱乾燥の効果が高く、水分等の揮発分含量を低減させやすい。   In the present invention, the lithium ion conductive solid electrolyte to be heat-dried may be in any shape such as powder, pellet, sheet, etc., but the powder surface has the largest surface area. It is easy to reduce the volatile content such as moisture.

本発明によれば、シート状やペレット状に成形された、固体電解質層や電極層であっても、電池を組み立てる前に、上記の条件で加熱乾燥することで、固体電解質が本来有している高いイオン伝導度を維持することができ、これを使用した電池は、高い性能を発揮することができる。   According to the present invention, even a solid electrolyte layer or an electrode layer formed into a sheet shape or a pellet shape is inherently possessed by the solid electrolyte by heating and drying under the above conditions before assembling the battery. High ionic conductivity can be maintained, and a battery using the same can exhibit high performance.

上記条件で加熱乾燥されたリチウムイオン伝導性固体電解質は、固体電池の固体電解質層に用いられる他、電極材に混合して使用することもできる。揮発分含量が低減された固体電解質を用いることにより、リチウムイオン伝導性固体電解質の高いイオン伝導度を十分に発揮させることができる。   The lithium ion conductive solid electrolyte heated and dried under the above conditions can be used as a solid electrolyte layer of a solid battery or in a mixture with an electrode material. By using a solid electrolyte with a reduced volatile content, the high ion conductivity of the lithium ion conductive solid electrolyte can be sufficiently exhibited.

(3)全固体電池
来は、製造されてから一定期間保存され、雰囲気中の僅かな水分等の揮発分の付着によりイオン伝導度が低下したリチウムイオン伝導性固体電解質を用いて固体電解質層を形成していたため、これを用いて製造された全固体電池は、充放電時のレート特性、サイクル特性等の電池性能の劣ったものであった。
これに対し、一定期間保存の後、電池材料として使用する前に上記条件で加熱乾燥されたリチウムイオン伝導性固体電解質を用いて形成された固体電解質層は、その揮発分含量が固体電解質1kg当たり50g以下まで低減されているため、これを用いて製造された全固体電池は、前記のような優れた電池性能を発揮することができる。
(3) All solid state battery
Because traditional is that is stored for a period of time from when manufactured, they had formed a solid electrolyte layer by using a lithium ion conductive solid electrolyte volatiles ion conductivity due to the adhesion of drops of slight moisture in the atmosphere, The all-solid-state battery manufactured using this was inferior in battery performance, such as a rate characteristic at the time of charging / discharging and a cycle characteristic.
On the other hand, a solid electrolyte layer formed using a lithium ion conductive solid electrolyte that has been stored for a certain period of time and dried by heating under the above conditions before being used as a battery material has a volatile content per kg of the solid electrolyte. Since it is reduced to 50 g or less, the all-solid-state battery manufactured using this can exhibit the above-mentioned outstanding battery performance.

全固体電池の基本的な構成を図1に示す、全固体電池1は、少なくとも固体電解質層20、正極10、負極30、集電体40,42から構成される。以下、各構成要素及び全固体電池の製造方法について説明する。   A basic configuration of the all solid state battery is shown in FIG. Hereinafter, each component and the manufacturing method of an all-solid-state battery are demonstrated.

