JP6679736B2 - 硫化物固体電解質 - Google Patents
硫化物固体電解質 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6679736B2 JP6679736B2 JP2018538319A JP2018538319A JP6679736B2 JP 6679736 B2 JP6679736 B2 JP 6679736B2 JP 2018538319 A JP2018538319 A JP 2018538319A JP 2018538319 A JP2018538319 A JP 2018538319A JP 6679736 B2 JP6679736 B2 JP 6679736B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solid electrolyte
- sulfide solid
- lithium
- diffraction peak
- phosphorus
- 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
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
- C01B25/00—Phosphorus; Compounds thereof
- C01B25/14—Sulfur, selenium, or tellurium compounds of phosphorus
-
- 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
-
- 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
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/581—Chalcogenides or intercalation compounds thereof
- H01M4/5815—Sulfides
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
また、本発明の目的の1つは、硫化水素発生量を抑制する優れた新規な硫化物固体電解質を提供することである。
0.23<c/b<0.57・・・(1)
また、本発明の一実施形態によれば、上記硫化物固体電解質と、活物質を含む電極合材が提供される。
また、本発明の一実施形態によれば、上記硫化物固体電解質及び上記電極合材のうち少なくとも1つを含むリチウムイオン電池が提供される。
また、本発明の一実施形態によれば、硫化水素発生量を抑制した硫化物固体電解質を提供することができる。
0.23<c/b<0.57・・・(1)
なお、元素Xのモル比は硫化物固体電解質に含まれる全ハロゲン元素の合計である。例えば、元素Xがハロゲンx1及びx2の2種である場合、元素Xのモル比cは(x1+x2)/Pとなる。
アルジロダイト型結晶構造は、PS4 3−構造を骨格の主たる単位構造とし、その周辺にあるサイトを、Liで囲まれたS及びハロゲンが占有している構造である。一般的なアルジロダイト型結晶構造は、空間群F−43Mで示される結晶構造である。International Tables for Crystallography Volume G: Definition and exchange of crystallographic data(ISBN: 978-1-4020-3138-0)のデータベースにあるNo.216で示される結晶構造である。No.216に示される結晶構造には、PS4 3−構造の周辺に4aサイトと4dサイトが存在し、イオン半径の大きい元素は4aサイトを占有し易く、イオン半径の小さい元素は4dサイトを占有し易い。本実施形態では、硫化物固体電解質中に2種以上のハロゲンを適量含ませることにより、4aサイトと4dサイトの両方に従来よりも多くのハロゲンを占有させることができたものと推定する。その結果、ハロゲン含有量の多い新規なアルジロダイト型結晶構造を含む硫化物固体電解質を見出したものである。
イオン伝導度を向上する効果がより大きいことから、上記式(1)は、0.25≦c/b≦0.43であることが好ましく、0.30≦c/b≦0.41であることがより好ましい。
各元素のモル比は、原料における各元素の含有量を調製することにより制御できる。
2θ=25.2±0.5deg及び29.7±0.5degの回折ピークは、アルジロダイト型結晶構造に由来するピークである。
アルジロダイト型結晶構造の回折ピークは、例えば、2θ=15.3±0.5deg、17.7±0.5deg、31.1.±0.5deg、44.9±0.5deg、47.7±0.5degにも現れることがある。本実施形態の硫化物固体電解質は、これらのピークを有していてもよい。
元素Xのうち少なくとも1種が塩素又は臭素であることが好ましく、さらに、元素Xが塩素及び臭素を含むことが好ましい。
元素Xのうち少なくとも1種が塩素である場合、下記式(2)を満たすことが好ましい。
0.25<XCl<1・・・(2)
(式中、XClは元素Xに対する塩素のモル比を表す。)
式(2)を満たすことにより、よりイオン伝導率が高くなる。塩素と他のイオンとの混合による伝導パスが形成されることから、式(2)は、0.30≦XCl≦0.95であることが好ましく、0.35≦XCl≦0.95であることがより好ましい。
元素Xの種類や組合せによって、上記のようにイオン伝導率がより高い領域が存在すると推定される。
本実施形態の硫化物固体電解質では、0.30≦c/b≦0.41及び0.25<XCl<1の場合には、イオン伝導度が6.9mS/cm以上と高くすることができる。0.30≦c/b≦0.41及び0.35≦XCl≦0.95の場合には、イオン伝導度が9mS/cm〜13mS/cmとより高くすることができる。
5.0≦a≦7.5 ・・・(A)
6.5≦a+c≦7.5 ・・・(B)
0.5≦a−b≦1.5 ・・・(C)
(式中、b>0且つc>0を満たす。)
上記式(A)〜(C)を満たすことにより、アルジロダイト型結晶構造が形成されやすくなる。
上記式(C)は、0.6≦a−b≦1.3であることが好ましく、0.7≦a−b≦1.3であることがより好ましい。
Lia(P1−αMα)SbXc (3)
(式中、Mは、Si、Ge、Sn、Pb、B、Al、Ga、As、Sb及びBiからなる群より選択される1以上の元素であり、Xは、F、Cl、Br及びIからなる群から選択される2種以上の元素である。a〜cは下記式(A)〜(C)を満たす。αは0≦α≦0.3である。)
5.0≦a≦7.5 ・・・(A)
6.5≦a+c≦7.5 ・・・(B)
0.5≦a−b≦1.5 ・・・(C)
(式中、b>0且つc>0を満たす。)
αは0が好ましい。
上記式(C)は、0.6≦a−b≦1.3であることが好ましく、0.7≦a−b≦1.3であることがより好ましい。
0<IA/IB<0.1 (4)
(式中、IAはハロゲン化リチウムの回折ピークの強度を表し、IBは2θ=25.2±0.5degの回折ピークの強度を表す。)
上記式(4)は、アルジロダイト型結晶構造に比して、ハロゲン化リチウムの量が相対的に少ないことを表す。ハロゲン化リチウムの存在は、原料中のハロゲン含有量が多い場合などの原因により、固体電解質内に過剰なハロゲンが存在することを意味する。なお、例えばハロゲン化リチウムがLiClである場合にはIAは2θ=50.3±0.5degの回折ピークの強度であるものとし、LiBrである場合にはIAは2θ=46.7±0.5degの回折ピークの強度であるものとし、LiFである場合にはIAは2θ=45.0±0.5degの回折ピークの強度であるものとし、LiIである場合にはIAは2θ=42.4±0.5degの回折ピークの強度であるものとし、IAは、これらハロゲン化リチウムの回折ピークの強度の合計である。式(4)は、0<IA/IB<0.05であることがより好ましく、0<IA/IB<0.03であることがより好ましい。
0<IC/ID<0.05 (5)
(式中、ICは2θ=17.6±0.4deg及び2θ=18.1±0.4degのうち、アルジロダイト型結晶構造の回折ピークではないものの回折ピークの強度を表し、IDは2θ=29.7±0.5degの回折ピークの強度を表す。)
なお、2θ=17.6±0.4deg及び2θ=18.1±0.4degのいずれかは、通常、比較的ピーク強度の強いアルジロダイト型結晶構造の回折ピークと重なるため測定できない場合がある。従って、2θ=17.6±0.4deg及び2θ=18.1±0.4degのうちアルジロダイト型結晶構造の回折ピークではないものとは、通常、観測されるこれら2つのピークのうち強度の弱い方を意味する。なお、測定強度S/N比のバックグランドやノイズがピークのように観察される場合もある。かかる場合にこれらをIDと仮定しても式(5)を満たすことはいうまでもない。
