JP6025981B2 - 結晶性固体電解質及びその製造方法 - Google Patents
結晶性固体電解質及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6025981B2 JP6025981B2 JP2015525065A JP2015525065A JP6025981B2 JP 6025981 B2 JP6025981 B2 JP 6025981B2 JP 2015525065 A JP2015525065 A JP 2015525065A JP 2015525065 A JP2015525065 A JP 2015525065A JP 6025981 B2 JP6025981 B2 JP 6025981B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solid electrolyte
- crystalline solid
- mass
- plane
- content
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 title claims description 62
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 12
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 25
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 19
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 claims description 14
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 9
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 8
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- VKCLPVFDVVKEKU-UHFFFAOYSA-N S=[P] Chemical compound S=[P] VKCLPVFDVVKEKU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GLNWILHOFOBOFD-UHFFFAOYSA-N lithium sulfide Chemical compound [Li+].[Li+].[S-2] GLNWILHOFOBOFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KHDSWONFYIAAPE-UHFFFAOYSA-N silicon sulfide Chemical compound S=[Si]=S KHDSWONFYIAAPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000002366 halogen compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 18
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 10
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 5
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 4
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 239000002203 sulfidic glass Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 125000004185 ester group Chemical group 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000003701 mechanical milling Methods 0.000 description 3
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 3
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 239000012454 non-polar solvent Substances 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- GEHJYWRUCIMESM-UHFFFAOYSA-L sodium sulfite Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])=O GEHJYWRUCIMESM-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 150000003512 tertiary amines Chemical class 0.000 description 2
- 150000003573 thiols Chemical class 0.000 description 2
- FARHYDJOXLCMRP-UHFFFAOYSA-N 2-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]-1-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]pyrazol-3-yl]oxyacetic acid Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C=1C(=NN(C=1)CC(N1CC2=C(CC1)NN=N2)=O)OCC(=O)O FARHYDJOXLCMRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018091 Li 2 S Inorganic materials 0.000 description 1