(i)固体電解質層の製造方法
本発明の全固体電池においては、粉体状又はペレット状の固体電解質と溶媒やバインダー(結着材や高分子化合物等)を混合した溶液を塗布、塗工した後、溶媒を除去し成膜化することができる。また、固体電解質自体や固体電解質とバインダー(結着材や高分子化合物等)や支持体(固体電解質層の強度を補強させたり、固体電解質自体の短絡を防ぐための材料や化合物等)を混合・組合せた電解質を加圧プレスすることで成膜化することも可能である。
本発明においては、前記条件で加熱乾燥され揮発分含量が低減された粉体状又はペレット状のリチウムイオン伝導性固体電解質、好ましくは粉体状の固体電解質を用いてシート状の固体電解質層を形成することが好ましいが、シート状の固体電解質を前記条件で加熱乾燥してもよい。
(I) Manufacturing method of solid electrolyte layer In the all-solid-state battery of the present invention, a solution in which a powdered or pellet-shaped solid electrolyte is mixed with a solvent or a binder (such as a binder or a polymer compound) is applied and applied. Then, the solvent can be removed to form a film. Also, the solid electrolyte itself, solid electrolyte and binder (binder, polymer compound, etc.) and support (materials and compounds to reinforce the strength of the solid electrolyte layer and prevent short circuit of the solid electrolyte itself) are mixed -It is also possible to form a film by pressing the combined electrolyte under pressure.
In the present invention, a sheet-like solid electrolyte layer is formed using a powdered or pellet-shaped lithium ion conductive solid electrolyte, preferably a powdered solid electrolyte, which is dried by heating under the above-described conditions. Although it is preferable to form, a sheet-like solid electrolyte may be heat-dried on the said conditions.

(ii)集電体
本発明の全固体電池に用いられる集電体の材料は特に制限されず、電池分野において集電体材料として使用されているものが使用できる。具体的には、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、ゲルマニウム、インジウム、リチウム、又はこれらの合金等からなる板状体や箔状体等が挙げられる。
(Ii) Current collector The material of the current collector used in the all solid state battery of the present invention is not particularly limited, and those used as current collector materials in the battery field can be used. Specific examples include a plate-like body or a foil-like body made of copper, magnesium, stainless steel, titanium, iron, cobalt, nickel, zinc, aluminum, germanium, indium, lithium, or an alloy thereof.

(iii)正極材
本発明の全固体電池に用いられる正極材は特に制限されず、電池分野において正極活物質として使用されているものが使用できる。例えば、硫化物系の正極活物質としては、硫化チタン(TiS)、硫化モリブデン(MoS)、硫化鉄(FeS、FeS)、硫化銅(CuS)及び硫化ニッケル(Ni)等が挙げられ、TiSが好ましい。
また、酸化物系の正極活物質としては、酸化ビスマス(Bi)、鉛酸ビスマス(BiPb)、酸化銅(CuO)、酸化バナジウム(V13)、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMnO)等が挙げられる。尚、これらを混合して用いることも可能である。これらのうち、コバルト酸リチウムが好ましい。また、上記の他、セレン化ニオブ(NbSe)等も使用できる。
(Iii) Positive electrode material The positive electrode material used in the all solid state battery of the present invention is not particularly limited, and those used as a positive electrode active material in the battery field can be used. For example, as a sulfide-based positive electrode active material, titanium sulfide (TiS 2 ), molybdenum sulfide (MoS 2 ), iron sulfide (FeS, FeS 2 ), copper sulfide (CuS), nickel sulfide (Ni 3 S 2 ), etc. TiS 2 is preferable.
Examples of the oxide-based positive electrode active material include bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), bismuth lead acid (Bi 2 Pb 2 O 5 ), copper oxide (CuO), vanadium oxide (V 6 O 13 ), and cobalt acid. Examples include lithium (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), and lithium manganate (LiMnO 2 ). It is also possible to use a mixture of these. Of these, lithium cobaltate is preferred. In addition to the above, niobium selenide (NbSe 3 ) can also be used.

(iv)負極材
本発明の全固体電池に用いられる負極材は特に制限されず、電池分野において負極活物質として使用されているものが使用できる。例えば、炭素材料が挙げられ、具体的には、人造黒鉛、黒鉛炭素繊維、樹脂焼成炭素、熱分解気相成長炭素、コークス、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、フルフリルアルコール樹脂焼成炭素、ポリアセン、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、天然黒鉛及び難黒鉛化性炭素等が挙げられる。又は、それらの混合物でもよい。好ましくは、人造黒鉛である。
また、金属リチウム、金属インジウム、金属アルミ、金属ケイ素等の金属自体や他の元素、化合物と組合わせた合金を、負極材として用いることができる。
(Iv) Negative electrode material The negative electrode material used in the all solid state battery of the present invention is not particularly limited, and those used as a negative electrode active material in the battery field can be used. Examples thereof include carbon materials, specifically, artificial graphite, graphite carbon fiber, resin-fired carbon, pyrolytic vapor-grown carbon, coke, mesocarbon microbeads (MCMB), furfuryl alcohol resin-fired carbon, polyacene, Examples thereof include pitch-based carbon fiber, vapor-grown carbon fiber, natural graphite, and non-graphitizable carbon. Alternatively, a mixture thereof may be used. Preferably, it is artificial graphite.
Also, an alloy in combination with a metal itself such as metallic lithium, metallic indium, metallic aluminum, metallic silicon, or another element or compound can be used as the negative electrode material.

(v)イオン伝導活物質
全固体電池の部材である固体状の上記電極材料(極材)においては、電子伝導性に加えてイオン伝導度を向上させるため、極材の粒子同士が密着し、粒子間の接合点や面を多く存在させ、イオン伝導パスをより多く確保することが重要である。そのため、電解質等のイオン伝導活物質を混合し、極材とする方法が用いられる。電解質として固体電解質層の形成に使用する固体電解質を使用することができる。この場合、混合される固体電解質は、上記条件で加熱乾燥し揮発分含量が低減されたものであることが好ましい。また、極材粒子間の隙間に生じる空間(単位体積における空間体積と極材粒子の体積の割合:空隙率)が少ない程、極材層が密に詰まっており、イオン伝導度は高くなる。
(V) Ion conductive active material In the solid electrode material (electrode material) which is a member of an all-solid battery, in order to improve ion conductivity in addition to electronic conductivity, the particles of the electrode material are in close contact with each other, It is important to have many junctions and surfaces between particles and to secure more ion conduction paths. Therefore, a method is used in which an ion conductive active material such as an electrolyte is mixed to make an electrode material. As the electrolyte, a solid electrolyte used for forming a solid electrolyte layer can be used. In this case, it is preferable that the solid electrolyte to be mixed is one that is heat-dried under the above conditions to reduce the volatile content. In addition, the smaller the space generated in the gap between the polar material particles (the ratio of the volume of the polar material particles to the volume of the polar material particles: the porosity), the denser the polar material layer is and the higher the ionic conductivity.

(vi)導電助剤
正極には、導電助剤として、電子が正極活物質内で円滑に移動するようにするために、電気的に導電性を有す物質を適宜添加してもよい。電気的に導電性を有する物質としては特に制限はなく、アセチレンブラック、カーボンブラック、カーボンナノチューブのような導電性物質又はポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロールのような導電性高分子を単独又は混合して用いることができる。
(Vi) Conductive aid As the conductive aid, a material having electrical conductivity may be appropriately added to the positive electrode so that electrons move smoothly in the positive electrode active material. There are no particular restrictions on the electrically conductive substance, and conductive substances such as acetylene black, carbon black, and carbon nanotubes or conductive polymers such as polyaniline, polyacetylene, and polypyrrole may be used alone or in combination. Can do.

(vii)電極層の製造方法
電極は、上記極材(正極材又は負極材)を集電体の少なくとも一部に膜状に形成することで作製できる。製膜方法としては、例えば、ブラスト法、エアロゾルデポジション法、コールドスプレー法、スパッタリング法、気相成長法又は溶射法等が挙げられる。このような方法により製膜することで、極材層の空隙率をより小さくすることができ、イオン伝導度を向上させることができる。
簡便な装置や室温条件下、電解質の結晶状態を変化させない温度範囲で製膜できることから、ブラスト法やエアロゾルデポジション法が好ましい。
(Vii) Method for producing electrode layer The electrode can be produced by forming the electrode material (positive electrode material or negative electrode material) into a film shape on at least a part of the current collector. Examples of the film forming method include a blast method, an aerosol deposition method, a cold spray method, a sputtering method, a vapor phase growth method, and a thermal spraying method. By forming a film by such a method, the porosity of the electrode material layer can be further reduced, and the ionic conductivity can be improved.
Blasting and aerosol deposition are preferred because they can be formed in a temperature range that does not change the crystal state of the electrolyte under simple equipment and room temperature conditions.

(viii)全固体電池の製造方法
全固体電池は、上述した電池用部材を貼り合せ、接合することで製造できる。接合する方法としては、各部材を積層し、加圧・圧着する方法や、2つのロール間を通して加圧する方法(roll to roll)等がある。
また、接合面にイオン伝導性を有する活物質や、イオン伝導性を阻害しない接着物質を介して接合してもよい。
接合においては、固体電解質の結晶構造が変化しない範囲で加熱融着してもよい。
(Viii) Manufacturing method of all-solid-state battery An all-solid-state battery can be manufactured by bonding and joining the above-described battery members. As a method of joining, there are a method of laminating each member, pressurizing and pressure bonding, a method of pressing through two rolls (roll to roll), and the like.
Moreover, you may join to the joining surface through the active material which has ion conductivity, and the adhesive material which does not inhibit ion conductivity.
In joining, heat fusion may be performed as long as the crystal structure of the solid electrolyte does not change.

以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例によって何ら限定されるものではない。
[製造例1]
(1)硫化リチウム(LiS)の製造
撹拌翼のついた10リットルオートクレーブにN−メチル−2−ピロリドン(NMP)3326.4g(33.6モル)及び水酸化リチウム287.4g(12モル)を仕込み、300rpm、130℃に昇温した。昇温後、液中に硫化水素を3リットル/分の供給速度で2時間吹き込んだ。続いてこの反応液を窒素気流下(200cc/分)昇温し、反応した硫化水素の一部を脱硫化水素化した。昇温するにつれ、上記硫化水素と水酸化リチウムの反応により副生した水が蒸発を始めたが、この水はコンデンサにより凝縮し系外に抜き出した。水を系外に留去すると共に反応液の温度は上昇するが、180℃に達した時点で昇温を停止し、一定温度に保持した。脱硫化水素反応が終了後(約80分)反応を終了し、硫化リチウムを得た。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further more concretely, this invention is not limited at all by an Example.
[Production Example 1]
(1) Production of lithium sulfide (Li 2 S) In a 10 liter autoclave equipped with a stirring blade, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) 3326.4 g (33.6 mol) and lithium hydroxide 287.4 g (12 mol) ) And heated to 300 rpm and 130 ° C. After the temperature rise, hydrogen sulfide was blown into the liquid at a supply rate of 3 liters / minute for 2 hours. Subsequently, this reaction solution was heated in a nitrogen stream (200 cc / min) to dehydrosulfide a part of the reacted hydrogen sulfide. As the temperature increased, water produced as a by-product due to the reaction between hydrogen sulfide and lithium hydroxide started to evaporate, but this water was condensed by the condenser and extracted out of the system. While water was distilled out of the system, the temperature of the reaction solution rose, but when the temperature reached 180 ° C., the temperature increase was stopped and the temperature was kept constant. After the dehydrosulfurization reaction was completed (about 80 minutes), the reaction was completed to obtain lithium sulfide.

(2)硫化リチウムの精製
上記(1)で得られた500mLのスラリー反応溶液(NMP−硫化リチウムスラリー)中のNMPをデカンテーションした後、脱水したNMP 100mLを加え、105℃で約1時間撹拌した。その温度のままNMPをデカンテーションした。さらにNMP 100mLを加え、105℃で約1時間撹拌し、その温度のままNMPをデカンテーションし、同様の操作を合計4回繰り返した。デカンテーション終了後、窒素気流下230℃(NMPの沸点以上の温度)で硫化リチウムを常圧下で3時間乾燥した。得られた硫化リチウム中の不純物含有量を測定した。
(2) Purification of lithium sulfide After decanting NMP in the 500 mL slurry reaction solution (NMP-lithium sulfide slurry) obtained in (1) above, 100 mL of dehydrated NMP was added and stirred at 105 ° C. for about 1 hour. did. NMP was decanted at that temperature. Further, 100 mL of NMP was added, stirred at 105 ° C. for about 1 hour, NMP was decanted at that temperature, and the same operation was repeated a total of 4 times. After completion of the decantation, lithium sulfide was dried at 230 ° C. (temperature higher than the boiling point of NMP) under a nitrogen stream for 3 hours under normal pressure. The impurity content in the obtained lithium sulfide was measured.

尚、亜硫酸リチウム(LiSO)、硫酸リチウム(LiSO)並びにチオ硫酸リチウム(Li)の各硫黄酸化物、及びN−メチルアミノ酪酸リチウム(LMAB)の含有量は、イオンクロマトグラフ法により定量した。その結果、硫黄酸化物の総含有量は0.13質量%であり、LMABは0.07質量%であった。 Incidentally, lithium sulfite (Li 2 SO 3), the content of each sulfur oxide lithium sulfate (Li 2 SO 4) and lithium thiosulfate (Li 2 S 2 O 3) , and N- methylamino acid lithium (LMAB) Was quantified by ion chromatography. As a result, the total content of sulfur oxides was 0.13% by mass, and LMAB was 0.07% by mass.

(3)固体電解質の製造
上記のようにして製造したLiSとP(アルドリッチ製)を70対30のモル比に調製した混合物を約1gと直径10mmのアルミナ製ボール10ケとを45mLのアルミナ製容器に入れ、遊星型ボールミル(フリッチュ社製:型番P−7)にて、窒素中、室温(25℃)にて、回転速度を370rpmとし、20時間メカニカルミリング処理することで、白黄色の粉末である硫化物系ガラスを得た。また、得られた粉末をガラス製の密閉容器に入れ、300℃、2時間熱処理して焼成を行い硫化物系ガラスセラミックを得た。
(3) Production of solid electrolyte About 1 g of a mixture of Li 2 S and P 2 S 5 (manufactured by Aldrich) produced as described above in a molar ratio of 70:30 and 10 balls made of alumina having a diameter of 10 mm Is put into a 45 mL alumina container, and is subjected to mechanical milling treatment for 20 hours with a planetary ball mill (manufactured by Fritsch: Model No. P-7) in nitrogen at room temperature (25 ° C.) at a rotation speed of 370 rpm. Thus, a sulfide-based glass which was a white yellow powder was obtained. Moreover, the obtained powder was put into a glass closed container and heat-treated at 300 ° C. for 2 hours to be fired to obtain a sulfide glass ceramic.

この硫化物系ガラスセラミックを、ペレット状(直径約10mm、厚み約1mm)の成形体に加工した。この成形体について、常温(25℃)にてイオン伝導度を測定した。測定は、成形体に電極としてカーボンを用いて、交流二端子法により行った。その結果、得られた硫化物系ガラスセラミックの製造直後における、室温(25℃)でのイオン伝導度は、1.0×10−3S/cmであった。 This sulfide glass ceramic was processed into a pellet-shaped (diameter: about 10 mm, thickness: about 1 mm) shaped body. About this molded object, the ionic conductivity was measured at normal temperature (25 degreeC). The measurement was performed by an alternating current two-terminal method using carbon as an electrode for the molded body. As a result, the ionic conductivity at room temperature (25 ° C.) immediately after production of the obtained sulfide-based glass ceramic was 1.0 × 10 −3 S / cm 2 .

尚、製造直後の硫化物系ガラスセラミックの揮発分含量を次のようにして測定した。
(1)揮発分含量の測定
揮発成分含量は、エスエスアイ・ナノテクノロジー社製TG/DTAを用いて求めた。所定量の電解質サンプルをN雰囲気下で定量して、測定用パンにいれ、常温〜400℃まで10℃/分で昇温した。その際の重量減少量を測定し、これよりサンプル1kg当たりの揮発分含量を算出した。
The volatile content of the sulfide-based glass ceramic immediately after production was measured as follows.
(1) Measurement of volatile content The volatile content was determined using TG / DTA manufactured by SSI Nanotechnology. A predetermined amount of electrolyte sample was quantified in an N 2 atmosphere, placed in a measurement pan, and heated from room temperature to 400 ° C. at a rate of 10 ° C./min. The weight loss at that time was measured, and from this, the volatile content per kg of the sample was calculated.

(2)定性分析
揮発成分の定性分析は熱分解ガスクロマトグラフ質量分析装置で測定した。試料を400℃に加熱した熱分解部に導入し、発生したガスをガスクロマトグラフ質量分析装置で検出した。ガスの成分はライブラリ検索で同定した。その結果、主な揮発成分はHS、CS及びHOであることを確認した。
各部の製造元及び型式、並びに測定条件は以下の通りである。
(2) Qualitative analysis Qualitative analysis of volatile components was measured with a pyrolysis gas chromatograph mass spectrometer. The sample was introduced into a thermal decomposition section heated to 400 ° C., and the generated gas was detected with a gas chromatograph mass spectrometer. Gas components were identified by library search. As a result, it was confirmed that the main volatile components were H 2 S, CS 2 and H 2 O.
The manufacturer and model of each part, and measurement conditions are as follows.

ア.熱分解部
メーカー : フロンティアラボ株式会社
型式 : Py2020iD型
熱分解雰囲気 : He
温度 : 400℃
加熱時間 : 30秒
A. Thermal decomposition part Manufacturer: Frontier Lab Co., Ltd. Model: Py2020iD type Thermal decomposition atmosphere: He
Temperature: 400 ° C
Heating time: 30 seconds

イ.ガスクロマトグラフ質量分析部
メーカー : 日本電子株式会社
型式 : JMS−Q1000GC K9型
A. Gas Chromatograph Mass Spectrometer Manufacturer: JEOL Ltd. Model: JMS-Q1000GC K9

その結果、製造直後の硫化物系ガラスセラミックの揮発分含量は、2重量%であった。   As a result, the volatile content of the sulfide glass ceramic immediately after production was 2% by weight.

比較例1
製造例1(3)で得られた硫化物系ガラスセラミック(リチウムイオン伝導性固体電解質)を、−70℃でアルゴン雰囲気中のグローブボックス中に1週間放置した後、揮発成分含量を測定したところ、55g/kgであり、イオン伝導度は、7×10−4S/cmという低い値であった。
Comparative Example 1
The sulfide glass ceramic (lithium ion conductive solid electrolyte) obtained in Production Example 1 (3) was left in a glove box in an argon atmosphere at -70 ° C. for 1 week, and then the volatile component content was measured. The ion conductivity was as low as 7 × 10 −4 S / cm.

実施例1
比較例1と同様に−70℃でアルゴン雰囲気中のグローブボックス中に1週間放置した後の硫化物系ガラスセラミック(リチウムイオン伝導性固体電解質)を、アルゴン気流下にて250℃で2時間、加熱乾燥した。その結果、加熱乾燥直後には揮発成分含量は検出されず、イオン伝導度は2.0×10−3S/cmであった。このイオン伝導度は、硫化物系ガラスセラミック製造直後と同等又はそれ以上である。
Example 1
Similarly to Comparative Example 1, the sulfide-based glass ceramic (lithium ion conductive solid electrolyte) after being left in a glove box in an argon atmosphere at −70 ° C. for 1 week was heated at 250 ° C. for 2 hours under an argon stream. Heat-dried. As a result, the volatile component content was not detected immediately after drying by heating, and the ionic conductivity was 2.0 × 10 −3 S / cm. This ionic conductivity is equal to or higher than that immediately after the production of the sulfide-based glass ceramic.

実施例2:全固体電池の製造
(1)正極/固体電解質層/負極ペレットの製造
負極を構成する負極材を、カーボングラファイト(TIMCAL製、SFG−15)と実施例1で加熱乾燥して得られた硫化物系ガラスセラミックとを質量比1:1で混合して製造した。正極を構成する正極材を、コバルト酸リチウムと実施例1で加熱乾燥して得られた硫化物系ガラスセラミックとを質量比が6:4で混合して製造した。そして、市販のペレット成形機を用い、負極材(10mg)、固体電解質である実施例1で加熱乾燥して得られた硫化物系ガラスセラミック(150mg)、正極材(20mg)を順次ペレット成形機の中に入れ、順次20t/cmの圧力を掛け、正極、固体電解質層及び負極の三層のペレットを製造した。
Example 2: Manufacture of all-solid battery (1) Manufacture of positive electrode / solid electrolyte layer / negative electrode pellet A negative electrode material constituting the negative electrode was obtained by heating and drying in Example 1 with carbon graphite (manufactured by TIMCAL, SFG-15). The sulfide-based glass ceramic thus obtained was mixed at a mass ratio of 1: 1. A positive electrode material constituting the positive electrode was produced by mixing lithium cobaltate and the sulfide-based glass ceramic obtained by heating and drying in Example 1 at a mass ratio of 6: 4. Then, using a commercially available pellet molding machine, a negative electrode material (10 mg), a sulfide-based glass ceramic (150 mg) obtained by heating and drying in Example 1 which is a solid electrolyte, and a positive electrode material (20 mg) are sequentially formed into a pellet molding machine. And a pressure of 20 t / cm 2 was sequentially applied to produce a three-layer pellet of a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode.

(2)全固体電池の製造
両極に集電体としてSUS板により挟み込み、ねじ締めにより集電体を圧着させ、全固体電池を得た。
(2) Manufacture of all-solid-state battery A current collector was sandwiched between both electrodes by a SUS plate, and the current-collector was pressure-bonded by screwing to obtain an all-solid-state battery.

本発明によれば、製造後一定期間保管されている間に雰囲気中の僅かな揮発分が表面に付着することによってイオン伝導度が低下したリチウムイオン伝導性固体電解質のイオン伝導度を回復させることができ、高い電池性能を有する全固体電池を提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to recover the ionic conductivity of a lithium ion conductive solid electrolyte in which the ionic conductivity is lowered due to a small amount of volatile matter in the atmosphere adhering to the surface while being stored for a certain period after manufacture. Therefore, it is possible to provide an all-solid battery having high battery performance.

本発明の全固体電池の基本的な構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the basic composition of the all-solid-state battery of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 全固体電池
10 正極
20 固体電解質層
30 負極
40,42 集電体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 All-solid-state battery 10 Positive electrode 20 Solid electrolyte layer 30 Negative electrode 40,42 Current collector

Claims (4)

硫化物系の無機固体電解質であって、A sulfide-based inorganic solid electrolyte,
下記方法で測定した結果、H  As a result of measurement by the following method, H 2 S、CSS, CS 2 及びHAnd H 2 Oが検出されない硫化物系の無機固体電解質。A sulfide-based inorganic solid electrolyte in which O is not detected.
無機固体電解質の試料を、常温〜400℃まで10℃/分で昇温して揮発成分を熱分解ガスクロマトグラフ質量分析装置の熱分解部に導入し、熱分解雰囲気Heで400℃30秒加熱し、発生したガスをガスクロマトグラフ質量分析装置で検出する。  A sample of the inorganic solid electrolyte is heated from room temperature to 400 ° C. at a rate of 10 ° C./min, and volatile components are introduced into the thermal decomposition part of the pyrolysis gas chromatograph mass spectrometer, and heated in a pyrolysis atmosphere He at 400 ° C. for 30 seconds. The generated gas is detected by a gas chromatograph mass spectrometer.
Si、Ge、P、Bのうち少なくとも1つとリチウムと硫黄とを含む請求項1に記載の硫化物系の無機固体電解質The sulfide-based inorganic solid electrolyte according to claim 1, comprising at least one of Si, Ge, P, and B and lithium and sulfur. 請求項1及び2のいずれか一項に記載の硫化物系の無機固体電解質と正極活物質又は負極活物質とを含む極合材。 An electrode composite comprising the sulfide-based inorganic solid electrolyte according to claim 1 and a positive electrode active material or a negative electrode active material. 請求項1及び2のいずれか一項に記載の硫化物系の無機固体電解質を含む全固体電池。
An all-solid battery comprising the sulfide-based inorganic solid electrolyte according to claim 1 .
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