0<IE/ID<0.1
(式中、IEはアルジロダイト型結晶構造の回折ピーク以外の回折ピークの強度を表し、IDは2θ=29.7±0.5degの回折ピークの強度を表す。)
上記式は、0<IE/ID<0.05であることがより好ましく、0<IE/ID<0.03であることがより好ましい。
上記硫化リチウムは、特に制限なく使用できるが、高純度のものが好ましい。硫化リチウムは、例えば、特開平7−330312号公報、特開平9−283156号公報、特開2010−163356号公報、特開2011−84438号公報に記載の方法により製造することができる。
具体的には、炭化水素系有機溶媒中で水酸化リチウムと硫化水素とを70℃〜300℃で反応させて、水硫化リチウムを生成し、次いでこの反応液を脱硫化水素化することにより硫化リチウムを合成できる(特開2010−163356号公報)。
また、水溶媒中で水酸化リチウムと硫化水素とを10℃〜100℃で反応させて、水硫化リチウムを生成し、次いでこの反応液を脱硫化水素化することにより硫化リチウムを合成できる(特開2011−84438号公報)。
Ml−Xm (6)
Xは、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)、及びヨウ素(I)から選択されるハロゲン元素である。
また、lは1又は2の整数であり、mは1〜10の整数である。mが2〜10の整数の場合、すなわち、Xが複数存在する場合は、Xは同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、後述するSiBrCl3は、mが4であって、XはBrとClという異なる元素からなるものである。
ハロゲン化合物は、上記の化合物の中から一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。すなわち上記の化合物の少なくとも1つを用いることができる。
例えば、本実施形態の硫化物固体電解質の原料として、硫化リチウム、五硫化二リン、2種以上のハロゲン化リチウムを使用する場合には、投入原料のモル比を、硫化リチウム:五硫化二リン:2種以上のハロゲン化リチウムの合計=30〜60:10〜25:15〜50とすることができる。
従来技術(例えば、特許文献2等)では、原料粉末の結晶性を維持できる程度に粉砕混合している。一方、本実施形態では原料に機械的応力を加えて反応させ、ガラス成分を含む中間体とすることが好ましい。すなわち、従来技術よりも強い機械的応力により、原料粉末の少なくとも一部が結晶性を維持できない状態まで粉砕混合する。これにより、中間体の段階でアルジロダイト型結晶構造の基本骨格であるPS4構造を生じさせ、かつ、ハロゲンを高分散させることができる。その結果、次工程の熱処理時により、安定相であるアルジロダイト型結晶構造となる際に、ハロゲンがアルジロダイト型結晶構造に取り込まれやすくなる。また、領域毎に異なる相を経ないため、Li3PS4結晶構造等の低イオン伝導相が生じにくいと推定している。これにより、本発明の硫化物固体電解質は高いイオン伝導度を発現すると推定している。
なお、中間体がガラス(非晶質)成分を含むことは、XRD測定において非晶質成分に起因するブロードなピーク(ハローパターン)の存在により確認できる。
また、本実施形態の硫化物固体電解質は、特許文献1のように原料を550℃で6日間も加熱する必要はないため、量産性が高い。
粉砕メディアであるボールは、例えば、ジルコニア製ボールを使用した場合、その直径は0.2〜20mmが好ましい。
熱処理の雰囲気は特に限定しないが、好ましくは硫化水素気流下ではなく、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下である。結晶構造中の遊離ハロゲンが硫黄で置換されることを抑制することにより、結晶構造中のハロゲン量を高めることができ、その結果、得られる硫化物固体電解質のイオン伝導度が向上すると推定される。
図3に示される多軸混練機は、一端に供給口2、他端に排出口3を備えるケーシング1、該ケーシング1の長手方向に貫通するように2つの回転軸4a、及び4bを備える2軸混練機である。該回転軸4a及び4bには、各々パドル5a及び5bが設けられている。原料は、供給口2からケーシング1内に入り、パドル5a及び5bにおいて機械的応力が加えられて反応させ、得られた反応物は排出口3から排出される。
パドル5は原料を混練させるために回転軸に備えられるものであり、スクリューとも称されるものである。その断面形状は特に制限なく、図4に示されるような、正三角形の各辺が一様に凸円弧状となった略三角形の他、円形、楕円形、略四角形等が挙げられ、これらの形状をベースとして、一部に切欠け部を有した形状であってもよい。
なお、パドルの回転数は特に限定されないが、40〜300rpmが好ましく、40〜250rpmがより好ましく、40〜200rpmがさらに好ましい。
多軸混練機としては、市販される混練機を用いることもできる。市販される多軸混練機としては、例えば、KRCニーダー((株)栗本鐡工所製)等が挙げられる。
原料の混練温度は、得ようとする硫化物固体電解質を構成する元素の種類、組成比、反応時の時間によって異なるため、適宜調整すればよく、好ましくは0℃以上、より好ましくは25℃以上、さらに好ましくは100℃以上、最も好ましくは250℃以上である。高温である程、混練時点でアルジロダイト型結晶構造を析出させることが可能となる。350℃以上であればアルジロダイト型結晶構造がより析出し易くなると考えられる。なお、混練温度の上限は、生じたアルジロダイト型結晶構造が分解しない程度、即ち、650℃以下であればよい。
本発明の一実施形態の電極合材は、上述した本発明の硫化物固体電解質と、活物質を含む。又は、本発明の硫化物固体電解質により製造される。活物質として負極活物質を使用すると負極合材となる。一方、正極活物質を使用すると正極合材となる。
本発明の硫化物固体電解質に負極活物質を配合することにより負極合材が得られる。
負極活物質としては、例えば、炭素材料、金属材料等を使用することができる。これらのうち2種以上からなる複合体も使用できる。また、今後開発される負極活物質も使用することができる。
また、負極活物質は電子伝導性を有していることが好ましい。
炭素材料としては、グラファイト(例えば、人造黒鉛)、黒鉛炭素繊維、樹脂焼成炭素、熱分解気相成長炭素、コークス、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、フルフリルアルコール樹脂焼成炭素、ポリアセン、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、天然黒鉛及び難黒鉛化性炭素等が挙げられる。
金属材料としては、金属単体、合金、金属化合物が挙げられる。当該金属単体としては、金属ケイ素、金属スズ、金属リチウム、金属インジウム、金属アルミニウムが挙げられる。当該合金としては、ケイ素、スズ、リチウム、インジウム及びアルミニウムのうち少なくとも1つを含む合金が挙げられる。当該金属化合物としては、金属酸化物が挙げられる。金属酸化物は、例えば酸化ケイ素、酸化スズ、酸化アルミニウムである。
負極合材における負極活物質の含有量が少なすぎると電気容量が小さくなる。また、負極活物質が電子伝導性を有し、導電助剤を含まないか、又は少量の導電助剤しか含まない場合には、負極内の電子伝導性(電子伝導パス)が低下し、レート特性が低くなるおそれや、負極活物質の利用率が下がり、電気容量が低下するおそれがあると考える。一方、負極合材における負極活物質の含有量が多すぎると、負極内のイオン伝導性(イオン伝導パス)が低下し、レート特性が低くなるおそれや、負極活物質の利用率が下がり、電気容量が低下するおそれがあると考える。
負極活物質の電子伝導性が低い場合には、導電助剤を添加することが好ましい。導電助剤は、導電性を有していればよく、その電子伝導度は、好ましくは1×103S/cm以上であり、より好ましくは1×105S/cm以上である。
導電助剤の具体例としては、好ましくは炭素材料、ニッケル、銅、アルミニウム、インジウム、銀、コバルト、マグネシウム、リチウム、クロム、金、ルテニウム、白金、ベリリウム、イリジウム、モリブデン、ニオブ、オスニウム、ロジウム、タングステン及び亜鉛からなる群より選択される少なくとも1つの元素を含む物質であり、より好ましくは導電性が高い炭素単体、炭素単体以外の炭素材料;ニッケル、銅、銀、コバルト、マグネシウム、リチウム、ルテニウム、金、白金、ニオブ、オスニウム又はロジウムを含む金属単体、混合物又は化合物である。
なお、炭素材料の具体例としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、デンカブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック等のカーボンブラック;黒鉛、炭素繊維、活性炭等が挙げられ、これらは単独でも2種以上でも併用可能である。なかでも、電子伝導性が高いアセチレンブラック、デンカブラック、ケッチェンブラックが好適である。
結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、あるいはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、スルホン化EPDM、天然ブチルゴム(NBR)等を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。また、水系バインダーであるセルロース系やスチレンブタジエンゴム(SBR)の水分散体等を用いることもできる。
混合方法は特に限定されないが、例えば、乳鉢、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、遊星ボールミル、振動ボールミル、サンドミル、カッターミルを用いて混合する乾式混合;及び有機溶媒中に原料を分散させた後に、乳鉢、ボールミル、ビーズミル、遊星ボールミル、振動ボールミル、サンドミル、フィルミックスを用いて混合し、その後溶媒を除去する湿式混合を適用することができる。これらのうち、負極活物質粒子を破壊しないために湿式混合が好ましい。
本発明の固体電解質に正極活物質を配合することにより正極合材が得られる。
正極活物質は、リチウムイオンの挿入脱離が可能な物質であり、電池分野において正極活物質として公知のものが使用できる。また、今後開発される正極活物質も使用することができる。
金属酸化物は、例えば遷移金属酸化物である。具体的には、V2O5、V6O13、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、Li(NiaCobMnc)O2(ここで、0<a<1、0<b<1、0<c<1、a+b+c=1)、LiNi1−YCoYO2、LiCo1−YMnYO2、LiNi1−YMnYO2(ここで、0≦Y<1)、Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2、0<b<2、0<c<2、a+b+c=2)、LiMn2−ZNiZO4、LiMn2−ZCoZO4(ここで、0<Z<2)、LiCoPO4、LiFePO4、CuO、Li(NiaCobAlc)O2(ここで、0<a<1、0<b<1、0<c<1、a+b+c=1)等が挙げられる。
金属硫化物としては、硫化チタン(TiS2)、硫化モリブデン(MoS2)、硫化鉄(FeS、FeS2)、硫化銅(CuS)及び硫化ニッケル(Ni3S2)等が挙げられる。
その他、金属酸化物としては、酸化ビスマス(Bi2O3)、鉛酸ビスマス(Bi2Pb2O5)等が挙げられる。
非金属硫化物としては、有機ジスルフィド化合物、カーボンスルフィド化合物等が挙げられる。
上記の他、セレン化ニオブ(NbSe3)、金属インジウム、硫黄も正極活物質として使用できる。
導電助剤は、負極合材と同様である。
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン電池は、上述した本発明の硫化物固体電解質及び電極合材のうち少なくとも1つを含む。又は、本発明の硫化物固体電解質及び電極合材のうち少なくとも1つにより製造される。
リチウムイオン電池の構成は特に限定されないが、一般に、負極層、電解質層及び正極層をこの順に積層した構造を有する。以下、リチウムイオン電池の各層について説明する。
負極層は、好ましくは本発明の一実施形態の負極合材から製造される層である。
又は、負極層は、好ましくは本発明の一実施形態の負極合材を含む層である。
負極層の厚さは、100nm以上5mm以下が好ましく、1μm以上3mm以下がより好ましく、5μm以上1mm以下がさらに好ましい。
負極層は公知の方法により製造することができ、例えば、塗布法、静電法(静電スプレー法、静電スクリーン法等)により製造することができる。
電解質層は、固体電解質を含む層又は固体電解質から製造された層である。当該固体電解質は特に限定されないが、好ましくは本発明の硫化物固体電解質である。
電解質層は、固体電解質のみからなってもよく、さらにバインダーを含んでもよい。当該バインダーとしては、本発明の負極合材の結着剤と同じものが使用できる。
電解質層の固体電解質は、融着していてもよい。融着とは、固体電解質粒子の一部が溶解し、溶解した部分が他の固体電解質粒子と一体化することを意味する。また、電解質層は、固体電解質の板状体であってもよく、当該板状体は、固体電解質粒子の一部又は全部が溶解し、板状体になっている場合も含む。
電解質層は、公知の方法により製造することができ、例えば、塗布法、静電法(静電スプレー法、静電スクリーン法等)により製造することができる。
正極層は、正極活物質を含む層であり、好ましくは本発明の正極合材を含む層又は本発明の正極合材から製造された層である。
正極層の厚さは、0.01mm以上10mm以下であることが好ましい。
正極層は、公知の方法により製造することができ、例えば、塗布法、静電法(静電スプレー法、静電スクリーン法等)により製造することができる。
本実施形態のリチウムイオン電池は、好ましくは集電体をさらに備える。例えば負極集電体は負極層の電解質層側とは反対側に、正極集電体は正極層の電解質層側とは反対側に設ける。
集電体として、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、ゲルマニウム、インジウム、リチウム、又はこれらの合金等からなる板状体や箔状体等が使用できる。
また、接合面にイオン伝導性を有する活物質や、イオン伝導性を阻害しない接着物質を介して接合してもよい。
接合においては、固体電解質の結晶構造が変化しない範囲で加熱融着してもよい。
また、本実施形態のリチウムイオン電池は、上述した各部材を順次形成することでも製造できる。公知の方法により製造することができ、例えば、塗布法、静電法(静電スプレー法、静電スクリーン法等)により製造することができる。
なお、評価方法は以下のとおりである。
(1)イオン伝導度測定と電子伝導性測定
各例で製造した硫化物固体電解質を、錠剤成形機に充填し、ミニプレス機を用いて407MPa(プレス表示値22MPa)の圧力を加え成形体とした。電極としてカーボンを成形体の両面に乗せ、再度錠剤成形機にて圧力を加えることで、測定用の成形体(直径約10mm、厚み0.1〜0.2cm)を作製した。この成形体について交流インピーダンス測定によりイオン伝導度を測定した。イオン伝導度の値は25℃における数値を採用した。
なお、本実施例で用いたイオン伝導度の測定方法では、イオン伝導度が1.0×10−6S/cm未満の場合には、イオン伝導度を正確に測ることができないため、測定不能とした。
また、この成形体について直流電気測定により電子伝導度を測定した。電子伝導度の値は25℃における数値を採用した。なお、5Vの電圧を印加したときの電子伝導度が1.0×10−6S/cm未満の場合、電子伝導性は測定不能とした。
各例で製造した硫化物固体電解質の粉末から、直径10mm、高さ0.1〜0.3cmの円形ペレットを成形して試料とした。この試料を、XRD用気密ホルダーを用いて空気に触れさせずに測定した。回折ピークの2θ位置は、XRD解析プログラムJADEを用いて重心法にて決定した。
株式会社リガクの粉末X線回折測定装置SmartLabを用いて以下の条件にて実施した。
管電圧:45kV
管電流:200mA
X線波長:Cu−Kα線(1.5418Å)
光学系:平行ビーム法
スリット構成:ソーラースリット5°、入射スリット1mm、受光スリット1mm
検出器:シンチレーションカウンター
測定範囲:2θ=10−60deg
ステップ幅、スキャンスピード:0.02deg、1deg/分
ピーク強度においては、2θ=29.7deg±0.5degに存在するアルジロダイト型結晶構造の1本のピーク強度、2θ=17.6±0.4degかつ18.1±0.4degに存在するLi3PS4結晶構造の2本のピーク強度を次の手順で解析し、強度比を計算した。
各例で製造した硫化物固体電解質の粉末を秤量し、アルゴン雰囲気中で、バイアル瓶に採取した。バイアル瓶にKOHアルカリ水溶液を入れ、硫黄分の捕集に注意しながらサンプルを溶解し、適宜希釈、測定溶液とした。これを、パッシェンルンゲ型ICP−OES装置(SPECTRO社製SPECTRO ARCOS)にて測定し、組成を決定した。
検量線溶液は、Li、P、S、Ge、SiはICP測定用1000mg/L標準溶液を、Cl、Brはイオンクロマトグラフ用1000mg/L標準溶液を、Iはよう化カリウム(試薬特級)を用いて調製した。
各試料で2つの測定溶液を調整し、各測定溶液で5回の測定を行い、平均値を算出した。その2つの測定溶液の測定値の平均で組成を決定した。
(硫化リチウム(Li2S)の製造)