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000004993 emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M lithium bromide Chemical compound [Li+].[Br-] AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 235000010265 sodium sulphite Nutrition 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
- H01M10/0562—Solid materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B17/00—Sulfur; Compounds thereof
- C01B17/20—Methods for preparing sulfides or polysulfides, in general
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B17/00—Sulfur; Compounds thereof
- C01B17/22—Alkali metal sulfides or polysulfides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
- H01B1/10—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances sulfides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
- H01M2300/008—Halides
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Primary Cells (AREA)
Description
しかし、硫黄を含有する硫化物固体電解質は反応性が極めて高いため、スラリーを調製する際に使用可能な分散媒が、トルエン、ヘプタン等の非極性溶媒に限られていた。
また、硫化物系固体電解質は、溶媒との反応性が高いために、溶媒に溶かしてペーストとした際に導電率が低下してしまうことが、本発明者の研究により分かってきた。
本実施形態に係る結晶性固体電解質(「本固体電解質」と称する)は、組成式(1):LixSiyPzSaHaw(式中、HaはBr、Cl、I及びFのいずれか一種又は二種以上を含む。2.4<(x−y)/(y+z)<3.3)で示され、Sの含有量が55〜73質量%であって、Siの含有量が2〜11質量%であって、且つ、Ha元素の含有量が0.02質量%以上であることを特徴とする結晶性固体電解質である。
さらに言えば、後述するように、メカニカルミリング処理を必要とせず、例えば通常のボールミルなどの手段で混合することにより製造できるから、生産性及び経済性においても実用的である。
かかる観点から、「(x−y)/(y+z)」は、2.5〜3.2であるのが好ましく、その中でも2.4〜3.1であるのがさらに好ましい。
また、Pの含有量(質量%)としては、4.6〜14.0質量%であるのが好ましく、中でも4.8質量%以上或いは13.7質量%以下、その中でも5.0質量%以上或いは13.5質量%以下であるのがさらに好ましい。
かかる観点から、Siの含有量は2〜11質量%であるのが好ましく、中でも3質量%以上或いは9質量%以下、その中でも4.5質量%以上或いは8.0質量%以下であるのがさらに好ましい。
かかる観点から、Ha元素の含有量は0.02質量%以上であるのが好ましく、中でも10質量%以下、その中でも3質量%以下であるのがさらに好ましい。
かかる観点から、S元素の含有量は55〜73質量%であるのが好ましく、中でも57質量%以上或いは72質量%以下、その中でも60質量%以上或いは71質量%以下であるのがより一層好ましい。
本固体電解質がこのようなXRDパターンを有する場合には、溶媒に浸漬した後の導電率をさらに高く維持することができる。具体的には、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)に浸漬した後の導電率(室温)を1×10−4S・cm−1以上とすることができる。
例えばHa元素としてI(ヨウ素)を含む場合には、2θ=24.8°±0.5°の位置にピークが出現する。
また、Ha元素としてBr(臭素)を含む場合には、2θ=25.2°±0.5°の位置にピークが出現する。
また、Ha元素としてCl(塩素)を含む場合には、2θ=25.6°±0.5°の位置にピークが出現する。
そして、Ha元素としてF(フッ素)を含む場合には、2θ=26.1°±0.5°の位置にピークが出現する。
次に、本固体電解質の製造方法の一例について説明する。但し、ここで説明する製造方法はあくまでも一例である。
上記の如く硫化水素ガス(H2S)流通下、500℃以上で焼成することにより、結晶性の高い固体電解質を得ることができる。また、650℃以下で焼成することにより、電子伝導の少ない固体電解質とすることができる。さらに575℃以下で焼成することにより、上記Li−Si−P−S型結晶構造(すなわち準安定構造)に由来するピークを有するものとなり、特に好ましい。
また、未反応のH2Sガスは、有毒ガスであるため、排気ガスをバーナーなどで完全燃焼させた後、水酸化ナトリウム溶液で中和させて亜硫酸ナトリウムなどとして処理するのが好ましい。
本固体電解質は、全固体リチウム二次電池又は全固体リチウム一次電池の固体電解質層や、正極・負極合材に混合する固体電解質等として使用できる。
例えば正極と、負極と、正極及び負極の間に上記の固体電解質からなる層を形成することで、全固体リチウム二次電池を構成することができる。
正極材としては、リチウム二次電池の正極活物質として使用されている正極材を適宜使用可能である。
負極材についても、リチウム二次電池の正極活物質として使用されている正極材を適宜使用可能である。
本発明において「固体電解質」とは、固体状態のままイオン、例えばLi+が移動し得る物質全般を意味する。
また、「X以上」(Xは任意の数字)或いは「Y以下」(Yは任意の数字)と記載した場合、「Xより大きいことが好ましい」或いは「Yより小さいことが好ましい」旨の意図を包含する。
表1に示した組成式となるように、硫化リチウム(Li2S)と、硫化リン(P2S5)と、硫化ケイ素(SiS2)と、ハロゲン化リチウムとして臭化リチウム(LiBr)とをそれぞれ秤量して混合し、容量100mLのアルミナ容器に原料の合計質量の20倍質量のジルコニウムボールと原料とを入れ、入江商会社製卓上型ボールミル「V−1M」で12時間粉砕して混合粉末を調製した。この混合粉末をカーボン製の容器に充填し、これを管状電気炉にて硫化水素ガス(H2S、純度100%)を1.0L/min流通させながら、昇降温速度300℃/hにて昇温した後、550℃で4時間焼成し、降温した。その後、試料を乳鉢で解砕し、目開き53μmの篩いで整粒して粉末状の試料を得た。
この際、上記秤量、混合、電気炉へのセット、電気炉からの取り出し、解砕及び整粒作業は全て、十分に乾燥されたArガス(露点−60℃以下)で置換されたグローブボックス内で実施した。
また、得られた試料を下記のようにX線回折測定したところ、2θ=20.2°、24.0°、25.2°、27.0°、29.1°、29.7°の位置にピークを確認した。これらのうち、20.2°±0.5°、24.0°±0.5°、29.7°±0.5°及び24.8°±0.5°〜26.1°±0.5°の各範囲のピーク値のみを表3に示した(下記実施例も同様)。
表1となるように原料の組成を変更した以外は、実施例1と同様にして試料を作製し、評価した。
実施例3において、焼成温度を575℃(実施例10)、525℃(実施例11)、650℃(実施例12)、600℃(実施例13)にそれぞれ変えて試料を作成し、評価した。
実施例1において、表1となるように原料の組成を変更した以外は、実施例1と同様にして試料を作製し、評価した。
実施例3において、H2Sの代わりにArをフローさせて650℃にて焼成を行って試料を作製し、評価した。
実施例3において、混合粉末を焼成しないでそのまま試料とし、評価した。
実施例3において、焼成温度を700℃に変更した以外は、実施例3と同様にして試料を作製し、評価した。
実施例・比較例で得られた試料について、生成相をX線回折法で測定した。また、各組成比をICP発光分析法で測定した。
図1には、実施例1〜13及び比較例1で得られた試料についてのX線回折チャートを示した。
実施例Li、Si、P、Ha、SにつきICP分析を行い、それらの分析値(質量%)をモル数に換算したうえで(x−y)/(y+z)の値を示した。
実施例・比較例で得た試料について、先ず下記要領で導電率(初期)を測定した。
次に、サンプルに対して10倍量(質量)のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶媒(温度25℃)又はその他の溶媒に浸漬し、300℃のホットプレートでNMP又はその他の溶媒を乾燥させた後、次のようにしてイオン導電率(単位S・cm−1)を測定した。
固体電解質は、リチウムイオン伝導により電気伝導性を発現するが、緩和時間については、経験的にバルク抵抗<粒界抵抗<電極界面抵抗の順で小さいことが知られているため、周波数に対してインピーダンスをプロット(コールコールプロットと称する)することで、各抵抗成分の大きさを求めることができる。そこで、本実施例では、バルク抵抗成分と粒界抵抗成分を合わせたものをイオン導電率として算出した。
この際、コールコールプロットにおいて、はっきりと横軸(位相差=0°)近傍にプロットが近づく点が現れない場合には、読み取りができないことになる。固体電解質は、電子ではなく、Li+などのイオンを通じる固体であるが、測定サンプルが電子伝導性を有する場合には、このように読み取りができなくなる。表中の「読取不能」とは、このように測定サンプルが電子伝導性を有しており、読み取りができなかった結果を示すものである。他方、表中の「測定不能」とは、測定される信号がノイズよりも小さいため正確な値をさせないことを示すものであり、具体的な数字として1×10−6S・cm−1未満である。
そして、このような新規Li−Si−P−S結晶構造を有すれば、溶媒に浸漬した後の導電率をさらに高く維持することができることが分かった。具体的には、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)に浸漬した後の導電率(室温)を1×10−4S・cm−1以上とすることができることが分かった。
Claims (7)
- 組成式:LixSiyPzSaHaw(式中、HaはBr、Cl、I及びFのいずれか一種又は二種以上を含む。2.4<(x−y)/(y+z)<3.3)で示され、Sの含有量が55〜73質量%であって、Siの含有量が2〜11質量%であって、且つ、Ha元素の含有量が0.02質量%以上であることを特徴とする結晶性固体電解質。
- N−メチル−2−ピロリドン(NMP)に浸漬した後の導電率(室温)が1×10 −5 S・cm −1 以上であることを特徴とする請求項1に記載の結晶性固体電解質。
- CuKα線を用いたX線回折測定で得られるXRDパターンにおいて、2θ=20.2°±0.5°、24.0°±0.5°及び29.7°±0.5°の位置に現れるピークと、2θ=24.8°±0.5°〜26.1°±0.5°の位置にピークと、を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の結晶性固体電解質。
- 請求項3における、2θ=20.2°±0.5°、24.0°±0.5°及び29.7°±0.5°の位置に現れるピークは、Li−Si−P−S型結晶構造に由来するピークであり、当該Li−Si−P−S型結晶構造は、結晶格子中の位置座標においてa=bの正方晶であり、PS4またはSiS4四面体の中心がa=0、b=0、c=0.5の位置と、a=0、b=0.5、c=0.69の位置と、以下の対称性を満たす位置とに存在しており、その対称性はa=0、b=0.5を通るc軸がc=0.5ずつ並進する4回らせん対称を持っており、004面が110方向の映進面となり、220面が001方向の映進面となり、200面が鏡映面となっている結晶構造であることを特徴とする請求項3に記載の結晶性固体電解質。
- 請求項1〜4の何れかに記載の結晶性固体電解質を用いてなる構成を備えたリチウム二次電池。
- 硫化リチウムと、硫化リンと、硫化ケイ素と、ハロゲン化合物とを含む原料を混合し、硫化ガス雰囲気下において、500〜650℃で焼成する工程を備えた結晶性固体電解質の製造方法。
- ハロゲンが、Br、Cl、I及びFのいずれか一種又は二種以上であることを特徴とする請求項6に記載の結晶性固体電解質の製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013140678 | 2013-07-04 | ||
JP2013140678 | 2013-07-04 | ||
PCT/JP2014/055136 WO2015001818A1 (ja) | 2013-07-04 | 2014-02-28 | 結晶性固体電解質及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6025981B2 true JP6025981B2 (ja) | 2016-11-16 |
JPWO2015001818A1 JPWO2015001818A1 (ja) | 2017-02-23 |
Family
ID=52143415
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015525065A Active JP6025981B2 (ja) | 2013-07-04 | 2014-02-28 | 結晶性固体電解質及びその製造方法 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10644348B2 (ja) |
EP (1) | EP3018660B1 (ja) |
JP (1) | JP6025981B2 (ja) |
KR (1) | KR101729091B1 (ja) |
CN (1) | CN105210154B (ja) |
TW (1) | TWI610485B (ja) |
WO (1) | WO2015001818A1 (ja) |
Families Citing this family (32)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105518906B (zh) | 2013-05-15 | 2019-04-16 | 量子世界公司 | 用于使用LiAMPBSC的电池的固态阴极电解质或电解质(M=Si、Ge和/或Sn) |
JP6044588B2 (ja) * | 2014-05-15 | 2016-12-14 | トヨタ自動車株式会社 | 硫化物固体電解質材料、電池および硫化物固体電解質材料の製造方法 |
WO2015187466A1 (en) | 2014-06-04 | 2015-12-10 | Quantumscape Corporation | Electrode materials with mixed particle sizes |
JP6222134B2 (ja) * | 2015-02-25 | 2017-11-01 | トヨタ自動車株式会社 | 硫化物固体電解質材料、電池および硫化物固体電解質材料の製造方法 |
US10374254B2 (en) | 2015-06-24 | 2019-08-06 | Quantumscape Corporation | Composite electrolytes |
EP3384548A4 (en) | 2015-12-04 | 2019-07-24 | QuantumScape Corporation | COMPOSITIONS OF ELECTROLYTES AND CATHOLYTES COMPRISING LITHIUM, PHOSPHORUS, SULFUR AND IODINE, ELECTROLYTE MEMBRANES FOR ELECTROCHEMICAL DEVICES, AND ANNEALING METHODS FOR THE PRODUCTION OF THESE ELECTROLYTES AND CATHOLYTES |
US10879558B2 (en) | 2015-12-22 | 2020-12-29 | Toyota Motor Europe | Materials for solid electrolyte |
JP6719202B2 (ja) * | 2015-12-24 | 2020-07-08 | 出光興産株式会社 | 硫化物固体電解質、硫化物ガラス、電極合材及びリチウムイオン電池 |
KR101846695B1 (ko) * | 2016-08-18 | 2018-04-06 | 현대자동차주식회사 | 전고체 전지용 양극 슬러리 조성물 및 이를 포함하는 전고체 전지용 양극 |
EP3504749A4 (en) | 2016-08-29 | 2020-05-06 | QuantumScape Corporation | SOLID STATE RECHARGEABLE BATTERY CATHOLYTES, BATTERY ARCHITECTURES SUITABLE FOR USE WITH SUCH CATHOLYTES, AND METHODS OF MAKING AND USING THE SAME |
EP3511948B1 (en) | 2016-09-12 | 2021-05-12 | Idemitsu Kosan Co.,Ltd. | Sulfide solid electrolyte |
JP6686860B2 (ja) * | 2016-12-09 | 2020-04-22 | トヨタ自動車株式会社 | 硫化物固体電解質の製造方法 |
JP6936251B2 (ja) * | 2016-12-14 | 2021-09-15 | 出光興産株式会社 | 硫化物固体電解質の製造方法 |
JP6997216B2 (ja) | 2017-12-28 | 2022-01-17 | 三井金属鉱業株式会社 | 固体電解質 |
EP3751642A4 (en) | 2018-02-05 | 2021-03-24 | FUJIFILM Corporation | SOLID ELECTROLYTE COMPOSITION AND METHOD OF PRODUCTION, SHEET CONTAINING A SOLID ELECTROLYTE, AND METHODS FOR MANUFACTURING SHEET OF ANY SOLID RECHARGEABLE BATTERY ELECTRODE AND ANY SOLID RECHARGEABLE BATTERY |
JP7077766B2 (ja) * | 2018-05-18 | 2022-05-31 | トヨタ自動車株式会社 | 硫化物系固体電解質、当該硫化物系固体電解質の製造方法、及び、全固体電池の製造方法 |
JP7294334B2 (ja) * | 2018-06-13 | 2023-06-20 | 三菱瓦斯化学株式会社 | Lgps系固体電解質および製造方法 |
WO2019241642A1 (en) * | 2018-06-15 | 2019-12-19 | Georgia Tech Research Corporation | Solid electrolyte materials and methods of making the same |
US11108084B2 (en) | 2018-11-08 | 2021-08-31 | Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. | Sulfide solid electrolyte and battery |
CN112020477B (zh) * | 2018-11-08 | 2024-02-23 | 三井金属矿业株式会社 | 含硫化合物、固体电解质及电池 |
CN113631507A (zh) * | 2019-04-19 | 2021-11-09 | 三井金属矿业株式会社 | 硫化物固体电解质的制造方法 |
WO2021049414A1 (ja) * | 2019-09-11 | 2021-03-18 | 三井金属鉱業株式会社 | 硫化物固体電解質 |
WO2021049665A1 (ja) | 2019-09-13 | 2021-03-18 | 三井金属鉱業株式会社 | 電極合材並びにそれを用いた電極層及び固体電池 |
US20230074355A1 (en) | 2020-03-24 | 2023-03-09 | Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. | Active material, electrode mixture containing said active material, and battery |
CN111977681B (zh) * | 2020-08-08 | 2023-10-10 | 天目湖先进储能技术研究院有限公司 | 硫化物固态电解质材料及其原料的气相合成方法及应用 |
JPWO2022045302A1 (ja) | 2020-08-28 | 2022-03-03 | ||
JPWO2022054705A1 (ja) | 2020-09-11 | 2022-03-17 | ||
JPWO2022210471A1 (ja) * | 2021-03-31 | 2022-10-06 | ||
US20220399537A1 (en) | 2021-06-10 | 2022-12-15 | Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. | Active Material and Process for Producing the Same |
WO2023090289A1 (ja) * | 2021-11-16 | 2023-05-25 | 三井金属鉱業株式会社 | 固体電解質及びその製造方法 |
US20240088429A1 (en) | 2021-11-17 | 2024-03-14 | Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. | Battery |
WO2023163071A1 (ja) | 2022-02-26 | 2023-08-31 | 三井金属鉱業株式会社 | 複合材料及びその製造方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010212058A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Toyota Motor Corp | 固体電解質層の製造方法 |
WO2011118801A1 (ja) * | 2010-03-26 | 2011-09-29 | 国立大学法人東京工業大学 | 硫化物固体電解質材料、電池および硫化物固体電解質材料の製造方法 |
JP2012212652A (ja) * | 2011-03-18 | 2012-11-01 | Toyota Motor Corp | スラリー、固体電解質層の製造方法、電極活物質層の製造方法、および全固体電池の製造方法 |
JP2013016423A (ja) * | 2011-07-06 | 2013-01-24 | Toyota Motor Corp | 硫化物固体電解質材料、リチウム固体電池、および、硫化物固体電解質材料の製造方法 |
WO2013069243A1 (ja) * | 2011-11-07 | 2013-05-16 | 出光興産株式会社 | 固体電解質 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3284215B2 (ja) | 1992-09-29 | 2002-05-20 | 松下電器産業株式会社 | 硫化物系リチウムイオン導電性固体電解質の製造法 |
JP3433173B2 (ja) | 2000-10-02 | 2003-08-04 | 大阪府 | 硫化物系結晶化ガラス、固体型電解質及び全固体二次電池 |
US20100047691A1 (en) | 2006-10-25 | 2010-02-25 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Lithium secondary battery |
JP5594253B2 (ja) * | 2011-08-08 | 2014-09-24 | トヨタ自動車株式会社 | 硫化物固体電解質材料、リチウム固体電池、および、硫化物固体電解質材料の製造方法 |
JP5888610B2 (ja) | 2011-12-22 | 2016-03-22 | 国立大学法人東京工業大学 | 硫化物固体電解質材料、電池および硫化物固体電解質材料の製造方法 |
-
2014
- 2014-02-28 CN CN201480026450.6A patent/CN105210154B/zh active Active
- 2014-02-28 EP EP14820104.9A patent/EP3018660B1/en active Active
- 2014-02-28 KR KR1020157028151A patent/KR101729091B1/ko active IP Right Grant
- 2014-02-28 WO PCT/JP2014/055136 patent/WO2015001818A1/ja active Application Filing
- 2014-02-28 JP JP2015525065A patent/JP6025981B2/ja active Active
- 2014-02-28 US US14/902,021 patent/US10644348B2/en active Active
- 2014-03-12 TW TW103108609A patent/TWI610485B/zh active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010212058A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Toyota Motor Corp | 固体電解質層の製造方法 |
WO2011118801A1 (ja) * | 2010-03-26 | 2011-09-29 | 国立大学法人東京工業大学 | 硫化物固体電解質材料、電池および硫化物固体電解質材料の製造方法 |
JP2012212652A (ja) * | 2011-03-18 | 2012-11-01 | Toyota Motor Corp | スラリー、固体電解質層の製造方法、電極活物質層の製造方法、および全固体電池の製造方法 |
JP2013016423A (ja) * | 2011-07-06 | 2013-01-24 | Toyota Motor Corp | 硫化物固体電解質材料、リチウム固体電池、および、硫化物固体電解質材料の製造方法 |
WO2013069243A1 (ja) * | 2011-11-07 | 2013-05-16 | 出光興産株式会社 | 固体電解質 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JPN6016027830; KENNEDY J H, ZHANG Z: 'Improved stability for the SiS2-P2S5-Li2S-LiI Glass system' Solid State Ionics Vol.28/30 No.Pt.1, 198809, 726-728 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20160164136A1 (en) | 2016-06-09 |
TWI610485B (zh) | 2018-01-01 |
TW201503454A (zh) | 2015-01-16 |
EP3018660A4 (en) | 2016-11-30 |
EP3018660A1 (en) | 2016-05-11 |
EP3018660B1 (en) | 2018-12-19 |
CN105210154A (zh) | 2015-12-30 |
WO2015001818A1 (ja) | 2015-01-08 |
JPWO2015001818A1 (ja) | 2017-02-23 |
KR101729091B1 (ko) | 2017-04-21 |
CN105210154B (zh) | 2017-07-14 |
US10644348B2 (en) | 2020-05-05 |
KR20150131127A (ko) | 2015-11-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6025981B2 (ja) | 結晶性固体電解質及びその製造方法 | |
CN111512397B (zh) | 固体电解质 | |
CN109417194B (zh) | 锂二次电池用硫化物系固体电解质 | |
JP5701741B2 (ja) | 硫化物系固体電解質 | |
JP6595152B2 (ja) | リチウム二次電池の固体電解質及び当該固体電解質用硫化物系化合物 | |
JP5701808B2 (ja) | 硫化物系固体電解質の製造方法 | |
WO2015011937A1 (ja) | リチウムイオン電池用硫化物系固体電解質 | |
KR102151511B1 (ko) | 황화물계 고체 전해질 입자 | |
WO2021049414A1 (ja) | 硫化物固体電解質 | |
CN112106230A (zh) | 固体电解质、电极合剂、固体电解质层及全固体电池 | |
JP7301005B2 (ja) | 硫化物系固体電解質及び全固体リチウムイオン電池 | |
KR20230130071A (ko) | 고체 전해질 및 그 제조 방법 | |
TW202138293A (zh) | 固體電解質 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160901 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20161004 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161011 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6025981 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |