JP6256980B2 - Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material - Google Patents

Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material Download PDF

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Description

本発明は、イオン伝導性が良好な硫化物固体電解質材料に関する。   The present invention relates to a sulfide solid electrolyte material having good ion conductivity.

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 solution containing a flammable organic solvent, a safety device for preventing a temperature rise at the time of a short circuit and a structure for preventing a short circuit are required. 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、LiSおよびPに対してメカニカルミリングを行うことにより得られた硫化物固体電解質材料が開示されている。特に、非特許文献1では、LiS:P=75:25(Li/P=3)においては非晶質が得られているが、LiS:P=80:20(Li/P=4)においてはLiSのピークが残存している。また、特許文献1においては、Li−P−S系の結晶である硫化物系固体電解質が開示されている。また、特許文献2においては、LiSおよび架橋硫黄を実質的に含有しない硫化物固体電解質材料が開示されている。 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 sulfide solid electrolyte material obtained by performing mechanical milling on Li 2 S and P 2 S 5 . In particular, in Non-Patent Document 1, an amorphous material is obtained in Li 2 S: P 2 S 5 = 75: 25 (Li / P = 3), but Li 2 S: P 2 S 5 = 80: At 20 (Li / P = 4), a Li 2 S peak remains. Patent Document 1 discloses a sulfide-based solid electrolyte that is a Li-PS-based crystal. Patent Document 2 discloses a sulfide solid electrolyte material that substantially does not contain Li 2 S and bridging sulfur.

特開2013−030440号公報JP 2013-030440 A 特開2010−199033号公報JP 2010-199033 A

Akitoshi Hayashi et al., “Preparation of Li2S-P2S5 Amorphous Solid Electrolyte by Mechanical Milling”, Journal of the American Ceramic Society, Vol.84/No.2,pp.477-479, 2001Akitoshi Hayashi et al., “Preparation of Li2S-P2S5 Amorphous Solid Electrolyte by Mechanical Milling”, Journal of the American Ceramic Society, Vol.84 / No.2, pp.477-479, 2001

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。本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、イオン伝導性が良好な硫化物固体電解質材料を提供することを主目的とする。   From the viewpoint of increasing the output of a battery, a solid electrolyte material having good ion conductivity is required. The present invention has been made in view of the above problems, and a main object of the present invention is to provide a sulfide solid electrolyte material having good ion conductivity.

上記課題を解決するために、本発明においては、Li元素、P元素およびS元素を含有し、上記P元素に対する上記Liの割合(Li/P)が3よりも大きく、非晶質であることを特徴とする硫化物固体電解質材料を提供する。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention contains Li element, P element and S element, and the ratio of Li to P element (Li / P) is larger than 3 and is amorphous. A sulfide solid electrolyte material is provided.

本発明によれば、Li/Pの値が大きく、非晶質であることから、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。   According to the present invention, since the value of Li / P is large and amorphous, a sulfide solid electrolyte material having good ion conductivity can be obtained.

上記発明においては、第3族〜第16族に属する金属元素を実質的に含有しないことが好ましい。   In the said invention, it is preferable not to contain the metal element which belongs to 3rd group-16th group substantially.

上記発明においては、Li5x+2y+31−x(0≦x≦0.2、0<y<0.225)の組成を含むことが好ましい。 In the above invention, preferably contains a composition of Li 5x + 2y + 3 P 1 -x S 4 (0 ≦ x ≦ 0.2,0 <y <0.225).

上記発明においては、Li5x+2y+31−x(0≦x≦0.2、0.175≦y<0.225)の組成を含むことが好ましい。 In the above invention, preferably contains a composition of Li 5x + 2y + 3 P 1 -x S 4 (0 ≦ x ≦ 0.2,0.175 ≦ y <0.225).

上記発明においては、LiS、PおよびPを含有する原料組成物を用いてなることが好ましい。 In the above invention, Li 2 S, it is preferable formed by using a raw material composition containing a P 2 S 5 and P.

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、上述した硫化物固体電解質材料を含有す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 contains the sulfide solid electrolyte material described above.

本発明によれば、上述した硫化物固体電解質材料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 sulfide solid electrolyte material.

また、本発明においては、上述した記載の硫化物固体電解質材料の製造方法であって、上記硫化物固体電解質材料の構成成分を含有する原料組成物を用いて、溶融急冷法により、非晶質である硫化物固体電解質材料を合成する合成工程を有することを特徴とする硫化物固体電解質材料の製造方法を提供する。   Further, in the present invention, the sulfide solid electrolyte material manufacturing method described above, wherein a raw material composition containing a component of the sulfide solid electrolyte material is used, and an amorphous material is obtained by a melt quenching method. There is provided a method for producing a sulfide solid electrolyte material comprising a synthesis step of synthesizing a sulfide solid electrolyte material.

本発明によれば、所定の原料を用いて溶融急冷法で非晶質化を行うことにより、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 present invention, a sulfide solid electrolyte material having good ion conductivity can be obtained by performing amorphization by a melt quenching method using a predetermined raw material.

本発明の硫化物固体電解質材料は、イオン伝導性が良好であるという効果を奏する。   The sulfide solid electrolyte material of the present invention has an effect that ion conductivity is good.

本発明の硫化物固体電解質材料の組成域を例示する三元図である。It is a ternary diagram illustrating the composition range of the sulfide solid electrolyte material of the present invention. 本発明の電池の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the battery of this invention. 本発明の硫化物固体電解質材料の製造方法の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing method of the sulfide solid electrolyte material of this invention. 実施例1および比較例1〜4で得られた硫化物固体電解質材料の組成を示す三元図である。It is a ternary figure which shows the composition of the sulfide solid electrolyte material obtained in Example 1 and Comparative Examples 1-4. 実施例1で得られた硫化物固体電解質材料のX線回折スペクトルである。2 is an X-ray diffraction spectrum of a sulfide solid electrolyte material obtained in Example 1. FIG. 比較例1で得られた硫化物固体電解質材料のX線回折スペクトルである。2 is an X-ray diffraction spectrum of a sulfide solid electrolyte material obtained in Comparative Example 1. 比較例2で得られた硫化物固体電解質材料のX線回折スペクトルである。3 is an X-ray diffraction spectrum of a sulfide solid electrolyte material obtained in Comparative Example 2. 比較例3で得られた硫化物固体電解質材料のX線回折スペクトルである。4 is an X-ray diffraction spectrum of a sulfide solid electrolyte material obtained in Comparative Example 3. 比較例4で得られた硫化物固体電解質材料のX線回折スペクトルである。4 is an X-ray diffraction spectrum of a sulfide solid electrolyte material obtained in Comparative Example 4. 比較例5で得られた硫化物固体電解質材料のX線回折スペクトルである。6 is an X-ray diffraction spectrum of a sulfide solid electrolyte material obtained in Comparative Example 5. 比較例6で得られた硫化物固体電解質材料のX線回折スペクトルである。7 is an X-ray diffraction spectrum of a sulfide solid electrolyte material obtained in Comparative Example 6. 実施例1および比較例1、2で得られた硫化物固体電解質材料のLiイオン伝導度の測定結果である。It is a measurement result of Li ion conductivity of the sulfide solid electrolyte material obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. 実施例1および比較例3〜6で得られた硫化物固体電解質材料のLiイオン伝導度の測定結果である。It is a measurement result of Li ion conductivity of the sulfide solid electrolyte material obtained in Example 1 and Comparative Examples 3-6.

以下、本発明の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について、詳細に説明する。   Hereinafter, the sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing the sulfide solid electrolyte material of the present invention will be described in detail.

A.硫化物固体電解質材料
まず、本発明の硫化物固体電解質材料について説明する。本発明の硫化物固体電解質材料は、Li元素、P元素およびS元素を含有し、上記P元素に対する上記Liの割合(Li/P)が3よりも大きく、非晶質であることを特徴とする。
A. First, the sulfide solid electrolyte material of the present invention will be described. The sulfide solid electrolyte material of the present invention contains Li element, P element and S element, and the ratio of Li to the P element (Li / P) is larger than 3 and is amorphous. To do.

本発明によれば、Li/Pの値が大きく、非晶質であることから、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。Li/Pの値が大きい場合、相対的に、Li含有量が多くなることから、イオン伝導性が向上すると考えられる。なお、本発明における「非晶質」とは、X線回折(XRD)において、ピークが観察されないこと、すなわち、結晶としての周期性が観察されないことをいう。また、本発明の硫化物固体電解質材料は、X線回折(XRD)において、いわゆるハローパターンが観察されることが好ましい。   According to the present invention, since the value of Li / P is large and amorphous, a sulfide solid electrolyte material having good ion conductivity can be obtained. When the value of Li / P is large, the Li content is relatively increased, so that the ionic conductivity is considered to be improved. In the present invention, “amorphous” means that no peak is observed in X-ray diffraction (XRD), that is, no periodicity as a crystal is observed. In addition, the sulfide solid electrolyte material of the present invention preferably has a so-called halo pattern observed in X-ray diffraction (XRD).

本発明の硫化物固体電解質材料は、Li元素、P元素およびS元素を含有するものである。本発明の硫化物固体電解質材料は、Li元素、P元素およびS元素のみを含有していても良く、他の元素を含有していても良い。Li元素の一部は、一価または二価の金属元素により置換されていても良い。Li元素の一部を他の元素で置換することにより、イオン伝導性が向上すると考えられる。一価または二価の金属元素としては、Na、K、MgおよびCaの少なくとも一種を挙げることができる。上記金属元素の置換量は、例えばXRDのリートベルト解析、およびICP発光分光法により決定することができる。   The sulfide solid electrolyte material of the present invention contains Li element, P element and S element. The sulfide solid electrolyte material of the present invention may contain only Li element, P element and S element, or may contain other elements. A part of the Li element may be substituted with a monovalent or divalent metal element. It is considered that ion conductivity is improved by substituting a part of the Li element with another element. Examples of the monovalent or divalent metal element include at least one of Na, K, Mg, and Ca. The substitution amount of the metal element can be determined, for example, by XRD Rietveld analysis and ICP emission spectroscopy.

また、S元素の一部は、O元素で置換されていても良い。S元素およびO元素の合計に対するO元素の割合(O/(S+O))は、例えば0.1%以上であることが好ましく、0.5%以上であることがより好ましい。上記O元素の置換量割合は、例えば、50%以下であることが好ましく、34%以下であることがより好ましい。   Further, a part of the S element may be substituted with the O element. The ratio of O element to the total of S element and O element (O / (S + O)) is, for example, preferably 0.1% or more, and more preferably 0.5% or more. The substitution amount ratio of the O element is, for example, preferably 50% or less, and more preferably 34% or less.

本発明において、P元素に対するLiの割合(Li/P)は、通常3より大きい。中でも、Li/Pの値は、例えば3.1以上であることが好ましく、3.2以上であることがより好ましく、3.5以上であることがさらに好ましい。Li/Pの値が大きいことで、イオン伝導性の向上を図ることができるからである。一方、Li/Pの値は、例えば7以下であり、5以下であること好ましい。Li/Pの値が大き過ぎると、非晶質が得られない可能性があるからである。   In the present invention, the ratio of Li to P element (Li / P) is usually greater than 3. Among them, the value of Li / P is, for example, preferably 3.1 or more, more preferably 3.2 or more, and further preferably 3.5 or more. This is because when the value of Li / P is large, ion conductivity can be improved. On the other hand, the value of Li / P is, for example, 7 or less, and preferably 5 or less. This is because if the value of Li / P is too large, amorphous may not be obtained.

また、本発明の硫化物固体電解質材料は、PS 3−構造を主体として含有することが好ましい。全アニオン構造に対するPS 3−構造の割合は、60mol%以上であることが好ましく、70mol%以上であることがより好ましく、80mol%以上であることがさらに好ましく、90mol%以上であることが特に好ましい。なお、PS 3−構造の割合は、ラマン分光法、NMR、XPS等により決定することができる。高精度で割合を決定できるため、特にNMRを用いることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the sulfide solid electrolyte material of the present invention mainly contains PS 4 3- structure. The ratio of PS 4 3- structure to the total anion structure is preferably 60 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, further preferably 80 mol% or more, and particularly preferably 90 mol% or more. preferable. Note that the ratio of the PS 4 3- structure can be determined by Raman spectroscopy, NMR, XPS, or the like. Since the ratio can be determined with high accuracy, it is particularly preferable to use NMR.

本発明の硫化物固体電解質材料は、第3族〜第16族に属する金属元素を実質的に含有しないことが好ましい。これらの金属元素は、硫化物固体電解質材料の耐還元性を低下させる原因となり得るからである。そのため、これらの金属元素を実質的に用いないことで、耐還元性の向上を図ることができる。ここで、第3族〜第16族に属する金属元素とは、第3族〜第12族に属する金属元素、および、第13族〜第16族に属する金属元素をいう。また、第13族に属する金属元素とは、アルミニウム、および、アルミニウムよりも原子番号が大きい元素をいい、第14族に属する金属元素とは、ケイ素、および、ケイ素よりも原子番号が大きい元素をいい、第15族に属する金属元素とは、ヒ素、および、ヒ素よりも原子番号が大きい元素をいい、第16族に属する金属元素とは、テルル、および、テルルよりも原子番号が大きい元素をいう。   It is preferable that the sulfide solid electrolyte material of the present invention does not substantially contain a metal element belonging to Group 3 to Group 16. This is because these metal elements can cause a reduction in the reduction resistance of the sulfide solid electrolyte material. Therefore, reduction resistance can be improved by substantially not using these metal elements. Here, the metal element belonging to Group 3 to Group 16 refers to a metal element belonging to Group 3 to Group 12 and a metal element belonging to Group 13 to Group 16. Further, the metal element belonging to Group 13 refers to aluminum and an element having an atomic number larger than that of aluminum, and the metal element belonging to Group 14 refers to silicon and an element having an atomic number larger than that of silicon. Good, a metal element belonging to Group 15 means arsenic and an element having an atomic number larger than that of arsenic, and a metal element belonging to Group 16 means an element having an atomic number larger than that of tellurium and tellurium. Say.

また、本発明において、「第3族〜第16族に属する金属元素を実質的に含有しない」とは、上記金属元素のP元素に対するモル比(上記金属元素のモル数/P元素のモル数)が、0.1以下であることをいう。中でも、上記モル比は、0.08以下であることが好ましく、0.05以下であることがより好ましい。耐還元性の向上をより図ることができるからである。上記金属元素の割合は、ICP発光分光法により確認することができる。ICP発光分光法により質量分布を求め、原子量で割ることで、各元素のモル数(モル分率)を求めることができる。なお、硫化物固体電解質材料が、Li元素、P元素およびS元素を有することは、X線光電子分光法により確認することができる。   In the present invention, “substantially free of metal elements belonging to Group 3 to Group 16” means the molar ratio of the metal element to the P element (number of moles of the metal element / number of moles of the P element). ) Is 0.1 or less. Among these, the molar ratio is preferably 0.08 or less, and more preferably 0.05 or less. This is because the reduction resistance can be further improved. The proportion of the metal element can be confirmed by ICP emission spectroscopy. By obtaining the mass distribution by ICP emission spectroscopy and dividing by the atomic weight, the number of moles (molar fraction) of each element can be obtained. The fact that the sulfide solid electrolyte material has Li element, P element and S element can be confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy.

本発明の硫化物固体電解質材料の組成は、特に限定されるものではない。中でも、本発明の硫化物固体電解質材料は、Li5x+2y+31−x(0≦x≦0.2、0<y<0.225)の組成を含むことが好ましい。特に、Li5x+2y+31−xの組成を有するイオン伝導体を主成分として有することで、耐還元性が高い硫化物固体電解質材料とすることができる。また、第3族〜第16族に属する金属元素は、例えば微量(実質的に含有しない程度の量)含まれていても良い。 The composition of the sulfide solid electrolyte material of the present invention is not particularly limited. Among these, a sulfide solid electrolyte material of the present invention preferably contains a composition of Li 5x + 2y + 3 P 1 -x S 4 (0 ≦ x ≦ 0.2,0 <y <0.225). In particular, a sulfide solid electrolyte material having high reduction resistance can be obtained by having an ionic conductor having a composition of Li 5x + 2y + 3 P 1-x S 4 as a main component. In addition, the metal element belonging to Group 3 to Group 16 may be included, for example, in a trace amount (a quantity not substantially contained).

上記組成は、より厳密には、Li5x+2y+3(III) (V) 1−x−yと表すこともできる。P(III)およびP(V)は、それぞれ、三価および五価のリンである。また、上記組成は、LiSおよびPのタイラインから外れた組成であり、例えばLiS、PおよびPを用いた場合に得られる組成である。また、上記組成は、LiS、LiPS(三価のリンを用いたオルト組成)、LiPS(五価のリンを用いたオルト組成)の疑似三成分系を仮定して決定されたものである。すなわち、
x(Li)・yLi(III)・(1−x−y)Li(V)
→Li5x+2y+3(III) (V) 1−x−y
上記組成において、0≦x≦0.2かつ0<y<0.225の範囲は、図1における領域Aに該当する。また、0≦x≦0.2かつ0.175≦y<0.225の範囲は、図1における領域Bに該当する。
More precisely, the above composition can also be expressed as Li 5x + 2y + 3 P (III) y P (V) 1-xy S 4 . P (III) and P (V) are trivalent and pentavalent phosphorus, respectively. Further, the composition is a composition which deviates from the tie line of Li 2 S and P 2 S 5, for example, Li 2 S, a composition obtained by using a P 2 S 5 and P. The above composition is assumed to be a pseudo ternary system of Li 2 S, Li 5 PS 4 (ortho composition using trivalent phosphorus) and Li 3 PS 4 (ortho composition using pentavalent phosphorus). It has been decided. That is,
x (Li 8 S 4) · yLi 5 P (III) S 4 · (1-x-y) Li 3 P (V) S 4
→ Li 5x + 2y + 3 P (III) y P (V) 1-xy S 4
In the above composition, the range of 0 ≦ x ≦ 0.2 and 0 <y <0.225 corresponds to the region A in FIG. A range of 0 ≦ x ≦ 0.2 and 0.175 ≦ y <0.225 corresponds to the region B in FIG.

また、本発明の硫化物固体電解質材料は、Li5x+31−x(0.1≦x≦0.2)の組成を含んでいても良い。特に、Li5x+31−xの組成を有するイオン伝導体を主成分として有することで、耐還元性が高い硫化物固体電解質材料とすることができる。また、第3族〜第16族に属する金属元素は、例えば微量(実質的に含有しない程度の量)含まれていても良い。また、上記組成は、LiSおよびPのタイライン上の組成である。 Moreover, the sulfide solid electrolyte material of the present invention may include a composition of Li 5x + 3 P 1-x S 4 (0.1 ≦ x ≦ 0.2). In particular, by having an ionic conductor having a composition of Li 5x + 3 P 1-x S 4 as a main component, a sulfide solid electrolyte material having high reduction resistance can be obtained. In addition, the metal element belonging to Group 3 to Group 16 may be included, for example, in a trace amount (a quantity not substantially contained). Further, the composition is a composition of the tie line of Li 2 S and P 2 S 5.

本発明の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性は、1.0×10−4S/cm以上であることが好ましい。また、本発明の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 of the present invention preferably has high ionic conductivity, and the ionic conductivity of the sulfide solid electrolyte material at 25 ° C. is preferably 1.0 × 10 −4 S / cm or more. Further, the shape of the sulfide solid electrolyte material of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a powder form. 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.

本発明の硫化物固体電解質材料は、良好なイオン伝導性を有するものであるので、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、本発明の硫化物固体電解質材料は、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、本発明の硫化物固体電解質材料の製造方法については、後述する「C.硫化物固体電解質材料の製造方法」で詳細に説明する。特に、本発明の硫化物固体電解質材料は、LiS、PおよびPを含有する原料組成物を用いてなるものであることが好ましい。 Since the sulfide solid electrolyte material of the present invention has good ionic conductivity, it can be used for any application that requires ionic conductivity. Especially, it is preferable that the sulfide solid electrolyte material of this invention is what is used for a battery. This is because it can greatly contribute to the high output of the battery. The method for producing the sulfide solid electrolyte material of the present invention will be described in detail in “C. Method for producing sulfide solid electrolyte material” described later. In particular, the sulfide solid electrolyte material of the present invention is preferably formed using a raw material composition containing Li 2 S, P 2 S 5 and P.

B.電池
次に、本発明の電池について説明する。図2は、本発明の電池の一例を示す概略断面図である。図2における電池10は、正極活物質を含有する正極活物質層1と、負極活物質を含有する負極活物質層2と、正極活物質層1および負極活物質層2の間に形成された電解質層3と、正極活物質層1の集電を行う正極集電体4と、負極活物質層2の集電を行う負極集電体5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1、負極活物質層2および電解質層3の少なくとも一つが、上記「A.硫化物固体電解質材料」に記載した硫化物固体電解質材料を含有することを大きな特徴とする。
B. Battery Next, the battery of the present invention will be described. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the battery of the present invention. The battery 10 in FIG. 2 was formed between the positive electrode active material layer 1 containing the positive electrode active material, the negative electrode active material layer 2 containing the negative electrode active material, and the positive electrode active material layer 1 and the negative electrode active material layer 2. An electrolyte layer 3, a positive electrode current collector 4 for collecting current of the positive electrode active material layer 1, a negative electrode current collector 5 for collecting current of the negative electrode active material layer 2, and a battery case 6 for housing these members. I have it. In the present invention, at least one of the positive electrode active material layer 1, the negative electrode active material layer 2, and the electrolyte layer 3 contains the sulfide solid electrolyte material described in the above-mentioned “A. Sulfide solid electrolyte material”. And

本発明によれば、上述した硫化物固体電解質材料を用いることにより、高出力な電池とすることができる。
以下、本発明の電池について、構成ごとに説明する。
According to the present invention, a high-power battery can be obtained by using the above-described sulfide solid electrolyte material.
Hereinafter, the battery of this invention is demonstrated for every structure.

1.負極活物質層
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、負極活物質層が固体電解質材料を含有し、その固体電解質材料が、上述した硫化物固体電解質材料であることが好ましい。上記硫化物固体電解質材料は耐還元性が高いからである。負極活物質層に含まれる上記硫化物固体電解質材料の割合は、電池の種類によって異なるものであるが、例えば0.1体積%〜80体積%の範囲内、中でも1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、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。
1. Negative electrode active material layer 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, if necessary. good. In particular, in the present invention, the negative electrode active material layer preferably contains a solid electrolyte material, and the solid electrolyte material is the sulfide solid electrolyte material described above. This is because the sulfide solid electrolyte material has high reduction resistance. The ratio of the sulfide solid electrolyte material contained in the negative electrode active material layer varies depending on the type of the battery. For example, it is in the range of 0.1% by volume to 80% by volume, and in particular, 1% by volume to 60% by volume. It is preferable to be within the range, particularly within the range of 10% by volume to 50% by volume. 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.

負極活物質層は、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、負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、負極活物質層は、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、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のフッ素含有結着材等を挙げることができる。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。   The negative electrode active material layer may further contain a conductive material. By adding a conductive material, the conductivity of the negative electrode active material layer can be improved. Examples of the conductive material include acetylene black, ketjen black, and carbon fiber. The negative electrode active material layer may contain a binder. Examples of the type of binder include fluorine-containing binders such as polyvinylidene fluoride (PVDF). 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.

2.電解質層
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、上述した硫化物固体電解質材料を含有することが好ましい。固体電解質層に含まれる上記硫化物固体電解質材料の割合は、例えば10体積%〜100体積%の範囲内、中でも50体積%〜100体積%の範囲内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。
2. Electrolyte layer The electrolyte layer in this invention is a layer formed between a positive electrode active material layer and a 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 contains the sulfide solid electrolyte material mentioned above. The ratio of the sulfide solid electrolyte material contained in the solid electrolyte layer is, for example, preferably in the range of 10% to 100% by volume, and more preferably in the range of 50% to 100% by volume. 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 of compression-molding a solid electrolyte material etc. 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、上述した硫化物固体電解質材料を含有することになる。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LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF等の無機リチウム塩、およびLiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CSO、LiC(CFSO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, usually, at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer contains the above-described sulfide solid electrolyte material. The electrolytic solution 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.

3.正極活物質層
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、正極活物質層が固体電解質材料を含有し、その固体電解質材料が、上述した硫化物固体電解質材料であることが好ましい。正極活物質層に含まれる上記硫化物固体電解質材料の割合は、電池の種類によって異なるものであるが、例えば0.1体積%〜80体積%の範囲内、中でも1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、正極活物質としては、例えばLiCoO、LiMnO、LiNiMn、LiVO、LiCrO、LiFePO、LiCoPO、LiNiO、LiNi1/3Co1/3Mn1/3等を挙げることができる。なお、正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、上述した負極活物質層における場合と同様である。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。
3. Positive electrode active material layer 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, if necessary. good. In particular, in the present invention, the positive electrode active material layer preferably contains a solid electrolyte material, and the solid electrolyte material is preferably the sulfide solid electrolyte material described above. The ratio of the sulfide solid electrolyte material contained in the positive electrode active material layer varies depending on the type of the battery. It is preferable to be within the range, particularly within the range of 10% by volume to 50% by volume. As the positive electrode active material, 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 etc. can be mentioned. Note that the conductive material and the binder used in the positive electrode active material layer are the same as those in the negative electrode active material layer described above. 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.

4.その他の構成
本発明の電池は、上述した負極活物質層、電解質層および正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る。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る。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 negative electrode active material layer, the electrolyte layer, and the positive 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. On the other hand, examples of the material for the negative electrode current collector include SUS, copper, nickel, and carbon. 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.

C.硫化物固体電解質材料の製造方法
次に、本発明の硫化物固体電解質材料の製造方法について説明する。図3は、本発明の硫化物固体電解質材料の製造方法の一例を示す説明図である。図3における硫化物固体電解質材料の製造方法では、まず、LiS、P、P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、原料組成物を用いた溶融急冷法により、非晶質である硫化物固体電解質材料を得る。
C. Next, a method for producing a sulfide solid electrolyte material of the present invention will be described. FIG. 3 is an explanatory view showing an example of a method for producing a sulfide solid electrolyte material of the present invention. In the method for producing a sulfide solid electrolyte material in FIG. 3, first, a raw material composition is prepared by mixing Li 2 S, P 2 S 5 , and P. 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, an amorphous sulfide solid electrolyte material is obtained by a melt quenching method using the raw material composition.

本発明によれば、所定の原料を用いて溶融急冷法で非晶質化を行うことにより、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 present invention, a sulfide solid electrolyte material having good ion conductivity can be obtained by performing amorphization by a melt quenching method using a predetermined raw material.

また、特に原料組成物が単体のリンを含有する場合、メカニカルミリングにより非晶質化を試みると、スラリー状の化合物が得られる場合がある。これに対して、本発明においては、溶融物を急冷する溶融急冷法を用いるため、スラリー状の化合物ではなく、目的とする硫化物固体電解質材料を得ることができる。
以下、本発明の硫化物固体電解質材料の製造方法について、工程ごとに説明する。
In particular, when the raw material composition contains simple phosphorus, a slurry-like compound may be obtained when an attempt is made to be amorphous by mechanical milling. On the other hand, in the present invention, since the melt quenching method of quenching the melt is used, not the slurry compound but the target sulfide solid electrolyte material can be obtained.
Hereafter, the manufacturing method of the sulfide solid electrolyte material of this invention is demonstrated for every process.

1.合成工程
本発明における合成工程について説明する。本発明における合成工程は、上記硫化物固体電解質材料の構成成分を含有する原料組成物を用いて、溶融急冷法により、非晶質である硫化物固体電解質材料を合成する工程である。
1. Synthesis Step The synthesis step in the present invention will be described. The synthesizing step in the present invention is a step of synthesizing an amorphous sulfide solid electrolyte material by a melt quenching method using a raw material composition containing the components of the sulfide solid electrolyte material.

本発明における原料組成物は、Li元素、P元素およびS元素を少なくとも含有し、O元素等の他の元素を含有していても良い。Li元素を含有する化合物は、例えば、Liの硫化物およびLiの酸化物を挙げることができる。Liの硫化物としては、具体的にはLiSを挙げることができる。Liの酸化物としては、具体的にはLiOを挙げることができる。また、P元素を含有する化合物は、例えば、Pの単体、Pの酸化物、Pの硫化物等を挙げることができる。Pの硫化物としては、具体的にはP等を挙げることができる。Pの酸化物としては、具体的にはP挙げることができる。S元素を含有する化合物は、特に限定されるものではなく、単体であっても良く、硫化物であっても良い。硫化物としては、上述した元素を含有する硫化物を挙げることができる。 The raw material composition in the present invention contains at least Li element, P element and S element, and may contain other elements such as O element. Examples of the compound containing Li element include a sulfide of Li and an oxide of Li. Specific examples of the sulfide of Li include Li 2 S. Specific examples of the oxide of Li include Li 2 O. Examples of the compound containing P element include P alone, P oxide, P sulfide, and the like. Specific examples of P sulfide include P 2 S 5 . Specific examples of the P oxide include P 2 O 5 . The compound containing S element is not particularly limited, and may be a simple substance or a sulfide. Examples of the sulfide include a sulfide containing the above-described element.

本発明においては、溶融急冷法により、非晶質である硫化物固体電解質材料を得る。溶融急冷法とは、原料組成物を加熱することで溶融状態とし、その後、急冷することで非晶質化する方法である。原料組成物の加熱温度は、原料組成物を溶融状態とす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、例えば550℃以上であり、700℃〜1200℃の範囲内であることが好ましい。原料組成物の加熱方法としては、例えば焼成炉を用いる方法を挙げることができる。一方、急冷時の冷却速度は、例えば500℃/分以上であり、700℃/分以上であることが好ましい。また、急冷により、例えば100℃以下、中でも50℃以下まで冷却することが好ましい。溶融物の冷却方法は、通常、溶融物に対して、直接的または間接的に冷媒を接触させる方法が用いられる。具体的には、溶融物が入った容器を水等の液体に接触させる方法、溶融物を回転する金属ロールに接触させる方法等を挙げることができる。   In the present invention, an amorphous sulfide solid electrolyte material is obtained by a melt quenching method. The melt quenching method is a method in which a raw material composition is heated to a molten state, and then amorphized by rapid cooling. Although the heating temperature of a raw material composition will not be specifically limited if it is the temperature which can make a raw material composition into a molten state, For example, it is 550 degreeC or more and it exists in the range of 700 to 1200 degreeC. Is preferred. Examples of the method for heating the raw material composition include a method using a firing furnace. On the other hand, the cooling rate at the time of rapid cooling is, for example, 500 ° C./min or more, and preferably 700 ° C./min or more. Further, it is preferable to cool to 100 ° C. or lower, particularly 50 ° C. or lower by rapid cooling. As a method for cooling the melt, a method of bringing a refrigerant into contact with the melt directly or indirectly is usually used. Specifically, a method of bringing a container containing the melt into contact with a liquid such as water, a method of bringing the melt into contact with a rotating metal roll, and the like can be mentioned.

また、溶融急冷法を行う前に、原料組成物に熱処理(仮焼き)を行っても良い。予め熱処理を行った固体を用いることで、その後の溶融処理において分散性が高い溶融物を得ることができるからである。熱処理の温度は、例えば200℃〜800℃の範囲内であり、500℃〜700℃の範囲内であることが好ましい。また、加熱時間は、例えば30分間〜20時間の範囲内であり、2時間〜10時間の範囲内であることが好ましい。熱処理は、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 addition, the raw material composition may be subjected to heat treatment (calcination) before performing the melt quenching method. This is because by using a solid that has been heat-treated in advance, a melt having high dispersibility can be obtained in the subsequent melt treatment. The temperature of heat processing is in the range of 200 to 800 degreeC, for example, and it is preferable to exist in the range of 500 to 700 degreeC. The heating time is, for example, in the range of 30 minutes to 20 hours, and preferably in the range of 2 hours to 10 hours. The heat treatment is preferably performed in an inert gas atmosphere or in vacuum from the viewpoint of preventing oxidation.

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]
出発原料として、硫化リチウム(LiS、日本化学工業社製)と、五硫化二リン(P、アルドリッチ社製)と、赤リン(P、高純度化学研究所製)とを表1に示す割合で秤量した。これらを混合した原料組成物を、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、サンプルAを得た。
[Example 1]
As starting materials, lithium sulfide (Li 2 S, manufactured by Nippon Kagaku Kogyo Co., Ltd.), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 , manufactured by Aldrich) and red phosphorus (P, manufactured by High Purity Chemical Laboratory) are shown. Weighed at the ratio shown in 1. The mixed raw material composition 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. As a result, Sample A was obtained.

次に、得られたサンプルAの粉末を、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のジルコニア製ポットに、上記方法で得られたサンプルAを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、得られた粉末を、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、2時間かけて室温から950℃まで昇温し、950℃を1時間維持し、その後、石英管を氷水に投入し急冷した。これにより、Li3.750.93の組成(x=0.07、y=0.2、Li/P=4.03)を有する硫化物固体電解質材料を得た。 Next, the obtained powder of Sample A was pulverized using a vibration mill. TI-100 manufactured by CM Science Co., Ltd. was used for the vibration mill. Specifically, 2 g of the sample A obtained by the above method and an alumina vibrator (φ36.3 mm, height 48.9 mm) are placed in a 10 mL zirconia pot and treated at a rotational speed of 1440 rpm for 30 minutes. Went. Thereafter, the obtained powder 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 baking furnace, heated from room temperature to 950 ° C. over 2 hours, maintained at 950 ° C. for 1 hour, and then the quartz tube was put into ice water and rapidly cooled. Thereby, a sulfide solid electrolyte material having a composition of Li 3.75 P 0.93 S 4 (x = 0.07, y = 0.2, Li / P = 4.03) was obtained.

[比較例1〜3]
原料組成物の割合を、表1に示す割合に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、硫化物固体電解質材料を得た。
[Comparative Examples 1-3]
A sulfide solid electrolyte material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the ratio of the raw material composition was changed to the ratio shown in Table 1.

[比較例4]
表1に示す割合で原料組成物を得た。得られた原料組成物を、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、硫化物固体電解質材料を得た。なお、実施例1および比較例1〜4で得られた硫化物固体電解質材料の組成を図4に示す。
[Comparative Example 4]
Raw material compositions were obtained at the ratios shown in Table 1. The obtained 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. Thereby, a sulfide solid electrolyte material was obtained. In addition, the composition of the sulfide solid electrolyte material obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 is shown in FIG.

[比較例5、6]
原料組成物の割合を、表1に示す割合に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、硫化物固体電解質材料を得た。
[Comparative Examples 5 and 6]
A sulfide solid electrolyte material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the ratio of the raw material composition was changed to the ratio shown in Table 1.

Figure 0006256980
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[評価]
(X線回折測定)
実施例1および比較例1〜6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。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5〜図11に示す。図5においては、2θ=22°に不明なピークが観測されたが、これは、合成中または測定中に混入したカーボンであると推定される。そのため、実施例1では、非晶質である硫化物固体電解質材料が得られたと判断する。一方、図6、図7に示すように、比較例1、2では、結晶相に由来するピークが観測された。
[Evaluation]
(X-ray diffraction measurement)
Using the sulfide solid electrolyte material obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 to 6, X-ray diffraction (XRD) measurement was performed. XRD measurement was performed on the powder sample under an inert atmosphere and using CuKα rays. The results are shown in FIGS. In FIG. 5, an unknown peak was observed at 2θ = 22 °, which is presumed to be carbon mixed during synthesis or measurement. Therefore, in Example 1, it is determined that an amorphous sulfide solid electrolyte material was obtained. On the other hand, as shown in FIGS. 6 and 7, in Comparative Examples 1 and 2, peaks derived from the crystal phase were observed.

(Liイオン伝導度測定)
実施例1および比較例1〜6で得られた硫化物固体電解質材料を用いて、25℃でのLiイオン伝導度を測定した。まず、硫化物固体電解質材料を200mg秤量し、マコール製のシリンダに入れ、4ton/cmの圧力でプレスした。得られたペレットの両端をSUS製ピンで挟み、ボルト締めによりペレットに拘束圧を印加し、評価用セルを得た。評価用セルを25℃に保った状態で、交流インピーダンス法によりLiイオン伝導度を算出した。測定には、ソーラトロン1260を用い、印加電圧5mV、測定周波数域0.01〜1MHzとした。その結果を図12および図13に示す。
(Li ion conductivity measurement)
Using the sulfide solid electrolyte material obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 to 6, Li ion conductivity at 25 ° C. was measured. First, 200 mg of the sulfide solid electrolyte material was weighed, placed in a cylinder made by Macor, and pressed at a pressure of 4 ton / cm 2 . Both ends of the obtained pellet were sandwiched between SUS pins, and restraint pressure was applied to the pellet by bolting to obtain an evaluation cell. With the evaluation cell kept at 25 ° C., Li ion conductivity was calculated by the AC impedance method. For the measurement, Solartron 1260 was used, and the applied voltage was 5 mV and the measurement frequency range was 0.01 to 1 MHz. The results are shown in FIGS.

図12に示すように、実施例1は、比較例1および比較例2よりも高いLiイオン伝導度を示した。また、y=0.2付近でLiイオン伝導度が高くなることが示唆された。また、比較例1および比較例2では、XRDにおいて結晶相に由来するピークが観測されたが、結晶相に由来するピークが観測されない実施例1の方が、Liイオン伝導度が高くなった。また、図13に示すように、実施例1は、比較例3〜6よりも高いLiイオン伝導度を示した。図13の結果から、Li/Pの値が大きいほど、Liイオン伝導度が高くなることが確認された。なお、比較例2におけるLi/Pの値(4.08)は、実施例1におけるLi/Pの値(4.03)よりも大きいにも関わらず、図12に示すように、比較例2のLiイオン伝導度は、実施例1のLiイオン伝導度よりも低かった。この点に基づくと、本発明においては、Li/Pの値が大きいという条件と、非晶質であるという条件とを同時に満たすことで、最もLiイオン伝導度が高くなったと推察される。   As shown in FIG. 12, Example 1 showed higher Li ion conductivity than Comparative Example 1 and Comparative Example 2. Moreover, it was suggested that Li ion conductivity becomes high at y = 0.2 vicinity. Moreover, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, a peak derived from the crystal phase was observed in XRD, but Li ion conductivity was higher in Example 1 in which no peak derived from the crystal phase was observed. Moreover, as shown in FIG. 13, Example 1 showed Li ion conductivity higher than Comparative Examples 3-6. From the result of FIG. 13, it was confirmed that the Li ion conductivity increases as the value of Li / P increases. Although the Li / P value (4.08) in Comparative Example 2 is larger than the Li / P value (4.03) in Example 1, as shown in FIG. The Li ion conductivity of was lower than the Li ion conductivity of Example 1. Based on this point, in the present invention, it is presumed that the Li ion conductivity was the highest by simultaneously satisfying the condition that the value of Li / P was large and the condition that it was amorphous.

1 … 正極活物質層
2 … 負極活物質層
3 … 電解質層
4 … 正極集電体
5 … 負極集電体
6 … 電池ケース
10 … 電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode active material layer 2 ... Negative electrode active material layer 3 ... Electrolyte layer 4 ... Positive electrode collector 5 ... Negative electrode collector 6 ... Battery case 10 ... Battery

Claims (6)

Li元素、P元素およびS元素を含有し、
前記P元素に対する前記Liの割合(Li/P)が3よりも大きく、
X線回折(XRD)測定においてピークが観察されず、
Li 5x+2y+3 1−x (0≦x≦0.2、0<y<0.225)の組成からなることを特徴とする硫化物固体電解質材料。
Containing Li element, P element and S element,
The ratio of Li to the P element (Li / P) is greater than 3,
No peak is observed in X-ray diffraction (XRD) measurement,
A sulfide solid electrolyte material comprising a composition of Li 5x + 2y + 3 P 1-x S 4 (0 ≦ x ≦ 0.2, 0 <y <0.225) .
前記Li/Pが、3.5以上であることを特徴とする請求項1に記載の硫化物固体電解質材料。  The sulfide solid electrolyte material according to claim 1, wherein the Li / P is 3.5 or more. 前記yが、0.175≦y<0.225を満たすことを特徴とする請求項1に記載の硫化物固体電解質材料。  The sulfide solid electrolyte material according to claim 1, wherein the y satisfies 0.175 ≦ y <0.225. 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、前記正極活物質層および前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、
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3までのいずれかの請求項に記載の硫化物固体電解質材料を含有す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
At least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the electrolyte layer contains the sulfide solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 3. battery.
請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載の硫化物固体電解質材料の製造方法であって、
前記硫化物固体電解質材料の構成成分を含有する原料組成物を用いて、溶融急冷法により、非晶質である硫化物固体電解質材料を合成する合成工程を有することを特徴とする硫
化物固体電解質材料の製造方法。
A method for producing a sulfide solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 3 ,
A sulfide solid electrolyte comprising a synthesis step of synthesizing an amorphous sulfide solid electrolyte material by a melt quenching method using a raw material composition containing a component of the sulfide solid electrolyte material Material manufacturing method.
前記原料組成物が、Li  The raw material composition is Li 2 S、PS, P 2 S 5 およびPを含有することを特徴とする請求項5に記載の硫化物固体電解質材料の製造方法。The method for producing a sulfide solid electrolyte material according to claim 5, further comprising: and P.
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