JP5742562B2 - Solid electrolyte material-containing body and battery - Google Patents
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Description
本発明は、結着材の添加による、硫化物固体電解質材料のイオン伝導性の低下を抑制した固体電解質材料含有体に関する。 The present invention relates to a solid electrolyte material-containing body that suppresses a decrease in ion conductivity of a sulfide solid electrolyte material due to the addition of a binder.
近年におけるパソコン、ビデオカメラおよび携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。また、自動車産業界等においても、電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の高出力かつ高容量の電池の開発が進められている。現在、種々の電池の中でも、エネルギー密度が高いという観点から、リチウム電池が注目を浴びている。 With the rapid spread of information-related equipment and communication equipment such as personal computers, video cameras, and mobile phones in recent years, development of batteries that are used as power sources has been regarded as important. Also in the automobile industry and the like, development of high-power and high-capacity batteries for electric vehicles or hybrid vehicles is being promoted. Currently, lithium batteries are attracting attention among various batteries from the viewpoint of high energy density.
現在市販されているリチウム電池は、可燃性の有機溶媒を含む電解液が使用されているため、短絡時の温度上昇を抑える安全装置の取り付けや短絡防止のための構造・材料面での改善が必要となる。これに対し、電解液を固体電解質層に変えて、電池を全固体化したリチウム電池は、電池内に可燃性の有機溶媒を用いないので、安全装置の簡素化が図れ、製造コストや生産性に優れると考えられている。 Since lithium batteries currently on the market use an electrolyte containing a flammable organic solvent, it is possible to install safety devices that suppress the temperature rise during short circuits and to improve the structure and materials to prevent short circuits. Necessary. In contrast, a lithium battery in which the electrolyte is changed to a solid electrolyte layer to make the battery completely solid does not use a flammable organic solvent in the battery, so the safety device can be simplified, and manufacturing costs and productivity can be reduced. It is considered excellent.
全固体リチウム電池に用いられる固体電解質材料として、硫化物固体電解質材料が知られている。例えば、非特許文献1においては、Li(4−x)Ge(1−x)PxS4の組成を有するLiイオン伝導体(硫化物固体電解質材料)が開示されている。さらに、この文献では、x=0.75の時にLiイオン伝導度が最も高くなることが記載されており、そのLiイオン伝導度は、25℃において2.2×10−3S/cmであった。また、特許文献1においては、Li2Sと、P2S3、P2S5、SiS2、GeS2、B2S3、Al2S3から選択される1種以上の硫化物とから合成される固体電解質材料が開示されている。また、非特許文献2には、Li(4−x)Ge(1−x)PxS4の組成を有するLiイオン伝導体(硫化物固体電解質材料)に、スチレンブタジエンゴム(SBR)等の結着材を添加することが記載されている。 A sulfide solid electrolyte material is known as a solid electrolyte material used for an all solid lithium battery. For example, Non-Patent Document 1 discloses a Li ion conductor (sulfide solid electrolyte material) having a composition of Li (4-x) Ge (1-x) P x S 4 . Furthermore, this document describes that the Li ion conductivity is highest when x = 0.75, and the Li ion conductivity is 2.2 × 10 −3 S / cm at 25 ° C. It was. In Patent Document 1, Li 2 S and one or more sulfides selected from P 2 S 3 , P 2 S 5 , SiS 2 , GeS 2 , B 2 S 3 , and Al 2 S 3 are used. A solid electrolyte material to be synthesized is disclosed. In Non-Patent Document 2, Li ion conductor (sulfide solid electrolyte material) having a composition of Li (4-x) Ge (1-x) P x S 4 , styrene butadiene rubber (SBR), etc. It is described that a binder is added.
電池の高出力化の観点から、イオン伝導性が良好な固体電解質材料が求められている。本発明者等のこれまでの研究により、X線回折測定において特定のピークを有する結晶相の割合が高い硫化物固体電解質材料は、良好なイオン伝導性を有するとの知見を得ており、さらに、その硫化物固体電解質材料の結晶構造を、X線構造解析により明らかにしている(PCT/JP2011/057421)。 From the viewpoint of increasing the output of a battery, a solid electrolyte material having good ion conductivity is required. According to previous studies by the present inventors, it has been found that a sulfide solid electrolyte material having a high proportion of crystal phase having a specific peak in X-ray diffraction measurement has good ionic conductivity. The crystal structure of the sulfide solid electrolyte material has been clarified by X-ray structural analysis (PCT / JP2011 / 057421).
一方、非特許文献2には、Li(4−x)Ge(1−x)PxS4の組成を有するLiイオン伝導体(硫化物固体電解質材料)に、スチレンブタジエンゴム(SBR)を添加することが記載されている。しかしながら、非特許文献2では、SBRの添加により、硫化物固体電解質材料のLiイオン伝導度が1/100以下まで低下している。このように、硫化物固体電解質材料は、添加される結着材によってイオン伝導性が大きく低下するという問題がある。 On the other hand, in Non-Patent Document 2, styrene butadiene rubber (SBR) is added to a Li ion conductor (sulfide solid electrolyte material) having a composition of Li (4-x) Ge (1-x) P x S 4. It is described to do. However, in Non-Patent Document 2, the Li ion conductivity of the sulfide solid electrolyte material is reduced to 1/100 or less due to the addition of SBR. As described above, the sulfide solid electrolyte material has a problem that the ionic conductivity is greatly lowered by the added binder.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、結着材の添加による、硫化物固体電解質材料のイオン伝導性の低下を抑制した固体電解質材料含有体を提供することを主目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the solid electrolyte material containing body which suppressed the fall of the ionic conductivity of sulfide solid electrolyte material by addition of a binder. .
上記課題を解決するために、本発明者等が鋭意研究を重ねた結果、上述した特定の硫化物固体電解質材料は、イオン伝導性が高いのみならず、SBRのような主鎖に二重結合を有するポリマーとの反応性が極めて低いとの知見を得た。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive research. As a result, the above-described specific sulfide solid electrolyte material has not only high ion conductivity but also a double bond to the main chain such as SBR. It was found that the reactivity with a polymer having a low molecular weight is extremely low. The present invention has been made based on such knowledge.
すなわち、本発明においては、M1元素、M2元素およびS元素を含有し、上記M1は、Li、Na、K、Mg、Ca、Znからなる群から選択される少なくとも一種であり、上記M2は、P、Sb、Si、Ge、Sn、B、Al、Ga、In、Ti、Zr、V、Nbからなる群から選択される少なくとも一種であり、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=29.58°±0.50°の位置にピークを有し、上記2θ=29.58°±0.50°のピークの回折強度をIAとし、2θ=27.33°±0.50°のピークの回折強度をIBとした場合に、IB/IAの値が0.50未満である硫化物固体電解質材料と、主鎖に二重結合を有するポリマーである結着材と、を含有することを特徴とする固体電解質材料含有体を提供する。 That is, in the present invention, M 1 element, M 2 element and S element are contained, and M 1 is at least one selected from the group consisting of Li, Na, K, Mg, Ca and Zn, M 2 is at least one selected from the group consisting of P, Sb, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, In, Ti, Zr, V, and Nb, and X-ray diffraction measurement using CuKα rays has a peak at 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° in the diffraction intensity of the peak of the 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° and I a, 2θ = 27.33 ° ± 0 When a diffraction intensity of a peak at 50 ° is I B , a sulfide solid electrolyte material having a value of I B / I A of less than 0.50 and a binder that is a polymer having a double bond in the main chain And a solid electrolyte material-containing body characterized by comprising:
本発明によれば、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相の割合が高い硫化物固体電解質材料を用いるため、主鎖に二重結合を有するポリマーである結着材を添加しても、結着材の添加による、硫化物固体電解質材料のイオン伝導性の低下を抑制した固体電解質材料含有体とすることができる。 According to the present invention, since a sulfide solid electrolyte material having a high proportion of crystal phase having a peak around 2θ = 29.58 ° is used, a binder which is a polymer having a double bond in the main chain is added. Moreover, it can be set as the solid electrolyte material containing body which suppressed the fall of the ionic conductivity of sulfide solid electrolyte material by addition of a binder.
上記発明においては、上記IB/IAの値が、0.25以下であることが好ましい。2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相の割合が高く、よりイオン伝導性が良好な硫化物固体電解質材料とすることができるからである。 In the above invention, the value of the I B / I A is preferably 0.25 or less. This is because a ratio of a crystal phase having a peak around 2θ = 29.58 ° is high, and a sulfide solid electrolyte material having better ion conductivity can be obtained.
上記発明において、上記硫化物固体電解質材料は、CuKα線を用いたX線回折測定において、2θ=17.38°、20.18°、20.44°、23.56°、23.96°、24.93°、26.96°、29.07°、29.58°、31.71°、32.66°、33.39°の位置(なお、これらの位置は、±0.50°の範囲で前後していても良い)にピークを有することが好ましい。 In the above invention, the sulfide solid electrolyte material is obtained by 2θ = 17.38 °, 20.18 °, 20.44 °, 23.56 °, 23.96 ° in X-ray diffraction measurement using CuKα ray. 24.93 °, 26.96 °, 29.07 °, 29.58 °, 31.71 °, 32.66 °, 33.39 ° positions (note that these positions are ± 0.50 ° It may preferably have a peak in the range.
上記発明においては、上記M1がLiであり、上記M2がGeおよびPであることが好ましい。Liイオン伝導性の高い硫化物固体電解質材料とすることができるからである。 In the above-mentioned invention, the M 1 is Li, it is preferable that the M 2 is Ge and P. It is because it can be set as the sulfide solid electrolyte material with high Li ion conductivity.
上記発明において、上記硫化物固体電解質材料は、Li(4−x)Ge(1−x)PxS4(xは、0<x<1を満たす)の組成を有することが好ましい。Liイオン伝導性の高い硫化物固体電解質材料とすることができるからである。 In the above invention, the sulfide solid electrolyte material preferably has a composition of Li (4-x) Ge (1-x) P x S 4 (x satisfies 0 <x <1). It is because it can be set as the sulfide solid electrolyte material with high Li ion conductivity.
上記発明においては、上記xが、0.5≦x≦0.8を満たすことが好ましい。 In the said invention, it is preferable that said x satisfy | fills 0.5 <= x <= 0.8.
また、本発明においては、M1元素およびS元素から構成される八面体Oと、M2a元素およびS元素から構成される四面体T1と、M2b元素およびS元素から構成される四面体T2とを有し、上記四面体T1および上記八面体Oは稜を共有し、上記四面体T2および上記八面体Oは頂点を共有する結晶構造を主体として含有し、上記M1は、Li、Na、K、Mg、Ca、Znからなる群から選択される少なくとも一種であり、上記M2aおよびM2bは、それぞれ独立に、P、Sb、Si、Ge、Sn、B、Al、Ga、In、Ti、Zr、V、Nbからなる群から選択される少なくとも一種である硫化物固体電解質材料と、主鎖に二重結合を有するポリマーである結着材と、を含有することを特徴とする固体電解質材料含有体を提供する。 In the present invention, the octahedron O composed of the M 1 element and the S element, the tetrahedron T 1 composed of the M 2a element and the S element, and the tetrahedron composed of the M 2b element and the S element. and a T 2, the tetrahedron T 1 and the octahedron O share a crest above tetrahedron T 2 and the octahedron O contains mainly a crystalline structure that share vertices, the M 1 is , Li, Na, K, Mg, Ca, Zn, and M 2a and M 2b are each independently P, Sb, Si, Ge, Sn, B, Al, Containing at least one sulfide solid electrolyte material selected from the group consisting of Ga, In, Ti, Zr, V, and Nb, and a binder that is a polymer having a double bond in the main chain. Solid electrolyte material containing body I will provide a.
本発明によれば、八面体O、四面体T1および四面体T2が所定の結晶構造(三次元構造)を有する硫化物固体電解質材料を用いるため、主鎖に二重結合を有するポリマーである結着材を添加しても、結着材の添加による、硫化物固体電解質材料のイオン伝導性の低下を抑制した固体電解質材料含有体とすることができる。 According to the present invention, since the octahedron O, the tetrahedron T 1 and the tetrahedron T 2 use a sulfide solid electrolyte material having a predetermined crystal structure (three-dimensional structure), the polymer having a double bond in the main chain is used. Even if a certain binder is added, a solid electrolyte material-containing body can be obtained in which a decrease in ion conductivity of the sulfide solid electrolyte material due to the addition of the binder is suppressed.
上記発明において、上記八面体Oは、上記M1がLiであるLiS6八面体であり、上記四面体T1は、上記M2aがGeおよびPである、GeS4四面体およびPS4四面体であり、上記四面体T2は、上記M2bがPであるPS4四面体であることが好ましい。 In the invention, the octahedron O is a LiS 6 octahedron in which the M 1 is Li, and the tetrahedron T 1 is a GeS 4 tetrahedron and a PS 4 tetrahedron in which the M 2a is Ge and P. , and the above tetrahedron T 2 are, it is preferable that the M 2b is PS 4 tetrahedron is P.
上記発明において、上記硫化物固体電解質材料は、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=29.58°±0.50°の位置にピークを有し、上記2θ=29.58°±0.50°のピークの回折強度をIAとし、2θ=27.33°±0.50°のピークの回折強度をIBとした場合に、IB/IAの値が0.50未満であることが好ましい。 In the above invention, the sulfide solid electrolyte material has a peak at a position of 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° in X-ray diffraction measurement using CuKα ray, and the above 2θ = 29.58 ° ± 0. the diffraction intensity of the peak of .50 ° and I a, the diffraction intensity of the peak of 2θ = 27.33 ° ± 0.50 ° when the I B, less than I B / I value of a 0.50 Preferably there is.
上記発明においては、上記結着材が、スチレンブタジエンゴム(SBR)であることが好ましい。 In the said invention, it is preferable that the said binder is a styrene butadiene rubber (SBR).
また、本発明においては、正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成された電解質層とを含有する電池であって、上記正極活物質層、上記負極活物質層および上記電解質層の少なくとも一つが、上述した固体電解質材料含有体であることを特徴とする電池を提供する。 In the present invention, a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer In which at least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the electrolyte layer is the above-described solid electrolyte material-containing body.
本発明によれば、正極活物質層、負極活物質層および固体電解質層の少なくとも一つに、上述した固体電解質材料含有体を用いることにより、高出力な電池とすることができる。 According to the present invention, a high-power battery can be obtained by using the above-described solid electrolyte material-containing body for at least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer.
本発明においては、結着材の添加による、硫化物固体電解質材料のイオン伝導性の低下を抑制した固体電解質材料含有体を得ることができるという効果を奏する。 In this invention, there exists an effect that the solid electrolyte material containing body which suppressed the fall of the ionic conductivity of sulfide solid electrolyte material by addition of a binder can be obtained.
以下、本発明の固体電解質材料含有体および電池について、詳細に説明する。 Hereinafter, the solid electrolyte material-containing body and battery of the present invention will be described in detail.
A.固体電解質材料含有体
まず、本発明の固体電解質材料含有体について説明する。本発明の固体電解質材料含有体は、2つの実施態様に大別することができる。そこで、本発明の固体電解質材料含有体について、第一実施態様および第二実施態様に分けて説明する。
A. First, the solid electrolyte material-containing body of the present invention will be described. The solid electrolyte material-containing body of the present invention can be roughly divided into two embodiments. Therefore, the solid electrolyte material-containing body of the present invention will be described separately for the first embodiment and the second embodiment.
1.第一実施態様
第一実施態様の固体電解質材料含有体は、M1元素、M2元素およびS元素を含有し、上記M1は、Li、Na、K、Mg、Ca、Znからなる群から選択される少なくとも一種であり、上記M2は、P、Sb、Si、Ge、Sn、B、Al、Ga、In、Ti、Zr、V、Nbからなる群から選択される少なくとも一種であり、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=29.58°±0.50°の位置にピークを有し、上記2θ=29.58°±0.50°のピークの回折強度をIAとし、2θ=27.33°±0.50°のピークの回折強度をIBとした場合に、IB/IAの値が0.50未満である硫化物固体電解質材料と、主鎖に二重結合を有するポリマーである結着材と、を含有することを特徴とするものである。
1. First Embodiment The solid electrolyte material-containing body of the first embodiment contains an M 1 element, an M 2 element, and an S element, and the above M 1 is selected from the group consisting of Li, Na, K, Mg, Ca, and Zn. At least one selected, and M 2 is at least one selected from the group consisting of P, Sb, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, In, Ti, Zr, V, Nb, It has a peak at 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° in an X-ray diffraction measurement using a CuKα ray, the diffraction intensity of the peak of the 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° and I a , the two diffraction intensity of the peak of 2θ = 27.33 ° ± 0.50 ° when the I B, and the sulfide solid electrolyte material value of I B / I a is less than 0.50, in the main chain And a binder which is a polymer having a heavy bond. .
第一実施態様によれば、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相の割合が高い硫化物固体電解質材料を用いるため、主鎖に二重結合を有するポリマーである結着材を添加しても、結着材の添加による、硫化物固体電解質材料のイオン伝導性の低下を抑制した固体電解質材料含有体とすることができる。また、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相の割合が高い硫化物固体電解質材料は、イオン伝導性が良好であるため、第一実施態様の固体電解質材料含有体を用いることにより、高出力な電池を得ることができる。 According to the first embodiment, since a sulfide solid electrolyte material having a high proportion of crystal phase having a peak near 2θ = 29.58 ° is used, a binder which is a polymer having a double bond in the main chain is added. Even so, a solid electrolyte material-containing body in which a decrease in ion conductivity of the sulfide solid electrolyte material due to the addition of the binder can be suppressed. Further, since the sulfide solid electrolyte material having a high proportion of the crystal phase having a peak near 2θ = 29.58 ° has good ion conductivity, by using the solid electrolyte material-containing body of the first embodiment, A high output battery can be obtained.
図1は、第一実施態様の固体電解質材料含有体の一例を示す概略断面図である。図1に示すように、固体電解質材料含有体10は、上述した硫化物固体電解質材料1と、主鎖に二重結合を有するポリマーである結着材2とを含有するものである。
以下、第一実施態様の固体電解質材料含有体について、構成ごとに説明する。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the solid electrolyte material-containing body of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the solid electrolyte material-containing body 10 contains the sulfide solid electrolyte material 1 described above and a binder 2 that is a polymer having a double bond in the main chain.
Hereinafter, the solid electrolyte material-containing body of the first embodiment will be described for each configuration.
(1)硫化物固体電解質材料
第一実施態様における硫化物固体電解質材料は、M1元素、M2元素およびS元素を含有し、上記M1は、Li、Na、K、Mg、Ca、Znからなる群から選択される少なくとも一種であり、上記M2は、P、Sb、Si、Ge、Sn、B、Al、Ga、In、Ti、Zr、V、Nbからなる群から選択される少なくとも一種であり、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=29.58°±0.50°の位置にピークを有し、上記2θ=29.58°±0.50°のピークの回折強度をIAとし、2θ=27.33°±0.50°のピークの回折強度をIBとした場合に、IB/IAの値が0.50未満である。
(1) Sulfide solid electrolyte material The sulfide solid electrolyte material in the first embodiment contains an M 1 element, an M 2 element, and an S element, and the above M 1 is Li, Na, K, Mg, Ca, Zn And M 2 is at least selected from the group consisting of P, Sb, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, In, Ti, Zr, V, and Nb. It is a kind, and has a peak at the position of 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° in the X-ray diffraction measurement using CuKα ray, and the diffraction intensity of the peak at 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° was a I a, the diffraction intensity of the peak of 2θ = 27.33 ° ± 0.50 ° when the I B, the value of I B / I a is less than 0.50.
図2は、第一実施態様における硫化物固体電解質材料と、従来の硫化物固体電解質材料との違いを説明するX線回折スペクトルである。なお、図2における2つの硫化物固体電解質材料は、ともにLi3.25Ge0.25P0.75S4の組成を有するものである。図2における本発明の硫化物固体電解質材料は、2θ=29.58°±0.50°の位置、および、2θ=27.33°±0.50°の位置にピークを有する。また、図2における従来の硫化物固体電解質材料も同様のピークを有する。ここで、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相と、2θ=27.33°付近のピークを有する結晶相とは、互いに異なる結晶相であると考えられる。なお、本発明においては、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相を「結晶相A」と称し、2θ=27.33°付近のピークを有する結晶相を「結晶相B」と称する場合がある。 FIG. 2 is an X-ray diffraction spectrum for explaining the difference between the sulfide solid electrolyte material in the first embodiment and the conventional sulfide solid electrolyte material. Note that the two sulfide solid electrolyte materials in FIG. 2 both have a composition of Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4 . The sulfide solid electrolyte material of the present invention in FIG. 2 has a peak at a position of 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° and a position of 2θ = 27.33 ° ± 0.50 °. Also, the conventional sulfide solid electrolyte material in FIG. 2 has the same peak. Here, it is considered that the crystal phase having a peak near 2θ = 29.58 ° and the crystal phase having a peak near 2θ = 27.33 ° are different crystal phases. In the present invention, a crystal phase having a peak near 2θ = 29.58 ° is referred to as “crystal phase A”, and a crystal phase having a peak near 2θ = 27.33 ° is referred to as “crystal phase B”. There is a case.
結晶相A、Bは、ともにイオン伝導性を示す結晶相であるが、そのイオン伝導性には違いがある。後述する製造例に示すように、結晶相Aは、結晶相Bに比べて、イオン伝導性が顕著に高いと考えられる。従来の合成方法(例えば固相法)では、イオン伝導性の低い結晶相Bの割合を少なくすることができず、イオン伝導性を十分に高くすることができなかった。これに対して、第一実施態様では、後述する硫化物固体電解質材料の製造方法等により、イオン伝導性の高い結晶相Aを積極的に析出させることができるため、イオン伝導性の高い硫化物固体電解質材料を得ることができる。また、後述する実施例に記載するように、結晶相Aは、結晶相Bに比べて結着材に含まれる二重結合との反応性が低い。その理由は、結晶相Aが結晶相Bよりも化学的安定性が高いからであると考えられる。 Crystal phases A and B are both crystalline phases exhibiting ionic conductivity, but there are differences in ionic conductivity. As shown in the production examples described later, the crystal phase A is considered to have significantly higher ionic conductivity than the crystal phase B. In the conventional synthesis method (for example, solid phase method), the proportion of the crystal phase B having low ion conductivity cannot be reduced, and the ion conductivity cannot be sufficiently increased. On the other hand, in the first embodiment, since the crystalline phase A having high ion conductivity can be positively precipitated by the method for producing a sulfide solid electrolyte material described later, the sulfide having high ion conductivity. A solid electrolyte material can be obtained. Moreover, as described in the examples described later, the crystal phase A is less reactive with the double bond contained in the binder than the crystal phase B. The reason is considered that the crystal phase A has higher chemical stability than the crystal phase B.
また、第一実施態様においては、従来の硫化物固体電解質材料と区別するため、2θ=29.58°付近のピークの回折強度をIAとし、2θ=27.33°付近のピークの回折強度をIBとし、IB/IAの値を0.50未満に規定している。なお、IB/IAの値が0.50未満の硫化物固体電解質材料は、従来の合成方法では得ることができないと考えられる。また、イオン伝導性の観点からは、第一実施態様における硫化物固体電解質材料は、イオン伝導性の高い結晶相Aの割合が高いことが好ましい。そのため、IB/IAの値はより小さいことが好ましく、具体的には0.45以下であることが好ましく、0.25以下であることがより好ましく、0.15以下であることがさらに好ましく、0.07以下であることが特に好ましい。また、IB/IAの値は0であることが好ましい。言い換えると、第一実施態様における硫化物固体電解質材料は、結晶相Bのピークである2θ=27.33°付近のピークを有しないことが好ましい。 Further, in the first embodiment, in order to distinguish it from conventional sulfide solid electrolyte material, 2 [Theta] = 29.58 diffraction intensity of the peak in the vicinity ° and I A, the diffraction intensity of the peak near 2 [Theta] = 27.33 ° Is defined as I B, and the value of I B / I A is defined to be less than 0.50. Incidentally, I B / I sulfide solid electrolyte material value is less than 0.50 A, the conventional synthetic methods would not be able to obtain. From the viewpoint of ion conductivity, the sulfide solid electrolyte material in the first embodiment preferably has a high proportion of the crystal phase A having high ion conductivity. Therefore, the value of I B / I A is preferably smaller, specifically 0.45 or less, more preferably 0.25 or less, and further preferably 0.15 or less. It is preferably 0.07 or less. Further, the value of I B / I A is preferably 0. In other words, the sulfide solid electrolyte material in the first embodiment preferably does not have a peak around 2θ = 27.33 °, which is the peak of the crystal phase B.
第一実施態様における硫化物固体電解質材料は、2θ=29.58°付近にピークを有する。このピークは、上述したように、イオン伝導性の高い結晶相Aのピークの一つである。ここで、第一実施態様における2θ=29.58°は、後述する製造例で得られた実測値であり、材料組成等によって結晶格子が若干変化し、ピークの位置が2θ=29.58°から多少前後する場合がある。そのため、第一実施態様においては、結晶相Aの上記ピークを、29.58°±0.50°の位置のピークとして定義する。結晶相Aは、通常、2θ=17.38°、20.18°、20.44°、23.56°、23.96°、24.93°、26.96°、29.07°、29.58°、31.71°、32.66°、33.39°のピークを有すると考えられる。なお、これらのピーク位置も、±0.50°の範囲で前後する場合がある。 The sulfide solid electrolyte material in the first embodiment has a peak in the vicinity of 2θ = 29.58 °. As described above, this peak is one of the peaks of the crystal phase A having high ion conductivity. Here, 2θ = 29.58 ° in the first embodiment is an actual measurement value obtained in a manufacturing example described later, the crystal lattice slightly changes depending on the material composition and the like, and the peak position is 2θ = 29.58 °. May be slightly different from. Therefore, in the first embodiment, the peak of the crystal phase A is defined as a peak at a position of 29.58 ° ± 0.50 °. Crystalline phase A is usually 2θ = 17.38 °, 20.18 °, 20.44 °, 23.56 °, 23.96 °, 24.93 °, 26.96 °, 29.07 °, 29 It is considered to have peaks at .58 °, 31.71 °, 32.66 ° and 33.39 °. Note that these peak positions may also fluctuate within a range of ± 0.50 °.
一方、2θ=27.33°付近のピークは、上述したように、イオン伝導性の低い結晶相Bのピークの一つである。ここで、第一実施態様における2θ=27.33°は、後述する製造例で得られた実測値であり、材料組成等によって結晶格子が若干変化し、ピークの位置が2θ=27.33°から多少前後する場合がある。そのため、第一実施態様においては、結晶相Bの上記ピークを、27.33°±0.50°の位置のピークとして定義する。結晶相Bは、通常、2θ=17.46°、18.12°、19.99°、22.73°、25.72°、27.33°、29.16°、29.78°のピークを有すると考えられる。なお、これらのピーク位置も、±0.50°の範囲で前後する場合がある。 On the other hand, the peak near 2θ = 27.33 ° is one of the peaks of the crystal phase B having low ion conductivity as described above. Here, 2θ = 27.33 ° in the first embodiment is an actual measurement value obtained in a manufacturing example described later, the crystal lattice slightly changes depending on the material composition and the like, and the peak position is 2θ = 27.33 °. May be slightly different from. Therefore, in the first embodiment, the peak of the crystal phase B is defined as a peak at a position of 27.33 ° ± 0.50 °. Crystalline phase B usually has peaks at 2θ = 17.46 °, 18.12 °, 19.99 °, 22.73 °, 25.72 °, 27.33 °, 29.16 °, 29.78 °. It is thought that it has. Note that these peak positions may also fluctuate within a range of ± 0.50 °.
また、第一実施態様における硫化物固体電解質材料は、M1元素、M2元素およびS元素を含有するものである。上記M1は、一価または二価の元素であることが好ましい。上記M1としては、例えば、Li、Na、K、Mg、Ca、Znからなる群から選択される少なくとも一種を挙げることができる。これらの元素は、いずれも伝導イオンとして機能するものである。中でも、第一実施態様においては、上記M1がLiであることが好ましい。リチウム電池に有用な硫化物固体電解質材料とすることができるからである。また、上記M1は、一価の元素(例えばLi、Na、K)であり、その一部が二価以上の元素(例えばMg、Ca、Zn)で置換されたものであっても良い。これにより、一価の元素が移動しやすくなりイオン伝導性が向上する。 In addition, the sulfide solid electrolyte material in the first embodiment contains M 1 element, M 2 element and S element. M 1 is preferably a monovalent or divalent element. Examples of M 1 include at least one selected from the group consisting of Li, Na, K, Mg, Ca, and Zn. All of these elements function as conductive ions. Among these, in the first embodiment, it is preferable that M 1 is Li. It is because it can be set as the sulfide solid electrolyte material useful for a lithium battery. The M 1 is a monovalent element (for example, Li, Na, K), and a part thereof may be substituted with a divalent or higher element (for example, Mg, Ca, Zn). Thereby, a monovalent element becomes easy to move and ion conductivity improves.
一方、上記M2は、三価、四価または五価の元素であることが好ましい。上記M2としては、例えば、P、Sb、Si、Ge、Sn、B、Al、Ga、In、Ti、Zr、V、Nbからなる群から選択される一種を挙げることができる。中でも、第一実施態様においては、上記M2が、P、Ge、Al、Zr、Sn、Bからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましく、PおよびGeの少なくとも一方であることがより好ましい。また、上記M2は、2種またはそれ以上の元素であっても良い。 On the other hand, M 2 is preferably a trivalent, tetravalent or pentavalent element. Examples of M 2 include one selected from the group consisting of P, Sb, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, In, Ti, Zr, V, and Nb. Among these, in the first embodiment, the M 2 is preferably at least one selected from the group consisting of P, Ge, Al, Zr, Sn, and B, and is at least one of P and Ge. More preferred. Further, the M 2 may be two or more elements.
また、第一実施態様における硫化物固体電解質材料は、上記M1が少なくともLiを含み、上記M2が四価の元素を含むことが好ましい。さらに、上記硫化物固体電解質材料は、M1(4−x)M2(1−x)PxS4(xは、0<x<1を満たす)の組成を有することが好ましい。 In the sulfide solid electrolyte material in the first embodiment, it is preferable that the M 1 contains at least Li and the M 2 contains a tetravalent element. Further, the sulfide solid electrolyte material preferably has a composition of M 1 (4-x) M 2 (1-x) P x S 4 (x satisfies 0 <x <1).
また、後述する製造例では、LiGePS系の硫化物固体電解質材料を実際に合成し、得られたサンプルのX線回折測定を行い、IB/IAが所定の値以下であることを確認している。このLiGePS系の硫化物固体電解質材料は、上記一般式において、M1元素がLi元素に該当し、M2元素がGe元素およびP元素に該当するものである。一方、第一実施態様における硫化物固体電解質材料は、通常、後述する第二実施態様に記載する特定の結晶構造を有する。M1元素およびM2元素は、その任意の組み合わせにおいて、LiGePS系の硫化物固体電解質材料に同様の結晶構造を取ることが可能であると推測される。そのため、M1元素およびM2元素の任意の組み合わせにおいて、いずれも良好なイオン伝導性を有する硫化物固体電解質材料が得られると考えられる。また、X線回折のピークの位置は、結晶構造に依存することから、硫化物固体電解質材料が上記結晶構造を有していれば、M1元素およびM2元素の種類に依らず、類似したXRDパターンが得られると考えられる。 In the manufacturing examples described later, actually synthesized a sulfide solid electrolyte material LiGePS system, subjected to X-ray diffraction measurement of the sample obtained, to confirm that I B / I A is equal to or less than a predetermined value ing. In this LiGePS-based sulfide solid electrolyte material, in the above general formula, the M 1 element corresponds to the Li element, and the M 2 element corresponds to the Ge element and the P element. On the other hand, the sulfide solid electrolyte material in the first embodiment usually has a specific crystal structure described in the second embodiment described later. It is presumed that the M 1 element and the M 2 element can take a similar crystal structure in the LiGePS-based sulfide solid electrolyte material in any combination thereof. Therefore, it is considered that a sulfide solid electrolyte material having good ion conductivity can be obtained in any combination of M 1 element and M 2 element. In addition, since the position of the peak of X-ray diffraction depends on the crystal structure, it is similar if the sulfide solid electrolyte material has the above crystal structure, regardless of the types of the M 1 element and M 2 element. It is considered that an XRD pattern is obtained.
また、第一実施態様における硫化物固体電解質材料は、Li元素、Ge元素、P元素およびS元素を含有することが好ましい。さらに、LiGePS系の硫化物固体電解質材料の組成は、所定のIB/IAの値を得ることができる組成であれば特に限定されるものではないが、Li(4−x)Ge(1−x)PxS4(xは、0<x<1を満たす)の組成であることが好ましい。Liイオン伝導性の高い硫化物固体電解質材料とすることができるからである。ここで、Li(4−x)Ge(1−x)PxS4の組成は、Li3PS4およびLi4GeS4の固溶体の組成に該当する。すなわち、この組成は、Li3PS4およびLi4GeS4のタイライン上の組成に該当する。なお、Li3PS4およびLi4GeS4は、いずれもオルト組成に該当し、化学的安定性が高いという利点を有する。このようなLi(4−x)Ge(1−x)PxS4の組成を有する硫化物固体電解質材料は、従来からチオリシコンとして知られており、第一実施態様における硫化物固体電解質材料は、組成上は、従来のチオリシコンと同一であっても良い。ただし、上述したように、第一実施態様における硫化物固体電解質材料に含まれる結晶相の割合は、従来における結晶相の割合とは全く異なるものである。 Moreover, it is preferable that the sulfide solid electrolyte material in a 1st embodiment contains Li element, Ge element, P element, and S element. Furthermore, the composition of the sulfide solid electrolyte material LiGePS system, but is not particularly limited as long as the composition can be obtained the value of a given I B / I A, Li ( 4-x) Ge (1 -X) It is preferable that the composition is P x S 4 (x satisfies 0 <x <1). It is because it can be set as the sulfide solid electrolyte material with high Li ion conductivity. Here, the composition of Li (4-x) Ge ( 1-x) P x S 4 corresponds to the composition of the solid solution of Li 3 PS 4 and Li 4 GeS 4. That is, this composition corresponds to the composition on the tie line of Li 3 PS 4 and Li 4 GeS 4 . Note that both Li 3 PS 4 and Li 4 GeS 4 correspond to the ortho composition and have an advantage of high chemical stability. The sulfide solid electrolyte material having such a composition of Li (4-x) Ge (1-x) P x S 4 has been conventionally known as thiolithicone, and the sulfide solid electrolyte material in the first embodiment is The composition may be the same as that of conventional thiolysicon. However, as described above, the ratio of the crystal phase contained in the sulfide solid electrolyte material in the first embodiment is completely different from the ratio of the conventional crystal phase.
また、Li(4−x)Ge(1−x)PxS4におけるxは、所定のIB/IAの値を得ることができる値であれば特に限定されるものではないが、例えば、0.4≦xを満たすことが好ましく、0.5≦xを満たすことがより好ましく、0.6≦xを満たすことがさらに好ましい。一方、上記xは、x≦0.8を満たすことが好ましく、x≦0.75を満たすことがより好ましい。このようなxの範囲とすることにより、IB/IAの値をより小さくできるからである。これにより、さらにLiイオン伝導性が良好な硫化物固体電解質材料とすることができる。また、第一実施態様における硫化物固体電解質材料は、Li2S、P2S5およびGeS2を用いてなるものであることが好ましい。 Also, x in Li (4-x) Ge ( 1-x) P x S 4 is not particularly limited as long as the value can be obtained the value of a given I B / I A, e.g. 0.4 ≦ x is preferable, 0.5 ≦ x is more preferable, and 0.6 ≦ x is more preferable. On the other hand, the x preferably satisfies x ≦ 0.8, and more preferably satisfies x ≦ 0.75. This is because the value of I B / I A can be further reduced by setting the range of such x. Thereby, it can be set as the sulfide solid electrolyte material with further favorable Li ion conductivity. Also, the sulfide solid electrolyte material in the first embodiment, Li 2 S, is preferably made using a P 2 S 5 and GeS 2.
第一実施態様における硫化物固体電解質材料は、通常、結晶質の硫化物固体電解質材料である。また、第一実施態様における硫化物固体電解質材料は、イオン伝導性が高いことが好ましく、25℃における硫化物固体電解質材料のイオン伝導度は、1.0×10−3S/cm以上であることが好ましく、2.3×10−3S/cm以上であることがより好ましい。また、第一実施態様における硫化物固体電解質材料の形状は特に限定されるものではないが、例えば粉末状を挙げることができる。さらに、粉末状の硫化物固体電解質材料の平均粒径は、例えば0.1μm〜50μmの範囲内であることが好ましい。 The sulfide solid electrolyte material in the first embodiment is usually a crystalline sulfide solid electrolyte material. The sulfide solid electrolyte material in the first embodiment preferably has high ionic conductivity, and the ionic conductivity of the sulfide solid electrolyte material at 25 ° C. is 1.0 × 10 −3 S / cm or more. It is preferably 2.3 × 10 −3 S / cm or more. Moreover, the shape of the sulfide solid electrolyte material in the first embodiment is not particularly limited, and examples thereof include powder. Furthermore, the average particle diameter of the powdered sulfide solid electrolyte material is preferably in the range of 0.1 μm to 50 μm, for example.
(2)結着材
次に、第一実施態様における結着材について説明する。第一実施態様における結着材は、主鎖に二重結合を有するポリマーであり、上述した硫化物固体電解質材料を結着するものである。また、このポリマーは、通常、炭素および水素を少なくとも含有し、必要に応じて、炭素に結合する水素の一部または全部がフッ素等のハロゲンで置換されていても良い。このようなポリマーとしては、具体的には、スチレンブタジエンゴム(SBR)、スチレンブタジエンスチレンブロック共重合体(SBS)、スチレンエチレンブチレンスチレンブロック共重合体(SEBS)、ブチルゴム(イソブチレンイソプレンゴム、IIR)、ブタジエンゴム(BR)、イソプレンゴム(IR)等を挙げることができる。
(2) Binder Next, the binder in the first embodiment will be described. The binder in the first embodiment is a polymer having a double bond in the main chain, and binds the above-described sulfide solid electrolyte material. In addition, this polymer usually contains at least carbon and hydrogen, and if necessary, part or all of the hydrogen bonded to carbon may be substituted with halogen such as fluorine. Specific examples of such polymers include styrene butadiene rubber (SBR), styrene butadiene styrene block copolymer (SBS), styrene ethylene butylene styrene block copolymer (SEBS), and butyl rubber (isobutylene isoprene rubber, IIR). Butadiene rubber (BR), isoprene rubber (IR) and the like.
また、上記ポリマーの数平均分子量は、例えば、1,000〜700,000の範囲内であることが好ましく、10,000〜100,000の範囲内であることがより好ましく、30,000〜80,000の範囲内であることがさらに好ましい。分子量が小さすぎると、所望の可撓性を得ることができない可能性があり、分子量が大きすぎると、溶媒に対する溶解性が低くなり、所望の分散状態を得ることができない可能性があるからである。 The number average molecular weight of the polymer is, for example, preferably in the range of 1,000 to 700,000, more preferably in the range of 10,000 to 100,000, and 30,000 to 80. More preferably, it is within the range of 1,000. If the molecular weight is too small, the desired flexibility may not be obtained. If the molecular weight is too large, the solubility in the solvent may be reduced, and the desired dispersion state may not be obtained. is there.
また、上記ポリマーは、水素添加ポリマーであることが好ましい。硫化物固体電解質材料との反応性を低く制御できるからである。ここで、水素添加ポリマーとは、水素添加によりポリマー中の不飽和結合(例えば、主鎖の二重結合)を除去したものをいう。このように、不飽和結合を除去することで、硫化物固体電解質材料との反応性を低く制御できる。また、不飽和結合を除去することで、ポリマーは、塑性変形しにくくなり、弾性変形しやすくなる。これにより、ポリマーの分子鎖切断が生じにくくなり、結着性が維持されやすいという利点がある。水素添加ポリマーの具体例としては、上述したポリマーの水素添加物を挙げることができる。 The polymer is preferably a hydrogenated polymer. This is because the reactivity with the sulfide solid electrolyte material can be controlled low. Here, the hydrogenated polymer means a polymer obtained by removing unsaturated bonds (for example, a double bond in the main chain) in the polymer by hydrogenation. Thus, by removing the unsaturated bond, the reactivity with the sulfide solid electrolyte material can be controlled to be low. Further, by removing the unsaturated bond, the polymer becomes difficult to be plastically deformed and is easily elastically deformed. Thereby, there is an advantage that the molecular chain of the polymer is hardly broken and the binding property is easily maintained. Specific examples of the hydrogenated polymer include hydrogenated products of the above-described polymers.
水素添加ポリマーの水素添加率としては、例えば、90%以上であることが好ましく、95%以上であることがより好ましい。水素添加ポリマーの水素添加率が低すぎると、ポリマー中の不飽和結合があまり除去されず、水素添加ポリマーの利点が生じない可能性があるからである。 As a hydrogenation rate of a hydrogenated polymer, it is preferable that it is 90% or more, for example, and it is more preferable that it is 95% or more. This is because if the hydrogenation rate of the hydrogenated polymer is too low, the unsaturated bonds in the polymer are not removed so much that the advantages of the hydrogenated polymer may not arise.
また、固体電解質材料含有体の作製時において、極性溶媒は、上述した硫化物固体電解質材料と反応する可能性があるため、非極性溶媒を用いることが想定される。そのため、上記ポリマーは、例えば、飽和炭化水素系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒、フッ素系溶媒、塩素系溶媒等の非極性溶媒に溶解するものであることが好ましい。 Moreover, since a polar solvent may react with the sulfide solid electrolyte material mentioned above at the time of preparation of a solid electrolyte material containing body, it is assumed that a nonpolar solvent is used. Therefore, the polymer is preferably one that is soluble in a nonpolar solvent such as a saturated hydrocarbon solvent, an aromatic hydrocarbon solvent, a fluorine solvent, or a chlorine solvent.
(3)固体電解質材料含有体
第一実施態様の固体電解質材料含有体は、上述した硫化物固体電解質材料および結着材を含有するものである。固体電解質材料含有体の形状は特に限定されるものではなく、粉末状、層状、ペレット状等を挙げることができる。
(3) Solid electrolyte material-containing body The solid electrolyte material-containing body of the first embodiment contains the sulfide solid electrolyte material and the binder described above. The shape of the solid electrolyte material-containing body is not particularly limited, and examples thereof include powders, layers, and pellets.
例えば、第一実施態様の固体電解質材料含有体を電池の活物質層として用いる場合、固体電解質材料含有体は、硫化物固体電解質材料および結着材に加えて、少なくとも活物質を含有する。この場合、固体電解質材料含有体における上記硫化物固体電解質材料の割合は、特に限定されるものではないが、例えば0.1重量%〜80重量%の範囲内であることが好ましく、1重量%〜80重量%の範囲内であることがより好ましく、10重量%〜50重量%の範囲内であることがさらに好ましい。一方、第一実施態様の固体電解質材料含有体を電池の固体電解質層として用いる場合、固体電解質材料含有体は、硫化物固体電解質材料および結着材を含有し、活物質等は有しない。この場合、固体電解質材料含有体における上記硫化物固体電解質材料の割合は、特に限定されるものではないが、例えば10重量%以上であることが好ましく、50重量%以上であることがより好ましく、80重量%以上であることがさらに好ましい。 For example, when the solid electrolyte material-containing body of the first embodiment is used as an active material layer of a battery, the solid electrolyte material-containing body contains at least an active material in addition to a sulfide solid electrolyte material and a binder. In this case, the ratio of the sulfide solid electrolyte material in the solid electrolyte material-containing body is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 wt% to 80 wt%, for example, 1 wt% It is more preferably in the range of ˜80% by weight, and further preferably in the range of 10% by weight to 50% by weight. On the other hand, when the solid electrolyte material-containing body of the first embodiment is used as a solid electrolyte layer of a battery, the solid electrolyte material-containing body contains a sulfide solid electrolyte material and a binder, and has no active material. In this case, the ratio of the sulfide solid electrolyte material in the solid electrolyte material-containing body is not particularly limited, but is preferably 10% by weight or more, more preferably 50% by weight or more, More preferably, it is 80% by weight or more.
固体電解質材料含有体における結着材の割合は、特に限定されるものではないが、イオン伝導性および電子伝導性を確保するという観点からは、より少ないことが好ましい。具体的には、0.01重量%〜30重量%の範囲内であることが好ましく、0.1重量%〜10重量%の範囲内であることがより好ましい。結着材の割合が少なすぎると、硫化物固体電解質材料を十分に結着することが困難になる可能性があり、結着材の割合が多すぎると、イオン伝導性および電子伝導性を阻害する可能性があるからである。 The ratio of the binder in the solid electrolyte material-containing body is not particularly limited, but it is preferably smaller from the viewpoint of ensuring ion conductivity and electronic conductivity. Specifically, it is preferably in the range of 0.01% by weight to 30% by weight, and more preferably in the range of 0.1% by weight to 10% by weight. If the proportion of the binder is too small, it may be difficult to bind the sulfide solid electrolyte material sufficiently, and if the proportion of the binder is too large, the ion conductivity and the electronic conductivity will be inhibited. Because there is a possibility of doing.
また、第一実施態様の固体電解質材料含有体は、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、第一実施態様の固体電解質材料含有体は、電池に用いられるものであることが好ましい。電池の高出力化に大きく寄与することができるからである。また、第一実施態様の固体電解質材料含有体は、後述する第二実施態様またはその他の実施態様の特徴を兼ね備えたものであっても良い。また、第一実施態様の固体電解質材料含有体の製造方法は、特に限定されるものではなく、硫化物固体電解質材料および結着材を単に混合しても良く、両者を溶媒中で混合しても良い。また、第一実施態様の固体電解質材料含有体を活物質層として用いる場合は、固体電解質材料含有体の製造時に、活物質、導電化材等をさらに添加しても良い。 In addition, the solid electrolyte material-containing body of the first embodiment can be used for any application that requires ion conductivity. Especially, it is preferable that the solid electrolyte material containing body of a 1st embodiment is what is used for a battery. This is because it can greatly contribute to the high output of the battery. Further, the solid electrolyte material-containing body of the first embodiment may have the characteristics of the second embodiment or other embodiments described later. Further, the method for producing the solid electrolyte material-containing body of the first embodiment is not particularly limited, and the sulfide solid electrolyte material and the binder may be simply mixed, or both may be mixed in a solvent. Also good. Moreover, when using the solid electrolyte material containing body of a 1st embodiment as an active material layer, you may further add an active material, a electrically conductive material, etc. at the time of manufacture of a solid electrolyte material containing body.
(4)硫化物固体電解質材料の製造方法
次に、第一実施態様における硫化物固体電解質材料の製造方法について説明する。硫化物固体電解質材料の製造方法は、上述した硫化物固体電解質材料を得ることができる方法であれば特に限定されるものではない。ここでは、二つの製造方法について、第一製造方法および第二製造方法として、説明する。
(4) Manufacturing method of sulfide solid electrolyte material Next, the manufacturing method of the sulfide solid electrolyte material in a 1st embodiment is demonstrated. The method for producing the sulfide solid electrolyte material is not particularly limited as long as it is a method capable of obtaining the above-described sulfide solid electrolyte material. Here, two manufacturing methods will be described as a first manufacturing method and a second manufacturing method.
(i)第一製造方法
第一製造方法は、M1元素(M1は、Li、Na、K、Mg、Ca、Znからなる群から選択される少なくとも一種である)、M2元素(M2は、P、Sb、Si、Ge、Sn、B、Al、Ga、In、Ti、Zr、V、Nbからなる群から選択される少なくとも一種である)およびS元素を含有する原料組成物を用いて、結晶質のイオン伝導性材料を合成するイオン伝導性材料合成工程と、メカニカルミリングにより、上記イオン伝導性材料の結晶性を低下させる結晶性低下工程と、上記結晶性が低下したイオン伝導性材料を加熱することにより、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=29.58°±0.50°の位置にピークを有し、上記2θ=29.58°±0.50°のピークの回折強度をIAとし、2θ=27.33°±0.50°のピークの回折強度をIBとした場合に、IB/IAの値が0.50未満である硫化物固体電解質材料を得る加熱工程と、を有することを特徴とするものである。
(I) First Manufacturing Method The first manufacturing method includes M 1 element (M 1 is at least one selected from the group consisting of Li, Na, K, Mg, Ca, Zn), M 2 element (M 2 is at least one selected from the group consisting of P, Sb, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, In, Ti, Zr, V, and Nb) and a raw material composition containing S element An ion conductive material synthesizing step for synthesizing a crystalline ion conductive material, a crystallinity lowering step for reducing the crystallinity of the ion conductive material by mechanical milling, and an ion conduction having a reduced crystallinity. By heating the crystalline material, it has a peak at the position of 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° in the X-ray diffraction measurement using CuKα ray, and the above 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° the diffraction intensity of the peak and I a, 2 = 27.33 The diffraction intensity of the peak of ° ± 0.50 ° when the I B, having a heating process of the value of I B / I A to obtain a sulfide solid electrolyte material is less than 0.50, the It is characterized by this.
第一製造方法によれば、イオン伝導性材料合成工程に加えて、結晶性低下工程および加熱工程を行うことにより、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相の割合が高い硫化物固体電解質材料を得ることができる。そのため、イオン伝導性が良好な硫化物固体電解質材料を得ることができる。 According to the first manufacturing method, in addition to the ion conductive material synthesis step, a sulfide solid having a high proportion of crystal phase having a peak near 2θ = 29.58 ° by performing the crystallinity lowering step and the heating step. An electrolyte material can be obtained. Therefore, a sulfide solid electrolyte material having good ion conductivity can be obtained.
図3は、第一製造方法の一例を示す説明図である。図3においては、まず、Li2S、P2S5およびGeS2を混合することにより、原料組成物を作製する。この際、空気中の水分によって原料組成物が劣化することを防止するために、不活性ガス雰囲気下で原料組成物を作製することが好ましい。次に、原料組成物を真空で加熱し、固相反応により結晶質のイオン伝導性材料を得る。ここで、第一製造方法におけるイオン伝導性材料とは、後述する結晶性低下工程および加熱工程を行う前の材料をいう。このイオン伝導性材料は、従来の硫化物固体電解質材料と同様の材料であるが、第一実施態様における硫化物固体電解質材料と区別するために、イオン伝導性材料と称することにする。次に、得られたイオン伝導性材料を、振動ミルにより粉砕し、イオン伝導性材料の結晶性を低下させる。次に、結晶性が低下したイオン伝導性材料を再度加熱し、結晶性を向上させることで、硫化物固体電解質材料を得る。 FIG. 3 is an explanatory view showing an example of the first manufacturing method. In FIG. 3, first, a raw material composition is prepared by mixing Li 2 S, P 2 S 5 and GeS 2 . At this time, in order to prevent the raw material composition from being deteriorated by moisture in the air, it is preferable to prepare the raw material composition in an inert gas atmosphere. Next, the raw material composition is heated in a vacuum to obtain a crystalline ion conductive material by a solid phase reaction. Here, the ion conductive material in the first production method refers to a material before performing a crystallinity lowering step and a heating step described later. This ion conductive material is the same material as the conventional sulfide solid electrolyte material, but in order to distinguish it from the sulfide solid electrolyte material in the first embodiment, it will be referred to as an ion conductive material. Next, the obtained ion conductive material is pulverized by a vibration mill to reduce the crystallinity of the ion conductive material. Next, the ion conductive material having lowered crystallinity is heated again to improve the crystallinity, thereby obtaining a sulfide solid electrolyte material.
第一製造方法においては、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相の割合が高い硫化物固体電解質材料を得ることができるが、以下、その理由について説明する。第一製造方法においては、結晶質のイオン伝導性材料を合成した後に、イオン伝導性材料の結晶性を低下させる処理を行う。これにより、イオン伝導性の高い結晶相A(2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相)が析出しやすい環境になり、その後の加熱工程により、結晶相Aを積極的に析出させることができ、IB/IAの値を、従来不可能であった0.50未満にすることができると考えられる。イオン伝導性材料の結晶性の低下により結晶相Aが析出しやすい環境になる理由は、完全には明らかではないが、メカニカルミリングによりイオン伝導性材料における固溶域が変化し、結晶相Aが析出しにくい環境から析出しやすい環境に変化した可能性が考えられる。
以下、第一製造方法について、工程ごとに説明する。
In the first production method, a sulfide solid electrolyte material having a high proportion of crystal phase having a peak near 2θ = 29.58 ° can be obtained. The reason will be described below. In the first manufacturing method, after the crystalline ion conductive material is synthesized, a process for reducing the crystallinity of the ion conductive material is performed. As a result, the crystal phase A with high ion conductivity (crystal phase having a peak near 2θ = 29.58 °) is likely to precipitate, and the crystal phase A is positively precipitated by the subsequent heating step. It is considered that the value of I B / I A can be made less than 0.50, which was impossible in the past. The reason why the crystal phase A tends to precipitate due to the decrease in crystallinity of the ion conductive material is not completely clear, but the solid solution region in the ion conductive material is changed by mechanical milling, and the crystal phase A is There is a possibility that the environment has changed from an environment in which precipitation is difficult to an environment in which precipitation is likely to occur.
Hereinafter, a 1st manufacturing method is demonstrated for every process.
(イオン伝導性材料合成工程)
まず、第一製造方法におけるイオン伝導性材料合成工程について説明する。第一製造方法におけるイオン伝導性材料合成工程は、M1元素、M2元素およびS元素を含有する原料組成物を用いて、結晶質のイオン伝導性材料を合成する工程である。
(Ion conductive material synthesis process)
First, the ion conductive material synthesis step in the first production method will be described. The ion conductive material synthesis step in the first production method is a step of synthesizing a crystalline ion conductive material using a raw material composition containing an M 1 element, an M 2 element, and an S element.
第一製造方法における原料組成物は、M1元素、M2元素およびS元素を含有するものであれば特に限定されるものではない。なお、原料組成物におけるM1元素およびM2元素については、上記「A.固体電解質材料含有体」に記載した事項と同様である。また、原料組成物に含まれるM1元素およびM2元素は、それぞれ、硫化物であっても良く、単体であっても良い。原料組成物の一例としては、Li2S、P2S5およびGeS2を含有するものを挙げることができる。 The raw material composition in the first production method is not particularly limited as long as it contains an M 1 element, an M 2 element, and an S element. Note that the M 1 element and M 2 element in the raw material composition is similar to the matters described in the "A. solid electrolyte material-containing bodies". Further, each of the M 1 element and the M 2 element contained in the raw material composition may be a sulfide or a simple substance. As an example of a raw material composition, there can be mentioned those containing Li 2 S, P 2 S 5 and GeS 2.
また、原料組成物の組成は、最終的に、所望の硫化物固体電解質材料を得ることができる組成であれば特に限定されるものではない。中でも、原料組成物は、2θ=29.58°付近のピークを有するイオン伝導性材料を合成可能な組成であることが好ましい。イオン伝導性材料が2θ=29.58°付近のピークを有していれば、後述する結晶性低下工程および加熱工程を経て、硫化物固体電解質材料を得る場合に、2θ=29.58°付近のピークが生じやすいからである。 In addition, the composition of the raw material composition is not particularly limited as long as it can finally obtain a desired sulfide solid electrolyte material. Especially, it is preferable that a raw material composition is a composition which can synthesize | combine the ion conductive material which has a peak of 2 (theta) = 29.58 degree vicinity. If the ion conductive material has a peak around 2θ = 29.58 °, when a sulfide solid electrolyte material is obtained through a crystallinity lowering step and a heating step described later, 2θ = around 29.58 °. This is because the peak of is likely to occur.
さらに、原料組成物は、Li(4−x)Ge(1−x)PxS4(xは、0<x<1を満たす)の組成を有するイオン伝導性材料を合成可能な組成を有することが好ましい。Liイオン伝導性の高い硫化物固体電解質材料を得ることができるからである。なお、上述したように、Li(4−x)Ge(1−x)PxS4の組成は、Li3PS4およびLi4GeS4の固溶体の組成に該当する。ここで、原料組成物がLi2S、P2S5およびGeS2を含有する場合を考えると、Li3PS4を得るためのLi2SおよびP2S5の割合は、モル基準で、Li2S:P2S5=75:25である。一方、Li4GeS4を得るためのLi2SおよびGeS2の割合は、モル基準で、Li2S:GeS2=66.7:33.3である。そのため、これらの割合を考慮した上で、Li2S、P2S5およびGeS2の使用量を決定することが好ましい。また、xの好ましい範囲については、上記「A.固体電解質材料含有体」に記載した内容と同様である。 Furthermore, the raw material composition has a composition capable of synthesizing an ion conductive material having a composition of Li (4-x) Ge (1-x) P x S 4 (x satisfies 0 <x <1). It is preferable. This is because a sulfide solid electrolyte material having high Li ion conductivity can be obtained. As described above, the composition of Li (4-x) Ge (1-x) P x S 4 corresponds to the composition of the solid solution of Li 3 PS 4 and Li 4 GeS 4 . Here, considering the case where the raw material composition contains Li 2 S, P 2 S 5 and GeS 2 , the ratio of Li 2 S and P 2 S 5 for obtaining Li 3 PS 4 is on a molar basis, Li 2 S: P 2 S 5 = 75: 25. On the other hand, the ratio of Li 2 S and GeS 2 for obtaining Li 4 GeS 4 is Li 2 S: GeS 2 = 66.7: 33.3 on a molar basis. Therefore, it is preferable to determine the amount of Li 2 S, P 2 S 5 and GeS 2 used in consideration of these ratios. Further, the preferable range of x is the same as the content described in the above “A. Solid electrolyte material-containing body”.
また、第一製造方法においては、原料組成物から、結晶質のイオン伝導性材料を合成する。イオン伝導性材料の合成方法は、結晶質のイオン伝導性材料を得ることができる方法であれば特に限定されるものではないが、例えば固相法等を挙げることができる。固相法は、加熱による固相反応によって、目的の試料を合成する方法である。固相法における加熱温度は、原料組成物に含まれる化合物の間で、固相反応が生じる温度であれば特に限定されるものではない。加熱温度は、原料組成物の組成によって異なるものであるが、例えば300℃〜1000℃の範囲内であることが好ましく、500℃〜900℃の範囲内であることがより好ましい。また、加熱時間は、所望のイオン伝導性材料が得られるように適宜調整することが好ましい。また、固相法における加熱は、酸化を防止する観点から、不活性ガス雰囲気下または真空中で行うことが好ましい。 In the first production method, a crystalline ion conductive material is synthesized from the raw material composition. The method for synthesizing the ion conductive material is not particularly limited as long as it is a method capable of obtaining a crystalline ion conductive material, and examples thereof include a solid phase method. The solid phase method is a method of synthesizing a target sample by a solid phase reaction by heating. The heating temperature in the solid phase method is not particularly limited as long as it is a temperature at which a solid phase reaction occurs between the compounds contained in the raw material composition. Although heating temperature changes with compositions of a raw material composition, it is preferable to exist in the range of 300 to 1000 degreeC, for example, and it is more preferable to exist in the range of 500 to 900 degreeC. The heating time is preferably adjusted as appropriate so that a desired ion conductive material can be obtained. The heating in the solid phase method is preferably performed in an inert gas atmosphere or in vacuum from the viewpoint of preventing oxidation.
(結晶性低下工程)
次に、第一製造方法における結晶性低下工程について説明する。第一製造方法における結晶性低下工程は、メカニカルミリングにより、上記イオン伝導性材料の結晶性を低下させる工程である。第一製造方法においては、結晶質のイオン伝導性材料の結晶性を一度低くすることで、イオン伝導性の高い結晶相A(2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相)が析出しやすい環境にすることができる。
(Crystallinity reduction process)
Next, the crystallinity lowering step in the first production method will be described. The crystallinity reduction step in the first production method is a step of reducing the crystallinity of the ion conductive material by mechanical milling. In the first production method, once the crystallinity of the crystalline ion conductive material is lowered, a crystal phase A having high ion conductivity (a crystal phase having a peak near 2θ = 29.58 °) is precipitated. Easy environment.
メカニカルミリングは、試料を、機械的エネルギーを付与しながら粉砕する方法である。第一製造方法においては、結晶質のイオン伝導性材料に対して、機械的エネルギーを付与することで、イオン伝導性材料の結晶性を低下させることができる。このようなメカニカルミリングとしては、例えば、振動ミル、ボールミル、ターボミル、メカノフュージョン、ディスクミル等を挙げることができ、中でも振動ミルが好ましい。振動ミルの条件は、イオン伝導性材料の結晶性を低下させることができるものであれば特に限定されるものではない。振動ミルの振動振幅は、例えば5mm〜15mmの範囲内、中でも6mm〜10mmの範囲内であることが好ましい。振動ミルの振動周波数は、例えば500rpm〜2000rpmの範囲内、中でも1000rpm〜1800rpmの範囲内であることが好ましい。振動ミルの試料の充填率は、例えば1体積%〜80体積%の範囲内、中でも5体積%〜60体積%の範囲内、特に10体積%〜50体積%の範囲内であることが好ましい。また、振動ミルには、振動子(例えばアルミナ製振動子)を用いることが好ましい。 Mechanical milling is a method of crushing a sample while applying mechanical energy. In the first production method, the crystallinity of the ion conductive material can be lowered by applying mechanical energy to the crystalline ion conductive material. Examples of such mechanical milling include a vibration mill, a ball mill, a turbo mill, a mechano-fusion, and a disk mill. Among these, a vibration mill is preferable. The conditions of the vibration mill are not particularly limited as long as the crystallinity of the ion conductive material can be lowered. The vibration amplitude of the vibration mill is, for example, preferably in the range of 5 mm to 15 mm, and more preferably in the range of 6 mm to 10 mm. The vibration frequency of the vibration mill is, for example, preferably in the range of 500 rpm to 2000 rpm, and more preferably in the range of 1000 rpm to 1800 rpm. The filling rate of the sample of the vibration mill is, for example, preferably in the range of 1% by volume to 80% by volume, more preferably in the range of 5% by volume to 60% by volume, and particularly preferably in the range of 10% by volume to 50% by volume. Moreover, it is preferable to use a vibrator (for example, an alumina vibrator) for the vibration mill.
また、第一製造方法においては、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相が析出しやすい環境となるように、イオン伝導性材料の結晶性を下げることが好ましい。 In the first production method, the crystallinity of the ion conductive material is preferably lowered so that a crystal phase having a peak near 2θ = 29.58 ° is likely to precipitate.
(加熱工程)
次に、第一製造方法における加熱工程について説明する。第一製造方法における加熱工程は、上記結晶性が低下したイオン伝導性材料を加熱することにより、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=29.58°±0.50°の位置にピークを有し、上記2θ=29.58°±0.50°のピークの回折強度をIAとし、2θ=27.33°±0.50°のピークの回折強度をIBとした場合に、IB/IAの値が0.50未満である硫化物固体電解質材料を得る工程である。
(Heating process)
Next, the heating process in the first manufacturing method will be described. The heating step in the first production method has a peak at a position of 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° in the X-ray diffraction measurement using CuKα ray by heating the ion conductive material having reduced crystallinity. the a, a diffraction intensity of the peak of the 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° and I a, the diffraction intensity of the peak of 2θ = 27.33 ° ± 0.50 ° when the I B, This is a step of obtaining a sulfide solid electrolyte material having a value of I B / I A of less than 0.50.
第一製造方法においては、結晶性が低下したイオン伝導性材料を加熱することにより、結晶性の向上を図る。この加熱を行うことで、イオン伝導性の高い結晶相A(2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相)を積極的に析出させることができ、IB/IAの値を、従来不可能であった0.50未満にすることができる。 In the first production method, the crystallinity is improved by heating the ion conductive material having lowered crystallinity. By performing this heating, the crystal phase A having high ion conductivity (a crystal phase having a peak around 2θ = 29.58 °) can be positively precipitated, and the value of I B / I A is It could be less than 0.50, which was impossible.
第一製造方法における加熱温度は、所望の硫化物固体電解質材料を得ることができる温度であれば特に限定されるものではないが、結晶相A(2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相)の結晶化温度以上の温度であることが好ましい。具体的には、上記加熱温度が300℃以上であることが好ましく、350℃以上であることがより好ましく、400℃以上であることがさらに好ましく、450℃以上であることが特に好ましい。一方、上記加熱温度は、1000℃以下であることが好ましく、700℃以下であることがより好ましく、650℃以下であることがさらに好ましく、600℃以下であることが特に好ましい。また、加熱時間は、所望の硫化物固体電解質材料が得られるように適宜調整することが好ましい。また、第一製造方法における加熱は、酸化を防止する観点から、不活性ガス雰囲気下または真空中で行うことが好ましい。また、第一製造方法により得られる硫化物固体電解質材料については、上記「A.固体電解質材料含有体」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。 The heating temperature in the first production method is not particularly limited as long as it is a temperature at which a desired sulfide solid electrolyte material can be obtained, but a crystal phase A (a crystal having a peak around 2θ = 29.58 °). The temperature is preferably equal to or higher than the crystallization temperature of the phase. Specifically, the heating temperature is preferably 300 ° C. or higher, more preferably 350 ° C. or higher, further preferably 400 ° C. or higher, and particularly preferably 450 ° C. or higher. On the other hand, the heating temperature is preferably 1000 ° C. or less, more preferably 700 ° C. or less, further preferably 650 ° C. or less, and particularly preferably 600 ° C. or less. Moreover, it is preferable to adjust a heating time suitably so that a desired sulfide solid electrolyte material may be obtained. Moreover, it is preferable to perform the heating in a 1st manufacturing method in inert gas atmosphere or in a vacuum from a viewpoint of preventing oxidation. In addition, the sulfide solid electrolyte material obtained by the first production method is the same as that described in the above “A. Solid electrolyte material-containing body”, so description thereof is omitted here.
(ii)第二製造方法
第二製造方法は、M1元素(M1は、Li、Na、K、Mg、Ca、Znからなる群から選択される少なくとも一種である)、M2元素(M2は、P、Sb、Si、Ge、Sn、B、Al、Ga、In、Ti、Zr、V、Nbからなる群から選択される少なくとも一種である)およびS元素を含有する原料組成物を用いて、メカニカルミリングにより、非晶質化したイオン伝導性材料を合成するイオン伝導性材料合成工程と、上記非晶質化したイオン伝導性材料を加熱することにより、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=29.58°±0.50°の位置にピークを有し、上記2θ=29.58°±0.50°のピークの回折強度をIAとし、2θ=27.33°±0.50°のピークの回折強度をIBとした場合に、IB/IAの値が0.50未満である硫化物固体電解質材料を得る加熱工程と、を有することを特徴とするものである。
(Ii) Second production method The second production method comprises M 1 element (M 1 is at least one selected from the group consisting of Li, Na, K, Mg, Ca, Zn), M 2 element (M 2 is at least one selected from the group consisting of P, Sb, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, In, Ti, Zr, V, and Nb) and a raw material composition containing S element Using an ion conductive material synthesis step of synthesizing an amorphous ion conductive material by mechanical milling, and heating the amorphous ion conductive material, X-rays using CuKα rays are used. It has a peak at 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° in diffraction measurement, the diffraction intensity of the peak of the 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° and I a, 2θ = 27.33 ° If the diffraction intensity peaks of ± 0.50 ° was I B To, those characterized by having a heating process of the value of I B / I A to obtain a sulfide solid electrolyte material is less than 0.50, a.
第二製造方法によれば、イオン伝導性材料合成工程で非晶質化を行い、その後、加熱工程を行うことにより、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相の割合が高い硫化物固体電解質材料を得ることができる。そのため、イオン伝導性が良好な硫化物固体電解質材料を得ることができる。また、第二製造方法は、上述した第一製造方法に比べて工程数を低減できるため、歩留まりが向上するという利点がある。 According to the second production method, a sulfide having a high ratio of crystal phase having a peak near 2θ = 29.58 ° is obtained by performing amorphization in an ion conductive material synthesis step and then performing a heating step. A solid electrolyte material can be obtained. Therefore, a sulfide solid electrolyte material having good ion conductivity can be obtained. Moreover, since the 2nd manufacturing method can reduce the number of processes compared with the 1st manufacturing method mentioned above, there exists an advantage that a yield improves.
図4は、第二製造方法の一例を示す説明図である。図4においては、まず、Li2S、P2S5およびGeS2を混合することにより、原料組成物を作製する。この際、空気中の水分によって原料組成物が劣化することを防止するために、不活性ガス雰囲気下で原料組成物を作製することが好ましい。次に、原料組成物にボールミルを行い、非晶質化したイオン伝導性材料を得る。次に、非晶質化したイオン伝導性材料を加熱し、結晶性を向上させることで、硫化物固体電解質材料を得る。 FIG. 4 is an explanatory view showing an example of the second manufacturing method. In FIG. 4, first, a raw material composition is prepared by mixing Li 2 S, P 2 S 5 and GeS 2 . At this time, in order to prevent the raw material composition from being deteriorated by moisture in the air, it is preferable to prepare the raw material composition in an inert gas atmosphere. Next, the raw material composition is ball milled to obtain an amorphous ion conductive material. Next, the amorphous ion conductive material is heated to improve the crystallinity, thereby obtaining a sulfide solid electrolyte material.
第二製造方法においては、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相の割合が高い硫化物固体電解質材料を得ることができるが、その理由については、上述した通りであるので、ここでの記載は省略する。
以下、第二製造方法について、工程ごとに説明する。
In the second production method, a sulfide solid electrolyte material having a high proportion of crystal phase having a peak near 2θ = 29.58 ° can be obtained. The reason for this is as described above. Is omitted.
Hereinafter, a 2nd manufacturing method is demonstrated for every process.
(イオン伝導性材料合成工程)
まず、第二製造方法におけるイオン伝導性材料合成工程について説明する。第二製造方法におけるイオン伝導性材料合成工程は、M1元素、M2元素およびS元素を含有する原料組成物を用いて、メカニカルミリングにより、非晶質化したイオン伝導性材料を合成する工程である。
(Ion conductive material synthesis process)
First, the ion conductive material synthesis step in the second production method will be described. The ion conductive material synthesis step in the second manufacturing method is a step of synthesizing an amorphous ion conductive material by mechanical milling using a raw material composition containing M 1 element, M 2 element and S element. It is.
第二製造方法における原料組成物は、上述した第一製造方法における原料組成物と同様であるので、ここでの記載は省略する。また、原料組成物の組成は、最終的に、所望の硫化物固体電解質材料を得ることができる組成であれば特に限定されるものではない。中でも、原料組成物がP2S5を含有する場合、原料組成物の組成は、P2S5が残留しないイオン伝導性材料を合成可能な組成であることが好ましい。P2S5が残留していると、後の加熱工程でP2S5が溶融し、イオン伝導性の高い結晶相Aを析出させにくくする可能性があるからである。P2S5の融点は270℃程度と低いため、残留していると加熱工程で溶融が生じる。なお、得られたイオン伝導性材料にP2S5が残留しているか否かは、例えばラマン分光測定により確認できる。 Since the raw material composition in the second manufacturing method is the same as the raw material composition in the first manufacturing method described above, description thereof is omitted here. In addition, the composition of the raw material composition is not particularly limited as long as it can finally obtain a desired sulfide solid electrolyte material. Above all, if the raw material composition contains a P 2 S 5, the composition of the raw material composition is preferably P 2 S 5 is a synthetic possible compositions ion conductive material does not remain. This is because if P 2 S 5 remains, P 2 S 5 is melted in the subsequent heating step, which may make it difficult to precipitate the crystal phase A having high ion conductivity. Since the melting point of P 2 S 5 is as low as about 270 ° C., if it remains, melting occurs in the heating process. Whether or not P 2 S 5 remains in the obtained ion conductive material can be confirmed by, for example, Raman spectroscopic measurement.
また、メカニカルミリングは、試料を、機械的エネルギーを付与しながら粉砕する方法である。第二製造方法においては、原料組成物に対して、機械的エネルギーを付与することで、非晶質化したイオン伝導性材料を合成する。このようなメカニカルミリングとしては、例えば、ボールミル、振動ミル、ターボミル、メカノフュージョン、ディスクミル等を挙げることができ、中でもボールミルが好ましく、特に遊星型ボールミルが好ましい。 Mechanical milling is a method of pulverizing a sample while applying mechanical energy. In the second production method, an amorphous ion conductive material is synthesized by applying mechanical energy to the raw material composition. Examples of such mechanical milling include a ball mill, a vibration mill, a turbo mill, a mechanofusion, and a disk mill. Among these, a ball mill is preferable, and a planetary ball mill is particularly preferable.
メカニカルミリングの各種条件は、所望のイオン伝導性材料を得ることができるように設定する。例えば、遊星型ボールミルを用いる場合、原料組成物および粉砕用ボールを加え、所定の回転数および時間で処理を行う。一般的に、回転数が大きいほど、イオン伝導性材料の生成速度は速くなり、処理時間が長いほど、原料組成物からイオン伝導性材料への転化率は高くなる。遊星型ボールミルを行う際の台盤回転数としては、例えば200rpm〜500rpmの範囲内、中でも250rpm〜400rpmの範囲内であることが好ましい。また、遊星型ボールミルを行う際の処理時間は、例えば1時間〜100時間の範囲内、中でも1時間〜70時間の範囲内であることが好ましい。 Various conditions of mechanical milling are set so that a desired ion conductive material can be obtained. For example, when a planetary ball mill is used, a raw material composition and grinding balls are added, and the treatment is performed at a predetermined number of revolutions and time. In general, the higher the number of rotations, the faster the production rate of the ion conductive material, and the longer the treatment time, the higher the conversion rate from the raw material composition to the ion conductive material. The rotation speed of the base plate when performing the planetary ball mill is preferably in the range of, for example, 200 rpm to 500 rpm, and more preferably in the range of 250 rpm to 400 rpm. Further, the treatment time when performing the planetary ball mill is preferably in the range of, for example, 1 hour to 100 hours, and more preferably in the range of 1 hour to 70 hours.
(加熱工程)
第二製造方法における加熱工程は、上記非晶質化したイオン伝導性材料を加熱することにより、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=29.58°±0.50°の位置にピークを有し、上記2θ=29.58°±0.50°のピークの回折強度をIAとし、2θ=27.33°±0.50°のピークの回折強度をIBとした場合に、IB/IAの値が0.50未満である硫化物固体電解質材料を得る工程である。なお、加熱工程については、上述した第一製造方法における加熱工程と同様であるので、ここでの記載は省略する。
(Heating process)
The heating step in the second manufacturing method is a peak at a position of 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° in the X-ray diffraction measurement using CuKα ray by heating the amorphous ion conductive material. the a, a diffraction intensity of the peak of the 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° and I a, the diffraction intensity of the peak of 2θ = 27.33 ° ± 0.50 ° when the I B, This is a step of obtaining a sulfide solid electrolyte material having a value of I B / I A of less than 0.50. In addition, about a heating process, since it is the same as that of the heating process in the 1st manufacturing method mentioned above, description here is abbreviate | omitted.
2.第二実施態様
次に、本発明の固体電解質材料含有体の第二実施態様について説明する。第二実施態様の固体電解質材料含有体は、M1元素およびS元素から構成される八面体Oと、M2a元素およびS元素から構成される四面体T1と、M2b元素およびS元素から構成される四面体T2とを有し、上記四面体T1および上記八面体Oは稜を共有し、上記四面体T2および上記八面体Oは頂点を共有する結晶構造を主体として含有し、上記M1は、Li、Na、K、Mg、Ca、Znからなる群から選択される少なくとも一種であり、上記M2aおよびM2bは、それぞれ独立に、P、Sb、Si、Ge、Sn、B、Al、Ga、In、Ti、Zr、V、Nbからなる群から選択される少なくとも一種である硫化物固体電解質材料と、主鎖に二重結合を有するポリマーである結着材と、を含有することを特徴とするものである。
2. Second Embodiment Next, a second embodiment of the solid electrolyte material-containing body of the present invention will be described. The solid electrolyte material-containing body of the second embodiment is composed of octahedron O composed of M 1 element and S element, tetrahedron T 1 composed of M 2a element and S element, and M 2b element and S element. and a tetrahedron T 2 composed, the tetrahedron T 1 and the octahedron O share a crest above tetrahedron T 2 and the octahedron O contains mainly a crystalline structure that share vertices , M 1 is at least one selected from the group consisting of Li, Na, K, Mg, Ca, Zn, and M 2a and M 2b are each independently P, Sb, Si, Ge, Sn. , B, Al, Ga, In, Ti, Zr, V, Nb, at least one sulfide solid electrolyte material selected from the group consisting of, and a binder that is a polymer having a double bond in the main chain; It is characterized by containing is there.
第二実施態様によれば、八面体O、四面体T1および四面体T2が所定の結晶構造(三次元構造)を有する硫化物固体電解質材料を用いるため、主鎖に二重結合を有するポリマーである結着材を添加しても、結着材の添加による、硫化物固体電解質材料のイオン伝導性の低下を抑制した固体電解質材料含有体とすることができる。また、上記結晶構造を主体として有する硫化物固体電解質材料は、イオン伝導性が良好であるため、第二実施態様の固体電解質材料含有体を用いることにより、高出力な電池を得ることができる。なお、この結晶構造が、上述した結晶相Aの構造に該当すると考えられる。また、この結晶構造の空間部を、金属イオン(例えばLiイオン)が伝導することで、高いイオン伝導性が発揮されると考えられる。 According to the second embodiment, the octahedron O, the tetrahedron T 1 and the tetrahedron T 2 use a sulfide solid electrolyte material having a predetermined crystal structure (three-dimensional structure), and thus have a double bond in the main chain. Even if a binder which is a polymer is added, a solid electrolyte material-containing body in which a decrease in ion conductivity of the sulfide solid electrolyte material due to the addition of the binder can be suppressed. Moreover, since the sulfide solid electrolyte material which has the said crystal structure as a main body has favorable ion conductivity, a high output battery can be obtained by using the solid electrolyte material containing body of a 2nd embodiment. This crystal structure is considered to correspond to the structure of crystal phase A described above. Moreover, it is thought that high ion conductivity is exhibited because a metal ion (for example, Li ion) conducts in the space part of this crystal structure.
(1)硫化物固体電解質材料
第二実施態様における硫化物固体電解質材料は、M1元素およびS元素から構成される八面体Oと、M2a元素およびS元素から構成される四面体T1と、M2b元素およびS元素から構成される四面体T2とを有し、上記四面体T1および上記八面体Oは稜を共有し、上記四面体T2および上記八面体Oは頂点を共有する結晶構造を主体として含有し、上記M1は、Li、Na、K、Mg、Ca、Znからなる群から選択される少なくとも一種であり、上記M2aおよびM2bは、それぞれ独立に、P、Sb、Si、Ge、Sn、B、Al、Ga、In、Ti、Zr、V、Nbからなる群から選択される少なくとも一種である。
(1) Sulfide solid electrolyte material The sulfide solid electrolyte material in the second embodiment includes an octahedron O composed of an M 1 element and an S element, and a tetrahedron T 1 composed of an M 2a element and an S element. And tetrahedron T 2 composed of M 2b element and S element, the tetrahedron T 1 and octahedron O share a ridge, and the tetrahedron T 2 and octahedron O share a vertex. The M 1 is at least one selected from the group consisting of Li, Na, K, Mg, Ca, Zn, and the M 2a and M 2b are each independently P , Sb, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, In, Ti, Zr, V, and Nb.
図5は、第二実施態様における硫化物固体電解質材料の結晶構造の一例を説明する斜視図である。図5に示す結晶構造において、八面体Oは、中心元素としてM1を有し、八面体の頂点に6個のSを有しており、典型的にはLiS6八面体である。四面体T1は、中心元素としてM2aを有し、四面体の頂点に4個のSを有しており、典型的にはGeS4四面体およびPS4四面体の両方である。四面体T2は、中心元素としてM2bを有し、四面体の頂点に4個のSを有しており、典型的にはPS4四面体である。さらに、四面体T1および八面体Oは稜を共有し、四面体T2および八面体Oは頂点を共有している。 FIG. 5 is a perspective view for explaining an example of the crystal structure of the sulfide solid electrolyte material in the second embodiment. In the crystal structure shown in FIG. 5, the octahedron O has M 1 as a central element, has six S at the apex of the octahedron, and is typically a LiS 6 octahedron. The tetrahedron T 1 has M 2a as a central element, has four S at the apex of the tetrahedron, and is typically both a GeS 4 tetrahedron and a PS 4 tetrahedron. Tetrahedron T 2 are, has M 2b as the central element, has four S to the apex of the tetrahedron, typically PS 4 tetrahedron. Furthermore, the tetrahedron T 1 and the octahedron O share a ridge, and the tetrahedron T 2 and the octahedron O share a vertex.
第二実施態様における硫化物固体電解質材料は、上記結晶構造を主体として含有することを大きな特徴とする。硫化物固体電解質材料の全結晶構造における上記結晶構造の割合は特に限定されるものではないが、より高いことが好ましい。イオン伝導性の高い硫化物固体電解質材料とすることができるからである。上記結晶構造の割合は、具体的には、70重量%以上であることが好ましく、90重量%以上であることがより好ましい。なお、上記結晶構造の割合は、例えば、放射光XRDにより測定することができる。特に、第二実施態様における硫化物固体電解質材料は、上記結晶構造の単相材料であることが好ましい。イオン伝導性を極めて高くすることができるからである。 The sulfide solid electrolyte material in the second embodiment is characterized mainly by containing the crystal structure as a main component. The ratio of the crystal structure in the entire crystal structure of the sulfide solid electrolyte material is not particularly limited, but is preferably higher. This is because a sulfide solid electrolyte material having high ion conductivity can be obtained. Specifically, the proportion of the crystal structure is preferably 70% by weight or more, and more preferably 90% by weight or more. In addition, the ratio of the said crystal structure can be measured by synchrotron radiation XRD, for example. In particular, the sulfide solid electrolyte material in the second embodiment is preferably a single-phase material having the above crystal structure. This is because the ion conductivity can be made extremely high.
なお、第二実施態様におけるM1元素、M2元素(M2a元素、M2b元素)およびその他の事項については、上述した第一実施態様と同様であるので、ここでの記載は省略する。また、第二実施態様における硫化物固体電解質材料は、後述するその他の実施態様の特徴を兼ね備えたものであっても良い。 Since the M 1 element, M 2 element (M 2a element, M 2b element) and other matters in the second embodiment are the same as those in the first embodiment described above, description thereof is omitted here. In addition, the sulfide solid electrolyte material in the second embodiment may have characteristics of other embodiments described later.
(2)結着材
第二実施態様における結着材については、上述した第一実施態様と同様であるので、ここでの記載は省略する。
(2) Binder Since the binder in the second embodiment is the same as that in the first embodiment described above, description thereof is omitted here.
(3)固体電解質材料含有体
第二実施態様の固体電解質材料含有体は、上述した硫化物固体電解質材料および結着材を含有するものである。第二実施態様の固体電解質材料含有体については、上述した第一実施態様と同様であるので、ここでの記載は省略する。
(3) Solid electrolyte material containing body The solid electrolyte material containing body of the second embodiment contains the sulfide solid electrolyte material and the binder described above. Since the solid electrolyte material-containing body of the second embodiment is the same as that of the first embodiment described above, description thereof is omitted here.
(4)硫化物固体電解質材料の製造方法
第二実施態様における硫化物固体電解質材料の製造方法は、上述した硫化物固体電解質材料を得ることができる方法であれば特に限定されるものではないが、上述した第一実施態様に記載した第一製造方法および第二製造方法と同様であるので、ここでの記載は省略する。
(4) Method for Producing Sulfide Solid Electrolyte Material The method for producing the sulfide solid electrolyte material in the second embodiment is not particularly limited as long as it is a method capable of obtaining the sulfide solid electrolyte material described above. Since it is the same as that of the 1st manufacturing method and the 2nd manufacturing method which were described in the 1st embodiment mentioned above, description here is abbreviate | omitted.
3.その他の実施態様
また、本発明の固体電解質材料含有体は、以下の実施態様であっても良い。すなわち、本発明の固体電解質材料含有体は、M1元素、M2元素およびS元素を含有し、上記M1は、Li、Na、K、Mg、Ca、Znからなる群から選択される少なくとも一種であり、上記M2は、P、Sb、Si、Ge、Sn、B、Al、Ga、In、Ti、Zr、V、Nbからなる群から選択される少なくとも一種であり、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=29.58°±0.50°の位置にピークを有し、上記2θ=29.58°±0.50°のピークの回折強度をIAとし、2θ=29.78°±0.50°のピークの回折強度をICとした場合に、IC/IAの値が0.20以下である硫化物固体電解質材料と、主鎖に二重結合を有するポリマーである結着材と、を含有することを特徴とするものであっても良い。
3. Other Embodiments The solid electrolyte material-containing body of the present invention may be the following embodiments. That is, the solid electrolyte material-containing body of the present invention contains M 1 element, M 2 element, and S element, and M 1 is at least selected from the group consisting of Li, Na, K, Mg, Ca, and Zn. M 2 is at least one selected from the group consisting of P, Sb, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, In, Ti, Zr, V, and Nb, and uses CuKα rays. has a peak at 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° in an X-ray diffraction measurement had a diffraction intensity of the peak of the 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° and I a, 2 [Theta] = 29 When the diffraction intensity of the peak at .78 ° ± 0.50 ° is I C , a sulfide solid electrolyte material having a value of I C / I A of 0.20 or less and a double bond in the main chain It may be characterized by containing a binder that is a polymer. .
上記実施態様によれば、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相の割合が高い硫化物固体電解質材料を用いるため、主鎖に二重結合を有するポリマーである結着材を添加しても、結着材の添加による、硫化物固体電解質材料のイオン伝導性の低下を抑制した固体電解質材料含有体とすることができる。一方、イオン伝導性が低い結晶相Bは、上記図2に示すように、2θ=27.33°付近の他に、2θ=29.78°付近にもピークを有する。なお、結晶相Bを示すピークの位置として、通常は、2θ=29.78°±0.50°を採用するが、2θ=29.78°±0.20°であっても良い。 According to the above embodiment, since a sulfide solid electrolyte material having a high proportion of crystal phase having a peak near 2θ = 29.58 ° is used, a binder which is a polymer having a double bond in the main chain is added. However, it can be set as the solid electrolyte material containing body which suppressed the ionic conductivity fall of the sulfide solid electrolyte material by addition of a binder. On the other hand, the crystal phase B having low ion conductivity has a peak in the vicinity of 2θ = 29.78 ° in addition to the vicinity of 2θ = 27.33 °, as shown in FIG. Note that 2θ = 29.78 ° ± 0.50 ° is usually adopted as the peak position showing the crystal phase B, but it may be 2θ = 29.78 ° ± 0.20 °.
(1)硫化物固体電解質材料
上記実施態様における硫化物固体電解質材料は、M1元素、M2元素およびS元素を含有し、上記M1は、Li、Na、K、Mg、Ca、Znからなる群から選択される少なくとも一種であり、上記M2は、P、Sb、Si、Ge、Sn、B、Al、Ga、In、Ti、Zr、V、Nbからなる群から選択される少なくとも一種であり、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=29.58°±0.50°の位置にピークを有し、上記2θ=29.58°±0.50°のピークの回折強度をIAとし、2θ=29.78°±0.50°のピークの回折強度をICとした場合に、IC/IAの値が0.20以下である。
(1) sulfide solid electrolyte material in the sulfide solid electrolyte material above embodiments, contain M 1 element, M 2 element and S elements, said M 1 is Li, Na, K, Mg, Ca, and Zn And M 2 is at least one selected from the group consisting of P, Sb, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, In, Ti, Zr, V, and Nb. And has a peak at a position of 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° in the X-ray diffraction measurement using CuKα ray, and the diffraction intensity of the peak at 2θ = 29.58 ° ± 0.50 ° and I a, the diffraction intensity of the peak of 2θ = 29.78 ° ± 0.50 ° when the I C, the value of I C / I a is 0.20 or less.
また、上記実施態様においては、従来の硫化物固体電解質材料と区別するため、2θ=29.58°付近のピークの回折強度をIAとし、2θ=29.78°付近のピークの回折強度をICとし、IC/IAの値を0.20以下に規定している。なお、IC/IAの値が0.20以下の硫化物固体電解質材料は、従来の合成方法では得ることができないと考えられる。また、イオン伝導性の観点からは、上記実施態様における硫化物固体電解質材料は、イオン伝導性の高い結晶相Aの割合が高いことが好ましい。そのため、IC/IAの値はより小さいことが好ましく、具体的には0.15以下であることが好ましく、0.10以下であることがより好ましく、0.07以下であることがさらに好ましい。また、IC/IAの値は0であることが好ましい。言い換えると、上記実施態様における硫化物固体電解質材料は、結晶相Bのピークである2θ=29.78°付近のピークを有しないことが好ましい。 In the above embodiment, in order to distinguish it from conventional sulfide solid electrolyte material, the diffraction intensity of the peak near 2 [Theta] = 29.58 ° and I A, the diffraction intensity of the peak near 2 [Theta] = 29.78 ° I C, and the value of I C / I A is specified to be 0.20 or less. Incidentally, the sulfide solid electrolyte material value of 0.20 or less of I C / I A is a conventional synthetic method considered can not be obtained. From the viewpoint of ion conductivity, the sulfide solid electrolyte material in the above embodiment preferably has a high proportion of crystal phase A having high ion conductivity. For this reason, the value of I C / I A is preferably smaller, specifically preferably 0.15 or less, more preferably 0.10 or less, and further preferably 0.07 or less. preferable. The value of I C / I A is preferably 0. In other words, the sulfide solid electrolyte material in the above embodiment preferably does not have a peak around 2θ = 29.78 °, which is the peak of the crystal phase B.
なお、上記実施態様におけるM1元素、M2元素およびその他の事項については、上述した第一実施態様と同様であるので、ここでの記載は省略する。 Note that the M 1 element, M 2 element and other matters in the embodiment is the same as the first embodiment described above, the description thereof is omitted here.
(2)結着材
上記実施態様における結着材については、上述した第一実施態様と同様であるので、ここでの記載は省略する。
(2) Binder Since the binder in the above embodiment is the same as that in the first embodiment described above, description thereof is omitted here.
(3)固体電解質材料含有体
上記実施態様の固体電解質材料含有体は、上述した硫化物固体電解質材料および結着材を含有するものである。上記実施態様の固体電解質材料含有体については、上述した第一実施態様と同様であるので、ここでの記載は省略する。
(3) Solid electrolyte material containing body The solid electrolyte material containing body of the said embodiment contains the sulfide solid electrolyte material and binder mentioned above. About the solid electrolyte material containing body of the said embodiment, since it is the same as that of the 1st embodiment mentioned above, description here is abbreviate | omitted.
(4)硫化物固体電解質材料の製造方法
上記実施態様における硫化物固体電解質材料の製造方法は、上述した硫化物固体電解質材料を得ることができる方法であれば特に限定されるものではないが、上述した第一実施態様に記載した第一製造方法および第二製造方法と同様であるので、ここでの記載は省略する。
(4) Method for Producing Sulfide Solid Electrolyte Material The method for producing the sulfide solid electrolyte material in the above embodiment is not particularly limited as long as it is a method capable of obtaining the sulfide solid electrolyte material described above. Since it is the same as the 1st manufacturing method and the 2nd manufacturing method which were described in the 1st embodiment mentioned above, description here is abbreviate | omitted.
B.電池
次に、本発明の電池について説明する。本発明の電池は、正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成された電解質層とを含有する電池であって、上記正極活物質層、上記負極活物質層および上記電解質層の少なくとも一つが、上述した固体電解質材料含有体であることを特徴とするものである。
B. Battery Next, the battery of the present invention will be described. The battery of the present invention includes a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, In which at least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the electrolyte layer is the above-described solid electrolyte material-containing body.
本発明によれば、正極活物質層、負極活物質層および固体電解質層の少なくとも一つに、上述した固体電解質材料含有体を用いることにより、高出力な電池とすることができる。 According to the present invention, a high-power battery can be obtained by using the above-described solid electrolyte material-containing body for at least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer.
図6は、本発明の電池の一例を示す概略断面図である。図6における電池20は、正極活物質を含有する正極活物質層11と、負極活物質を含有する負極活物質層12と、正極活物質層11および負極活物質層12の間に形成された電解質層13と、正極活物質層11の集電を行う正極集電体14と、負極活物質層12の集電を行う負極集電体15と、これらの部材を収納する電池ケース6とを有するものである。本発明においては、正極活物質層11、負極活物質層12および電解質層13の少なくとも一つが、上記「A.固体電解質材料含有体」に記載した固体電解質材料含有体であることを大きな特徴とする。
以下、本発明の電池について、構成ごとに説明する。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of the battery of the present invention. The battery 20 in FIG. 6 was formed between the positive electrode active material layer 11 containing the positive electrode active material, the negative electrode active material layer 12 containing the negative electrode active material, and the positive electrode active material layer 11 and the negative electrode active material layer 12. An electrolyte layer 13, a positive electrode current collector 14 that collects current from the positive electrode active material layer 11, a negative electrode current collector 15 that collects current from the negative electrode active material layer 12, and a battery case 6 that houses these members. It is what you have. In the present invention, at least one of the positive electrode active material layer 11, the negative electrode active material layer 12, and the electrolyte layer 13 is a solid electrolyte material-containing body described in the above “A. Solid electrolyte material-containing body”. To do.
Hereinafter, the battery of this invention is demonstrated for every structure.
1.電解質層
まず、本発明における電解質層について説明する。本発明における電解質層は、正極活物質層および負極活物質層の間に形成される層である。電解質層は、イオンの伝導を行うことができる層であれば特に限定されるものではないが、固体電解質材料から構成される固体電解質層であることが好ましい。電解液を用いる電池に比べて、安全性の高い電池を得ることができるからである。さらに、本発明においては、固体電解質層が、上述した固体電解質材料含有体であることが好ましい。固体電解質層の厚さは、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内、中でも0.1μm〜300μmの範囲内であることが好ましい。また、固体電解質層の形成方法としては、例えば、固体電解質材料を圧縮成形する方法等を挙げることができる。
1. Electrolyte Layer First, the electrolyte layer in the present invention will be described. The electrolyte layer in the present invention is a layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. The electrolyte layer is not particularly limited as long as it is a layer capable of conducting ions, but is preferably a solid electrolyte layer made of a solid electrolyte material. This is because a battery with higher safety can be obtained as compared with a battery using an electrolytic solution. Furthermore, in this invention, it is preferable that a solid electrolyte layer is a solid electrolyte material containing body mentioned above. The thickness of the solid electrolyte layer is, for example, preferably in the range of 0.1 μm to 1000 μm, and more preferably in the range of 0.1 μm to 300 μm. Moreover, as a formation method of a solid electrolyte layer, the method etc. which compression-mold a solid electrolyte material can be mentioned, for example.
また、本発明における電解質層は、電解液から構成される層であっても良い。電解液を用いる場合、固体電解質層を用いる場合に比べて安全性をさらに配慮する必要があるが、より高出力な電池を得ることができる。また、この場合は、通常、正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方が、固体電解質材料含有体になる。リチウム電池に用いられる電解液は、通常、リチウム塩および有機溶媒(非水溶媒)を含有する。リチウム塩としては、例えばLiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6等の無機リチウム塩、およびLiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiC(CF3SO2)3等の有機リチウム塩等を挙げることができる。上記有機溶媒としては、例えばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ブチレンカーボネート(BC)等を挙げることができる。 Further, the electrolyte layer in the present invention may be a layer composed of an electrolytic solution. When the electrolytic solution is used, it is necessary to further consider safety compared to the case where the solid electrolyte layer is used, but a battery with higher output can be obtained. In this case, at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is usually a solid electrolyte material-containing body. The electrolytic solution used for the lithium battery usually contains a lithium salt and an organic solvent (nonaqueous solvent). Examples of the lithium salt include inorganic lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , and LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiC An organic lithium salt such as (CF 3 SO 2 ) 3 can be used. Examples of the organic solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), butylene carbonate (BC), and the like.
2.正極活物質層
次に、本発明における正極活物質層について説明する。本発明における正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有する層であり、必要に応じて、固体電解質材料、導電化材および結着材の少なくとも一つを含有していても良い。特に、本発明においては、正極活物質層が、上述した固体電解質材料含有体であることが好ましい。イオン伝導性の高い正極活物質層を得ることができるからである。また、リチウム電池に用いられる正極活物質としては、例えばLiCoO2、LiMnO2、Li2NiMn3O8、LiVO2、LiCrO2、LiFePO4、LiCoPO4、LiNiO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等を挙げることができる。
2. Next, the positive electrode active material layer in the present invention will be described. The positive electrode active material layer in the present invention is a layer containing at least a positive electrode active material, and may contain at least one of a solid electrolyte material, a conductive material and a binder as necessary. In particular, in the present invention, the positive electrode active material layer is preferably the above-described solid electrolyte material-containing body. This is because a positive electrode active material layer having high ion conductivity can be obtained. As the positive electrode active material used in a lithium battery, for example LiCoO 2, LiMnO 2, Li 2 NiMn 3 O 8, LiVO 2, LiCrO 2, LiFePO 4, LiCoPO 4, LiNiO 2, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 and the like can be mentioned.
本発明における正極活物質層は、さらに導電化材を含有していても良い。導電化材の添加により、正極活物質層の導電性を向上させることができる。導電化材としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンファイバー等を挙げることができる。また、正極活物質層は、結着材を含有していても良い。結着材の種類としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素含有結着材等を挙げることができる。また、正極活物質層の厚さは、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。 The positive electrode active material layer in the present invention may further contain a conductive material. By adding a conductive material, the conductivity of the positive electrode active material layer can be improved. Examples of the conductive material include acetylene black, ketjen black, and carbon fiber. The positive electrode active material layer may contain a binder. Examples of the type of binder include fluorine-containing binders such as polytetrafluoroethylene (PTFE). Moreover, it is preferable that the thickness of a positive electrode active material layer exists in the range of 0.1 micrometer-1000 micrometers, for example.
3.負極活物質層
次に、本発明における負極活物質層について説明する。本発明における負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含有する層であり、必要に応じて、固体電解質材料、導電化材および結着材の少なくとも一つを含有していても良い。特に、本発明においては、負極活物質層が、上述した固体電解質材料含有体であることが好ましい。イオン伝導性の高い負極活物質層を得ることができるからである。また、負極活物質としては、例えば金属活物質およびカーボン活物質を挙げることができる。金属活物質としては、例えばIn、Al、SiおよびSn等を挙げることができる。一方、カーボン活物質としては、例えばメソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、高配向性グラファイト(HOPG)、ハードカーボン、ソフトカーボン等を挙げることができる。また、負極活物質層が、上述した固体電解質材料含有体である場合、負極活物質の電位が0.3V(vs Li)以上であることが好ましく、0.5V(vs Li)以上であることがより好ましい。負極活物質の電位が低いと、硫化物固体電解質材料の還元が生じる可能性があるからである。なお、負極活物質層に用いられる導電化材および結着材については、上述した正極活物質層における場合と同様である。また、負極活物質層の厚さは、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。
3. Next, the negative electrode active material layer in the present invention will be described. The negative electrode active material layer in the present invention is a layer containing at least a negative electrode active material, and may contain at least one of a solid electrolyte material, a conductive material and a binder as necessary. In particular, in the present invention, the negative electrode active material layer is preferably the above-described solid electrolyte material-containing body. This is because a negative electrode active material layer having high ion conductivity can be obtained. Examples of the negative electrode active material include a metal active material and a carbon active material. Examples of the metal active material include In, Al, Si, and Sn. On the other hand, examples of the carbon active material include mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG), hard carbon, and soft carbon. Moreover, when the negative electrode active material layer is the above-described solid electrolyte material-containing body, the potential of the negative electrode active material is preferably 0.3 V (vs Li) or higher, and is 0.5 V (vs Li) or higher. Is more preferable. This is because when the potential of the negative electrode active material is low, reduction of the sulfide solid electrolyte material may occur. Note that the conductive material and the binder used in the negative electrode active material layer are the same as those in the positive electrode active material layer described above. Moreover, it is preferable that the thickness of a negative electrode active material layer exists in the range of 0.1 micrometer-1000 micrometers, for example.
4.その他の構成
本発明の電池は、上述した電解質層、正極活物質層および負極活物質層を少なくとも有するものである。さらに通常は、正極活物質層の集電を行う正極集電体、および負極活物質層の集電を行う負極集電体を有する。正極集電体の材料としては、例えばSUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタンおよびカーボン等を挙げることができ、中でもSUSが好ましい。一方、負極集電体の材料としては、例えばSUS、銅、ニッケルおよびカーボン等を挙げることができ、中でもSUSが好ましい。また、正極集電体および負極集電体の厚さや形状等については、電池の用途等に応じて適宜選択することが好ましい。また、本発明に用いられる電池ケースには、一般的な電池の電池ケースを用いることができる。電池ケースとしては、例えばSUS製電池ケース等を挙げることができる。
4). Other Configurations The battery of the present invention has at least the electrolyte layer, the positive electrode active material layer, and the negative electrode active material layer described above. Furthermore, it usually has a positive electrode current collector for collecting current of the positive electrode active material layer and a negative electrode current collector for collecting current of the negative electrode active material layer. Examples of the material for the positive electrode current collector include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium, and carbon. Among them, SUS is preferable. On the other hand, examples of the material for the negative electrode current collector include SUS, copper, nickel, and carbon. Of these, SUS is preferable. In addition, the thickness and shape of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are preferably appropriately selected according to the use of the battery. Moreover, the battery case of a general battery can be used for the battery case used for this invention. Examples of the battery case include a SUS battery case.
5.電池
本発明の電池は、一次電池であっても良く、二次電池であっても良いが、中でも二次電池であることが好ましい。繰り返し充放電でき、例えば車載用電池として有用だからである。本発明の電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型および角型等を挙げることができる。また、本発明の電池の製造方法は、上述した電池を得ることができる方法であれば特に限定されるものではなく、一般的な電池の製造方法と同様の方法を用いることができる。例えば、本発明の電池が全固体電池である場合、その製造方法の一例としては、正極活物質層を構成する材料、固体電解質層を構成する材料、および負極活物質層を構成する材料を順次プレスすることにより、発電要素を作製し、この発電要素を電池ケースの内部に収納し、電池ケースをかしめる方法等を挙げることができる。
5. Battery The battery of the present invention may be a primary battery or a secondary battery, but among them, a secondary battery is preferable. This is because it can be repeatedly charged and discharged and is useful, for example, as an in-vehicle battery. Examples of the shape of the battery of the present invention include a coin type, a laminate type, a cylindrical type, and a square type. Moreover, the manufacturing method of the battery of this invention will not be specifically limited if it is a method which can obtain the battery mentioned above, The method similar to the manufacturing method of a general battery can be used. For example, when the battery of the present invention is an all-solid battery, as an example of the manufacturing method thereof, a material constituting the positive electrode active material layer, a material constituting the solid electrolyte layer, and a material constituting the negative electrode active material layer are sequentially provided. Examples of the method include producing a power generation element by pressing, housing the power generation element inside the battery case, and caulking the battery case.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[実施例1]
(硫化物固体電解質材料の合成)
出発原料として、硫化リチウム(Li2S)と、五硫化二リン(P2S5)と、硫化ゲルマニウム(GeS2)とを用いた。これらの粉末をアルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、Li2Sを0.39019g、P2S5を0.377515g、GeS2を0.232295gの割合で混合し、原料組成物を得た。次に、原料組成物1gを、ジルコニアボール(10mmφ、10個)とともに、ジルコニア製のポット(45ml)に入れ、ポットを完全に密閉した(アルゴン雰囲気)。このポットを遊星型ボールミル機(フリッチュ製P7)に取り付け、台盤回転数370rpmで、40時間メカニカルミリングを行った。これにより、Li3.33Ge0.33P0.67S4の組成を有する、非晶質化したイオン伝導性材料を得た。なお、上記組成は、Li(4−x)Ge(1−x)PxS4におけるx=0.67の組成に該当するものである。
[Example 1]
(Synthesis of sulfide solid electrolyte materials)
As starting materials, lithium sulfide (Li 2 S), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ), and germanium sulfide (GeS 2 ) were used. These powders were mixed in a glove box under an argon atmosphere at a ratio of 0.39019 g of Li 2 S, 0.377515 g of P 2 S 5 and 0.232295 g of GeS 2 to obtain a raw material composition. Next, 1 g of the raw material composition was placed in a zirconia pot (45 ml) together with zirconia balls (10 mmφ, 10 pieces), and the pot was completely sealed (argon atmosphere). This pot was attached to a planetary ball mill (P7 made by Fritsch), and mechanical milling was performed at a base plate rotation speed of 370 rpm for 40 hours. As a result, an amorphized ion conductive material having a composition of Li 3.33 Ge 0.33 P 0.67 S 4 was obtained. The above composition is one that corresponds to the composition of x = 0.67 in Li (4-x) Ge ( 1-x) P x S 4.
次に、得られたイオン伝導性材料をペレット状に成型し、得られたペレットを、カーボンコートした石英管に入れ真空封入した。真空封入した石英管の圧力は、約30Paであった。次に、石英管を焼成炉に設置し、6時間かけて室温から550℃まで昇温し、550℃を8時間維持し、その後室温まで徐冷した。これにより、Li3.33Ge0.33P0.67S4の組成を有する結晶質の硫化物固体電解質材料を得た。 Next, the obtained ion conductive material was molded into pellets, and the obtained pellets were placed in a carbon-coated quartz tube and vacuum-sealed. The pressure of the vacuum sealed quartz tube was about 30 Pa. Next, the quartz tube was placed in a firing furnace, heated from room temperature to 550 ° C. over 6 hours, maintained at 550 ° C. for 8 hours, and then gradually cooled to room temperature. Thereby, a crystalline sulfide solid electrolyte material having a composition of Li 3.33 Ge 0.33 P 0.67 S 4 was obtained.
(結着材の添加)
得られた硫化物固体電解質材料235mgと、スチレンブタジエンゴム(SBR、JSR社製)11.75mgとを、脱水ヘプタン1200mlに添加し、スターラーで24時間撹拌し、スラリーを得た。得られたスラリーを120℃で1時間乾燥し、硫化物固体電解質材料およびSBRの混合物を得た。混合物におけるSBRの割合は9.1体積%であった。
(Addition of binder)
235 mg of the obtained sulfide solid electrolyte material and 11.75 mg of styrene butadiene rubber (SBR, manufactured by JSR) were added to 1200 ml of dehydrated heptane and stirred with a stirrer for 24 hours to obtain a slurry. The obtained slurry was dried at 120 ° C. for 1 hour to obtain a mixture of the sulfide solid electrolyte material and SBR. The proportion of SBR in the mixture was 9.1% by volume.
[比較例1]
焼成条件として、6時間かけて室温から700℃まで昇温し、700℃を8時間維持し、その後室温まで徐冷したこと以外は、実施例1と同様にして、結晶質の硫化物固体電解質材料を得た。また、得られた硫化物固体電解質材料を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、混合物を得た。
[Comparative Example 1]
As a firing condition, a crystalline sulfide solid electrolyte was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature was raised from room temperature to 700 ° C. over 6 hours, maintained at 700 ° C. for 8 hours, and then gradually cooled to room temperature. Obtained material. Moreover, the mixture was obtained like Example 1 except having used the obtained sulfide solid electrolyte material.
[評価1]
(X線回折測定)
実施例1および比較例1で合成した硫化物固体電解質材料を用いて、X線回折(XRD)測定を行った。XRD測定は、粉末試料に対して、不活性雰囲気下、CuKα線使用の条件で行った。その結果を図7に示す。図7に示されるように、実施例1では、単相の硫化物固体電解質材料が得られた。ピークの位置は、2θ=17.38°、20.18°、20.44°、23.56°、23.96°、24.93°、26.96°、29.07°、29.58°、31.71°、32.66°、33.39°であった。すなわち、これらのピークが、Liイオン伝導性の高い結晶相Aのピークであると考えられる。なお、上述したピークの位置は、±0.50°(中でも±0.30°)の範囲内で前後していても良い。また、2θ=29.58°付近のピークの回折強度をIAとし、2θ=27.33°付近のピークの強度をIBとする。実施例1におけるIB/IAの値は0.002であり、比較例1におけるIB/IAの値は1.60であった。
[Evaluation 1]
(X-ray diffraction measurement)
X-ray diffraction (XRD) measurement was performed using the sulfide solid electrolyte material synthesized in Example 1 and Comparative Example 1. XRD measurement was performed on the powder sample under an inert atmosphere and using CuKα rays. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 7, in Example 1, a single-phase sulfide solid electrolyte material was obtained. The peak positions are 2θ = 17.38 °, 20.18 °, 20.44 °, 23.56 °, 23.96 °, 24.93 °, 26.96 °, 29.07 °, 29.58. °, 31.71 °, 32.66 °, 33.39 °. That is, these peaks are considered to be peaks of the crystal phase A having high Li ion conductivity. Note that the above-described peak position may be back and forth within a range of ± 0.50 ° (in particular, ± 0.30 °). Further, a diffraction intensity peak around 2 [Theta] = 29.58 ° and I A, the intensity of the peak near 2 [Theta] = 27.33 ° and I B. The value of I B / I A in Example 1 was 0.002, the value of I B / I A in Comparative Example 1 was 1.60.
(抵抗率測定)
実施例1および比較例1で合成した硫化物固体電解質材料、ならびに、実施例1および比較例1で得られた混合物を用いて、抵抗率測定を行った。まず、マコール製の支持筒(1cm2)の中にサンプル200mgを入れ、SKD製の電極でサンプルを挟み、4.3ton/cm2の圧力で圧粉し、6Ncmで拘束しながら、インピーダンス測定を行った。その後、サンプル(ペレット)の厚さおよび抵抗から、単位長さ当たりの抵抗率を算出した。その結果を図8(a)、(b)に示す。図8(a)、(b)に示されるように、比較例1では、SBR添加による抵抗率の増加が、2099.96Ωcmと大きかったのに対して、実施例1では、388.22Ωcmと1/5以下であることが確認できた。
(Resistivity measurement)
Resistivity measurement was performed using the sulfide solid electrolyte material synthesized in Example 1 and Comparative Example 1 and the mixture obtained in Example 1 and Comparative Example 1. First, put 200 mg of sample in a support tube (1 cm 2 ) made by Macor, sandwich the sample with an electrode made by SKD, compact it with a pressure of 4.3 ton / cm 2 , and measure impedance while restraining at 6 Ncm. went. Thereafter, the resistivity per unit length was calculated from the thickness and resistance of the sample (pellet). The results are shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b). As shown in FIGS. 8A and 8B, in Comparative Example 1, the increase in resistivity due to the addition of SBR was as large as 2099.96 Ωcm, whereas in Example 1, 388.22 Ωcm and 1 / 5 or less was confirmed.
[製造例1]
(イオン伝導性材料の合成)
出発原料として、硫化リチウム(Li2S)と、五硫化二リン(P2S5)と、硫化ゲルマニウム(GeS2)とを用いた。これらの粉末をアルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、Li2Sを0.7769g、P2S5を0.8673g、GeS2を0.3558gの割合で混合し、原料組成物を得た。次に、原料組成物をペレット状に成型し、得られたペレットを、カーボンコートした石英管に入れ真空封入した。真空封入した石英管の圧力は、約30Paであった。次に、石英管を焼成炉に設置し、6時間かけて室温から700℃まで昇温し、700℃を8時間維持し、その後室温まで徐冷した。これにより、Li3.25Ge0.25P0.75S4の組成を有する結晶質のイオン伝導性材料を得た。なお、上記組成は、Li(4−x)Ge(1−x)PxS4におけるx=0.75の組成に該当するものである。
[Production Example 1]
(Synthesis of ion conductive materials)
As starting materials, lithium sulfide (Li 2 S), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ), and germanium sulfide (GeS 2 ) were used. These powders were mixed in a glove box under an argon atmosphere at a ratio of 0.7769 g of Li 2 S, 0.8673 g of P 2 S 5 and 0.3558 g of GeS 2 to obtain a raw material composition. Next, the raw material composition was molded into pellets, and the resulting pellets were placed in a carbon-coated quartz tube and vacuum sealed. The pressure of the vacuum sealed quartz tube was about 30 Pa. Next, the quartz tube was placed in a firing furnace, heated from room temperature to 700 ° C. over 6 hours, maintained at 700 ° C. for 8 hours, and then gradually cooled to room temperature. Thus, a crystalline ion conductive material having a composition of Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4 was obtained. The above composition is one that corresponds to the composition of x = 0.75 in Li (4-x) Ge ( 1-x) P x S 4.
(硫化物固体電解質材料の合成)
次に、得られたイオン伝導性材料を、振動ミルを用いて粉砕した。振動ミルにはシーエムティー科学社製TI−100を使用した。具体的には、10mLのポットに、上記方法で得られたイオン伝導性材料約2gと、アルミナ製振動子(φ36.3mm、高さ48.9mm)とを入れ、回転数1440rpmで30分間処理を行った。その後、結晶性が低下したイオン伝導性材料をペレット状に成型し、得られたペレットを、カーボンコートした石英管に入れ真空封入した。真空封入した石英管の圧力は、約30Paであった。次に、石英管を焼成炉に設置し、6時間かけて室温から550℃まで昇温し、550℃を8時間維持し、その後室温まで徐冷した。これにより、Li3.25Ge0.25P0.75S4の組成を有する結晶質の硫化物固体電解質材料を得た。
(Synthesis of sulfide solid electrolyte materials)
Next, the obtained ion conductive material was pulverized using a vibration mill. TI-100 manufactured by CM Science Co., Ltd. was used for the vibration mill. Specifically, about 2 g of the ion conductive material obtained by the above method and an alumina vibrator (φ36.3 mm, height 48.9 mm) are placed in a 10 mL pot, and treated at a rotation speed of 1440 rpm for 30 minutes. Went. Thereafter, the ion conductive material having reduced crystallinity was formed into a pellet, and the obtained pellet was placed in a carbon-coated quartz tube and vacuum-sealed. The pressure of the vacuum sealed quartz tube was about 30 Pa. Next, the quartz tube was placed in a firing furnace, heated from room temperature to 550 ° C. over 6 hours, maintained at 550 ° C. for 8 hours, and then gradually cooled to room temperature. Thereby, a crystalline sulfide solid electrolyte material having a composition of Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4 was obtained.
[製造例2]
原料組成物として、Li2Sを0.7790g、P2S5を0.7986g、GeS2を0.4224gの割合で混合したものを用いたこと以外は、製造例1と同様にして結晶質のイオン伝導性材料を得た。得られたイオン伝導性材料は、Li3.3Ge0.3P0.7S4の組成を有し、この組成はLi(4−x)Ge(1−x)PxS4におけるx=0.7の組成に該当するものである。さらに、このイオン伝導性材料を用いて、製造例1と同様にして、Li3.3Ge0.3P0.7S4の組成を有する結晶質の硫化物固体電解質材料を得た。
[Production Example 2]
The crystalline material is the same as in Production Example 1 except that the raw material composition used is a mixture of 0.7790 g of Li 2 S, 0.7986 g of P 2 S 5 and 0.4224 g of GeS 2. An ion conductive material was obtained. The obtained ion conductive material has a composition of Li 3.3 Ge 0.3 P 0.7 S 4 , and this composition is x in Li (4-x) Ge (1-x) P x S 4 . = 0.7. Further, using this ion conductive material, a crystalline sulfide solid electrolyte material having a composition of Li 3.3 Ge 0.3 P 0.7 S 4 was obtained in the same manner as in Production Example 1.
[製造例3]
原料組成物として、Li2Sを0.7811g、P2S5を0.7329g、GeS2を0.4860gの割合で混合したものを用いたこと以外は、製造例1と同様にして結晶質のイオン伝導性材料を得た。得られたイオン伝導性材料は、Li3.35Ge0.35P0.65S4の組成を有し、この組成はLi(4−x)Ge(1−x)PxS4におけるx=0.65の組成に該当するものである。さらに、このイオン伝導性材料を用いて、製造例1と同様にして、Li3.35Ge0.35P0.65S4の組成を有する結晶質の硫化物固体電解質材料を得た。
[Production Example 3]
The crystalline material is the same as in Production Example 1 except that the raw material composition used is a mixture of Li 2 S 0.7811 g, P 2 S 5 0.7329 g, and GeS 2 0.4860 g. An ion conductive material was obtained. The obtained ion conductive material has a composition of Li 3.35 Ge 0.35 P 0.65 S 4 , which is the composition of x in Li (4-x) Ge (1-x) P x S 4 . = 0.65 of the composition. Further, using this ion conductive material, a crystalline sulfide solid electrolyte material having a composition of Li 3.35 Ge 0.35 P 0.65 S 4 was obtained in the same manner as in Production Example 1.
[製造例4]
原料組成物として、Li2Sを0.7831g、P2S5を0.6685g、GeS2を0.5484gの割合で混合したものを用いたこと以外は、製造例1と同様にして結晶質のイオン伝導性材料を得た。得られたイオン伝導性材料は、Li3.4Ge0.4P0.6S4の組成を有し、この組成はLi(4−x)Ge(1−x)PxS4におけるx=0.6の組成に該当するものである。さらに、このイオン伝導性材料を用いて、製造例1と同様にして、Li3.4Ge0.4P0.6S4の組成を有する結晶質の硫化物固体電解質材料を得た。
[Production Example 4]
A crystalline material was prepared in the same manner as in Production Example 1 except that the raw material composition used was a mixture of Li 2 S 0.7831 g, P 2 S 5 0.6685 g, and GeS 2 0.5484 g. An ion conductive material was obtained. The obtained ion conductive material has a composition of Li 3.4 Ge 0.4 P 0.6 S 4 , and this composition is x in Li (4-x) Ge (1-x) P x S 4 . Corresponds to the composition of 0.6. Further, using this ion conductive material, a crystalline sulfide solid electrolyte material having a composition of Li 3.4 Ge 0.4 P 0.6 S 4 was obtained in the same manner as in Production Example 1.
[比較製造例1〜4]
製造例1〜4で得られた結晶質のイオン伝導性材料を、それぞれ比較用サンプルとした。
[Comparative Production Examples 1 to 4]
The crystalline ion conductive materials obtained in Production Examples 1 to 4 were respectively used as comparative samples.
[評価2]
(X線回折測定)
製造例3で得られた硫化物固体電解質材料を用いて、X線回折(XRD)測定を行った。その結果を図9に示す。図9(a)は、CuKα線により測定したXRDパターンであり、図9(b)は、放射光(波長1.2Å)により測定したXRDパターンである。図9(a)、(b)に示されるように、製造例3では、単相の硫化物固体電解質材料が得られた。CuKα線により測定した場合、ピークの位置は、2θ=17.38°、20.18°、20.44°、23.56°、23.96°、24.93°、26.96°、29.07°、29.58°、31.71°、32.66°、33.39°であった。一方、放射光(波長1.2Å)により測定した場合、ピークの位置は、2θ=9.63°、10.94°、11.21°、13.52°、15.69°、15.88°、18.29°、18.61°、19.35°、20.92°、22.94°、24.48°、24.56°であった。すなわち、これらのピークが、Liイオン伝導性の高い結晶相Aのピークであると考えられる。なお、上述したピークの位置は、±0.50°(中でも±0.30°)の範囲内で前後していても良い。
[Evaluation 2]
(X-ray diffraction measurement)
X-ray diffraction (XRD) measurement was performed using the sulfide solid electrolyte material obtained in Production Example 3. The result is shown in FIG. FIG. 9A is an XRD pattern measured with CuKα rays, and FIG. 9B is an XRD pattern measured with synchrotron radiation (wavelength 1.2 mm). As shown in FIGS. 9A and 9B, in Production Example 3, a single-phase sulfide solid electrolyte material was obtained. When measured by CuKα rays, the peak positions are 2θ = 17.38 °, 20.18 °, 20.44 °, 23.56 °, 23.96 °, 24.93 °, 26.96 °, 29 0.07 °, 29.58 °, 31.71 °, 32.66 ° and 33.39 °. On the other hand, when measured with synchrotron radiation (wavelength: 1.2 mm), the peak positions are 2θ = 9.63 °, 10.94 °, 11.21 °, 13.52 °, 15.69 °, 15.88. °, 18.29 °, 18.61 °, 19.35 °, 20.92 °, 22.94 °, 24.48 °, 24.56 °. That is, these peaks are considered to be peaks of the crystal phase A having high Li ion conductivity. Note that the above-described peak position may be back and forth within a range of ± 0.50 ° (in particular, ± 0.30 °).
次に、製造例1〜4で得られた硫化物固体電解質材料、および比較製造例1〜4で得られた比較用サンプルを用いて、X線回折測定(CuKα線使用)を行った。その結果を図10〜図13に示す。図10に示されるように、製造例1で得られた硫化物固体電解質材料は、2θ=29.36°の位置にピークを有していた。このピークは、Liイオン伝導性の高い結晶相Aのピークである。なお、この結晶相Aに帰属されるピークは、図面左から順に、2θ=17.28°、20.04°、20.30°、23.82°、26.78°、29.36°の各ピークであると考えられる。 Next, X-ray diffraction measurement (using CuKα rays) was performed using the sulfide solid electrolyte material obtained in Production Examples 1 to 4 and the comparative sample obtained in Comparative Production Examples 1 to 4. The results are shown in FIGS. As shown in FIG. 10, the sulfide solid electrolyte material obtained in Production Example 1 had a peak at a position of 2θ = 29.36 °. This peak is a peak of the crystal phase A having high Li ion conductivity. The peaks attributed to the crystal phase A are 2θ = 17.28 °, 20.04 °, 20.30 °, 23.82 °, 26.78 °, 29.36 ° in order from the left of the drawing. Each peak is considered.
また、図10に示すように、2θ=29.58°付近(製造例1の場合、2θ=29.36°)のピークの回折強度をIAとし、2θ=27.33°付近のピークの強度をIBとし、2θ=29.78°付近のピークの回折強度をICとする。製造例1におけるIB/IAの値は0.25であり、IC/IAの値は0.07であった。一方、比較製造例1におけるIB/IAの値は1.4であり、IC/IAの値は1.54であった。また、図11〜図13に示されるように、製造例2〜4で得られた硫化物固体電解質材料も、同様に2θ=29.58°付近にピークを有していた。また、製造例2〜4におけるIB/IAおよびIC/IAの値については、後述する表1に記載する。なお、図13に示すように、製造例4においても、製造例3と同様に単相の硫化物固体電解質材料が得られた。 Further, as shown in FIG. 10, 2θ = 29.58 ° around (in the case of Production Example 1, 2θ = 29.36 °) to the diffraction intensity of the peak of the I A, the peak around 2 [Theta] = 27.33 ° the intensity and I B, the diffraction intensity of the peak near 2 [Theta] = 29.78 ° and I C. The value of I B / I A in Preparation Example 1 is 0.25, the value of I C / I A was 0.07. On the other hand, the value of I B / I A in Comparative Preparation Example 1 is 1.4, the value of I C / I A was 1.54. Also, as shown in FIGS. 11 to 13, the sulfide solid electrolyte material obtained in Production Examples 2 to 4 similarly had a peak in the vicinity of 2θ = 29.58 °. As for the value of I B / I A and I C / I A in the preparation Examples 2-4 are set forth in Table 1 below. As shown in FIG. 13, in Production Example 4, a single-phase sulfide solid electrolyte material was obtained as in Production Example 3.
(X線構造解析)
製造例3で得られた硫化物固体電解質材料の結晶構造をX線構造解析により同定した。XRDで得られた回折図形を基に直接法で晶系・結晶群を決定し、その後、実空間法により結晶構造を同定した。その結果、上述した図5のような結晶構造を有することが確認された。すなわち、四面体T1(GeS4四面体およびPS4四面体)と、八面体O(LiS6八面体)とは稜を共有し、四面体T2(PS4四面体)と、八面体O(LiS6八面体)とは頂点を共有している結晶構造であった。この結晶構造が高Li伝導に寄与すると考えられる。
(X-ray structural analysis)
The crystal structure of the sulfide solid electrolyte material obtained in Production Example 3 was identified by X-ray structural analysis. Based on the diffraction pattern obtained by XRD, a crystal system and a crystal group were determined by a direct method, and then a crystal structure was identified by a real space method. As a result, it was confirmed that the crystal structure as shown in FIG. That is, tetrahedron T 1 (GeS 4 tetrahedron and PS 4 tetrahedron) and octahedron O (LiS 6 octahedron) share a ridge, and tetrahedron T 2 (PS 4 tetrahedron) and octahedron O (LiS 6 octahedron) was a crystal structure sharing a vertex. This crystal structure is considered to contribute to high Li conduction.
(Liイオン伝導度の測定)
製造例1〜4で得られた硫化物固体電解質材料、および比較製造例1〜4で得られた比較用サンプルを用いて、25℃でのLiイオン伝導度を測定した。まず、アルゴン雰囲気のグローブボックス内で、試料を適量秤量し、ポリエチレンテレフタラート管(PET管、内径10mm、外径30mm、高さ20mm)に入れ、上下から、炭素工具鋼S45Cアンビルからなる粉末成型治具で挟んだ。次に、一軸プレス機(理研精機社製P−6)を用いて、表示圧力6MPa(成型圧力約110MPa)でプレスし、直径10mm、任意の厚さのペレットを成型した。次に、ペレットの両面に、金粉末(ニラコ社製、樹状、粒径約10μm)を13mg〜15mgずつ乗せて、均一にペレット表面上に分散させ、表示圧力30MPa(成型圧力約560MPa)で成型した。その後、得られたペレットを、アルゴン雰囲気を維持できる密閉式電気化学セルに入れた。
(Measurement of Li ion conductivity)
Li ion conductivity at 25 ° C. was measured using the sulfide solid electrolyte material obtained in Production Examples 1 to 4 and the comparative sample obtained in Comparative Production Examples 1 to 4. First, an appropriate amount of sample is weighed in a glove box in an argon atmosphere, put in a polyethylene terephthalate tube (PET tube, inner diameter 10 mm, outer diameter 30 mm, height 20 mm), and powder molded from carbon tool steel S45C anvil from above and below. I pinched it with a jig. Next, using a uniaxial press machine (P-6 manufactured by Riken Seiki Co., Ltd.), pressing was performed at a display pressure of 6 MPa (molding pressure: about 110 MPa) to mold pellets having a diameter of 10 mm and an arbitrary thickness. Next, 13 mg to 15 mg of gold powder (made by Niraco, dendritic, particle size of about 10 μm) is placed on both sides of the pellet, uniformly dispersed on the pellet surface, and at a display pressure of 30 MPa (molding pressure of about 560 MPa). Molded. Thereafter, the obtained pellets were placed in a closed electrochemical cell capable of maintaining an argon atmosphere.
測定には、周波数応答解析装置FRA(Frequency Response Analyzer)として、ソーラトロン社製のインピーダンス・ゲインフェーズアナライザー(solartron 1260)を用い、恒温装置として小型環境試験機(Espec corp, SU-241, -40℃〜150℃)を用いた。交流電圧10mV〜1000mV、周波数範囲1Hz〜10MHz、積算時間0.2秒、温度23℃の条件で、高周波領域から測定を開始した。測定ソフトにはZplotを用い、解析ソフトにはZviewを用いた。得られた結果を表1に示す。 For measurement, a frequency response analyzer FRA (Frequency Response Analyzer) is used, Solartron's impedance gain phase analyzer (solartron 1260), and a thermostat is a small environmental tester (Espec corp, SU-241, -40 ℃) ~ 150 ° C) was used. Measurement was started from the high frequency region under the conditions of an AC voltage of 10 mV to 1000 mV, a frequency range of 1 Hz to 10 MHz, an integration time of 0.2 seconds, and a temperature of 23 ° C. Zplot was used as measurement software, and Zview was used as analysis software. The obtained results are shown in Table 1.
表1に示されるように、製造例1〜4は、比較製造例1〜4に比べて、それぞれ高いLiイオン伝導度を有していた。このことから、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相の割合が高くなり、IB/IAの値が小さくなると、Liイオン伝導性が向上することが確認できた。なお、表1に示されるように、従来の方法である固相法で作製したイオン伝導性材料では、IB/IAの値を0.50未満にすることはできず、IC/IAの値を0.20以下にすることもできなかった。また、図14は、製造例1〜4および比較製造例1〜4における、強度比(IB/IA)とLiイオン伝導度との関係を示すグラフである。図14に示されるように、IB/IAの値が0.50未満の場合に、Liイオン伝導度が高くなることが確認できた。また、図15に示すように、製造例1〜3は、比較製造例1〜3に比べて、それぞれ高いLiイオン伝導度を有していた。 As shown in Table 1, Production Examples 1 to 4 each had higher Li ion conductivity than Comparative Production Examples 1 to 4. Therefore, the proportion of the crystal phase having a peak around 2 [Theta] = 29.58 ° is increased, the value of I B / I A is small, Li ion conductivity was confirmed to be improved. Note that, as shown in Table 1, the ion-conducting material produced by a solid phase method which is a conventional method, can not be the value of I B / I A below 0.50, I C / I The value of A could not be made 0.20 or less. FIG. 14 is a graph showing the relationship between the intensity ratio (I B / I A ) and Li ion conductivity in Production Examples 1 to 4 and Comparative Production Examples 1 to 4. As shown in FIG. 14, the value of I B / I A is in the case of less than 0.50, it was confirmed that the Li ion conductivity is high. As shown in FIG. 15, Production Examples 1 to 3 each had higher Li ion conductivity than Comparative Production Examples 1 to 3.
[参考例1〜3]
製造例1〜3で得られた結晶質のイオン伝導性材料を、それぞれ参考用サンプルとした。
[Reference Examples 1-3]
The crystalline ion conductive materials obtained in Production Examples 1 to 3 were used as reference samples, respectively.
[参考例4]
原料組成物として、Li2Sを0.7747g、P2S5を0.9370g、GeS2を0.2883gの割合で混合したものを用いたこと以外は、製造例1と同様にして結晶質のイオン伝導性材料を得た。得られたイオン伝導性材料は、Li3.2Ge0.2P0.8S4の組成を有し、この組成はLi(4−x)Ge(1−x)PxS4におけるx=0.8の組成に該当するものである。このイオン伝導性材料を参考用サンプルとした。
[Reference Example 4]
The crystalline material is the same as in Production Example 1 except that the raw material composition used is a mixture of Li 2 S 0.7747 g, P 2 S 5 0.9370 g, and GeS 2 0.2883 g. An ion conductive material was obtained. The resulting ion conductive material has a composition of Li 3.2 Ge 0.2 P 0.8 S 4 , which is the x in Li (4-x) Ge (1-x) P x S 4 . = 0.8 corresponds to the composition. This ion conductive material was used as a reference sample.
[評価3]
参考例1〜4で得られた参考用サンプルを用いて、X線回折測定と、Liイオン伝導度の測定とを行った。その結果を、それぞれ図16および図17に示す。図16に示されるように、xの値が増加すると、2θ=29.58°付近のピークの回折強度が小さくなり、2θ=27.33°付近および29.78°付近のピークの回折強度が大きくなることがわかる。これは、xの値の増加とともに、Liイオン伝導性の低い結晶相Bの割合が相対的に高くなることを示している。特に参考例4においては、2θ=29.58°付近のピークを有する結晶相Aが完全に消失し、結晶相Bのピークしか確認されない。そこで、図17を見てみると、参考例4のLiイオン伝導度は、参考例1〜3のLiイオン伝導度に比べて格段に低くなっている。そのため、参考例1〜3の参考用サンプルが有する結晶相Aは、結晶相BよりもLiイオン伝導性が顕著に高いことが示唆される。このことからも、結晶相Aを多く含有する本発明の硫化物固体電解質材料は、高いLiイオン伝導性を有することが確認できた。
[Evaluation 3]
Using the reference samples obtained in Reference Examples 1 to 4, X-ray diffraction measurement and measurement of Li ion conductivity were performed. The results are shown in FIGS. 16 and 17, respectively. As shown in FIG. 16, when the value of x increases, the diffraction intensity of the peak near 2θ = 29.58 ° decreases, and the diffraction intensity of the peaks near 2θ = 27.33 ° and 29.78 ° increases. You can see it grows. This indicates that as the value of x increases, the proportion of the crystal phase B having low Li ion conductivity becomes relatively high. In particular, in Reference Example 4, the crystal phase A having a peak near 2θ = 29.58 ° completely disappears, and only the peak of the crystal phase B is confirmed. Therefore, looking at FIG. 17, the Li ion conductivity of Reference Example 4 is much lower than the Li ion conductivity of Reference Examples 1 to 3. Therefore, it is suggested that the crystal phase A included in the reference samples of Reference Examples 1 to 3 has significantly higher Li ion conductivity than the crystal phase B. From this, it was confirmed that the sulfide solid electrolyte material of the present invention containing a large amount of the crystal phase A has high Li ion conductivity.
[製造例5]
出発原料として、硫化リチウム(Li2S)と、五硫化二リン(P2S5)と、硫化ゲルマニウム(GeS2)とを用いた。これらの粉末をアルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、Li2Sを0.3934g、P2S5を0.2719g、GeS2を0.3346gの割合で混合し、原料組成物を得た。次に、原料組成物1gを、ジルコニアボール(10mmφ、10個)とともに、ジルコニア製のポット(45ml)に入れ、ポットを完全に密閉した(アルゴン雰囲気)。このポットを遊星型ボールミル機(フリッチュ製P7)に取り付け、台盤回転数370rpmで、60時間メカニカルミリングを行った。これにより、Li3.5Ge0.5P0.5S4の組成を有する、非晶質化したイオン伝導性材料を得た。なお、上記組成は、Li(4−x)Ge(1−x)PxS4におけるx=0.5の組成に該当するものである。
[Production Example 5]
As starting materials, lithium sulfide (Li 2 S), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ), and germanium sulfide (GeS 2 ) were used. These powders were mixed in a glove box under an argon atmosphere at a ratio of 0.3934 g of Li 2 S, 0.2719 g of P 2 S 5 and 0.3346 g of GeS 2 to obtain a raw material composition. Next, 1 g of the raw material composition was placed in a zirconia pot (45 ml) together with zirconia balls (10 mmφ, 10 pieces), and the pot was completely sealed (argon atmosphere). This pot was attached to a planetary ball mill (P7 made by Fritsch), and mechanical milling was performed for 60 hours at a base plate rotation speed of 370 rpm. As a result, an amorphous ion conductive material having a composition of Li 3.5 Ge 0.5 P 0.5 S 4 was obtained. The above composition is one that corresponds to the composition of x = 0.5 in Li (4-x) Ge ( 1-x) P x S 4.
次に、得られたイオン伝導性材料をペレット状に成型し、得られたペレットを、カーボンコートした石英管に入れ真空封入した。真空封入した石英管の圧力は、約30Paであった。次に、石英管を焼成炉に設置し、6時間かけて室温から550℃まで昇温し、550℃を8時間維持し、その後室温まで徐冷した。これにより、Li3.5Ge0.5P0.5S4の組成を有する結晶質の硫化物固体電解質材料を得た。 Next, the obtained ion conductive material was molded into pellets, and the obtained pellets were placed in a carbon-coated quartz tube and vacuum-sealed. The pressure of the vacuum sealed quartz tube was about 30 Pa. Next, the quartz tube was placed in a firing furnace, heated from room temperature to 550 ° C. over 6 hours, maintained at 550 ° C. for 8 hours, and then gradually cooled to room temperature. Thus, a crystalline sulfide solid electrolyte material having a composition of Li 3.5 Ge 0.5 P 0.5 S 4 was obtained.
[比較製造例5−1]
製造例5で得られた、非晶質化したイオン伝導性材料を、比較用サンプルとした。
[Comparative Production Example 5-1]
The amorphous ion conductive material obtained in Production Example 5 was used as a comparative sample.
[比較製造例5−2]
焼成条件として、6時間かけて室温から300℃まで昇温し、300℃を8時間維持し、その後室温まで徐冷したこと以外は、製造例5と同様にして比較用サンプルを得た。
[Comparative Production Example 5-2]
As a firing condition, a comparative sample was obtained in the same manner as in Production Example 5 except that the temperature was raised from room temperature to 300 ° C. over 6 hours, maintained at 300 ° C. for 8 hours, and then gradually cooled to room temperature.
[比較製造例5−3]
焼成条件として、6時間かけて室温から700℃まで昇温し、700℃を8時間維持し、その後室温まで徐冷したこと以外は、製造例5と同様にして比較用サンプルを得た。
[Comparative Production Example 5-3]
As a firing condition, a comparative sample was obtained in the same manner as in Production Example 5 except that the temperature was raised from room temperature to 700 ° C. over 6 hours, maintained at 700 ° C. for 8 hours, and then gradually cooled to room temperature.
[製造例6]
原料組成物として、Li2Sを0.3905g、P2S5を0.3666g、GeS2を0.2429gの割合で混合したものを用いたこと以外は、製造例5と同様にして非晶質化したイオン伝導性材料を得た。得られたイオン伝導性材料は、Li3.35Ge0.35P0.65S4の組成を有し、この組成はLi(4−x)Ge(1−x)PxS4におけるx=0.65の組成に該当するものである。さらに、このイオン伝導性材料を用いて、製造例5と同様にして、Li3.35Ge0.35P0.65S4の組成を有する結晶質の硫化物固体電解質材料を得た。
[Production Example 6]
Amorphous in the same manner as in Production Example 5 except that the raw material composition used was a mixture of 0.3905 g of Li 2 S, 0.3666 g of P 2 S 5 and 0.2429 g of GeS 2. A quality ion conductive material was obtained. The obtained ion conductive material has a composition of Li 3.35 Ge 0.35 P 0.65 S 4 , which is the composition of x in Li (4-x) Ge (1-x) P x S 4 . = 0.65 of the composition. Further, by using the ion-conductive material, in the same manner as in Preparation Example 5, to give a sulfide solid electrolyte material of the crystalline having a composition of Li 3.35 Ge 0.35 P 0.65 S 4 .
[比較製造例6]
製造例6で得られた、非晶質化したイオン伝導性材料を、比較用サンプルとした。
[Comparative Production Example 6]
The amorphous ion conductive material obtained in Production Example 6 was used as a comparative sample.
[製造例7]
原料組成物として、Li2Sを0.3895g、P2S5を0.3997g、GeS2を0.2108gの割合で混合したものを用いたこと以外は、製造例5と同様にして非晶質化したイオン伝導性材料を得た。得られたイオン伝導性材料は、Li3.3Ge0.3P0.7S4の組成を有し、この組成はLi(4−x)Ge(1−x)PxS4におけるx=0.7の組成に該当するものである。さらに、このイオン伝導性材料を用いて、製造例5と同様にして、Li3.3Ge0.3P0.7S4の組成を有する結晶質の硫化物固体電解質材料を得た。
[Production Example 7]
Amorphous in the same manner as in Production Example 5, except that the raw material composition was 0.3895 g of Li 2 S, 0.3997 g of P 2 S 5 and 0.2108 g of GeS 2 was used. A quality ion conductive material was obtained. The obtained ion conductive material has a composition of Li 3.3 Ge 0.3 P 0.7 S 4 , and this composition is x in Li (4-x) Ge (1-x) P x S 4 . = 0.7. Further, using this ion conductive material, a crystalline sulfide solid electrolyte material having a composition of Li 3.3 Ge 0.3 P 0.7 S 4 was obtained in the same manner as in Production Example 5.
[比較製造例7]
製造例7で得られた、非晶質化したイオン伝導性材料を、比較用サンプルとした。
[Comparative Production Example 7]
The amorphous ion conductive material obtained in Production Example 7 was used as a comparative sample.
[評価4]
(X線回折測定)
製造例5〜7で得られた硫化物固体電解質材料、および、比較製造例5−1、5−2、5−3、6、7で得られた比較用サンプルを用いて、X線回折測定(CuKα線使用)を行った。その結果を図18〜図21に示す。まず、図18〜図20に示されるように、比較製造例5−1、6、7で得られた比較用サンプルは、わずかにLi2Sのピークが検出されるものの、ほぼ完全に非晶質化していることが確認された。一方、製造例5〜7で得られた硫化物固体電解質材料は、いずれも、上述した製造例3と同様のピークを有し、単相の硫化物固体電解質材料であることが確認された。
[Evaluation 4]
(X-ray diffraction measurement)
X-ray diffraction measurement using the sulfide solid electrolyte material obtained in Production Examples 5 to 7 and the comparative samples obtained in Comparative Production Examples 5-1, 5-2, 5-3, 6, and 7. (Use CuKα radiation). The results are shown in FIGS. First, as shown in FIGS. 18 to 20, the comparative samples obtained in Comparative Production Examples 5-1, 6 and 7 are almost completely amorphous although a slight Li 2 S peak is detected. It was confirmed that it was qualitative. On the other hand, all the sulfide solid electrolyte materials obtained in Production Examples 5 to 7 had the same peak as in Production Example 3 described above, and were confirmed to be single-phase sulfide solid electrolyte materials.
次に、図21に示されるように、比較製造例5−2(300℃での加熱)では、Liイオン伝導性の高い結晶相Aは析出せず、比較製造例5−3(700℃での加熱)では、Liイオン伝導性の高い結晶相A以外の相が析出した。このことから加熱温度は、300℃よりも高く、700℃よりも低い範囲内であることが好ましい。 Next, as shown in FIG. 21, in Comparative Production Example 5-2 (heating at 300 ° C.), the crystalline phase A having high Li ion conductivity does not precipitate, and Comparative Production Example 5-3 (at 700 ° C.). In the heating step, a phase other than the crystal phase A having high Li ion conductivity was precipitated. For this reason, the heating temperature is preferably higher than 300 ° C. and lower than 700 ° C.
(Liイオン伝導度の測定)
製造例5〜7で得られた硫化物固体電解質材料、および、比較製造例5−1、6、7で得られた比較用サンプルを用いて、Liイオン伝導度の測定を行った。測定方法は上記と同様である。その結果を表2に示す。表2に示されるように、製造例5〜7は、それぞれ高いLiイオン伝導度を有していた。
(Measurement of Li ion conductivity)
Li ion conductivity was measured using the sulfide solid electrolyte material obtained in Production Examples 5 to 7 and the comparative samples obtained in Comparative Production Examples 5-1, 6 and 7. The measurement method is the same as described above. The results are shown in Table 2. As shown in Table 2, Production Examples 5 to 7 each had high Li ion conductivity.
(ラマン分光測定)
比較製造例5−1、6で得られた比較用サンプルに対して、ラマン分光測定を行った。ラマン分光測定には、東京インスツルメンツ製Nanofinder SOLAR T IIを使用した。その結果を図22に示す。図22に示されるように、製造例5−1、6で得られた比較用サンプルは、P2S5のピークは検出されず、PS4 3−の振動が、420cm−1付近に検出された。このことから、ボールミルにより、原料のP2S5は全てLi2Sと反応し、化学的に安定なPS4 3−に変換されていることが確認された。また、P2S5がPS4 3−に変換されていたため、製造例5、6では、焼成後にP2S5が溶融した痕跡は見られなかった。
(Raman spectroscopy measurement)
The Raman spectroscopic measurement was performed on the comparative samples obtained in Comparative Production Examples 5-1 and 6. For Raman spectroscopic measurement, Nanofinder SOLAR T II manufactured by Tokyo Instruments was used. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 22, in the comparative samples obtained in Production Examples 5-1 and 6 , the peak of P 2 S 5 was not detected, and the vibration of PS 4 3− was detected in the vicinity of 420 cm −1. It was. From this, it was confirmed by the ball mill that all the raw material P 2 S 5 reacted with Li 2 S and was converted to chemically stable PS 4 3− . Further, since P 2 S 5 was converted to PS 4 3− , in Production Examples 5 and 6, no trace of P 2 S 5 melting after firing was observed.
[製造例8]
出発原料として、硫化リチウム(Li2S)と、五硫化二リン(P2S5)と、三硫化二リン(P2S3)と、硫化ゲルマニウム(GeS2)とを用いた。これらの粉末をアルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、Li2Sを0.88053g、P2S5を0.567952g、P2S3を0.20204g、GeS2を0.3494gの割合で混合し、原料組成物を得た。次に、原料組成物2gを、ジルコニアボール(10mmφ、10個)とともに、ジルコニア製のポット(45ml)に入れ、ポットを完全に密閉した(アルゴン雰囲気)。このポットを遊星型ボールミル機(フリッチュ製P7)に取り付け、台盤回転数370rpmで、40時間メカニカルミリングを行った。これにより、Li3.75Ge0.25P(III)0.25P(V)0.5S4の組成を有する、非晶質化したイオン伝導性材料を得た。
[Production Example 8]
As starting materials, lithium sulfide (Li 2 S), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ), diphosphorus trisulfide (P 2 S 3 ), and germanium sulfide (GeS 2 ) were used. These powders were mixed in a glove box under an argon atmosphere at a ratio of 0.88053 g of Li 2 S, 0.567995 g of P 2 S 5 , 0.20204 g of P 2 S 3 and 0.3494 g of GeS 2. A raw material composition was obtained. Next, 2 g of the raw material composition was placed in a zirconia pot (45 ml) together with zirconia balls (10 mmφ, 10 pieces), and the pot was completely sealed (argon atmosphere). This pot was attached to a planetary ball mill (P7 made by Fritsch), and mechanical milling was performed at a base plate rotation speed of 370 rpm for 40 hours. Thus, an amorphous ion conductive material having a composition of Li 3.75 Ge 0.25 P (III) 0.25 P (V) 0.5 S 4 was obtained.
次に、得られたイオン伝導性材料をアルミニウム製の容器に入れ、Arガスフロー下(80mL/min)で10℃/minで室温から550℃まで昇温し、その後、10℃/minで550℃から室温まで降温した。これにより、Li3.75Ge0.25P(III)0.25P(V)0.5S4の組成を有する結晶質の硫化物固体電解質材料を得た。 Next, the obtained ion conductive material is put in an aluminum container, and heated from room temperature to 550 ° C. at 10 ° C./min under Ar gas flow (80 mL / min), and then 550 at 10 ° C./min. The temperature was lowered from ℃ to room temperature. Thus, a crystalline sulfide solid electrolyte material having a composition of Li 3.75 Ge 0.25 P (III) 0.25 P (V) 0.5 S 4 was obtained.
[製造例9]
出発原料として、硫化リチウム(Li2S)と、五硫化二リン(P2S5)と、硫化アルミニウム(Al2S3)と、硫化ゲルマニウム(GeS2)とを用いた。これらの粉末をアルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、Li2Sを0.88504g、P2S5を0.570864g、Al2S3を0.192826g、GeS2を0.351267gの割合で混合し、原料組成物を得た。この原料組成物を用いたこと以外は、製造例8と同様にして結晶質の硫化物固体電解質材料を得た。得られた硫化物固体電解質材料の組成は、Li3.75Ge0.25Al0.25P0.5S4である。
[Production Example 9]
As starting materials, lithium sulfide (Li 2 S), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ), aluminum sulfide (Al 2 S 3 ), and germanium sulfide (GeS 2 ) were used. These powders were mixed in a glove box under an argon atmosphere at a ratio of 0.88504 g of Li 2 S, 0.570864 g of P 2 S 5 , 0.192826 g of Al 2 S 3 and 0.351267 g of GeS 2. A raw material composition was obtained. A crystalline sulfide solid electrolyte material was obtained in the same manner as in Production Example 8 except that this raw material composition was used. The composition of the obtained sulfide solid electrolyte material is Li 3.75 Ge 0.25 Al 0.25 P 0.5 S 4 .
[製造例10]
出発原料として、硫化リチウム(Li2S)と、五硫化二リン(P2S5)と、硫化ジルコニウム(ZrS2)と、硫化ゲルマニウム(GeS2)とを用いた。これらの粉末をアルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、Li2Sを0.769424g、P2S5を0.5751g、ZrS2を0.327191g、GeS2を0.371649gの割合で混合し、原料組成物を得た。この原料組成物を用いたこと以外は、製造例8と同様にして結晶質の硫化物固体電解質材料を得た。得られた硫化物固体電解質材料の組成は、Li3.5Ge0.25Zr0.25P0.5S4である。
[Production Example 10]
As starting materials, lithium sulfide (Li 2 S), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ), zirconium sulfide (ZrS 2 ), and germanium sulfide (GeS 2 ) were used. These powders were mixed in a glove box under an argon atmosphere at a ratio of 0.769424 g of Li 2 S, 0.5751 g of P 2 S 5 , 0.327191 g of ZrS 2 and 0.371649 g of GeS 2 A composition was obtained. A crystalline sulfide solid electrolyte material was obtained in the same manner as in Production Example 8 except that this raw material composition was used. The composition of the obtained sulfide solid electrolyte material is Li 3.5 Ge 0.25 Zr 0.25 P 0.5 S 4 .
[製造例11]
出発原料として、硫化リチウム(Li2S)と、硫化亜鉛(ZnS)と、五硫化二リン(P2S5)と、硫化ゲルマニウム(GeS2)とを用いた。これらの粉末をアルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、Li2Sを0.687245g、ZnSを0.146712g、P2S5を0.522737g、GeS2を0.643307gの割合で混合し、原料組成物を得た。この原料組成物を用いたこと以外は、製造例8と同様にして結晶質の硫化物固体電解質材料を得た。得られた硫化物固体電解質材料の組成は、Li3.18Zn0.16Ge0.5P0.5S4である。
[Production Example 11]
As starting materials, lithium sulfide (Li 2 S), zinc sulfide (ZnS), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ), and germanium sulfide (GeS 2 ) were used. These powders were mixed in a glove box under an argon atmosphere at a ratio of 0.687245 g of Li 2 S, 0.146712 g of ZnS, 0.522737 g of P 2 S 5 and 0.643307 g of GeS 2 I got a thing. A crystalline sulfide solid electrolyte material was obtained in the same manner as in Production Example 8 except that this raw material composition was used. The composition of the obtained sulfide solid electrolyte material is Li 3.18 Zn 0.16 Ge 0.5 P 0.5 S 4 .
[製造例12]
出発原料として、硫化リチウム(Li2S)と、五硫化二リン(P2S5)と、硫化ニオブ(NbS2)と、硫化ゲルマニウム(GeS2)とを用いた。これらの粉末をアルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、Li2Sを0.76787g、P2S5を0.53066g、NbS2を0.374919g、GeS2を0.326533gの割合で混合し、原料組成物を得た。この原料組成物を用いたこと以外は、製造例8と同様にして結晶質の硫化物固体電解質材料を得た。得られた硫化物固体電解質材料の組成は、Li3.5Ge0.25Nb0.25P0.5S4である。
[Production Example 12]
As starting materials, lithium sulfide (Li 2 S), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ), niobium sulfide (NbS 2 ), and germanium sulfide (GeS 2 ) were used. These powders were mixed in a glove box under an argon atmosphere at a ratio of 0.76787 g of Li 2 S, 0.53066 g of P 2 S 5 , 0.374919g of NbS 2, and 0.326533 g of GeS 2. A composition was obtained. A crystalline sulfide solid electrolyte material was obtained in the same manner as in Production Example 8 except that this raw material composition was used. The composition of the obtained sulfide solid electrolyte material is Li 3.5 Ge 0.25 Nb 0.25 P 0.5 S 4 .
[製造例13]
出発原料として、硫化リチウム(Li2S)と、五硫化二リン(P2S5)と、硫化珪素(SiS2)と、硫化ゲルマニウム(GeS2)とを用いた。これらの粉末をアルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、Li2Sを0.81323g、P2S5を0.76333g、SiS2を0.170524g、GeS2を0.252913gの割合で混合し、原料組成物を得た。この原料組成物を用いたこと、および、熱処理の最高温度を550℃から650℃に変更したこと以外は、製造例8と同様にして結晶質の硫化物固体電解質材料を得た。得られた硫化物固体電解質材料の組成は、Li3.55Ge0.175Si0.175P0.65S4である。
[Production Example 13]
As starting materials, lithium sulfide (Li 2 S), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ), silicon sulfide (SiS 2 ), and germanium sulfide (GeS 2 ) were used. These powders were mixed in a glove box under an argon atmosphere at a ratio of 0.81323 g of Li 2 S, 0.76333 g of P 2 S 5 , 0.170524 g of SiS 2 and 0.252913 g of GeS 2 A composition was obtained. A crystalline sulfide solid electrolyte material was obtained in the same manner as in Production Example 8 except that this raw material composition was used and the maximum temperature of the heat treatment was changed from 550 ° C. to 650 ° C. The composition of the obtained sulfide solid electrolyte material is Li 3.55 Ge 0.175 Si 0.175 P 0.65 S 4 .
[評価5]
(X線回折測定)
製造例8〜13で得られた硫化物固体電解質材料を用いて、X線回折測定(CuKα線使用)を行った。その結果を図23、図24に示す。また、2θ=29.58°付近のピークの回折強度をIAとし、2θ=27.33°付近のピークの強度をIBとし、IB/IAの値を求めた。その結果を表3に示す。
[Evaluation 5]
(X-ray diffraction measurement)
X-ray diffraction measurement (using CuKα rays) was performed using the sulfide solid electrolyte materials obtained in Production Examples 8 to 13. The results are shown in FIGS. Further, the diffraction intensity of the peak near 2 [Theta] = 29.58 ° and I A, the intensity of the peak near 2 [Theta] = 27.33 ° and I B, was determined a value of I B / I A. The results are shown in Table 3.
図23、図24に示されるように、製造例8〜13で得られた硫化物固体電解質材料は、いずれも、2θ=29.58°付近に大きなピークを有していた。また、表3に示されるように、製造例8においては、θ=27.33°付近のピークの強度が検出されず、IB/IA=0となった。この結果から、LiGePS系のGeの一部を3価のPで置換しても、高イオン伝導性の結晶相(結晶相A)が析出されることが確認できた。製造例9においては、θ=27.33°付近のピークの強度が検出されず、IB/IA=0となった。この結果から、LiGePS系のGeの一部をAlで置換しても、高イオン伝導性の結晶相(結晶相A)が析出されることが確認できた。製造例10においては、θ=27.33°付近のピークの強度が検出されず、IB/IA=0となった。この結果から、LiGePS系のGeの一部をZrで置換しても、高イオン伝導性の結晶相(結晶相A)が析出されることが確認できた。製造例11においては、θ=27.33°付近のピークの強度が検出され、IB/IA=0.15となった。この結果から、LiGePS系のLiの一部をZnで置換しても、高イオン伝導性の結晶相(結晶相A)が多く析出されることが確認できた。製造例12においては、θ=27.33°付近のピークの強度が検出され、IB/IA=0.14となった。この結果から、LiGePS系のGeの一部をNbで置換しても、高イオン伝導性の結晶相(結晶相A)が多く析出されることが確認できた。製造例13においては、θ=27.33°付近のピークの強度が検出されず、IB/IA=0となった。この結果から、LiGePS系のGeの一部をSiで置換しても、高イオン伝導性の結晶相(結晶相A)が析出されることが確認できた。 As shown in FIGS. 23 and 24, the sulfide solid electrolyte materials obtained in Production Examples 8 to 13 all had a large peak in the vicinity of 2θ = 29.58 °. Further, as shown in Table 3, in Production Example 8, the intensity of the peak near θ = 27.33 ° was not detected, and I B / I A = 0. From this result, it was confirmed that even when a part of LiGePS-based Ge was substituted with trivalent P, a crystal phase (crystalline phase A) having high ion conductivity was deposited. In Production Example 9, the intensity of the peak around θ = 27.33 ° was not detected, and I B / I A = 0. From this result, it was confirmed that even when a part of LiGePS-based Ge was substituted with Al, a crystal phase (crystal phase A) having high ion conductivity was deposited. In Production Example 10, the intensity of the peak around θ = 27.33 ° was not detected, and I B / I A = 0. From this result, it was confirmed that even when a part of LiGePS-based Ge was substituted with Zr, a crystal phase (crystal phase A) having high ion conductivity was deposited. In Production Example 11, the intensity of the peak around θ = 27.33 ° was detected, and I B / I A = 0.15. From this result, it was confirmed that even if a part of LiGePS-based Li was replaced with Zn, a large amount of high ion conductive crystal phase (crystal phase A) was precipitated. In Production Example 12, the intensity of the peak around θ = 27.33 ° was detected, and I B / I A = 0.14. From this result, it was confirmed that even if a part of LiGePS-based Ge was substituted with Nb, a large amount of high ion conductive crystal phase (crystal phase A) was precipitated. In Production Example 13, the intensity of the peak around θ = 27.33 ° was not detected, and I B / I A = 0. From this result, it was confirmed that even when a part of LiGePS-based Ge was replaced with Si, a crystal phase (crystal phase A) having high ion conductivity was deposited.
[計算例1]
製造例5に記載の組成Li3.5Ge0.5P0.5S4(Li21Ge3P3S24)について、GeをSiに置換した場合、本発明における所定の結晶構造が存在し得るか否かを第一原理計算により推定した。Li金属、Ge金属、Si金属、P結晶、S結晶の生成熱をゼロ基準として、結晶中のGeをSiに置換した場合の生成エンタルピーを計算した。
[Calculation Example 1]
With respect to the composition Li 3.5 Ge 0.5 P 0.5 S 4 (Li 21 Ge 3 P 3 S 24 ) described in Production Example 5, when Ge is substituted with Si, the predetermined crystal structure in the present invention exists. It was estimated by the first principle calculation. Using the heat of formation of Li metal, Ge metal, Si metal, P crystal, and S crystal as zero reference, the enthalpy of formation when Ge in the crystal was replaced with Si was calculated.
ここで、第一原理計算は密度汎関数理論に基づく、経験パラメータを含まない高精度計算手法である。この計算手法を用い、結晶の生成熱(生成エンタルピー)を算出した。生成熱とは安定な単体の生成熱をゼロ基準として、その物質を構成する単体から1molの化合物を合成する反応の伴う反応熱である。一般的には定圧下の生成熱として生成エンタルピー変化ΔHfで記される。反応物から生成物へ変化する過程のエンタルピー収支が負の値を取るとき反応系外に熱が放出され、発熱反応となる。つまり、生成物が存在し得るということになる。 Here, the first-principles calculation is a high-precision calculation method that does not include empirical parameters based on the density functional theory. Using this calculation method, the heat of formation (generation enthalpy) of the crystal was calculated. The heat of formation is reaction heat accompanied by a reaction of synthesizing 1 mol of a compound from a simple substance constituting the substance, with the heat of formation of a stable simple substance as zero reference. Generally, it is described as a generation enthalpy change ΔHf as a heat of generation under a constant pressure. When the enthalpy balance of the process of changing from reactant to product takes a negative value, heat is released out of the reaction system and an exothermic reaction occurs. That is, the product can be present.
(生成エンタルピーの計算式)
例えば、Li21Ge3P3S24の場合、生成エンタルピーは以下の式で示すことができる。
生成エンタルピー=21Etot(Li金属)+3Etot(Ge金属)+3Etot(P結晶)+24Etot(S結晶)−Etot(Li21Ge3P3S24結晶)
なお、Etotは、第一原理計算から求められる結晶の電子状態のトータルエネルギーにおける各原子1個分のエネルギーである。
(Calculation formula of generation enthalpy)
For example, in the case of Li 21 Ge 3 P 3 S 24 , the generation enthalpy can be expressed by the following equation.
Generation enthalpy = 21E tot (Li metal) + 3E tot (Ge metal) + 3E tot (P crystal) + 24E tot (S crystal) −E tot (Li 21 Ge 3 P 3 S 24 crystal)
Note that E tot is the energy of one atom in the total energy of the electronic state of the crystal obtained from the first principle calculation.
(第一原理計算)
第一原理計算は、以下の手順で行う。まず、関連する結晶の格子定数、空間群、原子座標の実験値を基に計算モデルを構築する。次に、一般的な第一原理計算ソフト(CASTEP、VASP等)にて構造最適化計算ツールにより内部エネルギーが極小になるように格子定数、原子位置を最適化する。これと同時に結晶の電子状態のトータルエネルギーが算出される。得られた各結晶の電子状態のトータルエネルギーを基に、上記計算式にて生成エンタルピーを算出する。また、第一原理計算の手法として、電子波動関数の記述には平面波基底を、交換相互作用には一般化勾配近似(GGA−PBE)を、内殻電子の取り扱いにはPAW法を用いる。計算条件については、結晶ごとに最適化する。
(First-principles calculation)
The first principle calculation is performed according to the following procedure. First, a calculation model is constructed based on the experimental values of the related crystal lattice constant, space group, and atomic coordinates. Next, the lattice constant and the atom position are optimized by a structure optimization calculation tool using general first-principles calculation software (CASTEP, VASP, etc.) so that the internal energy is minimized. At the same time, the total energy of the electronic state of the crystal is calculated. Based on the total energy of the electronic state of each crystal obtained, the generation enthalpy is calculated by the above formula. As a first-principles calculation method, a plane wave basis is used for describing an electron wave function, a generalized gradient approximation (GGA-PBE) is used for exchange interaction, and a PAW method is used for handling inner-shell electrons. The calculation conditions are optimized for each crystal.
[計算例2〜6]
製造例5に記載の組成Li3.5Ge0.5P0.5S4(Li21Ge3P3S24)について、Geを、それぞれSn、Pb、Zr、Al、Bに置換した場合、本発明における所定の結晶構造が存在し得るか否かを第一原理計算により推定した。なお、計算例5、6は、Liを添加した場合の結果である。
[Calculation Examples 2 to 6]
For the composition Li 3.5 Ge 0.5 P 0.5 S 4 (Li 21 Ge 3 P 3 S 24 ) described in Production Example 5, when Ge is replaced with Sn, Pb, Zr, Al, and B, respectively Whether or not the predetermined crystal structure in the present invention can exist was estimated by the first principle calculation. Calculation examples 5 and 6 are results when Li is added.
[評価6]
第一原理計算の結果を表4に示す。
[Evaluation 6]
The results of the first principle calculation are shown in Table 4.
表4に示されるように、生成エンタルピーは、いずれも負となった。これは、Geを上記の各元素で置換した場合に、所望の結晶が合成できることを示唆するものである。 As shown in Table 4, the production enthalpies were all negative. This suggests that a desired crystal can be synthesized when Ge is substituted with each of the above elements.
1 … 硫化物固体電解質材料
2 … 結着材
10 … 固体電解質材料含有体
11 … 正極活物質層
12 … 負極活物質層
13 … 電解質層
14 … 正極集電体
15 … 負極集電体
16 … 電池ケース
20 … 電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sulfide solid electrolyte material 2 ... Binder 10 ... Solid electrolyte material containing body 11 ... Positive electrode active material layer 12 ... Negative electrode active material layer 13 ... Electrolyte layer 14 ... Positive electrode collector 15 ... Negative electrode collector 16 ... Battery Case 20 ... Battery
Claims (6)
主鎖に二重結合を有するポリマーである結着材と、を含有することを特徴とする固体電解質材料含有体。 It has a composition of Li (4-x) Ge (1-x) P x S 4 (x satisfies 0 <x <1), and 2θ = 20.18 ° in X-ray diffraction measurement using CuKα rays. It has a peak at the positions of ± 0.50 °, 20.44 ° ± 0.50 °, 26.96 ° ± 0.50 °, 29.58 ° ± 0.50 °, and 2θ = 29.58 °. the diffraction intensity of the peak of ± 0.50 ° and I a, the diffraction intensity of the peak of 2θ = 27.33 ° ± 0.50 ° when the I B, the value of I B / I a is 0.50 A sulfide solid electrolyte material that is less than, and
A solid electrolyte material-containing body comprising: a binder which is a polymer having a double bond in the main chain.
前記正極活物質層、前記負極活物質層および前記電解質層の少なくとも一つが、請求項1から請求項5までのいずれかの請求項に記載の固体電解質材料含有体であることを特徴とする電池。 A battery comprising a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and an electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. And
6. The battery according to claim 1, wherein at least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the electrolyte layer is the solid electrolyte material-containing body according to any one of claims 1 to 5. .
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WO2014186634A2 (en) * | 2013-05-15 | 2014-11-20 | Quantumscape Corporation | Solid state catholyte or electrolyte for battery using liampbsc (m = si, ge, and/or sn) |
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JP5975071B2 (en) * | 2014-07-22 | 2016-08-23 | トヨタ自動車株式会社 | Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material |
KR101637775B1 (en) | 2014-12-11 | 2016-07-07 | 현대자동차주식회사 | Sulfide-based solid electrolyte sheet and all solid battery using the same |
WO2016125716A1 (en) * | 2015-02-04 | 2016-08-11 | 富士フイルム株式会社 | All-solid secondary cell, solid electrolyte composition and cell electrode sheet used in same, and method for manufacturing cell electrode sheet and all-solid secondary cell |
CN107112587B (en) * | 2015-02-12 | 2019-03-19 | 富士胶片株式会社 | Solid state secondary battery, solid electrolyte composition, battery electrode sheet |
US10446872B2 (en) | 2015-08-04 | 2019-10-15 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Solid electrolyte and lithium battery including the same |
KR102393999B1 (en) * | 2015-11-13 | 2022-05-02 | 한국전기연구원 | Normal pressure synthesis of sulfide solid electrolyte composition for the solid lithium secondary batteries |
JP6352960B2 (en) * | 2016-02-09 | 2018-07-04 | 国立大学法人東京工業大学 | Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material |
US9972863B2 (en) | 2016-07-29 | 2018-05-15 | Blue Current, Inc. | Compliant solid-state ionically conductive composite electrolytes and materials |
CN106784690B (en) * | 2016-12-23 | 2019-06-11 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | A kind of composite positive pole and preparation method thereof and all solid state lithium-sulfur cell |
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