JP5956246B2 - Solid electrolyte and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、固体電解質及びその製造方法に関し、特に、電気自動車、ハイブリッド自動車及び電子機器等に用いられるリチウムイオン電池に利用可能な固体電解質及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a solid electrolyte and a manufacturing method thereof, and more particularly to a solid electrolyte that can be used for a lithium ion battery used in an electric vehicle, a hybrid vehicle, an electronic device, and the like, and a manufacturing method thereof.

近年、環境負荷の低減を目的として、自動車において、モータで駆動する電気自動車や、モータとエンジンとを組み合わせて駆動するハイブリッド自動車等の研究開発が活発に行われている。このような自動車には、車体の軽量化のみならず、モータの高出力化及び小型化、さらには電池の改良が求められる。特に、電池の改良には、エネルギー密度の向上はもちろんのこと、安全性の向上が重要である。このことは、自動車のみならず、携帯電話、デジタルカメラ及びパソコン等の電子機器も同様である。   In recent years, for the purpose of reducing environmental load, research and development of an electric vehicle driven by a motor, a hybrid vehicle driven by combining a motor and an engine, and the like have been actively conducted. Such automobiles are required not only to reduce the weight of the vehicle body, but also to increase the output and size of the motor and to improve the battery. In particular, in order to improve the battery, not only the energy density but also the safety is important. This applies not only to automobiles but also to electronic devices such as mobile phones, digital cameras, and personal computers.

例えば、現在ではリチウムイオン電池が主流となりつつあるが、このリチウムイオン電池では、非水系電解質溶液が、正極と負極との間にセパレータと共に含有されており、この非水系電解質溶液は、耐熱性が低くて、摂氏数百度程度で分解する。このため、電池が発熱して発火するという懸念がある。   For example, at present, lithium ion batteries are becoming mainstream. In this lithium ion battery, a non-aqueous electrolyte solution is contained together with a separator between a positive electrode and a negative electrode, and this non-aqueous electrolyte solution has heat resistance. It is low and decomposes at around several hundred degrees Celsius. For this reason, there is a concern that the battery generates heat and ignites.

そこで、上記のような非水系電解質溶液に代わる、耐熱性が高く且つイオン伝導性を有する固体電解質の研究開発も進められている。   Therefore, research and development of a solid electrolyte having high heat resistance and ionic conductivity, which replaces the non-aqueous electrolyte solution as described above, is also in progress.

このような固体電解質として、特許文献1には、非晶質LiS−P、ガラスセラミックス及びLiAlTiPOが開示されている。 As such a solid electrolyte, Patent Document 1 discloses amorphous Li 2 S—P 2 S 5 , glass ceramics, and LiAlTiPO x .

また、特許文献2には、Liイオン伝導性に優れた固体電解質材料として、LiS−Pの他に、LiS−SiS、LiS−GeS及びLiSAl等が開示されている。さらに、結晶構造が安定なシェブレル相化合物であるMoを正極活物質として用いることが開示されている。 Patent Document 2 discloses Li 2 S—SiS 2 , Li 2 S—GeS 2 and Li 2 SAl 2 in addition to Li 2 S—P 2 S 5 as solid electrolyte materials having excellent Li ion conductivity. S 3 or the like have been disclosed. Furthermore, it is disclosed that Mo 6 S 8 which is a chevrel phase compound having a stable crystal structure is used as a positive electrode active material.

また、非特許文献1には、オキソニウムイオンを含む(HO)MoCl14・6HOが開示されている。 Further, Non-Patent Document 1, including the oxonium ions (H 3 O) 2 Mo 6 Cl 14 · 6H 2 O is disclosed.

特開2011−40282号公報JP 2011-40282 A 特開2010−282815号公報JP 2010-282815 A

F.W.Koknat、外3名,“CONVENIENT SYNTHESIS OF THE HEXANUCLEAR MOLYBDENUM(II) HALIDES Mo6Cl12 AND Mo6Br12・2H2O”,(英国),INORG.NUCL.CHEM.LETTERS,Pergamon Press Ltd.,1980年,第16巻,p.307−310FWKoknat, 3 others, “CONVENIENT SYNTHESIS OF THE HEXANUCLEAR MOLYBDENUM (II) HALIDES Mo6Cl12 AND Mo6Br12 ・ 2H2O” (UK), INORG.NUCL.CHEM.LETTERS, Pergamon Press Ltd., 1980, Vol. 16, p. . 307-310

非特許文献1に記載のモリブデン塩化物クラスターの骨格を有する材料は、その結晶構造が層状の構造であるため、その層間をプロトン及びLiイオンが通過できることが知られている。このため、それは、高いイオン伝導性を有する良好な固体電解質を得るための材料として期待できる。また、特許文献2に記載の正極活物質として用いられたシェブレル相化合物は、Moの八面体構造を基本構造とした層状構造を有しており、上記と同様に高いイオン伝導性を有する。このため、シェブレル相化合物は、優れた固体電解質としても利用可能であると考えられる。 The material having a molybdenum chloride cluster skeleton described in Non-Patent Document 1 is known to allow protons and Li ions to pass between the layers because the crystal structure is a layered structure. For this reason, it can be expected as a material for obtaining a good solid electrolyte having high ionic conductivity. Further, the chevrel phase compound used as the positive electrode active material described in Patent Document 2 has a layered structure having a basic structure of the octahedral structure of Mo 6 and has high ionic conductivity as described above. For this reason, it is considered that the chevrel phase compound can be used as an excellent solid electrolyte.

但し、優れた固体電解質であるためには、イオン伝導性を有する他に、固体電解質内における電子の通過を抑制できる、すなわち、電子伝導性が小さいことが必要である。   However, in order to be an excellent solid electrolyte, in addition to having ionic conductivity, it is necessary that the passage of electrons in the solid electrolyte can be suppressed, that is, the electron conductivity is small.

上記文献には、電子伝導性に関しての記載はないが、特に、Mo等のシェブレル相化合物は、ユニット間のMo−S結合により高い電子伝導性を有することが知られている。このため、Mo等のシェブレル相化合物は、高いイオン伝導性を有するにもかかわらず、固体電解質として利用することは困難である。 Although the above document does not describe electronic conductivity, it is known that chevrel phase compounds such as Mo 6 S 8 have high electron conductivity due to Mo—S bonds between units. For this reason, chevrel phase compounds such as Mo 6 S 8 are difficult to use as solid electrolytes despite having high ionic conductivity.

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電子伝導性が小さい良好な固体電解質を得ることにある。   This invention is made | formed in view of said problem, The objective is to obtain the favorable solid electrolyte with small electronic conductivity.

前記の目的を達成するために、本発明は、固体電解質をシェブレル相化合物にピリジンを配位させた配位化合物を含む構成とする。   In order to achieve the above object, the present invention is configured such that the solid electrolyte includes a coordination compound in which pyridine is coordinated to a chevrel phase compound.

具体的に、本発明に係る固体電解質は、モリブデン及び硫黄を含むシェブレル相化合物にピリジンが配位された配位化合物に、リチウムイオンが導入されて構成された、非晶質構造を有する材料を含み、該材料の電子伝導度は、真空又はアルゴン雰囲気において、20℃で3.7×10 −7 S/cm以下であることを特徴とする。 Specifically, the solid electrolyte according to the present invention is made of a material having an amorphous structure, in which lithium ions are introduced into a coordination compound in which pyridine is coordinated to a chevrel phase compound containing molybdenum and sulfur. seen including, electronic conductivity of the material, in a vacuum or an argon atmosphere, characterized in that at 20 ° C. is not more than 3.7 × 10 -7 S / cm.

本発明者の実験・研究によれば、シェブレル相化合物にピリジンを配位することにより、その電子伝導性を低減することが可能となる。さらに、そのような配位化合物にリチウムイオンを導入することにより、リチウムイオンの伝導性を有し且つ電子伝導性が低い固体電解質を得ることができる。このような固体電解質は、例えばリチウムイオン電池に利用することができ、その場合、非水系液体電解質を用いる場合と異なり、セパレータを設ける必要が無くなる。さらに、非水系液体電解質よりも耐熱性が高いため、発熱及び発火を防ぐことができる。   According to the experiment and research of the present inventor, it is possible to reduce the electron conductivity by coordinating pyridine to the chevrel phase compound. Furthermore, by introducing lithium ions into such a coordination compound, a solid electrolyte having lithium ion conductivity and low electronic conductivity can be obtained. Such a solid electrolyte can be used for, for example, a lithium ion battery. In that case, unlike the case of using a non-aqueous liquid electrolyte, it is not necessary to provide a separator. Furthermore, since it has higher heat resistance than the non-aqueous liquid electrolyte, heat generation and ignition can be prevented.

本発明の固体電解質の製造方法は、モリブデン及び硫黄を含むシェブレル相化合物にピリジンが配位された配位化合物に、リチウムイオンが導入されて構成された、非晶質構造を有する材料を含む固体電解質の製造方法であって、配位化合物をブチルリチウム/ヘキサン混合液に浸漬することにより、配位化合物にリチウムイオンを導入する工程を備えていることを特徴とする。また、その工程の代わりに、配位化合物をナフタレン/リチウム/テトラヒドロフラン混合液に浸漬することにより、配位化合物にリチウムイオンを導入する工程を備えていてもよい。 The method for producing a solid electrolyte according to the present invention includes a solid containing a material having an amorphous structure, in which lithium ions are introduced into a coordination compound in which pyridine is coordinated to a chevrel phase compound containing molybdenum and sulfur. a manufacturing method of the electrolyte, by immersing the coordination compound to the butyl lithium / hexane mixture, characterized that you have provided the step of introducing the lithium ion to the coordination compound. Moreover, you may provide the process of introduce | transducing a lithium ion into a coordination compound by immersing a coordination compound in a naphthalene / lithium / tetrahydrofuran liquid mixture instead of the process.

本発明に係る固体電解質及びその製造方法によると、電子伝導性が低い良好な固体電解質を得ることが可能となる。   According to the solid electrolyte and the manufacturing method thereof according to the present invention, it is possible to obtain a good solid electrolyte with low electron conductivity.

シェブレル相化合物にピリジンが配位された配位化合物の結晶格子を示す図である。It is a figure which shows the crystal lattice of the coordination compound by which the pyridine coordinated to the chevrel phase compound. 本発明の実施例1及び実施例2に係る化合物のX線回折法による分析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result by the X ray diffraction method of the compound which concerns on Example 1 and Example 2 of this invention. (a)は本発明の実施例1に係る化合物の赤外分光法による分析結果を示す図であり、(b)は本発明の実施例2に係る化合物の赤外分光法による分析結果を示す図である。(A) is a figure which shows the analysis result by the infrared spectroscopy of the compound which concerns on Example 1 of this invention, (b) shows the analysis result by the infrared spectroscopy of the compound which concerns on Example 2 of this invention. FIG.

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用方法或いはその用途を制限することを意図するものでない。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is not intended to limit the invention, its method of application, or its application.

本発明に係る固体電解質は、モリブデン(Mo)及び硫黄(S)を含むシェブレル相化合物にピリジン(py)が配位された配位化合物に、リチウム(Li)イオンが導入されて構成された材料を含むことを特徴とする。   The solid electrolyte according to the present invention is a material in which lithium (Li) ions are introduced into a coordination compound in which pyridine (py) is coordinated to a chevrel phase compound containing molybdenum (Mo) and sulfur (S). It is characterized by including.

本明細書において、シェブレル相化合物とは、MMo(Mは金属元素であり、x≧0である。)で示される化合物をいう。すなわち、Moもシェブレル相化合物といい、Moに例えばLiイオンが導入されたLiMoもシェブレル相化合物という。また、本明細書において、これらのシェブレル相化合物に、配位子としてpyが配位した化合物を配位化合物という。 In the present specification, the chevrel phase compound refers to a compound represented by M x Mo 6 S 8 (M is a metal element and x ≧ 0). That, Mo 6 S 8 also called Chevrel phase compounds, Li x Mo 6 S 8, for example Li ions Mo 6 S 8 has been introduced that Chevrel phase compounds. In this specification, a compound in which py is coordinated as a ligand to these chevrel phase compounds is referred to as a coordination compound.

シェブレル相化合物は、Moにより構成された八面体を基本構造とし、この構造同士が規則的に結合して安定的な結晶構造を示す。このような規則的に結合した基本構造同士の間にはイオン伝導パスが形成されており、本発明ではLiイオンが導入されているため、特にLiイオンの伝導性が高い固体電解質を得ることができる。 The chevrel phase compound has an octahedron composed of Mo 6 as a basic structure, and these structures are regularly bonded to each other to show a stable crystal structure. Since ion conduction paths are formed between such regularly bonded basic structures, and Li ions are introduced in the present invention, a solid electrolyte having particularly high Li ion conductivity can be obtained. it can.

さらに、本発明に係る固体電解質では、シェブレル相化合物にピリジンが配位されており、これにより、電子伝導性に起因するシェブレル相化合物のMo−S結合を低減することによって電子伝導性を低減できる。このため、ピリジンの配位数を増加することにより、電子伝導性をより低減することができる。   Furthermore, in the solid electrolyte according to the present invention, pyridine is coordinated to the chevrel phase compound, whereby the electron conductivity can be reduced by reducing the Mo-S bond of the chevrel phase compound resulting from the electron conductivity. . For this reason, the electron conductivity can be further reduced by increasing the coordination number of pyridine.

具体的に、図1に示すように、1分子のシェブレル相化合物当たりMo原子を6つ含み、これらの全てにピリジンが配位結合することにより、電子伝導性を0に極めて近い値にまで低減することができる。なお、このとき、シェブレル相化合物の安定な結晶構造は崩れて非晶質構造となる。   Specifically, as shown in FIG. 1, six Mo atoms per molecule of chevrel phase compound, and pyridine is coordinated to all of them to reduce the electronic conductivity to a value very close to zero. can do. At this time, the stable crystal structure of the chevrel phase compound collapses to an amorphous structure.

本発明に係る固体電解質の製造方法は、上記のようにピリジン(py)が配位され、且つ、リチウムが導入された配位化合物を合成できれば、特にその方法は限られない。   The method for producing a solid electrolyte according to the present invention is not particularly limited as long as it can synthesize a coordination compound in which pyridine (py) is coordinated and lithium is introduced as described above.

例えば、Moで示されるシェブレル相化合物の合成は、MoCl12等のMoを含む化合物と、NaSH等のSを含む化合物とを反応させることにより可能となる。また、上記のような化合物を用いてシェブレル相化合物を合成する際に、又は合成した後にピリジンをシェブレル相化合物に常法により配位させる。これにより、Mo(py)(0<y≦6)が生成されるが、この合成に用いる材料により他の分子が含まれていてもよく、例えば(NaS)Mo(py)(x≧0、0<y≦6)が合成されてもよい。このようにすると、シェブレル相化合物のユニット間の結合を無くして、隙間構造を形成することにより、電子伝導性を低減できると考えられる。なお、Moに配位されるpyの分子数は特に限定されないが、その数が多いほど固体電解質の電子伝導性を低減できる。 For example, a chevrel phase compound represented by Mo 6 S 8 can be synthesized by reacting a compound containing Mo such as MoCl 12 with a compound containing S such as NaSH. In addition, when a chevrel phase compound is synthesized using the above-described compound, or after the synthesis, pyridine is coordinated to the chevrel phase compound by a conventional method. Thereby, Mo 6 S 8 (py) y (0 <y ≦ 6) is generated, but other molecules may be included depending on the material used for the synthesis, for example, (Na 2 S) x Mo 6 S 8 (py) y (x ≧ 0, 0 <y ≦ 6) may be synthesized. If it does in this way, it will be thought that electronic conductivity can be reduced by eliminating the coupling | bonding between the units of a chevrel phase compound, and forming a clearance structure. The number of molecules of py coordinated to Mo 6 S 8 is not particularly limited, but as the number increases, the electron conductivity of the solid electrolyte can be reduced.

この後に、Liイオンを導入して(NaS)LiMo(py)(x≧0、0<y≦6、z>0)を生成する。Liイオンの導入方法は特に限定されないが、例えばブチルリチウム溶液等のリチウムを含む溶液に上記のように合成した化合物を浸漬することにより、リチウムイオンを化合物に導入できる。 Thereafter, Li ions are introduced to generate (Na 2 S) x Li z Mo 6 S 8 (py) y (x ≧ 0, 0 <y ≦ 6, z> 0). The method for introducing Li ions is not particularly limited. For example, lithium ions can be introduced into a compound by immersing the compound synthesized as described above in a solution containing lithium such as a butyl lithium solution.

このようにして得られた材料を用いて、本発明に係る固体電解質を製造することができる。   The solid electrolyte according to the present invention can be manufactured using the material thus obtained.

以下に、本発明に係る固体電解質及びその製造方法について詳細に説明するための実施例を示す。本実施例では、固体電解質を構成する材料として(NaS)LiMo(py)を製造し、その材料におけるピリジンの配位数と電子伝導性の関係について検討した。まず、pyの配位数が異なる2種類(低py数及び高py数)の(NaS)LiMo(py)の製造方法について、それぞれ実施例1及び実施例2として説明する。なお、本実施例で示す化学式中のx、y、zは、特に定めていない場合、x≧0、y>0、z>0である。 Below, the Example for demonstrating in detail about the solid electrolyte which concerns on this invention, and its manufacturing method is shown. In this example, (Na 2 S) x Li Z Mo 6 S 8 (py) y was produced as a material constituting the solid electrolyte, and the relationship between the coordination number of pyridine and the electron conductivity in the material was examined. First, the production method of (Na 2 S) x Li Z Mo 6 S 8 (py) y of two types (low py number and high py number) having different py coordination numbers is described in Example 1 and Example 2, respectively. Will be described. Note that x, y, and z in the chemical formulas shown in this example are x ≧ 0, y> 0, and z> 0 unless otherwise specified.

(実施例1)
<MoCl12の合成方法>
アルゴン雰囲気のドライボックス中で、1.093g(4mmol)のMoCl(シグマアルドリッチ社製)と、1.727g(18mmol)の金属Mo粉末(レアメタリック社製)とをメノウ乳鉢を用いて混合した。これに、予め粉砕した0.195g(3.3mmol)のNaCl(マナック社製)をさらに加えて混合し、混合物を石英管(φ=15mm)に真空封入した。これを電気炉に入れ、6〜8時間かけて720℃まで加熱し、12時間焼成した。その後、石英管中の焼成物を取り出し、大気中においてメノウ乳鉢を用いて磨り潰した。これを10mlのエタノール(ナカライテスク社製)に溶かし、20時間激しく撹拌した。撹拌した後に、その溶液をテフロン(登録商標,以下同じ。)フィルタにより濾過し、濾液に15mlの36%濃塩酸(ナカライテスク社製)を加えた。これにより、溶液中に白い沈殿物が生じ、これをブフナー漏斗を用いて濾過することによって除去した。続いて、得られた濾液を撹拌しながらヒーター(ホットプレート)で加熱して濃縮した。その濾液中に沈殿が5ml程度生じた後に、その濾液を水冷し放置することにより、黄色針状結晶を得た。この結晶を濃塩酸を用いて洗浄した後に、大気中で乾燥することにより、(HO)[MoCl14]6HOを得た。得られた(HO)[MoCl14]6HOをパイレックス(登録商標)管に入れ、真空ラインを用いて300℃で2時間加熱することによりMoCl12を得た。
Example 1
<Synthesis Method of Mo 6 Cl 12 >
Using an agate mortar, 1.093 g (4 mmol) of Mo 6 Cl 5 (manufactured by Sigma Aldrich) and 1.727 g (18 mmol) of metal Mo powder (manufactured by Rare Metallic) in a dry box in an argon atmosphere. Mixed. To this, 0.195 g (3.3 mmol) of NaCl (manufactured by Manac), which had been pulverized, was further added and mixed, and the mixture was vacuum-sealed in a quartz tube (φ = 15 mm). This was put in an electric furnace, heated to 720 ° C. over 6 to 8 hours, and baked for 12 hours. Thereafter, the fired product in the quartz tube was taken out and ground in the atmosphere using an agate mortar. This was dissolved in 10 ml of ethanol (Nacalai Tesque) and stirred vigorously for 20 hours. After stirring, the solution was filtered through a Teflon (registered trademark, the same applies hereinafter) filter, and 15 ml of 36% concentrated hydrochloric acid (manufactured by Nacalai Tesque) was added to the filtrate. This resulted in a white precipitate in the solution that was removed by filtration using a Buchner funnel. Subsequently, the obtained filtrate was heated and concentrated with a heater (hot plate) while stirring. After about 5 ml of precipitate was formed in the filtrate, the filtrate was cooled with water and allowed to stand to obtain yellow needle crystals. The crystals were washed with concentrated hydrochloric acid and then dried in the air to obtain (H 3 O) 2 [Mo 6 Cl 14 ] 6H 2 O. The obtained (H 3 O) 2 [Mo 6 Cl 14 ] 6H 2 O was placed in a Pyrex (registered trademark) tube and heated at 300 ° C. for 2 hours using a vacuum line to obtain Mo 6 Cl 12 .

<NaSHの合成方法>
次に、NaSH(HO)(シグマアルドリッチ社製)を120℃で3時間真空乾燥することにより、NaSHを得た。
<Method of synthesizing NaSH>
Next, NaSH (H 2 O) x (manufactured by Sigma-Aldrich) was vacuum dried at 120 ° C. for 3 hours to obtain NaSH.

<(NaS)LiMo(py)(低py数:以下、y〜2と示す。)の製造方法>
次に、アルゴン雰囲気のドライボックス中で、上記のようにして得られた1.0g(1mmol)のMoCl12と、0.67g(12mmol)のNaSHとを50mlのナスフラスコに入れた。さらに、その中に0.41g(6mmol)のNaOEt(東京化成工業社製)を入れた。ここに、15mlのエタノールと4mlのピリジン(片山化学工業社製)をさらに加えた後に、ナスフラスコに冷却管を取り付けた。ナスフラスコ及び冷却管内をアルゴン雰囲気で密封した状態で大気中にそれらを取り出し、2日間還流を行った。還流後のナスフラスコ内の混合液をテフロンフィルタを用いて濾過し、これにより得られた固体を三角フラスコに入れた。ここに、30mlのメタノール(ナカライテスク社製)を加えて2日間撹拌した後に、その溶液を濾過して、得られた生成物を真空乾燥することにより、約1.0gの(NaS)Mo(py)(y〜2)を得た。
<(Na 2 S) x Li Z Mo 6 S 8 (py) y ( Low py stars. Which hereinafter referred to as Y~2) process for producing>
Next, 1.0 g (1 mmol) of Mo 6 Cl 12 and 0.67 g (12 mmol) of NaSH obtained as described above were placed in a 50 ml eggplant flask in a dry box under an argon atmosphere. Furthermore, 0.41 g (6 mmol) of NaOEt (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was put therein. After further adding 15 ml of ethanol and 4 ml of pyridine (manufactured by Katayama Chemical Co., Ltd.), a cooling tube was attached to the eggplant flask. The eggplant flask and the cooling tube were sealed in an argon atmosphere, taken out into the atmosphere, and refluxed for 2 days. The mixed solution in the eggplant flask after refluxing was filtered using a Teflon filter, and the resulting solid was placed in an Erlenmeyer flask. To this, 30 ml of methanol (manufactured by Nacalai Tesque) was added and stirred for 2 days. Then, the solution was filtered, and the resulting product was vacuum-dried to obtain about 1.0 g of (Na 2 S). to obtain a x Mo 6 S 8 (py) y (y~2).

次に、60mgの(NaS)Mo(py)(y〜2)に2mlのブチルリチウム/ヘキサン溶液(関東化学社製)を加え、これを1日放置した。その後、その溶液をテフロンフィルタを用いて濾過することにより、(NaS)LiMo(py)(y〜2)を得た。 Next, 2 ml of a butyllithium / hexane solution (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was added to 60 mg of (Na 2 S) x Mo 6 S 8 (py) y ( y- 2), and this was left for 1 day. After that, the solution is filtered using a Teflon filter to give (Na 2 S) x Li Z Mo 6 S 8 (py) y (y~2).

(実施例2)
<(NaS)LiMo(py)(高py数:以下、y〜4と示す。)の製造方法>
上記の実施例1において合成された150mgの(NaS)Mo(py)(y〜2)を、アルゴン雰囲気のドライボックス中で50mlのナスフラスコに入れ、そこに5mlのピリジンを加えた。その後、ナスフラスコに冷却管を取り付け、ナスフラスコ及び冷却管内をアルゴン雰囲気で密封した状態で大気中にそれらを取り出し、10時間還流を行った。その後、室温にまで冷却し、約半日間撹拌した。これにより得られた混合液を濾過することにより、(NaS)Mo(py)(y〜4)を得た。
(Example 2)
<(Na 2 S) x Li Z Mo 6 S 8 (py) y ( High py stars. Which hereinafter referred to as Y~4) process for producing>
150 mg of (Na 2 S) x Mo 6 S 8 (py) y ( y- 2 ) synthesized in Example 1 above was placed in a 50 ml eggplant flask in a dry box under an argon atmosphere, and 5 ml of Pyridine was added. Thereafter, a cooling tube was attached to the eggplant flask, and the eggplant flask and the cooling tube were taken out in the atmosphere while being sealed in an argon atmosphere, and refluxed for 10 hours. Then, it cooled to room temperature and stirred for about half a day. By filtering the thus obtained mixture to obtain (Na 2 S) x Mo 6 S 8 (py) y (y~4).

次に、実施例1と同様に、ブチルリチウム/ヘキサン溶液と反応させることにより、(NaS)LiMo(py)(y〜4)を得た。 Then, in the same manner as in Example 1, by reaction with butyl lithium / hexane solution to give (Na 2 S) x Li Z Mo 6 S 8 (py) y (y~4).

なお、実施例1及び実施例2では、上記の方法でLiイオンを導入したが、100mg〜200mgの(NaS)Mo(py)(y〜2)に10mlのナフタレン−Li/THF溶液を加え、これを1日放置した後に、濾過及び無水ヘキサンによる洗浄を行うことによってLiイオンを導入してもよい。ナフタレン−Li/THF溶液は、128mg(1mmol)のナフタレンと、7mg(1mmol)のLi金属と、10mlのTHFとを混合することにより得られる。これらの工程は、アルゴン雰囲気のドライボックス中で行う。 In Example 1 and Example 2, Li ions were introduced by the above-described method, but 10 mg of naphthalene was added to 100 mg to 200 mg of (Na 2 S) x Mo 6 S 8 (py) y ( y- 2). After adding a Li / THF solution and allowing it to stand for 1 day, Li ions may be introduced by filtration and washing with anhydrous hexane. A naphthalene-Li / THF solution is obtained by mixing 128 mg (1 mmol) of naphthalene, 7 mg (1 mmol) of Li metal, and 10 ml of THF. These steps are performed in a dry box in an argon atmosphere.

(化合物の分析)
上記のようにして得られた実施例1の(NaS)LiMo(py)(y〜2)、及び実施例2の(NaS)LiMo(py)(y〜4)の構造を検討するために、それぞれに対してX線回折(X-ray diffraction:XRD)を行った。その結果を図2に示す。
(Analysis of compounds)
Obtained as described above was in Example 1 (Na 2 S) x Li Z Mo 6 S 8 (py) y (y~2), and in Example 2 (Na 2 S) x Li Z Mo 6 S In order to examine the structure of 8 (py) y ( y to 4), X-ray diffraction (XRD) was performed on each. The result is shown in FIG.

図2に示すように、XRDにおいて、実施例1及び実施例2の化合物では鋭いピークが見られなかった。このため、これらの化合物は非晶質構造を有することが確認できた。   As shown in FIG. 2, no sharp peak was observed in the compounds of Example 1 and Example 2 in XRD. Therefore, it was confirmed that these compounds have an amorphous structure.

次に、実施例1及び実施例2の化合物に対して、赤外分光法(infrared spectroscopy:IR法)を用いて、構造分析を行った。その結果を図3に示す。   Next, structural analysis was performed on the compounds of Example 1 and Example 2 using infrared spectroscopy (IR method). The result is shown in FIG.

図3(a)に示すように、実施例1の化合物のIRスペクトルにおいて、C=C及びC=Nの環伸縮による吸収である1300cm−1〜1700cm−1にピークが見られる。また、図3(b)に示すように、実施例2の化合物も1300cm−1〜1700cm−1にピークが見られる。これにより、実施例1及び実施例2の化合物の両方にピリジンが配位されていることが確認できた。 As shown in FIG. 3 (a), in the IR spectrum of the compound of Example 1, a peak is observed in the 1300cm -1 ~1700cm -1 is the absorption due to ring stretching of C = C and C = N. Further, as shown in FIG. 3 (b), a peak is observed in the compounds also 1300cm -1 ~1700cm -1 Example 2. This confirmed that pyridine was coordinated to both the compounds of Example 1 and Example 2.

(各元素の定量分析)
次に、実施例1及び実施例2の化合物に対して、X線光電子分光法(X-ray photoelectron spectroscopy:XPS法)を用いて、それらの構成元素の定量分析を行った。その結果を表1に示す。
(Quantitative analysis of each element)
Next, the components of Example 1 and Example 2 were quantitatively analyzed for their constituent elements using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS method). The results are shown in Table 1.

表1に示すように、実施例1と実施例2を比較すると、実施例2の方が窒素原子(N)の割合が大きくなっており、ピリジンがより多く配位していることが確認できた。   As shown in Table 1, when Example 1 and Example 2 are compared, it can be confirmed that Example 2 has a higher proportion of nitrogen atoms (N) and that more pyridine is coordinated. It was.

(電子伝導度の測定)
次に、実施例1及び実施例2の化合物を含む固体電解質の電子伝導性を評価するために、実施例1及び実施例2の化合物の電子伝導度を測定した。この測定のために、まず、それぞれの化合物からなるペレットを白金板で挟み、それらの白金板を直流電源に接続し、直流電流を流した。このときの、実施例1及び実施例2の化合物による直流抵抗を測定して、それぞれの化合物の電子伝導度を評価した。なお、白金板及び実施例1及び実施例2の化合物からなるペレットは、真空又はアルゴン雰囲気下で20℃の条件下に置いて、測定した。この条件における実施例1及び実施例2の化合物の電子伝導度を表2に示す。
(Measurement of electronic conductivity)
Next, in order to evaluate the electronic conductivity of the solid electrolyte containing the compound of Example 1 and Example 2, the electronic conductivity of the compound of Example 1 and Example 2 was measured. For this measurement, first, pellets made of the respective compounds were sandwiched between platinum plates, the platinum plates were connected to a DC power source, and a DC current was passed. At this time, the DC resistance of the compounds of Example 1 and Example 2 was measured, and the electronic conductivity of each compound was evaluated. In addition, the pellet which consists of a platinum plate and the compound of Example 1 and Example 2 was put on the conditions of 20 degreeC under vacuum or argon atmosphere, and measured. Table 2 shows the electronic conductivities of the compounds of Example 1 and Example 2 under these conditions.

表2に示すように、真空及びアルゴン雰囲気下で20℃の条件下では、実施例1の化合物の電子伝導度は、それぞれ3.7×10−7S/cm及び1.1×10−7S/cmと極めて低く、固体電解質として用いるのに良好であることが示された。また、ピリジンの配位数をより多くした実施例2の化合物の電子伝導度は、真空及びアルゴン雰囲気下で共に測定限界値の5.0×10−9S/cm以下であり、実施例1の化合物よりもさらに低い値であった。すなわち、実施例2の化合物も固体電解質として用いるのに良好であることが示された。 As shown in Table 2, the electronic conductivity of the compound of Example 1 is 3.7 × 10 −7 S / cm and 1.1 × 10 −7 under the conditions of 20 ° C. in vacuum and argon atmosphere, respectively. It was shown to be good for use as a solid electrolyte, as extremely low as S / cm. Further, the electronic conductivity of the compound of Example 2 in which the coordination number of pyridine was increased was 5.0 × 10 −9 S / cm or less of the measurement limit value in both vacuum and argon atmosphere. The value was even lower than that of the compound. That is, it was shown that the compound of Example 2 is also good for use as a solid electrolyte.

この結果から、シェブレル相化合物にピリジンを配位することにより、電子伝導度を低減することが可能となり、より良好な固体電解質を得ることができることが示された。   From this result, it was shown that by coordinating pyridine to the chevrel phase compound, the electron conductivity can be reduced, and a better solid electrolyte can be obtained.

本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車、電子機器等に利用可能なリチウムイオン電池等に用いられる固体電解質に有用である。   The present invention is useful for solid electrolytes used in lithium ion batteries and the like that can be used in electric vehicles, hybrid vehicles, electronic devices, and the like.

Claims (3)

モリブデン及び硫黄を含むシェブレル相化合物にピリジンが配位された配位化合物に、リチウムイオンが導入されて構成された、非晶質構造を有する材料を含み、
前記材料の電子伝導度は、真空又はアルゴン雰囲気において、20℃で3.7×10 −7 S/cm以下であることを特徴とする固体電解質。
Coordination compounds pyridine Chevrel phase compounds containing molybdenum and sulfur are coordinated, lithium ions are constructed by introducing, viewed contains a material having an amorphous structure,
A solid electrolyte, wherein the material has an electron conductivity of 3.7 × 10 −7 S / cm or less at 20 ° C. in a vacuum or an argon atmosphere .
モリブデン及び硫黄を含むシェブレル相化合物にピリジンが配位された配位化合物に、リチウムイオンが導入されて構成された、非晶質構造を有する材料を含む固体電解質の製造方法であって、
前記配位化合物をブチルリチウム/ヘキサン混合液に浸漬することにより、前記配位化合物に前記リチウムイオンを導入する工程を備えていることを特徴とする固体電解質の製造方法。
A method for producing a solid electrolyte comprising a material having an amorphous structure, wherein a lithium ion is introduced into a coordination compound in which pyridine is coordinated to a chevrel phase compound containing molybdenum and sulfur ,
A method for producing a solid electrolyte, comprising the step of introducing the lithium ions into the coordination compound by immersing the coordination compound in a butyllithium / hexane mixture.
モリブデン及び硫黄を含むシェブレル相化合物にピリジンが配位された配位化合物に、リチウムイオンが導入されて構成された、非晶質構造を有する材料を含む固体電解質の製造方法であって、
前記配位化合物をナフタレン/リチウム/テトラヒドロフラン混合液に浸漬することにより、前記配位化合物に前記リチウムイオンを導入する工程を備えていることを特徴とする固体電解質の製造方法。
A method for producing a solid electrolyte comprising a material having an amorphous structure, wherein a lithium ion is introduced into a coordination compound in which pyridine is coordinated to a chevrel phase compound containing molybdenum and sulfur ,
A method for producing a solid electrolyte, comprising the step of introducing the lithium ions into the coordination compound by immersing the coordination compound in a naphthalene / lithium / tetrahydrofuran mixed solution.
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