撹拌機付きの500mLセパラブルフラスコに、不活性ガス下で乾燥したLiOH無水物(本荘ケミカル社製)を200g仕込んだ。窒素気流下にて昇温し、内部温度を200℃に保持した。窒素ガスを硫化水素ガス(住友精化)に切り替え、500mL/minの流量にし、LiOH無水物と硫化水素を反応させた。
反応により発生する水分はコンデンサーにより凝縮して回収した。反応を6時間行った時点で水が144mL回収された。さらに3時間反応を継続したが、水の発生は見られなかった。
生成物粉末を回収して、純度及びXRDを測定した。その結果、純度は98.5%であり、XRDではLi2Sのピークパターンが確認できた。
製造例1で製造した硫化リチウム(純度98.5%)、五硫化二リン(サーモフォス社製、純度99.9%以上)、塩化リチウム(シグマアルドリッチ社製、純度99%)及び臭化リチウム(シグマアルドリッチ社製、純度99%)を出発原料に用いた(以下、全ての実施例において、各出発原料の純度は同様である)。硫化リチウム(Li2S)、五硫化二リン(P2S5)、塩化リチウム(LiCl)及び臭化リチウム(LiBr)のmol比(Li2S:P2S5:LiCl:LiBr)が47.5:12.5:30:10となるように、各原料を混合した。具体的には、硫化リチウム0.461g、五硫化二リン0.587g、塩化リチウム0.269g、臭化リチウム0.183gを混合し、原料混合物とした。
硫化物固体電解質のXRDパターンを図1に示す。2θ=15.4、17.8、25.4、29.9、31.3、44.9、47.8、52.3degにアルジロダイト型結晶構造に由来するピークが観測された。一方、Li3PS4結晶構造に由来するピークは観測されなかった。
硫化物固体電解質をICP分析し、各元素のモル比を測定した。また、イオン伝導度σを測定した。結果を表1に示す。
原料組成及び作製条件を表2に示すように変更した他は、実施例1と同様にして硫化物固体電解質を作製し、評価した。結果を表1に示す。
なお、いずれの硫化物固体電解質も電子伝導性は10−6S/cm未満であった。また、XRD測定の結果、アルジロダイト型結晶構造に由来するピークが観測された。
実施例4で得た硫化物固体電解質のXRDパターンを図2に示す。2θ=15.4、17.8、25.4、29.9、31.3、44.9、47.7、52.3にアルジロダイト型結晶構造に由来するピークが観測された。
原料組成及び作製条件を表2に示すように変更した他は、実施例1と同様にして中間体を作製した。
Ar雰囲気下のグローブボックス内で、中間体の粉末約1.5gをシール機能付きガラス管内に詰め、大気が入らないように、ガラス管の先端を専用治具で封をした。その後、ガラス管を電気炉内にセットした。専用治具を電気炉内にある継手に差し入れて、ガス流通管へ繋ぎ、硫化水素を0.5L/minで流通しながら熱処理した。具体的には、室温から500℃まで3℃/minで昇温し、500℃で4時間保持した。その後、徐冷し、硫化物固体電解質を得た。
得られた硫化物固体電解質を実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。なお、実施例16で得られた硫化物固体電解質も電子伝導性は10−6S/cm未満であった。また、XRD測定の結果、アルジロダイト型結晶構造に由来するピークが観測された。
実施例17では、中間体の作製に実施例1のMM処理の代わりに二軸混練機を用いた混練を実施した。二軸混練機を用いた混練は、具体的には以下の様に実施した。
グローブボックスにフィーダー((株)アイシンナノテクノロジーズ製、マイクロフィーダー)及び二軸混練押出機((株)栗本鉄工所製、KRCニーダー、バドル径φ8mm)を設置した。LiClを1.447g、LiBrを1.779g、Li2Sを2.980g、及びP2S5を3.794gの混合物をフィーダーにより供給部から一定速度で供給し、回転数150rpm、温度250℃(二軸混練押出機のケーシングの外面を温度計で測定)にて混練を行った。約120分で粉末がニーダー出口より排出された。排出された粉末を再び供給部に戻し混練する操作を5回繰り返した。反応時間は合計約10時間であった。
得られた中間体を実施例1と同様の方法で430℃で4時間の熱処理を行い、硫化物固体電解質を得た。
なお、実施例17で得られた硫化物固体電解質は、電子伝導性は10−6S/cm未満であった。また、XRD測定の結果、アルジロダイト型結晶構造に由来するピークが観測された。
原料組成及び作製条件を表2に示すように変更した他は、実施例17と同様にして、二軸混練機を用いて硫化物固体電解質を作製し、実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
なお、実施例18で得られた硫化物固体電解質は、電子伝導性は10−6S/cm未満であった。また、XRD測定の結果、アルジロダイト型結晶構造に由来するピークが観測された。
原料組成及び作製条件を表4又は表6に示すように変更した他は、実施例1と同様にして硫化物固体電解質を作製し、評価した。結果を表5又は表7に示す。
なお、いずれの硫化物固体電解質も電子伝導性は10−6S/cm未満であった。また、XRD測定の結果、アルジロダイト型結晶構造に由来するピークが観測された。
実施例1で用いた硫化リチウム、五硫化二リン、塩化リチウム及び臭化リチウムと、ヨウ化リチウム(LiI:シグマアルドリッチ社製、純度99%)を出発原料に用いた。mol比(Li2S:P2S5:LiCl:LiBr:LiI)が47.5:12.5:25.0:12.5:2.5となるように、各原料を混合した。具体的には、硫化リチウム0.440g、五硫化二リン0.560g、塩化リチウム0.214g、臭化リチウム0.219g、ヨウ化リチウム0.067gを混合し、原料混合物とした。
原料混合物を変更した他は、実施例19と同様にして硫化物固体電解質を作製した。
硫化物固体電解質のσは、11.0mS/cmであった。なお、電子伝導性は10−6S/cm未満であった。
XRD測定の結果、アルジロダイト型結晶構造に由来するピークが観測された。
ICP分析の結果、モル比b(S/P)は4.3、モル比c((Cl+Br+I)/P)は1.6であり、c/bは0.37であった。
実施例1で用いた硫化リチウム、五硫化二リン、塩化リチウム及び臭化リチウムと、硫化ゲルマニウム(IV)(GeS2:高純度科学研究所社製、純度99%)を出発原料に用いた。mol比(Li2S:P2S5:GeS2:LiCl:LiBr)が46.9:11.1:2.5:24.7:14.8となるように、各原料を混合した。具体的には、硫化リチウム0.443g、五硫化二リン0.508g、硫化ゲルマニウム(IV)0.069g、塩化リチウム0.215g、臭化リチウム0.264gを混合し、原料混合物とした。
原料混合物を変更した他は、実施例19と同様にして硫化物固体電解質を作製した。
硫化物固体電解質のσは、9.8mS/cmであった。なお、電子伝導性は10−6S/cm未満であった。
XRD測定の結果、アルジロダイト型結晶構造に由来するピークが観測された。
ICP分析の結果、モル比b(S/(P+Ge))は4.3、モル比c((Cl+Br)/(P+Ge))は1.6であり、c/bは0.37であった。
実施例1で用いた硫化リチウム、五硫化二リン、塩化リチウム及び臭化リチウムと、二硫化珪素(SiS2:高純度科学研究所社製)を出発原料に用いた。mol比(Li2S:P2S5:SiS2:LiCl:LiBr)が46.9:11.1:2.5:24.7:14.8となるように、各原料を混合した。具体的には、硫化リチウム0.450g、五硫化二リン0.515g、二硫化珪素0.048g、塩化リチウム0.218g、臭化リチウム0.269gを混合し、原料混合物とした。
原料混合物を変更した他は、実施例19と同様にして硫化物固体電解質を作製した。
硫化物固体電解質のσは、7.5mS/cmであった。なお、電子伝導性は10−6S/cm未満であった。
XRD測定の結果、アルジロダイト型結晶構造に由来するピークが観測された。
ICP分析の結果、モル比b(S/(P+Si))は5.2、モル比c((Cl+Br)/(P+Si))は1.6であり、c/bは0.31であった。
実施例13、実施例36及び比較例2で製造した硫化物固体電解質の硫化水素発生量について、図5に示す装置を用いて評価した。本装置は、空気を加湿するフラスコ1と、加湿された空気の温度及び湿度を測定するための温度・湿度計6を備えるフラスコ2と、測定試料4を投入するシュレンク瓶3と、空気中に含まれる硫化水素濃度を測定する硫化水素計測器7とを、この順に管を通して接続した構成としてある。評価の手順は以下のとおりである。
露点−80℃の環境の窒素グローボックス内で、試料を乳鉢でよく粉砕して作製した粉末試料を約0.1g秤量し、100mlシュレンク瓶3の内部に投入し密封した(図5の付番4)。
次に、空気を500mL/minでフラスコ1に流入させた。空気の流量は流量計5で測定した。フラスコ1にて空気を水中に通して加湿した。続いて、加湿空気をフラスコ2に流入させ、空気の温度及び湿度を測定した。流通開始直後の空気の温度は25℃、湿度は80〜90%であった。その後、加湿空気をシュレンク瓶3内に流通させ、測定試料4に接触させた。シュレンク瓶3内を流通させた加湿空気を、硫化水素計測器7(AMI社製 Model3000RS)に通し、加湿空気に含まれる硫化水素量を測定した。測定時間は空気流通直後から流通後1時間までとした。なお、硫化水素量は15秒間隔で記録した。
2時間で観測された硫化水素量の総和から、試料1g当たりの硫化水素発生量(mg/g)を算出した。その結果、実施例13の硫化物固体電解質では26mg/g、実施例36の硫化物固体電解質では14mg/gであり、比較例2の硫化物固体電解質では64mg/gであった。
実施例13及び比較例1で得た硫化物固体電解質を用いて、リチウムイオン電池を製造し、レート特性を評価した。
実施例13又は比較例1で得た硫化物固体電解質50mgをそれぞれ直径10mmのステンレス製の金型に投入し、平らに均し、電解質層の層厚が均等になるようにした後、油圧プレス機で電解質層の上面から185MPaの圧力を加えて加圧成型した。
正極活物質としてLi4Ti5O12コートLiNi0.8Co0.15Al0.05O2、固体電解質として実施例13又は比較例1で得た硫化物固体電解質を、重量で70:30の比率で混合し正極材料とし、正極材料15mgを電解質層の上面に投入し平らに均し、正極層の層厚が均等になるようにした後、油圧プレス機で正極層の上面から407MPaの圧力を加えて加圧成型した。
負極活物質である黒鉛粉末、及び実施例13又は比較例1で得た硫化物固体電解質を重量で60:40の比率で混合して負極材料とした。電解質層の正極層とは反対側の面に負極材料12mgを投入して平らに均し、負極層の層厚が均等になるようにした後、油圧プレス機で負極層の上面から555MPaの圧力を加えて加圧成型し、正極、固体電解質層及び負極の三層構造のリチウムイオン電池をそれぞれ作製した。
上記(A)で製造したリチウムイオン電池を、25℃に設定した恒温槽内に12時間静置した後、評価した。1サイクル目に0.1C(0.189mA)で4.2Vまで充電、0.1C(0.189mA)3.1Vまで放電し、2サイクル〜10サイクルに0.5C(0.945mA)で4.2Vまで充電、0.5C(0.945mA)3.1Vまで放電した。10サイクル目の容量を測定した。同じ試料を用いて別に製造したリチウムイオン電池を用いて、0.1Cで1サイクル〜10サイクル充放電した時の10サイクル目の容量を測定した。0.5Cで充放電させた時の容量と0.1Cで充放電させた時の容量の比をレート特性の評価値とした。実施例13の硫化物固体電解質を用いたリチウムイオン電池のレート特性は73%であった。比較例1の硫化物固体電解質を用いたリチウムイオン電池では50%であった。
本願のパリ優先の基礎となる日本出願明細書の内容を全てここに援用する。
Claims (18)
- リチウムと、リンと、硫黄と、
ハロゲン元素から選択される2種以上の元素Xと、を含み、
アルジロダイト型結晶構造を含み、
前記硫黄のリンに対するモル比b(S/P)及び元素Xのリンに対するモル比c(X/P)が、下記式(1)を満たす硫化物固体電解質。
0.23<c/b<0.57・・・(1) - 前記硫黄のリンに対するモル比b(S/P)及び元素Xのリンに対するモル比c(X/P)が、下記式(1a)を満たす、請求項1に記載の硫化物固体電解質。
0.25≦c/b≦0.43・・・(1a) - 前記硫黄のリンに対するモル比b(S/P)及び元素Xのリンに対するモル比c(X/P)が、下記式(1b)を満たす、請求項1に記載の硫化物固体電解質。
0.30≦c/b≦0.41・・・(1b) - 前記元素Xのうち少なくとも1種が塩素である、請求項1〜3のいずれかに記載の硫化物固体電解質。
- 下記式(2)を満たす、請求項4に記載の硫化物固体電解質。
0.25<XCl<1・・・(2)
(式中、XClは前記元素Xに対する前記塩素のモル比を表す。) - CuKα線を使用した粉末X線回折において、2θ=25.2±0.5deg及び29.7±0.5degに回折ピークを有する、請求項1〜5のいずれかに記載の硫化物固体電解質。
- さらに、CuKα線を使用した粉末X線回折において、2θ=15.3±0.5deg、17.7±0.5deg、31.1±0.5deg、44.9±0.5deg及び47.7±0.5degの回折ピークのうち少なくとも1つを有する、請求項6に記載の硫化物固体電解質。
- 前記回折ピークの範囲が中央値の±0.3degである、請求項6又は7に記載の硫化物固体電解質。
- 前記元素Xのうち少なくとも1種が臭素である、請求項1〜8のいずれかに記載の硫化物固体電解質。
- 前記リチウムの前記リンに対するモル比a(Li/P)、前記硫黄の前記リンに対するモル比b(S/P)及び前記元素Xの前記リンに対するモル比c(X/P)が、下記式(A)〜(C)を満たす、請求項1〜9のいずれかに記載の硫化物固体電解質。
5.0≦a≦7.5 ・・・(A)
6.5≦a+c≦7.5 ・・・(B)
0.5≦a−b≦1.5 ・・・(C)
(式中、b>0且つc>0を満たす。) - 下記式(3)で表される組成を有する、請求項1〜10のいずれかに記載の硫化物固体電解質。
Lia(P1−αMα)SbXc (3)
(式中、Mは、Si、Ge、Sn、Pb、B、Al、Ga、As、Sb及びBiからなる群より選択される1以上の元素であり、Xは、F、Cl、Br及びIからなる群から選択される2種以上の元素である。a〜cは下記式(A)〜(C)を満たす。αは0≦α≦0.3である。)
5.0≦a≦7.5 ・・・(A)
6.5≦a+c≦7.5 ・・・(B)
0.5≦a−b≦1.5 ・・・(C)
(式中、b>0且つc>0を満たす。) - イオン伝導度が6.9mS/cm以上である、請求項1〜11のいずれかに記載の硫化物固体電解質。
- 前記元素Xのリンに対するモル比c(X/P)が1.1より大きく、1.9以下である、請求項1〜12のいずれかに記載の硫化物固体電解質。
- CuKα線を使用した粉末X線回折において、ハロゲン化リチウムの回折ピークを有しないか、有する場合には下記式(4)を満たす、請求項1〜13のいずれかに記載の硫化物固体電解質。
0<I A /I B <0.1 (4)
(式中、I A はハロゲン化リチウムの回折ピークの強度を表し、I B は2θ=25.2±0.5degの回折ピークの強度を表す。) - CuKα線を使用した粉末X線回折において、2θ=17.6±0.4deg及び2θ=18.1±0.4degに回折ピーク(アルジロダイト型結晶構造に起因する回折ピークではない)を有しないか、有する場合には下記式(5)を満たす、請求項1〜14のいずれかに記載の硫化物固体電解質。
0<I C /I D <0.05 (5)
(式中、I C は2θ=17.6±0.4deg及び2θ=18.1±0.4degのうち、アルジロダイト型結晶構造の回折ピークではないものの回折ピークの強度を表し、I D は2θ=29.7±0.5degの回折ピークの強度を表す。) - CuKα線を使用した粉末X線回折において、アルジロダイト型結晶構造の回折ピーク以外の回折ピークを有しないか、有する場合には、下記式を満たす、請求項1〜15のいずれかに記載の硫化物固体電解質。
0<I E /I D <0.1
(式中、I E はアルジロダイト型結晶構造の回折ピーク以外の回折ピークの強度を表し、I D は2θ=29.7±0.5degの回折ピークの強度を表す。) - 請求項1〜16のいずれかに記載の硫化物固体電解質と、活物質を含む電極合材。
- 請求項1〜16のいずれかに記載の硫化物固体電解質及び請求項17に記載の電極合材のうち少なくとも1つを含むリチウムイオン電池。
Applications Claiming Priority (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016177844 | 2016-09-12 | ||
JP2016177844 | 2016-09-12 | ||
JP2016248018 | 2016-12-21 | ||
JP2016248018 | 2016-12-21 | ||
JP2017091745 | 2017-05-02 | ||
JP2017091745 | 2017-05-02 | ||
PCT/JP2017/028782 WO2018047565A1 (ja) | 2016-09-12 | 2017-08-08 | 硫化物固体電解質 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2018047565A1 JPWO2018047565A1 (ja) | 2019-07-11 |
JP6679736B2 true JP6679736B2 (ja) | 2020-04-15 |
Family
ID=61561849
Family Applications (5)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018538320A Active JP6679737B2 (ja) | 2016-09-12 | 2017-08-08 | 硫化物固体電解質 |
JP2018538319A Active JP6679736B2 (ja) | 2016-09-12 | 2017-08-08 | 硫化物固体電解質 |
JP2020046801A Active JP7102453B2 (ja) | 2016-09-12 | 2020-03-17 | 硫化物固体電解質 |
JP2021086831A Active JP7178452B2 (ja) | 2016-09-12 | 2021-05-24 | 硫化物固体電解質 |
JP2022180806A Pending JP2023009172A (ja) | 2016-09-12 | 2022-11-11 | 硫化物固体電解質 |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018538320A Active JP6679737B2 (ja) | 2016-09-12 | 2017-08-08 | 硫化物固体電解質 |
Family Applications After (3)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020046801A Active JP7102453B2 (ja) | 2016-09-12 | 2020-03-17 | 硫化物固体電解質 |
JP2021086831A Active JP7178452B2 (ja) | 2016-09-12 | 2021-05-24 | 硫化物固体電解質 |
JP2022180806A Pending JP2023009172A (ja) | 2016-09-12 | 2022-11-11 | 硫化物固体電解質 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (6) | US10483587B2 (ja) |
EP (3) | EP3511948B1 (ja) |
JP (5) | JP6679737B2 (ja) |
KR (6) | KR102320308B1 (ja) |
CN (3) | CN109690697B (ja) |
TW (2) | TW201817075A (ja) |
WO (2) | WO2018047566A1 (ja) |
Families Citing this family (48)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102593601B1 (ko) * | 2016-07-19 | 2023-10-24 | 한양대학교 산학협력단 | 황화물계 고체전해질이 포함된 슬러리의 정전슬러리분무를 이용한 리튬 이차전지 후막 제조방법 및 리튬 이차전지 제조방법 |
EP3511948B1 (en) * | 2016-09-12 | 2021-05-12 | Idemitsu Kosan Co.,Ltd. | Sulfide solid electrolyte |
EP4273986A3 (en) | 2016-11-16 | 2024-01-17 | Idemitsu Kosan Co.,Ltd. | Sulfide solid electrolyte |
US11355780B2 (en) | 2017-03-08 | 2022-06-07 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Sulfide solid electrolyte particles |
JPWO2018225526A1 (ja) * | 2017-06-09 | 2020-04-09 | 出光興産株式会社 | 硫化物固体電解質の製造方法 |
KR102134749B1 (ko) * | 2017-07-07 | 2020-07-16 | 미쓰이금속광업주식회사 | 리튬 이차 전지의 고체 전해질 및 당해 고체 전해질용 황화물계 화합물 |
JP7236648B2 (ja) | 2017-09-08 | 2023-03-10 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 硫化物固体電解質材料及びそれを用いた電池 |
JP7050465B2 (ja) * | 2017-11-14 | 2022-04-08 | 三星電子株式会社 | 全固体二次電池用固体電解質、全固体二次電池、および固体電解質の製造方法 |
JP7066873B2 (ja) * | 2018-03-26 | 2022-05-13 | トヨタ・モーター・ヨーロッパ | 固体電池のための固体電解質材料、固体電解質、および固体電池 |
CN111448702A (zh) * | 2018-09-04 | 2020-07-24 | 三井金属矿业株式会社 | 硫化物系化合物颗粒、固体电解质和锂二次电池 |
CN112203975B (zh) * | 2018-11-08 | 2021-07-23 | 三井金属矿业株式会社 | 硫化物固体电解质和电池 |
JP7110943B2 (ja) * | 2018-11-28 | 2022-08-02 | トヨタ自動車株式会社 | 電極積層体の製造方法 |
JP7115337B2 (ja) * | 2019-01-24 | 2022-08-09 | 株式会社Gsユアサ | 固体電解質、リチウムイオン蓄電素子、及びこれらの製造方法 |
JP7239337B2 (ja) * | 2019-02-04 | 2023-03-14 | 三井金属鉱業株式会社 | 固体電解質 |
WO2020203231A1 (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 三井金属鉱業株式会社 | 硫化物固体電解質 |
CN110085908B (zh) * | 2019-04-30 | 2021-09-17 | 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 | 高空气稳定性无机硫化物固体电解质及其制备方法与应用 |
WO2021007599A1 (en) * | 2019-07-10 | 2021-01-14 | Blue Current, Inc. | Argyrodite-containing composites |
JP7002697B2 (ja) * | 2019-09-11 | 2022-01-20 | 三井金属鉱業株式会社 | 硫化物固体電解質 |
JPWO2021085238A1 (ja) | 2019-10-29 | 2021-05-06 | ||
KR20220088688A (ko) | 2019-10-29 | 2022-06-28 | 미쓰이금속광업주식회사 | 고체 전해질 및 그것을 사용한 전극 합제, 고체 전해질층, 고체 전지 |
KR20210054817A (ko) | 2019-11-06 | 2021-05-14 | 삼성에스디아이 주식회사 | 고체 전해질, 이를 포함하는 전기화학전지 및 고체 전해질의 제조방법 |
EP3819964A1 (en) * | 2019-11-07 | 2021-05-12 | Samsung SDI Co., Ltd. | Solid electrolyte, electrochemical cell including solid electrolyte, and method of preparing solid electrolyte |
JP6935041B1 (ja) * | 2019-12-11 | 2021-09-15 | 三井金属鉱業株式会社 | 硫化物固体電解質 |
EP4078698A1 (en) | 2019-12-20 | 2022-10-26 | Blue Current, Inc. | Composite electrolytes with binders |
TWI829873B (zh) * | 2020-02-24 | 2024-01-21 | 日商三井金屬鑛業股份有限公司 | 硫化物固體電解質及電池 |
JP7033697B2 (ja) * | 2020-03-13 | 2022-03-10 | マクセル株式会社 | 全固体電池用電極および全固体電池 |
JP7453037B2 (ja) * | 2020-03-31 | 2024-03-19 | マクセル株式会社 | 全固体電池 |
KR102228383B1 (ko) * | 2020-05-04 | 2021-03-17 | 한국전자기술연구원 | 황화물계 고체전해질 및 그를 포함하는 전고체전지 |
CN115668529A (zh) * | 2020-05-27 | 2023-01-31 | 出光兴产株式会社 | 电极复合材料及其制造方法 |
JPWO2022009810A1 (ja) * | 2020-07-09 | 2022-01-13 | ||
KR20220028942A (ko) * | 2020-08-31 | 2022-03-08 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전고체 이차전지용 황화물계 고체 전해질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 전고체 이차전지 |
KR20220039386A (ko) * | 2020-09-22 | 2022-03-29 | 삼성에스디아이 주식회사 | 고체이온전도체 화합물, 이를 포함하는 고체전해질, 이를 포함하는 전기화학 셀, 및 이의 제조방법 |
WO2022065991A1 (ko) * | 2020-09-28 | 2022-03-31 | 주식회사 정관 | 전고체 리튬 이차전지용 황화물계 고체전해질 및 황화물계 고체전해질의 제조방법 |
KR102401475B1 (ko) * | 2020-09-28 | 2022-05-25 | 주식회사 포스코제이케이솔리드솔루션 | 전고체 리튬 이차전지용 황화물계 고체전해질 및 황화물계 고체전해질의 제조방법 |
KR20220043754A (ko) * | 2020-09-29 | 2022-04-05 | 삼성에스디아이 주식회사 | 고체이온전도체 화합물, 이를 포함하는 고체전해질, 이를 포함하는 전기화학 셀, 및 이의 제조방법 |
US20230395841A1 (en) * | 2020-10-02 | 2023-12-07 | Nextech Batteries, Inc. | Battery cells including lithium-ion conducting solid electrolytes and methods of making thereof |
KR102269019B1 (ko) * | 2020-12-14 | 2021-06-25 | 한국전자기술연구원 | 고체전해질 및 그를 포함하는 전고체전지 |
KR20220085621A (ko) * | 2020-12-15 | 2022-06-22 | 삼성에스디아이 주식회사 | 고체이온전도체, 이를 포함하는 고체전해질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 전기화학셀 |
KR102542111B1 (ko) * | 2021-01-15 | 2023-06-12 | 한국전기연구원 | 고체전해질의 제조방법, 이로부터 제조되는 고체전해질 및 이를 포함하는 전고체전지 |
US20240079642A1 (en) * | 2021-01-15 | 2024-03-07 | Korea Electrotechnology Research Institute | Method for preparing solid electrolyte, solid electrolyte prepared thereby, and all-solid-state battery comprising same |
KR20230130071A (ko) * | 2021-03-11 | 2023-09-11 | 미쓰이금속광업주식회사 | 고체 전해질 및 그 제조 방법 |
CN113363569B (zh) * | 2021-06-30 | 2023-05-05 | 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 | 一种高稳定性无机硫化物固体电解质及其制备方法 |
KR102542073B1 (ko) * | 2021-07-19 | 2023-06-12 | 씨아이에스(주) | 고체 전해질 합성장치 및 이를 이용한 고체 전해질 연속합성 시스템 |
CN113782825B (zh) * | 2021-09-13 | 2023-07-21 | 蜂巢能源科技有限公司 | 一种固态电解质材料及其制备方法和应用 |
CN118104026A (zh) * | 2021-09-30 | 2024-05-28 | Agc株式会社 | 硫化物系固体电解质及其制造方法 |
WO2023111138A1 (en) | 2021-12-17 | 2023-06-22 | Basf Se | Lithium ion-conducting solid materials |
CN114852980B (zh) * | 2022-04-22 | 2024-04-05 | 武汉理工大学 | 一种锂电池用固态电解质材料及其制备方法 |
KR20240002181A (ko) | 2022-06-28 | 2024-01-04 | 연세대학교 산학협력단 | 상온용 나트륨할라이드계 고체전해질의 제조방법 및 이에 따라 제조된 고체전해질 |
Family Cites Families (31)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3528866B2 (ja) | 1994-06-03 | 2004-05-24 | 出光石油化学株式会社 | 硫化リチウムの製造方法 |
JP3510420B2 (ja) | 1996-04-16 | 2004-03-29 | 松下電器産業株式会社 | リチウムイオン伝導性固体電解質およびその製造方法 |
JP4392618B2 (ja) * | 2006-05-15 | 2010-01-06 | 住友電気工業株式会社 | 固体電解質の形成方法 |
US8227082B2 (en) | 2007-09-26 | 2012-07-24 | Ut-Battelle, Llc | Faceted ceramic fibers, tapes or ribbons and epitaxial devices therefrom |
DE102007048289A1 (de) | 2007-10-08 | 2009-04-09 | Universität Siegen | Lithium-Argyrodite |
JP5460283B2 (ja) | 2008-12-15 | 2014-04-02 | 出光興産株式会社 | 硫化リチウムの製造方法 |
JP5303428B2 (ja) | 2009-10-16 | 2013-10-02 | 出光興産株式会社 | 硫化リチウム及びその製造方法 |
JP5787291B2 (ja) * | 2011-07-29 | 2015-09-30 | 国立大学法人東京工業大学 | 固体電解質およびリチウム電池 |
JP6234665B2 (ja) * | 2011-11-07 | 2017-11-22 | 出光興産株式会社 | 固体電解質 |
JP6203474B2 (ja) * | 2011-11-24 | 2017-09-27 | 出光興産株式会社 | 電極材料、電極及びそれを用いたリチウムイオン電池 |
WO2014073197A1 (ja) * | 2012-11-06 | 2014-05-15 | 出光興産株式会社 | 固体電解質 |
JP6003831B2 (ja) * | 2013-06-28 | 2016-10-05 | トヨタ自動車株式会社 | 硫化物固体電解質材料、硫化物ガラス、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 |
CN105210154B (zh) * | 2013-07-04 | 2017-07-14 | 三井金属矿业株式会社 | 结晶性固体电解质及其制造方法 |
WO2015011937A1 (ja) | 2013-07-25 | 2015-01-29 | 三井金属鉱業株式会社 | リチウムイオン電池用硫化物系固体電解質 |
JP2015032529A (ja) * | 2013-08-06 | 2015-02-16 | トヨタ自動車株式会社 | 硫化物系固体電解質 |
JP2015088226A (ja) * | 2013-10-28 | 2015-05-07 | トヨタ自動車株式会社 | 硫化物固体電解質の製造方法 |
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 |
JP6044587B2 (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 |
JP5873533B2 (ja) | 2014-07-16 | 2016-03-01 | 三井金属鉱業株式会社 | リチウムイオン電池用硫化物系固体電解質 |
JP5975071B2 (ja) * | 2014-07-22 | 2016-08-23 | 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 |
EP3214054A4 (en) * | 2014-10-31 | 2018-07-18 | Idemitsu Kosan Co., Ltd | Sulfide glass and crystalline solid electrolyte production method, crystalline solid electrolyte, sulfide glass and solid-state battery |
JP5985120B1 (ja) | 2014-12-26 | 2016-09-06 | 三井金属鉱業株式会社 | リチウムイオン電池用硫化物系固体電解質及び固体電解質化合物 |
JP2016134316A (ja) | 2015-01-20 | 2016-07-25 | 出光興産株式会社 | 固体電解質 |
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 |
CN107710347A (zh) * | 2015-06-17 | 2018-02-16 | 出光兴产株式会社 | 固体电解质的制造方法 |
JPWO2016204255A1 (ja) * | 2015-06-17 | 2018-04-05 | 出光興産株式会社 | 固体電解質の製造方法 |
US10879558B2 (en) * | 2015-12-22 | 2020-12-29 | Toyota Motor Europe | Materials for solid electrolyte |
US11245131B2 (en) * | 2015-12-25 | 2022-02-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Solid electrolyte and lithium battery including the same |
JP6945382B2 (ja) * | 2016-09-08 | 2021-10-06 | 出光興産株式会社 | 硫化物固体電解質 |
EP3511948B1 (en) | 2016-09-12 | 2021-05-12 | Idemitsu Kosan Co.,Ltd. | Sulfide solid electrolyte |
KR102134749B1 (ko) | 2017-07-07 | 2020-07-16 | 미쓰이금속광업주식회사 | 리튬 이차 전지의 고체 전해질 및 당해 고체 전해질용 황화물계 화합물 |
-
2017
- 2017-08-08 EP EP17848509.0A patent/EP3511948B1/en active Active
- 2017-08-08 KR KR1020197006553A patent/KR102320308B1/ko active IP Right Grant
- 2017-08-08 WO PCT/JP2017/028822 patent/WO2018047566A1/ja active Application Filing
- 2017-08-08 KR KR1020217010990A patent/KR102419231B1/ko active IP Right Grant
- 2017-08-08 KR KR1020247005451A patent/KR20240026252A/ko active Application Filing
- 2017-08-08 EP EP21174367.9A patent/EP3905278A1/en active Pending
- 2017-08-08 CN CN201780055751.5A patent/CN109690697B/zh active Active
- 2017-08-08 WO PCT/JP2017/028782 patent/WO2018047565A1/ja active Application Filing
- 2017-08-08 CN CN201780055685.1A patent/CN109690696B/zh active Active
- 2017-08-08 JP JP2018538320A patent/JP6679737B2/ja active Active
- 2017-08-08 EP EP17848510.8A patent/EP3511949B1/en active Active
- 2017-08-08 KR KR1020237013294A patent/KR102641046B1/ko active IP Right Grant
- 2017-08-08 KR KR1020227022995A patent/KR102527435B1/ko active IP Right Grant
- 2017-08-08 KR KR1020197006554A patent/KR102242073B1/ko active IP Right Grant
- 2017-08-08 CN CN202011548301.XA patent/CN112652810A/zh active Pending
- 2017-08-08 JP JP2018538319A patent/JP6679736B2/ja active Active
- 2017-08-09 TW TW106126892A patent/TW201817075A/zh unknown
- 2017-08-09 TW TW106126891A patent/TW201817074A/zh unknown
-
2019
- 2019-01-03 US US16/239,140 patent/US10483587B2/en active Active
- 2019-01-04 US US16/239,645 patent/US10374253B2/en active Active
- 2019-06-20 US US16/446,881 patent/US10879561B2/en active Active
-
2020
- 2020-03-17 JP JP2020046801A patent/JP7102453B2/ja active Active
- 2020-11-20 US US16/953,402 patent/US11271246B2/en active Active
-
2021
- 2021-05-24 JP JP2021086831A patent/JP7178452B2/ja active Active
-
2022
- 2022-01-10 US US17/647,502 patent/US11626616B2/en active Active
- 2022-11-11 JP JP2022180806A patent/JP2023009172A/ja active Pending
-
2023
- 2023-02-28 US US18/175,772 patent/US20230282876A1/en active Pending
Also Published As
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6679736B2 (ja) | 硫化物固体電解質 | |
JP6679730B2 (ja) | 硫化物固体電解質 | |
JP6945382B2 (ja) | 硫化物固体電解質 | |
JP6936073B2 (ja) | 硫化物固体電解質 | |
JP6320983B2 (ja) | 硫化物ガラスセラミックスの製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200131 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200131 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20200131 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20200212 |
|
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: 20200218 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200318 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6679736 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |