JP5414143B2 - Method for producing sulfide solid electrolyte - Google Patents

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Description

本発明は、硫化物系固体電解質の製造方法に関する。さらに詳しくは、微粒子状の硫化物系固体電解質粉末を効率よく製造する製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a sulfide-based solid electrolyte. More specifically, the present invention relates to a production method for efficiently producing a particulate sulfide-based solid electrolyte powder.

現行のリチウムイオン二次電池には、電解質として有機系電解液が用いられている。有機系電解液は高いイオン伝導度を示し二次電池としての性能は優れるものの、電解質が液体でかつ可燃性であるため、電池として用いた場合、漏洩、発火等の本質的安全性が懸念されている。   In the current lithium ion secondary battery, an organic electrolyte is used as an electrolyte. Although organic electrolytes have high ionic conductivity and excellent performance as secondary batteries, the electrolyte is liquid and flammable, so there are concerns over intrinsic safety such as leakage and ignition when used as batteries. ing.

次世代リチウム二次電池用の電解質として、より安全性の高い固体電解質の開発が望まれている。リチウム二次電池用の固体電解質を製造する方法として、メカニカルミリング法等の機械粉砕による製造法が知られている。   As an electrolyte for the next-generation lithium secondary battery, development of a safer solid electrolyte is desired. As a method for producing a solid electrolyte for a lithium secondary battery, a production method by mechanical grinding such as a mechanical milling method is known.

特許文献1には、LiS:68〜74モル%及びP:26〜32モル%の組成からなる硫化物系ガラスを、特定温度で焼成処理するリチウムイオン伝導性硫化物系結晶化ガラスの製造方法が開示されている。
この特許文献1には、出発原料の混合物を硫化物系ガラスとする方法として、メカニカルミリング処理が開示され、メカニカルミリング処理において、大きな機械的エネルギーが得られるという観点でボールミルの使用が好ましいと記載されている。さらに、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ため、遊星型ボールミル機を使用するのが好ましいと記載されている。実施例では遊星型ボールミルが用いられ、白黄色の粉末である硫化物ガラスを得ている。
Patent Document 1 discloses a lithium ion conductive sulfide crystal for firing a sulfide glass having a composition of Li 2 S: 68 to 74 mol% and P 2 S 5 : 26 to 32 mol% at a specific temperature. A method for producing a vitrified glass is disclosed.
This Patent Document 1 discloses that a mechanical milling process is disclosed as a method of using a mixture of starting materials as a sulfide-based glass, and it is preferable to use a ball mill from the viewpoint of obtaining large mechanical energy in the mechanical milling process. Has been. Furthermore, it is described that it is preferable to use a planetary ball mill because it can generate very high impact energy efficiently. In the examples, a planetary ball mill is used to obtain sulfide glass which is a white yellow powder.

ところが、特許文献1に開示の方法で硫化物系固体電解質を製造すると、メカニカルミリングに用いる容器の壁面やボール表面に反応物が固着して、生成物の取り出しが困難になる場合があった。このため、メカニカルミリング法により工業的に硫化物系固体電解質を製造しようとすると、目的物の製造歩留まりが悪くなったり、次の製造時のコンタミネーションの原因になることが懸念された。さらに、目的物の製造歩留まりを高めるためには、再度の粉砕が必要となり、効率よく目的物を製造する上で障害となった。
また、特許文献1には、得られた粉末の粒径についての記載はない。
特開2005−228570号公報
However, when a sulfide-based solid electrolyte is produced by the method disclosed in Patent Document 1, the reactant may adhere to the wall surface or ball surface of a container used for mechanical milling, making it difficult to take out the product. For this reason, when it was going to manufacture a sulfide type solid electrolyte industrially with a mechanical milling method, there existed concern that the manufacture yield of a target object may worsen or it may become a cause of the contamination at the time of the next manufacture. Furthermore, in order to increase the production yield of the target product, re-grinding is necessary, which is an obstacle to efficiently manufacturing the target product.
Patent Document 1 does not describe the particle size of the obtained powder.
JP 2005-228570 A

本発明の目的は、歩留まりが高く効率的な、一段階の反応による、硫化物系固体電解質の製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a method for producing a sulfide-based solid electrolyte with a high yield and an efficient one-step reaction.

発明者らは、鋭意研究の結果、特定の機械的エネルギーを加えて反応させることにより、反応容器又はボールに付着する生成物の量を著しく低減できることを見出し、本発明を完成させた。
本発明によれば、以下の硫化物系固体電解質の製造方法が提供される。
1.ボールミルを用いた機械粉砕により一段階で硫化物系固体電解質を得る製造方法であって、機械粉砕時に原料1kgに対し、1秒当たり0.02〜1kJのエネルギーを加えることにより、粒径2000μm以下の粉体を80質量%以上得る硫化物系固体電解質の製造方法。
2.前記硫化物系固体電解質が、硫黄、さらに、リチウム、リン、ケイ素、ゲルマニウムから選択される2種以上の元素を含む1に記載の製造方法。
3.前記ボールミルにおいて、硫化物系固体電解質と接触する部分が、アルミナ、ジルコニア、又はアルミナ及びジルコニアからなる1又は2に記載の製造方法。
As a result of intensive studies, the inventors have found that the amount of product adhering to the reaction vessel or the ball can be significantly reduced by adding specific mechanical energy and reacting, and have completed the present invention.
According to the present invention, the following method for producing a sulfide-based solid electrolyte is provided.
1. A production method for obtaining a sulfide-based solid electrolyte in one step by mechanical pulverization using a ball mill, wherein 0.02 to 1 kJ per second of energy is applied to 1 kg of raw material at the time of mechanical pulverization, and the particle size is 2000 μm or less. A method for producing a sulfide-based solid electrolyte in which 80% by mass or more of the powder is obtained.
2. 2. The production method according to 1, wherein the sulfide-based solid electrolyte further contains sulfur and two or more elements selected from lithium, phosphorus, silicon, and germanium.
3. 3. The manufacturing method according to 1 or 2, wherein the portion in contact with the sulfide-based solid electrolyte in the ball mill is made of alumina, zirconia, or alumina and zirconia.

本発明によれば、歩留まりが高く効率的な、一段階の反応による、硫化物系固体電解質の製造方法を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the sulfide type solid electrolyte by a one step reaction with a high yield can be provided.

本発明の硫化物系固体電解質の製造方法は、ボールミルを用いた機械粉砕により一段階で固体電解質を製造する。   The sulfide-based solid electrolyte production method of the present invention produces a solid electrolyte in one step by mechanical pulverization using a ball mill.

本発明の製造方法で使用されるボールミルとして、転動ボールミル、振動ボールミル、遊星ボールミル等が使用できる。   As the ball mill used in the production method of the present invention, a rolling ball mill, a vibration ball mill, a planetary ball mill, or the like can be used.

さらに、本発明の製造方法は、ボールミルを用いた機械粉砕において、原料(仕込み材料)1kgに対して、1秒あたり0.02〜1kJの機械的エネルギーを加える。加える機械的エネルギーが0.02kJ未満では、反応速度が著しく遅く反応時間が長くなる恐れがある。このため、製造の効率化を達成することができない。一方、加える機械的エネルギーが1kJを超えると、反応容器又はボールに付着する内容物の量が多くなり、取り出しが困難になる恐れがある。また、反応容器又はボールに付着している内容物は粒径が大きいので、再度粉砕しないと電池用の固体電解質部材に適する粒径とはならない点で、製造効率の低下を生じる恐れがある。
好ましくは1kgに対して、1秒あたり0.1〜0.5kJの機械的エネルギーを加える。
Furthermore, in the manufacturing method of the present invention, mechanical energy of 0.02 to 1 kJ per second is applied to 1 kg of raw material (charged material) in mechanical pulverization using a ball mill. When the mechanical energy to be added is less than 0.02 kJ, the reaction rate is remarkably slow and the reaction time may be long. For this reason, manufacturing efficiency cannot be achieved. On the other hand, when the mechanical energy applied exceeds 1 kJ, the amount of contents attached to the reaction vessel or the ball increases, and it may be difficult to remove. In addition, since the content attached to the reaction vessel or the ball has a large particle size, the production efficiency may be lowered in that the particle size is not suitable for a solid electrolyte member for a battery unless pulverized again.
Preferably, mechanical energy of 0.1 to 0.5 kJ per second is applied to 1 kg.

ボールミルによって粉砕された粉体の粒径は、2000μm以下のものが80質量%以上である。80質量%未満であると、移送時の詰まりの原因となる恐れがある。また、2000μmを超えるものを固体電解質として固体電池に使用すると、固体電解質層と電極との界面抵抗が大きくなるため好ましくない。このため、粒径が2000μmより大きい粒子は、さらに粉砕して小粒径にする必要がある。この場合、より小さいボールを使用する必要があるため、粉体の移送が必要となる。
ボールミル粉砕後に、反応容器又はボールに付着する生成物は、粒径2000μmを超える。
The particle size of the powder pulverized by the ball mill is 80% by mass or more when the particle size is 2000 μm or less. If it is less than 80% by mass, it may cause clogging during transfer. Moreover, it is not preferable to use a solid electrolyte having a thickness exceeding 2000 μm as a solid electrolyte because the interface resistance between the solid electrolyte layer and the electrode increases. For this reason, particles having a particle size larger than 2000 μm need to be further pulverized to have a small particle size. In this case, since it is necessary to use smaller balls, it is necessary to transfer the powder.
The product adhering to the reaction vessel or ball after ball milling exceeds 2000 μm in particle size.

また、ボールミルによる粉砕時に、反応系内が蓄熱されることにより反応物の一部が変性することが懸念される場合がある。この場合、好ましくは、冷却ジャケット等により反応系内の温度を制御する。より好ましくは、反応系内の温度を300℃以下に保つことが好ましい。反応系内が300℃を超えると、イオン伝導度の低い結晶を含む副生成物が生成する恐れがある。   Further, there is a concern that a part of the reaction product may be denatured due to heat accumulation in the reaction system during pulverization by the ball mill. In this case, the temperature in the reaction system is preferably controlled by a cooling jacket or the like. More preferably, the temperature in the reaction system is preferably maintained at 300 ° C. or lower. When the temperature in the reaction system exceeds 300 ° C., a by-product containing a crystal having low ionic conductivity may be generated.

ボールミルにおいて、硫化物系固体電解質と接触する部分は、好ましくはアルミナ、ジルコニア、又はアルミナ及びジルコニアからなる。具体的には原料を収容する容器、その中で撹拌するボール等である。これらの部材/部分は、アルミナ、ジルコニア等で製造されていてもよいし、これらの物質で表面を被覆されていてもよい。
このようなボールミルを使用することにより、硫化物系固体電解質と接触する部分に付着する生成物の量をさらに低減できる。
In the ball mill, the portion in contact with the sulfide-based solid electrolyte is preferably made of alumina, zirconia, or alumina and zirconia. Specifically, a container for storing raw materials, a ball stirred in the container, and the like. These members / parts may be made of alumina, zirconia or the like, or may be coated on the surface with these substances.
By using such a ball mill, it is possible to further reduce the amount of the product adhering to the portion in contact with the sulfide-based solid electrolyte.

本発明の製造方法により製造する硫化物系固体電解質は、有機化合物、無機化合物、あるいは有機・無機両化合物からなる材料等のリチウムイオン伝導性固体物質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。
しかしながら、硫化物系固体電解質は、電池への適用の容易性の点で、硫黄の他、好ましくは、リチウム、リン、ケイ素、ゲルマニウムから選択される2種以上の元素を含有する。
高イオン伝導性の固体電解質部材が得られる点で、より好ましくは、硫黄及びリチウムと、リン、ケイ素、ゲルマニウムから選択される1種以上の元素を含有する。
The sulfide solid electrolyte produced by the production method of the present invention can use a lithium ion conductive solid material such as an organic compound, an inorganic compound, or a material comprising both organic and inorganic compounds, and is well known in the lithium ion battery field. Can be used.
However, the sulfide-based solid electrolyte preferably contains two or more elements selected from lithium, phosphorus, silicon, and germanium in addition to sulfur in terms of ease of application to batteries.
More preferably, it contains sulfur and lithium, and one or more elements selected from phosphorus, silicon, and germanium in that a high ion conductive solid electrolyte member is obtained.

本発明で使用できる硫化物系固体電解質の原料には、硫化リチウム、五硫化二リン、単体リン、単体イオウ、単体ケイ素、単体ゲルマニウム、硫化ケイ素、硫化ゲルマニウム等がある。
硫化物系固体電解質は、好ましくは、硫化リチウムと、五硫化二リン、及び/又は単体リン及び単体イオウを原料として製造される。以下、これら好ましい原料について説明する。
Examples of the raw material for the sulfide-based solid electrolyte that can be used in the present invention include lithium sulfide, diphosphorus pentasulfide, simple phosphorus, simple sulfur, simple silicon, simple germanium, silicon sulfide, germanium sulfide, and the like.
The sulfide-based solid electrolyte is preferably produced using lithium sulfide and diphosphorus pentasulfide and / or simple phosphorus and simple sulfur as raw materials. Hereinafter, these preferable raw materials will be described.

硫化リチウム(LiS)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、以下に説明するように高純度のものが好ましい。
硫化リチウムは、不純物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、好ましくは0.1質量%以下である。さらに、製造過程で混入する場合があるN−メチルアミノ酪酸リチウムの含有量は0.15質量%以下、好ましくは0.1質量%以下である。
As lithium sulfide (Li 2 S), those commercially available without particular limitation can be used, but those having high purity are preferable as described below.
Lithium sulfide has a total content of lithium salts of sulfur oxides as impurities of 0.15% by mass or less, preferably 0.1% by mass or less. Furthermore, the content of lithium N-methylaminobutyrate that may be mixed during the production process is 0.15% by mass or less, preferably 0.1% by mass or less.

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、得られる電解質は、ガラス状電解質(完全非晶質)である。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、最初から結晶化物であり、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、高イオン伝導度の固体電解質を得ることはできない。
When the total content of the lithium salt of sulfur oxide is 0.15% by mass or less, the obtained electrolyte is 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 is a crystallized product from the beginning, and the ionic conductivity of this crystallized product is low.
Furthermore, even if this crystallized product is subjected to a heat treatment, the crystallized product is not changed, and a solid electrolyte having high ionic 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。
従って、高イオン伝導性電解質を得るためには、不純物が低減された硫化リチウムを用いる必要がある。
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.
Therefore, in order to obtain a high ion conductive electrolyte, it is necessary to use lithium sulfide with reduced impurities.

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もできる。これらの製造法の中では、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 is not particularly limited as long as it can reduce at least the above impurities.
For example, it can also be obtained by purifying lithium sulfide produced by the following method. Among these 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).

上記のようにして得られた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号等が挙げられる。
具体的には、上記のようにして得られた硫化リチウムを、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。
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。
There is no restriction | limiting in particular as a purification method of the lithium sulfide obtained as mentioned above. Preferable purification methods include, for example, International Publication No. WO2005 / 40039.
Specifically, the lithium sulfide obtained as described above 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 more preferably, the aprotic organic solvent used for lithium sulfide production and the aprotic polar organic solvent used for washing are the same. .
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, 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。
さらに、好ましくは、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。
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.
Further, preferably, the washed lithium sulfide is used at a temperature equal to or higher than the boiling point of the organic solvent used for washing at a normal gas pressure or a reduced pressure for 5 minutes or more under an inert gas stream such as nitrogen, preferably about 2 to 2 minutes. Dry for 3 hours or more.

五硫化二リン(P)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。 As long as diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) is industrially manufactured and sold, it can be used without particular limitation. 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.

上記硫化リチウムと、五硫化二燐又は単体燐及び単体硫黄の混合モル比は、イオン伝導性向上の観点から、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=70:30(モル比)程度である。
The mixing molar ratio of the above lithium sulfide, diphosphorus pentasulfide or simple phosphorus and simple sulfur is usually 50:50 to 80:20, preferably 60:40 to 75:25, from the viewpoint of improving ion conductivity.
Particularly preferably, it is about Li 2 S: P 2 S 5 = 70: 30 (molar ratio).

本発明の製造方法で得られた硫化物系固体電解質を所定の温度で熱処理すると、結晶化した固体電解質を生成できる。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。
上記の好適な混合モル比により製造した固体電解質を結晶化させると、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リチウムイオン伝導性固体電解質が得られる。このような結晶構造を有する固体電解質が、極めて高いリチウムイオン伝導性を有する。
When the sulfide solid electrolyte obtained by the production method of the present invention is heat-treated at a predetermined temperature, a crystallized solid electrolyte can be generated. The heat treatment temperature is preferably 190 ° C to 340 ° C, more preferably 195 ° C to 335 ° C, and particularly preferably 200 ° C to 330 ° C.
When the solid electrolyte produced by the above preferred mixing molar ratio is crystallized, in X-ray diffraction (CuKα: λ = 1.5418Å), 2θ = 17.8 ± 0.3 deg, 18.2 ± 0.3 deg, Diffraction peaks at 19.8 ± 0.3 deg, 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 lithium ion conductive solid electrolyte having the following can be obtained. A solid electrolyte having such a crystal structure has extremely high lithium ion conductivity.

製造例
(1)硫化リチウム(LiS)の製造
硫化リチウムは、特開平7−330312号公報の第1の態様(2工程法)の方法にしたがって製造した。具体的には、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。
Production Example (1) Production of Lithium Sulfide (Li 2 S) Lithium sulfide was produced according to the method of the first aspect (two-step method) of JP-A-7-330312. Specifically, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) 3326.4 g (33.6 mol) and lithium hydroxide 287.4 g (12 mol) were charged into a 10 liter autoclave equipped with a stirring blade, and 300 rpm, 130 The temperature was raised to ° 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 the 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NMP100mL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NMP100mL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。 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。
このようにして精製したLiSを、以下の実施例及び比較例で使用した。
(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. . 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. 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.
Li 2 S thus purified was used in the following examples and comparative examples.

実施例1
上記製造例にて製造したLiS、及びP(アルドリッチ製)を出発原料に用いた。LiS70モル部にP30モル部を添加してなる混合物を約50gと直径10mmのアルミナ製ボール175個を500mL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−5)にて、窒素雰囲気下、室温(25℃)にて、回転速度を170rpmとし、200時間メカニカルミリング処理することで、白黄色の粉末として硫化物系固体電解質を得た。加えた動力から計算した結果、1秒当たりに反応系内に加えたエネルギーは0.22kJ/kgであった。
Example 1
Li 2 S and P 2 S 5 (manufactured by Aldrich) produced in the above production examples were used as starting materials. About 50 g of a mixture obtained by adding 30 mol parts of P 2 S 5 to 70 mol parts of Li 2 S and 175 alumina balls having a diameter of 10 mm are put into a 500 mL alumina container, and a planetary ball mill (manufactured by Fritsch: Model No. P In -5), a sulfide-based solid electrolyte was obtained as a white-yellow powder by carrying out mechanical milling treatment for 200 hours at a rotation speed of 170 rpm at room temperature (25 ° C.) in a nitrogen atmosphere. As a result of calculation from the applied power, the energy applied to the reaction system per second was 0.22 kJ / kg.

得られた粉末について、粉末X線回折測定を行った(CuKα:λ=1.5418Å)。得られたスペクトルチャートより、LiSの結晶ピークは、完全に消失しガラス化していることが確認できた。
ボール、壁面に付着していた重量は仕込み重量の20%であった。得られた粉末について、その粒径分布をふるい(篩)分級にて測定した結果、粒径が2000μm以下の粒子は粒子全体の90重量%であった。
Powder X-ray diffraction measurement was performed on the obtained powder (CuKα: λ = 1.5418Å). From the obtained spectrum chart, it was confirmed that the crystal peak of Li 2 S completely disappeared and was vitrified.
The weight adhering to the ball and the wall surface was 20% of the charged weight. As a result of measuring the particle size distribution of the obtained powder by sieving (sieving), particles having a particle size of 2000 μm or less accounted for 90% by weight of the whole particles.

比較例1
上記製造例にて製造したLiS、及びP(アルドリッチ製)を出発原料に用いた。LiS70モル部にP30モル部を添加してなる混合物を約50gと直径10mmのアルミナ製ボール175個を500mL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−5)にて、窒素雰囲気下、室温(25℃)にて、回転速度を360rpmとし、20時間メカニカルミリング処理することで、白黄色の粉末として硫化物系ガラスを得た。加えた動力から計算した結果、1秒当たりに加えたエネルギーは2.0kJ/kgであった。
ボール、壁面に付着していた重量は仕込み重量の50%であり、短時間で反応が行えたが付着物が多く、実施例1と比べて効率よく粉末を回収することができなかった。容器から取り出した粉末について、実施例1と同様にその粒径分布を測定した結果、粒径が2000μm以下の粒子は粒子全体の5重量%であった。
Comparative Example 1
Li 2 S and P 2 S 5 (manufactured by Aldrich) produced in the above production examples were used as starting materials. About 50 g of a mixture obtained by adding 30 mol parts of P 2 S 5 to 70 mol parts of Li 2 S and 175 alumina balls having a diameter of 10 mm are put into a 500 mL alumina container, and a planetary ball mill (manufactured by Fritsch: Model No. P In 5), a sulfide-based glass was obtained as a white-yellow powder by mechanical milling for 20 hours at a rotation speed of 360 rpm at room temperature (25 ° C.) in a nitrogen atmosphere. As a result of calculation from the applied power, the energy added per second was 2.0 kJ / kg.
The weight adhering to the ball and the wall surface was 50% of the charged weight, and the reaction could be carried out in a short time, but there were many adhering substances, and the powder could not be recovered efficiently as compared with Example 1. As a result of measuring the particle size distribution of the powder taken out from the container in the same manner as in Example 1, the particles having a particle size of 2000 μm or less accounted for 5% by weight of the whole particles.

比較例2
上記製造例にて製造したLiS、及びP(アルドリッチ製)を出発原料に用いた。LiS70モル部にP30モル部を添加してなる混合物を約50gと直径10mmのアルミナ製ボール175個を500mL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−5)にて、窒素雰囲気下、室温(25℃)にて、回転速度を70rpmとし、60日間(1440時間)メカニカルミリング処理した。加えた動力から計算した結果、1秒当たりに加えたエネルギーは0.015kJ/kgであった。
得られた粉末について、粉末X線回折測定を行った(CuKα:λ=1.5418Å)ところ、LiSの結晶ピークが観察され、反応の進行が不十分であり、固体電解質が得られなかった。
Comparative Example 2
Li 2 S and P 2 S 5 (manufactured by Aldrich) produced in the above production examples were used as starting materials. About 50 g of a mixture obtained by adding 30 mol parts of P 2 S 5 to 70 mol parts of Li 2 S and 175 alumina balls having a diameter of 10 mm are put into a 500 mL alumina container, and a planetary ball mill (manufactured by Fritsch: Model No. P In 5), mechanical milling was performed for 60 days (1440 hours) at a rotation speed of 70 rpm at room temperature (25 ° C.) under a nitrogen atmosphere. As a result of calculation from the applied power, the energy applied per second was 0.015 kJ / kg.
When the obtained powder was subjected to powder X-ray diffraction measurement (CuKα: λ = 1.5418Å), a crystal peak of Li 2 S was observed, the progress of the reaction was insufficient, and a solid electrolyte was not obtained. It was.

本発明の硫化物系固体電解質の製造方法は、固体電池等に使用される硫化物系固体電解質を製造する方法として利用される。
The method for producing a sulfide-based solid electrolyte of the present invention is used as a method for producing a sulfide-based solid electrolyte used for a solid battery or the like.

Claims (8)

ボールミルを用いた機械粉砕により一段階で硫化物系固体電解質を得る製造方法であって、機械粉砕時に硫化リチウム(Li S)及び五硫化二リン(P )を含む原料1kgに対し、1秒当たり0.02〜1kJのエネルギーを加えることにより、粒径2000μm以下の粉体を80質量%以上得る硫化物系固体電解質の製造方法。 A production method for obtaining a sulfide-based solid electrolyte in one step by mechanical pulverization using a ball mill, and for 1 kg of raw material containing lithium sulfide (Li 2 S) and diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) during mechanical pulverization A method for producing a sulfide-based solid electrolyte in which a powder having a particle size of 2000 μm or less is obtained by applying energy of 0.02 to 1 kJ per second to obtain 80% by mass or more. 前記硫化物系固体電解質が、硫黄、さらに、リチウム、リン、ケイ素、ゲルマニウムから選択される2種以上の元素を含む請求項1に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the sulfide-based solid electrolyte contains two or more elements selected from sulfur, lithium, phosphorus, silicon, and germanium. 前記原料が、硫化リチウム(LiThe raw material is lithium sulfide (Li 2 S)及び五硫化二リン(PS) and diphosphorus pentasulfide (P) 2 S 5 )からなる請求項1又は2に記載の製造方法。The manufacturing method of Claim 1 or 2 consisting of. 前記原料が、硫化リチウム(LiThe raw material is lithium sulfide (Li 2 S)、五硫化二リン(PS), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 )及びリチウム塩からなる請求項1又は2に記載の製造方法。) And a lithium salt. 前記硫化リチウム(LiLithium sulfide (Li 2 S)と五硫化二リン(PS) and diphosphorus pentasulfide (P) 2 S 5 )の混合モル比が、50:50〜80:20である請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法。5) The mixing molar ratio of 50:50 to 80:20. The production method according to any one of claims 1 to 4. 前記硫化リチウム(LiLithium sulfide (Li 2 S)と五硫化二リン(PS) and diphosphorus pentasulfide (P) 2 S 5 )の混合モル比が、60:40〜75:25である請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法。5) The mixing molar ratio of 60:40 to 75:25. The production method according to any one of claims 1 to 4. 前記ボールミルにおいて、硫化物系固体電解質と接触する部分が、アルミナ、ジルコニア、又はアルミナ及びジルコニアからなる請求項1〜6のいずれかに記載の製造方法。 The method according to any one of claims 1 to 6, wherein a portion of the ball mill that comes into contact with the sulfide-based solid electrolyte is made of alumina, zirconia, or alumina and zirconia. 前記硫化物系固体電解質がガラス状電解質である請求項1〜7のいずれかに記載の製造方法。The manufacturing method according to claim 1, wherein the sulfide-based solid electrolyte is a glassy electrolyte.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009266575A (en) * 2008-04-24 2009-11-12 Idemitsu Kosan Co Ltd Manufacturing method of sulfide-based electrolyte, and ball mill
JP5431809B2 (en) * 2008-07-01 2014-03-05 出光興産株式会社 Lithium ion conductive sulfide glass manufacturing method, lithium ion conductive sulfide glass ceramic manufacturing method, and mechanical milling apparatus for manufacturing sulfide glass
JP5697300B2 (en) * 2008-09-11 2015-04-08 出光興産株式会社 Method for producing positive electrode mixture, and positive electrode mixture obtained using the same
JP5448038B2 (en) * 2009-02-27 2014-03-19 公立大学法人大阪府立大学 Sulfide solid electrolyte material
JP5599573B2 (en) 2009-04-10 2014-10-01 出光興産株式会社 Glass and lithium battery comprising solid electrolyte particles
JP5303428B2 (en) * 2009-10-16 2013-10-02 出光興産株式会社 Lithium sulfide and method for producing the same
JP5521899B2 (en) * 2010-08-26 2014-06-18 トヨタ自動車株式会社 Sulfide solid electrolyte material and lithium solid state battery
JP5445527B2 (en) * 2011-07-13 2014-03-19 トヨタ自動車株式会社 Method for producing sulfide solid electrolyte material
JP2014169196A (en) * 2013-03-01 2014-09-18 Nippon Chem Ind Co Ltd Method of producing lithium sulfide and method of producing inorganic solid electrolyte
JP6077403B2 (en) * 2013-06-28 2017-02-08 トヨタ自動車株式会社 Method for producing sulfide solid electrolyte material
JP2014089971A (en) * 2013-12-18 2014-05-15 Toyota Motor Corp Sulfide solid electrolytic material, lithium solid battery, and manufacturing method of sulfide solid electrolytic material
JP6683363B2 (en) * 2015-06-17 2020-04-22 出光興産株式会社 Method for producing solid electrolyte
JP6798797B2 (en) * 2016-05-27 2020-12-09 出光興産株式会社 Method for manufacturing solid electrolyte
WO2020250960A1 (en) * 2019-06-14 2020-12-17 古河機械金属株式会社 Method for producing inorganic material and inorganic material production device
CN118020116A (en) * 2021-09-30 2024-05-10 Agc株式会社 Method for producing sulfide-based solid electrolyte powder

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3233345B2 (en) * 1997-10-31 2001-11-26 大阪府 Method for producing ion-conductive sulfide glass fine powder for all-solid-state battery, ion-conductive sulfide glass fine powder for all-solid-state battery, solid electrolyte, and all-solid-state secondary battery
JP4028920B2 (en) * 1997-11-06 2008-01-09 日本無機化学工業株式会社 Method for synthesizing lithium ion conductive solid electrolyte
US20060157674A1 (en) * 2003-02-24 2006-07-20 National University Corporation Nagoya University Proton-conductive and electron-conductive ceramic
JP4580149B2 (en) * 2003-04-24 2010-11-10 出光興産株式会社 Lithium ion conductive sulfide glass manufacturing method and lithium ion conductive sulfide glass ceramic manufacturing method
JP4498688B2 (en) * 2003-04-24 2010-07-07 出光興産株式会社 Method for producing lithium ion conductive sulfide glass and glass ceramics
JP4813767B2 (en) * 2004-02-12 2011-11-09 出光興産株式会社 Lithium ion conductive sulfide crystallized glass and method for producing the same
US20070248888A1 (en) * 2004-06-04 2007-10-25 Idemitsu Kosan Co., Ltd. High-Performance All-Solid Lithium Battery

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