JP6783731B2 - Sulfide solid electrolyte - Google Patents

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Description

本開示は、硫化水素の発生が抑制された硫化物固体電解質に関する。 The present disclosure relates to a sulfide solid electrolyte in which the generation of hydrogen sulfide is suppressed.

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 devices such as personal computers, video cameras and mobile phones, and communication devices in recent years, the development of batteries used as their power sources has been emphasized. In addition, the automobile industry and the like are also developing high-output and high-capacity batteries for electric vehicles or hybrid vehicles. At present, among various batteries, lithium batteries are attracting attention 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代えて、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る。 Since the lithium battery currently on the market uses an electrolytic solution containing a flammable organic solvent, it is necessary to attach a safety device that suppresses a temperature rise at the time of a short circuit and a structure for preventing the short circuit. On the other hand, a lithium battery in which the battery is completely solidified by replacing the electrolytic solution with a solid electrolyte layer does not use a flammable organic solvent in the battery, so that the safety device can be simplified.

硫化物固体電解質は、リチウムイオン伝導性が高いため、電池の高出力化を図る上で有用であり、従来から、種々の研究がなされている。例えば、特許文献1には、Li11結晶相を有する硫化物固体電解質が開示されている。また、特許文献2には、LiS、PおよびLiNを含む混合物Aをガラス化する工程を含む硫化物固体電解質の製造方法が示されている。 Since the sulfide solid electrolyte has high lithium ion conductivity, it is useful for increasing the output of the battery, and various studies have been conducted conventionally. For example, Patent Document 1 discloses a sulfide solid electrolyte having a Li 7 P 3 S 11 crystal phase. Further, Patent Document 2 discloses a method for producing a sulfide solid electrolyte, which comprises a step of vitrifying a mixture A containing Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N.

特許文献3には、O元素およびF元素を含有する硫化物固体電解質が開示されている。特許文献4は、硫化物固体電解質(例えば、LiPS)と水素よりもイオン化傾向の小さい金属を含有する抑制材(例えば、CuO)を含むリチウムイオン伝導材料が開示されている。特許文献5には、75LiS・(25−x)P・xPで表される結晶化ガラスを含む硫化物固体電解質が開示されている。また、非特許文献1には、(75−1.5x)LiS・25P・xLiNで表される硫化物固体電解質が開示されている。 Patent Document 3 discloses a sulfide solid electrolyte containing an O element and an F element. Patent Document 4 discloses a lithium ion conductive material containing a sulfide solid electrolyte (for example, Li 3 PS 4 ) and an inhibitor (for example, CuO) containing a metal having a lower ionization tendency than hydrogen. Patent Document 5 discloses a sulfide solid electrolyte containing crystallized glass represented by 75Li 2 S · (25-x) P 2 S 5 · xP 2 O 5 . Further, Non-Patent Document 1 discloses a sulfide solid electrolyte represented by (75-1.5x) Li 2 S · 25P 2 S 5 · xLi 3 N.

特開2005−228570号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-228570 特開2015−146239号公報JP 2015-146239 特開2012−054212号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-054212 特開2011−113720号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-113720 特開2011−057500号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-057500

Akihiro Fukushima et al., “Mechanochemical synthesis of high lithium ion conducting solid electrolytes in Li2S-P2S5-Li3N system”, Solid State Ionics 304 (2017) 85-89Akihiro Fukushima et al., “Mechanochemical synthesis of high lithium ion conducting solid electrolytes in Li2S-P2S5-Li3N system”, Solid State Ionics 304 (2017) 85-89

従来のLi11結晶相は、Liイオン伝導度が高いが、水と接触した場合に硫化水素が発生しやすい。本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、高いLiイオン伝導度を維持しつつ、硫化水素発生量が少ない硫化物固体電解質を提供することを主目的とする。 The conventional Li 7 P 3 S 11 crystal phase has high Li ion conductivity, but hydrogen sulfide is likely to be generated when it comes into contact with water. The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object of the present disclosure is to provide a sulfide solid electrolyte having a small amount of hydrogen sulfide generated while maintaining high Li ion conductivity.

上記課題を解決するために、本開示においては、Li元素、P元素、S元素およびN元素を含有し、Li11構造を有する結晶相を備え、一般式:xLiS−30P−yLiN(1≦y≦7、66.5≦x+y≦73.1)で表される組成を有する、硫化物固体電解質を提供する。 In order to solve the above problems, in the present disclosure, a crystal phase containing Li element, P element, S element and N element and having a Li 7 P 3 S 11 structure is provided, and the general formula: xLi 2 S-30P. 2 Provided is a sulfide solid electrolyte having a composition represented by S 5- yLi 3 N (1 ≦ y ≦ 7, 66.5 ≦ x + y ≦ 73.1).

本開示によれば、Li11構造を有する結晶相を備え、かつ、所定の組成を有することから、高いLiイオン伝導度を維持しつつ、硫化水素発生量が少ない硫化物固体電解質とすることができる。 According to the present disclosure, since it has a crystal phase having a Li 7 P 3 S 11 structure and has a predetermined composition, it is a sulfide solid electrolyte that generates a small amount of hydrogen sulfide while maintaining high Li ion conductivity. Can be.

本開示の硫化物固体電解質は、高いLiイオン伝導度を維持しつつ、硫化水素発生量が少ないという効果を奏する。 The sulfide solid electrolyte of the present disclosure has an effect that the amount of hydrogen sulfide generated is small while maintaining high Li ion conductivity.

本開示の硫化物固体電解質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 of this disclosure. 本開示のリチウム固体電池の一例を示す概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which shows an example of the lithium solid-state battery of this disclosure. 実施例2および比較例1で得られた硫化物固体電解質に対する硫化水素発生量の時間経過である。It is the time lapse of the amount of hydrogen sulfide generated with respect to the sulfide solid electrolyte obtained in Example 2 and Comparative Example 1. 実施例1、2および比較例1〜3で得られた硫化物固体電解質に対するLiイオン伝導度測定の結果である。It is the result of the Li ion conductivity measurement with respect to the sulfide solid electrolyte obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 3. 実施例3、4および比較例1、4、5で得られた硫化物固体電解質に対するLiイオン伝導度測定の結果である。It is the result of the Li ion conductivity measurement with respect to the sulfide solid electrolyte obtained in Examples 3 and 4 and Comparative Examples 1, 4 and 5. 実施例1、2および比較例1〜3で得られた硫化物固体電解質に対するXRD測定の結果である。It is the result of the XRD measurement with respect to the sulfide solid electrolyte obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 3. 図6の一部を拡大した拡大図である。It is an enlarged view which enlarged a part of FIG. 実施例3、4および比較例1、4、5で得られた硫化物固体電解質に対するXRD測定の結果である。It is the result of the XRD measurement with respect to the sulfide solid electrolyte obtained in Examples 3 and 4 and Comparative Examples 1, 4 and 5. 図8の一部を拡大した拡大図である。It is an enlarged view which enlarged a part of FIG. 実施例1、2および比較例1〜3で得られた硫化物固体電解質に対するラマン分光測定の結果である。It is the result of Raman spectroscopic measurement for the sulfide solid electrolyte obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 3. 実施例3、4および比較例1、4、5で得られた硫化物固体電解質に対するラマン分光測定の結果である。It is the result of Raman spectroscopic measurement for the sulfide solid electrolyte obtained in Examples 3 and 4 and Comparative Examples 1, 4 and 5.

以下、本開示の硫化物固体電解質について、詳細に説明する。 Hereinafter, the sulfide solid electrolyte of the present disclosure will be described in detail.

本開示の硫化物固体電解質は、Li元素、P元素、S元素およびN元素を含有し、Li11構造を有する結晶相を備え、一般式:xLiS−30P−yLiN(1≦y≦7、66.5≦x+y≦73.1)で表される組成を有する。 The sulfide solid electrolyte of the present disclosure contains a Li element, a P element, an S element and an N element, has a crystal phase having a Li 7 P 3 S 11 structure, and has a general formula: xLi 2 S-30P 2 S 5 −. It has a composition represented by yLi 3 N (1 ≦ y ≦ 7, 66.5 ≦ x + y ≦ 73.1).

本開示によれば、Li11構造を有する結晶相を備え、かつ、所定の組成を有することから、高いLiイオン伝導度を維持しつつ、硫化水素発生量が少ない硫化物固体電解質とすることができる。上述したように、従来のLi11結晶相は、Liイオン伝導度が高いが、水と接触した場合に硫化水素が発生しやすい。従来のLi11結晶相は、アニオンユニットとして、PS 3−ユニットおよびP 4−ユニットを有するが、P 4−ユニットは、SP−S−PSという架橋硫黄構造を有する。架橋硫黄(−S−)が水に対する安定性が低いため、硫化水素が発生すると推測される。 According to the present disclosure, since it has a crystal phase having a Li 7 P 3 S 11 structure and has a predetermined composition, it is a sulfide solid electrolyte that generates a small amount of hydrogen sulfide while maintaining high Li ion conductivity. Can be. As described above, the conventional Li 7 P 3 S 11 crystal phase has high Li ion conductivity, but hydrogen sulfide is likely to be generated when it comes into contact with water. Conventional Li 7 P 3 S 11 crystal phase, as an anion unit has a PS 4 3- units and P 2 S 7 4- units, P 2 S 7 4- units, S 3 PS-PS 3 It has a cross-linked sulfur structure. Since crosslinked sulfur (-S-) is less stable to water, it is presumed that hydrogen sulfide is generated.

これに対して、本開示においては、Li11構造を有する結晶相を備える。この結晶相は、後述する実施例の結果から、Li11結晶相にN元素が固溶した結晶相であると推測される。N元素が固溶することで、P 4−ユニットの割合が減少し、その結果、硫化水素発生量が少ない硫化物固体電解質とすることができる。さらに、本開示の硫化物固体電解質は、従来のLi11結晶相と同様の構造(Li11構造)を有するため、高いLiイオン伝導度を維持できる。また、本開示の硫化物固体電解質は、所定の組成を有することから、Li11構造を有する結晶相の割合を十分に大きくすることができる。 On the other hand, in the present disclosure, a crystal phase having a Li 7 P 3 S 11 structure is provided. From the results of Examples described later, it is presumed that this crystal phase is a crystal phase in which N element is dissolved in a Li 7 P 3 S 11 crystal phase. By N elements in solid solution, P 2 S 7 4- proportion of units is reduced, the result can be a hydrogen sulfide generation amount is small sulfide solid electrolyte. Further, since the sulfide solid electrolyte of the present disclosure has a structure similar to that of the conventional Li 7 P 3 S 11 crystal phase (Li 7 P 3 S 11 structure), high Li ion conductivity can be maintained. Further, since the sulfide solid electrolyte of the present disclosure has a predetermined composition, the proportion of the crystal phase having the Li 7 P 3 S 11 structure can be sufficiently increased.

本開示の硫化物固体電解質は、Li元素、P元素、S元素およびN元素を含有する。硫化物固体電解質の組成は、例えば、高周波誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析により確認できる。 The sulfide solid electrolyte of the present disclosure contains Li element, P element, S element and N element. The composition of the sulfide solid electrolyte can be confirmed, for example, by radiofrequency inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy.

本開示の硫化物固体電解質は、Li11構造を有する結晶相(結晶相A)を備える。結晶相Aは、Li11結晶相にN元素が固溶した結晶相であると推測される。結晶相Aは、CuKα線を用いたX線回折測定において、Li11結晶相と同様の位置にピークを有する。Li11結晶相の典型的なピークは、2θ=17.8°、18.2°、19.8°、21.8°、23.8°、25.9°、29.5°、30.0°の位置に現れる。結晶相Aも、上記の各位置の±0.5°の位置(好ましくは±0.3°の位置)にピークを有することが好ましい。 The sulfide solid electrolyte of the present disclosure comprises a crystal phase (crystal phase A) having a Li 7 P 3 S 11 structure. It is presumed that the crystal phase A is a crystal phase in which the N element is dissolved in the Li 7 P 3 S 11 crystal phase. The crystal phase A has a peak at a position similar to that of the Li 7 P 3 S 11 crystal phase in the X-ray diffraction measurement using CuKα ray. Typical peaks of the Li 7 P 3 S 11 crystal phase are 2θ = 17.8 °, 18.2 °, 19.8 °, 21.8 °, 23.8 °, 25.9 °, 29.5 °. Appears at the °, 30.0 ° position. The crystal phase A also preferably has a peak at a position of ± 0.5 ° (preferably a position of ± 0.3 °) at each of the above positions.

本開示の硫化物固体電解質は、結晶相Aを主相として有することが好ましい。硫化物固体電解質に含まれる全ての結晶相における結晶相Aの割合は、例えば50重量%以上であり、70重量%以上であっても良く、90重量%以上であっても良い。結晶相Aの割合は、例えば、放射光XRDの結果から求めることができる。 The sulfide solid electrolyte of the present disclosure preferably has a crystal phase A as a main phase. The ratio of the crystal phase A in all the crystal phases contained in the sulfide solid electrolyte is, for example, 50% by weight or more, 70% by weight or more, or 90% by weight or more. The ratio of the crystal phase A can be obtained from, for example, the result of synchrotron radiation XRD.

本開示の硫化物固体電解質は、CuKα線を用いたX線回折測定において、LiNのピーク(例えばα型のLiNピーク、2θ=21.6°±0.5°、27.9°±0.5°)を有しないことが好ましい。また、本開示の硫化物固体電解質は、CuKα線を用いたX線回折測定において、LiSのピーク(2θ=27.0°±0.5°、31.2°±0.5°、44.8°±0.5°、53.1°±0.5°)を有しないことが好ましい。特に、本開示の硫化物固体電解質は、結晶相Aの単相材料であることが好ましい。 Sulfide solid electrolyte of the present disclosure provides an X-ray diffraction measurement using a CuKα line, Li 3 N peaks (e.g. α-type Li 3 N peak, 2θ = 21.6 ° ± 0.5 ° , 27.9 It is preferable not to have ° ± 0.5 °). Also, the sulfide solid electrolyte of the present disclosure provides an X-ray diffraction measurement using a CuKα ray, the peak of Li 2 S (2θ = 27.0 ° ± 0.5 °, 31.2 ° ± 0.5 °, It is preferable not to have 44.8 ° ± 0.5 °, 53.1 ° ± 0.5 °). In particular, the sulfide solid electrolyte of the present disclosure is preferably a single-phase material of crystal phase A.

本開示の硫化物固体電解質は、一般式:xLiS−30P−yLiN(1≦y≦7、66.5≦x+y≦73.1)で表される組成を有する。この一般式を、一般式(1)とする。一般式(1)におけるxは、例えば、59.5以上であり、61.5以上であっても良い。一方、一般式(1)におけるxは、例えば、72.1以下であり、70.0以下であっても良い。また、一般式(1)におけるyは、例えば、1以上であり、3.1以上であっても良い。一方、一般式(1)におけるyは、例えば、7以下であり、5以下であっても良い。また、一般式(1)におけるx+yは、例えば、66.5以上であり、67.5以上であっても良い。一方、一般式(1)におけるx+yは、例えば、73.1以下であり、71以下であっても良い。 The sulfide solid electrolyte of the present disclosure has a composition represented by the general formula: xLi 2 S-30P 2 S 5- yLi 3 N (1 ≦ y ≦ 7, 66.5 ≦ x + y ≦ 73.1). This general formula is referred to as general formula (1). For example, x in the general formula (1) is 59.5 or more, and may be 61.5 or more. On the other hand, x in the general formula (1) is, for example, 72.1 or less, and may be 70.0 or less. Further, y in the general formula (1) is, for example, 1 or more, and may be 3.1 or more. On the other hand, y in the general formula (1) is, for example, 7 or less, and may be 5 or less. Further, x + y in the general formula (1) is, for example, 66.5 or more, and may be 67.5 or more. On the other hand, x + y in the general formula (1) is, for example, 73.1 or less, and may be 71 or less.

なお、一般式(1)は、LiS、P、LiNを用いて、Li元素、P元素、S元素およびN元素の割合を例示したものであり、硫化物固体電解質の原料組成物が、LiS、P、LiNであることを特定するものではない。本開示の硫化物固体電解質には、例えば、原料として単体S、単体P等を用いて作製した硫化物固体電解質も包含される。一般式(1)は、一般式(2):Li(2x+3y)60(x+150)として表現することもできる。 In addition, the general formula (1) exemplifies the ratio of Li element, P element, S element and N element using Li 2 S, P 2 S 5 , and Li 3 N, and is an example of a sulfide solid electrolyte. It does not specify that the raw material composition is Li 2 S, P 2 S 5 , Li 3 N. The sulfide solid electrolyte of the present disclosure also includes, for example, a sulfide solid electrolyte produced by using a simple substance S, a simple substance P, or the like as a raw material. Formula (1) has the general formula (2): Li (2x + 3y) P 60 S (x + 150) can also be expressed as N y.

また、一般式(1)において、xおよびyは、x=70−1.5yの関係を有していても良い。その場合、一般式(1)は、一般式(3):(70−1.5y)LiS・30P・yLiNとして表現することができる。一般式(3)は、LiS:P=70:30で表されるモル組成を基準とした場合に、LiNの割合を変化させても、硫化物固体電解質全体のLiの割合が変化しないLi定値型の組成に該当する。一般式(3)における好ましいyの範囲は、上述した内容と同様である。 Further, in the general formula (1), x and y may have a relationship of x = 70-1.5y. In that case, the general formula (1) can be expressed as the general formula (3): (70-1.5y) Li 2 S · 30P 2 S 5 · yLi 3 N. The general formula (3) is based on the molar composition represented by Li 2 S: P 2 S 5 = 70:30, and even if the ratio of Li 3 N is changed, Li of the entire sulfide solid electrolyte is used. Corresponds to the Li fixed value type composition in which the ratio of The preferred range of y in the general formula (3) is the same as that described above.

また、一般式(1)において、LiSおよびPの割合は、70:30のモル比で固定されていても良い。その場合、一般式(1)は、一般式(4):70LiS−30P−yLiNとして表現することができる。一般式(4)は、LiS:P=70:30で表されるモル組成を基準とした場合に、Liを過剰に有するLi過剰型の組成に該当する。一般式(4)における好ましいyの範囲は、上述した内容と同様である。なお、一般式(4)は、一般式(4´):(100−Y)(0.7LiS・0.3P)・YLiNと表現することもできる。この場合、y=100Y/(100−Y)となる。また、一般式(3)、(4)、(4´)も、一般式(1)と同様に、硫化物固体電解質の原料がLiS、P、LiNであることを特定するものではない。 Further, in the general formula (1), the ratio of Li 2 S and P 2 S 5 may be fixed at a molar ratio of 70:30. In that case, the general formula (1) can be expressed as the general formula (4): 70Li 2 S-30P 2 S 5- yLi 3 N. The general formula (4) corresponds to a Li excess type composition having an excess of Li, based on the molar composition represented by Li 2 S: P 2 S 5 = 70:30. The preferred range of y in the general formula (4) is the same as that described above. The general formula (4) can also be expressed as the general formula (4'): (100-Y) (0.7Li 2 S · 0.3P 2 S 5 ) · YLi 3 N. In this case, y = 100Y / (100-Y). Further, also in the general formulas (3), (4) and (4'), as in the general formula (1), the raw materials of the sulfide solid electrolyte are Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N. It is not specific.

本開示の硫化物固体電解質は、Liイオン伝導度が高いことが好ましい。25℃におけるLiイオン伝導度は、例えば、1×10−3S/cm以上である。また、硫化物固体電解質の形状は、特に限定されるものではないが、例えば粒子状を挙げることができる。硫化物固体電解質の平均粒径(D50)は、例えば、0.1μm以上、50μm以下である。 The sulfide solid electrolyte of the present disclosure preferably has high Li ion conductivity. The Li ion conductivity at 25 ° C. is, for example, 1 × 10 -3 S / cm or more. The shape of the sulfide solid electrolyte is not particularly limited, and examples thereof include particulate matter. The average particle size (D 50 ) of the sulfide solid electrolyte is, for example, 0.1 μm or more and 50 μm or less.

本開示の硫化物固体電解質の製造方法は、特に限定されない。図1は、本開示の硫化物固体電解質の製造方法の一例を示す説明図である。図1では、まず、原料組成物(例えばLiS、P、LiN)を非晶質化して硫化物ガラスを得る(非晶質化工程)。次に、硫化物ガラスを熱処理して、結晶性材料を得る(熱処理工程)。以上の工程を行うことにより、上述した硫化物固体電解質を得ることができる。 The method for producing the sulfide solid electrolyte of the present disclosure is not particularly limited. FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the method for producing a sulfide solid electrolyte of the present disclosure. In FIG. 1, first, the raw material composition (for example, Li 2 S, P 2 S 5 , Li 3 N) is amorphized to obtain sulfide glass (amorphization step). Next, the sulfide glass is heat-treated to obtain a crystalline material (heat treatment step). By performing the above steps, the above-mentioned sulfide solid electrolyte can be obtained.

原料組成物は、通常、Li元素、P元素、S元素およびN元素を含有する原料を混合することにより得られる。Li元素を含有する原料としては、例えば、Liの硫化物、Liの窒化物等を挙げることができる。具体的には、LiS、LiNを挙げることができる。P元素を含む原料としては、例えば、Pの単体、Pの硫化物を挙げることができる。Pの硫化物としては、例えば、P等を挙げることができる。S元素を含有する原料としては、例えば、Sの単体、上述したLiの硫化物、Pの硫化物を挙げることができる。N元素を含有する原料としては、例えば、上述したLiの窒化物を挙げることができる。 The raw material composition is usually obtained by mixing raw materials containing Li element, P element, S element and N element. Examples of the raw material containing the Li element include Li sulfide and Li nitride. Specifically, Li 2 S and Li 3 N can be mentioned. Examples of the raw material containing the P element include simple substance P and sulfide of P. The P sulfides, for example, a P 2 S 5 or the like. Examples of the raw material containing the S element include a simple substance of S, the above-mentioned Li sulfide, and P sulfide. Examples of the raw material containing the N element include the above-mentioned Li nitride as described above.

原料組成物を非晶質化する方法としては、例えば、ボールミル、振動ミル等のメカニカルミリング法、溶融急冷法等を挙げることができる。メカニカルミリング法は、乾式であっても良く、湿式であっても良いが、均一処理の観点で後者が好ましい。湿式メカニカルミリング法に用いられる分散媒の種類は特に限定されるものではない。なお、メカニカルミリング法の各種条件は、所望の硫化物ガラスが得られるように設定する。 Examples of the method for amorphizing the raw material composition include a mechanical milling method such as a ball mill and a vibration mill, and a melt quenching method. The mechanical milling method may be a dry method or a wet method, but the latter is preferable from the viewpoint of uniform treatment. The type of dispersion medium used in the wet mechanical milling method is not particularly limited. The various conditions of the mechanical milling method are set so that a desired sulfide glass can be obtained.

非晶質化により得られる硫化物ガラスは、XRD測定において、結晶に由来するピークを有しないことが好ましい。 The sulfide glass obtained by amorphization preferably does not have a crystal-derived peak in the XRD measurement.

また、熱処理工程における熱処理温度は、例えば、240℃以上であり、250℃以上であっても良く、260℃以上であっても良い。一方、熱処理温度は、例えば、320℃以下であり、310℃以下であっても良く、300℃以下であっても良い。また、加熱時間は、例えば、0.5時間以上であり、1時間以上であっても良い。一方、加熱時間は、例えば、10時間以下であり、5時間以下であっても良い。 The heat treatment temperature in the heat treatment step is, for example, 240 ° C. or higher, 250 ° C. or higher, or 260 ° C. or higher. On the other hand, the heat treatment temperature may be, for example, 320 ° C. or lower, 310 ° C. or lower, or 300 ° C. or lower. The heating time is, for example, 0.5 hours or more, and may be 1 hour or more. On the other hand, the heating time is, for example, 10 hours or less, and may be 5 hours or less.

熱処理は、例えば、密閉条件で行われることが好ましい。密閉条件で行うことで、硫化物固体電解質中にN元素を取り込みやすくすることができるためである。また、反応系外にN元素がNとして排出されることを抑制することができるためである。熱処理時の雰囲気としては、例えば、真空、不活性ガス雰囲気を挙げることができる。 The heat treatment is preferably performed under closed conditions, for example. This is because the N element can be easily incorporated into the sulfide solid electrolyte by performing the operation under the closed condition. This is also because it is possible to suppress the discharge of the N element as N 2 from the reaction system. Examples of the atmosphere during the heat treatment include a vacuum and an inert gas atmosphere.

本開示の硫化物固体電解質は、イオン伝導性を必要とする任意の用途に用いることができる。中でも、本開示の硫化物固体電解質は、リチウム固体電池に用いられることが好ましい。すなわち、本開示においては、上述した硫化物固体電解質を用いたリチウム固体電池を提供することもできる。図2は、本開示のリチウム固体電池の一例を示す概略断面図である。図2におけるリチウム固体電池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の間に形成された固体電解質層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。本開示においては、正極活物質層1、負極活物質層2および固体電解質層3の少なくとも一つが、上述した硫化物固体電解質を含有することが好ましい。
以下、本開示のリチウム固体電池における各構成について説明する。
The sulfide solid electrolyte of the present disclosure can be used in any application requiring ionic conductivity. Above all, the sulfide solid electrolyte of the present disclosure is preferably used for a lithium solid state battery. That is, in the present disclosure, it is also possible to provide a lithium solid-state battery using the above-mentioned sulfide solid electrolyte. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the lithium solid-state battery of the present disclosure. The lithium solid cell 10 in FIG. 2 is formed between a positive electrode active material layer 1 containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer 2 containing a negative electrode active material, and a positive electrode active material layer 1 and a negative electrode active material layer 2. A battery case for accommodating the solid electrolyte layer 3, the positive electrode current collector 4 for collecting the positive electrode active material layer 1, the negative electrode current collector 5 for collecting the negative electrode active material layer 2, and these members. 6 and. In the present disclosure, it is preferable that at least one of the positive electrode active material layer 1, the negative electrode active material layer 2 and the solid electrolyte layer 3 contains the above-mentioned sulfide solid electrolyte.
Hereinafter, each configuration of the lithium solid-state battery of the present disclosure will be described.

(1)正極活物質層
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、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、本開示においては、正極活物質層が固体電解質を含有し、その固体電解質が、上述した硫化物固体電解質であることが好ましい。正極活物質層に含まれる硫化物固体電解質の割合は、例えば0.1体積%以上であり、1体積%以上であっても良く、10体積%以上であっても良い。一方、硫化物固体電解質の割合は、例えば、80体積%以下であり、60体積%以下であっても良く、50体積%以下であっても良い。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。
(1) Positive Electrode Active Material Layer The positive electrode active material layer is a layer containing at least a positive electrode active material, and may contain at least one of a solid electrolyte, a conductive material, and a binder, if necessary. .. In particular, in the present disclosure, it is preferable that the positive electrode active material layer contains a solid electrolyte, and the solid electrolyte is the sulfide solid electrolyte described above. The proportion of the sulfide solid electrolyte contained in the positive electrode active material layer is, for example, 0.1% by volume or more, may be 1% by volume or more, or may be 10% by volume or more. On the other hand, the ratio of the sulfide solid electrolyte is, for example, 80% by volume or less, 60% by volume or less, or 50% by volume or less. Examples of the positive electrode active material include 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. Second grade can be mentioned.

正極活物質層は、さらに導電化材を含有していても良い。導電化材の添加により、正極活物質層の導電性を向上させることができる。導電化材としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンファイバー等を挙げることができる。また、正極活物質層は、結着材を含有していても良い。結着材の種類としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のフッ素含有結着材等を挙げることができる。また、正極活物質層の厚さは、例えば、0.1μm以上、1000μm以下である。 The positive electrode active material layer may further contain a conductive material. By adding the conductive material, the conductivity of the positive electrode active material layer can be improved. Examples of the conductive material include acetylene black, ketjen black, carbon fiber and the like. Further, the positive electrode active material layer may contain a binder. Examples of the type of binder include a fluorine-containing binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF). The thickness of the positive electrode active material layer is, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less.

(2)負極活物質層
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、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、本開示においては、負極活物質層が固体電解質を含有し、その固体電解質が、上述した硫化物固体電解質であることが好ましい。負極活物質層に含まれる硫化物固体電解質の割合は、例えば0.1体積%以上であり、1体積%以上であっても良く、10体積%以上であっても良い。一方、硫化物固体電解質の割合は、例えば、80体積%以下であり、60体積%以下であっても良く、50体積%以下であっても良い。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。
(2) Negative electrode active material layer The negative electrode active material layer is a layer containing at least a negative electrode active material, and may contain at least one of a solid electrolyte, a conductive material, and a binder, if necessary. .. In particular, in the present disclosure, it is preferable that the negative electrode active material layer contains a solid electrolyte, and the solid electrolyte is the sulfide solid electrolyte described above. The proportion of the sulfide solid electrolyte contained in the negative electrode active material layer is, for example, 0.1% by volume or more, may be 1% by volume or more, or may be 10% by volume or more. On the other hand, the ratio of the sulfide solid electrolyte is, for example, 80% by volume or less, 60% by volume or less, or 50% by volume or less. Further, 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, soft carbon and the like.

なお、負極活物質層に用いられる導電化材および結着材については、上述した正極活物質層における場合と同様である。また、負極活物質層の厚さは、例えば、0.1μm以上、1000μm以下である。 The conductive material and the binder used for the negative electrode active material layer are the same as those for the positive electrode active material layer described above. The thickness of the negative electrode active material layer is, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less.

(3)固体電解質層
固体電解質層は、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。固体電解質層は、通常、固体電解質を含有する。本開示においては、固体電解質層が、上述した硫化物固体電解質を含有することが好ましい。固体電解質層に含まれる硫化物固体電解質の割合は、例えば、10体積%以上であり、50体積%以上であっても良い。一方、硫化物固体電解質の割合は、例えば、100体積%以下である。固体電解質層の厚さは、例えば、0.1μm以上、1000μm以下である。また、固体電解質層の形成方法としては、例えば、固体電解質を圧縮成形する方法等を挙げることができる。
(3) Solid Electrolyte Layer The solid electrolyte layer is a layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. The solid electrolyte layer usually contains a solid electrolyte. In the present disclosure, it is preferable that the solid electrolyte layer contains the above-mentioned sulfide solid electrolyte. The proportion of the sulfide solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer is, for example, 10% by volume or more, and may be 50% by volume or more. On the other hand, the proportion of the sulfide solid electrolyte is, for example, 100% by volume or less. The thickness of the solid electrolyte layer is, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less. Moreover, as a method of forming a solid electrolyte layer, for example, a method of compression molding a solid electrolyte and the like can be mentioned.

(4)その他の構成
リチウム固体電池は、上述した正極活物質層、固体電解質層および負極活物質層を少なくとも有する。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、本開示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、例えばSUS製電池ケース等を挙げることができる。
(4) Other Structure The lithium solid-state battery has at least the positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode active material layer described above. Further, it usually has a positive electrode current collector that collects electricity from the positive electrode active material layer and a negative electrode current collector that collects electricity from the negative electrode active material layer. Examples of the material of the positive electrode current collector include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium and carbon. On the other hand, examples of the material of the negative electrode current collector include SUS, copper, nickel and carbon. Further, it is preferable to appropriately select the thickness and shape of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector according to the application of the battery and the like. Further, as the battery case used in the present disclosure, a battery case of a general battery can be used, and examples thereof include a battery case made of SUS.

(5)リチウム固体電池
リチウム固体電池は、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。リチウム固体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、リチウム固体電池の製造方法は、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、一般的なリチウム固体電池の製造方法と同様の方法を用いることができる。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) Lithium solid-state battery The lithium solid-state battery may be a primary battery or a secondary battery, but a secondary battery is preferable. This is because it can be repeatedly charged and discharged, and is useful as an in-vehicle battery, for example. Examples of the shape of the lithium solid-state battery include a coin type, a laminated type, a cylindrical type, and a square type. Further, the method for manufacturing the lithium solid-state battery is not particularly limited as long as the above-mentioned battery can be obtained, and the same method as the general method for manufacturing the lithium solid-state battery can be used. As an example of the manufacturing method, a power generation element is produced by sequentially pressing a material constituting a positive electrode active material layer, a material constituting a solid electrolyte layer, and a material constituting a negative electrode active material layer, and this power generation element is produced. Can be mentioned as a method of storing the battery inside the battery case and crimping the battery case.

なお、本開示は、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、本開示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開示の技術的範囲に包含される。 The present disclosure is not limited to the above embodiment. The above embodiment is an example, and any object having substantially the same structure as the technical idea described in the claims of the present disclosure and exhibiting the same effect and effect is the present invention. Included in the technical scope of the disclosure.

以下、本開示をさらに具体的に説明する。 Hereinafter, the present disclosure will be described in more detail.

[比較例1]
原料として、硫化リチウム(LiS、三津和化学工業製)、五硫化二リン(P、アルドリッチ社製)、窒化リチウム(LiN、アルドリッチ社製)を用いた。それぞれの原料を、(70−1.5y)LiS・30P・yLiNの組成において、y=0となるように秤量した。秤量した混合物1gを、φ4mmのZrOボール500個と共に、遊星型ボールミルのポット(45cc、ZrO製)に投入し、密封した。この容器を遊星型ボールミル機(フリッチュ製、P−7)に取り付け、台盤回転数510rpmで45時間メカニカルミリングを行い、硫化物ガラスを得た。
[Comparative Example 1]
As a raw material, lithium sulfide (Li 2 S, Mizuno manufactured sum Chemical Industry), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5, Aldrich), using lithium nitride (Li 3 N, Aldrich). Each of the raw material, in the composition of (70-1.5y) Li 2 S · 30P 2 S 5 · yLi 3 N, was weighed so that y = 0. 1 g of the weighed mixture was put into a pot (45 cc, manufactured by ZrO 2 ) of a planetary ball mill together with 500 ZrO 2 balls having a diameter of 4 mm and sealed. This container was attached to a planetary ball mill machine (manufactured by Fritsch, P-7), and mechanical milling was performed at a base rotation speed of 510 rpm for 45 hours to obtain sulfide glass.

得られた硫化物ガラスを、石英管に入れ、30Pa以下で真空封入した。その後、示唆熱分析(DTA)で観測される結晶化温度(Tc)よりも高い温度(200℃〜350℃)で熱処理することにより、硫化物固体電解質を得た。なお、真空ではなく、不活性雰囲気(例えば、Ar雰囲気、N雰囲気)で熱処理を行っても良い。 The obtained sulfide glass was placed in a quartz tube and vacuum-sealed at 30 Pa or less. Then, a sulfide solid electrolyte was obtained by heat treatment at a temperature (200 ° C. to 350 ° C.) higher than the crystallization temperature (Tc) observed by differential thermal analysis (DTA). Instead of the vacuum, an inert atmosphere (e.g., Ar atmosphere, N 2 atmosphere) may be subjected to heat treatment at.

[実施例1]
(70−1.5y)LiS・30P・yLiNの組成において、y=5となるように、原料を秤量したこと以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。
[Example 1]
(70-1.5y) in the composition of Li 2 S · 30P 2 S 5 · yLi 3 N, such that y = 5, except that materials were weighed, sulfide solid electrolyte in the same manner as in Comparative Example 1 Got

[実施例2]
(70−1.5y)LiS・30P・yLiNの組成において、y=7となるように、原料を秤量したこと以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。
[Example 2]
(70-1.5y) in the composition of Li 2 S · 30P 2 S 5 · yLi 3 N, such that y = 7, except that materials were weighed, sulfide solid electrolyte in the same manner as in Comparative Example 1 Got

[比較例2]
(70−1.5y)LiS・30P・yLiNの組成において、y=10となるように、原料を秤量したこと以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。
[Comparative Example 2]
(70-1.5y) in the composition of Li 2 S · 30P 2 S 5 · yLi 3 N, such that y = 10, except that materials were weighed, sulfide solid electrolyte in the same manner as in Comparative Example 1 Got

[比較例3]
(70−1.5y)LiS・30P・yLiNの組成において、y=20となるように、原料を秤量したこと以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。
[Comparative Example 3]
(70-1.5y) in the composition of Li 2 S · 30P 2 S 5 · yLi 3 N, such that y = 20, except that materials were weighed, sulfide solid electrolyte in the same manner as in Comparative Example 1 Got

[実施例3]
組成を70LiS・30P・yLiNに変更し、その組成において、y=1となるように、原料を秤量したこと以外は、比較例1と同様にして硫化物固体電解質を得た。なお、上記組成は、厳密には、(100−Y)(0.7LiS・0.3P)・YLiNにおけるY=1である。
[Example 3]
The composition was changed to 70Li 2 S · 30P 2 S 5 · yLi 3 N, in its composition, such that y = 1, except that materials were weighed, the sulfide solid electrolyte in the same manner as in Comparative Example 1 Obtained. Strictly speaking, the above composition is Y = 1 in (100-Y) (0.7Li 2 S · 0.3P 2 S 5 ) · YLi 3 N.

[実施例4]
70LiS・30P・yLiNの組成において、y=3.1となるように、原料を秤量したこと以外は、実施例3と同様にして硫化物固体電解質を得た。なお、上記組成は、厳密には、(100−Y)(0.7LiS・0.3P)・YLiNにおけるY=3である。
[Example 4]
In 70Li composition 2 S · 30P 2 S 5 · yLi 3 N, such that y = 3.1, except that materials were weighed to give a sulfide solid electrolyte in the same manner as in Example 3. Strictly speaking, the above composition is Y = 3 at (100-Y) (0.7Li 2 S · 0.3P 2 S 5 ) · YLi 3 N.

[比較例4]
70LiS・30P・yLiNの組成において、y=11.1となるように、原料を秤量したこと以外は、実施例3と同様にして硫化物固体電解質を得た。なお、上記組成は、厳密には、(100−Y)(0.7LiS・0.3P)・YLiNにおけるY=10である。
[Comparative Example 4]
In 70Li composition 2 S · 30P 2 S 5 · yLi 3 N, such that y = 11.1, except that materials were weighed to give a sulfide solid electrolyte in the same manner as in Example 3. Strictly speaking, the composition is Y = 10 at (100-Y) (0.7Li 2 S · 0.3P 2 S 5 ) · YLi 3 N.

[比較例5]
70LiS・30P・yLiNの組成において、y=25となるように、原料を秤量したこと以外は、実施例3と同様にして硫化物固体電解質を得た。なお、上記組成は、厳密には、(100−Y)(0.7LiS・0.3P)・YLiNにおけるY=20である。
[Comparative Example 5]
In 70Li composition 2 S · 30P 2 S 5 · yLi 3 N, such that y = 25, except that materials were weighed to give a sulfide solid electrolyte in the same manner as in Example 3. Strictly speaking, the composition is Y = 20 at (100-Y) (0.7Li 2 S · 0.3P 2 S 5 ) · YLi 3 N.

[評価]
(硫化水素発生量測定)
実施例1〜4および比較例1〜5で得られた硫化物固体電解質の硫化水素発生量を測定した。硫化物固体電解質50mgを容積2000cmのガラスデシケータに静置し、湿度70%の大気に曝露した。デシケータ中の硫化水素濃度を、硫化水素センサ(GBL−HS、イチネンジコー社製)により測定した。なお、曝露開始後5分後の硫化水素発生量を測定した。その結果を表1に示す。また、測定結果の一例として、図3に、実施例2および比較例1で得られた硫化物固体電解質に対する硫化水素発生量の時間経過を示す。
[Evaluation]
(Measurement of hydrogen sulfide generation)
The amount of hydrogen sulfide generated by the sulfide solid electrolytes obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 was measured. 50 mg of the sulfide solid electrolyte was placed in a glass desiccator having a volume of 2000 cm 3 and exposed to the atmosphere at a humidity of 70%. The hydrogen sulfide concentration in the desiccator was measured by a hydrogen sulfide sensor (GBL-HS, manufactured by Ichinenjiko Co., Ltd.). The amount of hydrogen sulfide generated 5 minutes after the start of exposure was measured. The results are shown in Table 1. Further, as an example of the measurement result, FIG. 3 shows the time passage of the amount of hydrogen sulfide generated with respect to the sulfide solid electrolyte obtained in Example 2 and Comparative Example 1.

(Liイオン伝導度測定)
実施例1〜4および比較例1〜5で得られた硫化物固体電解質に対して、交流インピーダンス法によるLiイオン伝導度測定を行った。硫化物固体電解質を6ton/cmの圧力でコールドプレスすることで、φ11.28mm、厚さ約500μmのペレットを作製した。得られたペレットをAr雰囲気中でFRA(周波数応答アナライザ、ソーラトロン、SI1260、東陽テクニカ社製)にて交流インピーダンス測定を行った。測定は、25℃に調整した恒温槽内で行った。その結果を表1、図4、図5に示す。
(Measurement of Li ion conductivity)
The Li ion conductivity was measured by the AC impedance method for the sulfide solid electrolytes obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5. By cold-pressing the sulfide solid electrolyte at a pressure of 6 ton / cm 2 , pellets having a diameter of 11.28 mm and a thickness of about 500 μm were prepared. The obtained pellets were subjected to AC impedance measurement by FRA (frequency response analyzer, Solartron, SI1260, manufactured by Toyo Corporation) in an Ar atmosphere. The measurement was carried out in a constant temperature bath adjusted to 25 ° C. The results are shown in Table 1, FIG. 4, and FIG.

表1および図3に示すように、実施例1〜4は、LiNを含まない比較例1に比べて、硫化水素発生量が低減した。また、図4に示すように、実施例1、2は、比較例1と同じく、10−3S/cm以上のイオン伝導度を有することが確認された。特に、実施例1は、比較例1よりもイオン伝導度が高いという顕著な効果を有していた。一方、比較例2、3は、実施例1、2に比べて、イオン伝導度が大幅に低下した。また、図5に示すように、実施例3、4は、比較例1と同等以上のイオン伝導度を有するという顕著な効果を有していた。一方、比較例4、5は、実施例3、4に比べて、イオン伝導度が大幅に低下した。 As shown in Table 1 and FIG. 3, Examples 1-4, as compared with Comparative Example 1 containing no Li 3 N, and reduced hydrogen sulfide emissions. Further, as shown in FIG. 4, it was confirmed that Examples 1 and 2 had an ionic conductivity of 10 -3 S / cm or more as in Comparative Example 1. In particular, Example 1 had a remarkable effect of having a higher ionic conductivity than Comparative Example 1. On the other hand, in Comparative Examples 2 and 3, the ionic conductivity was significantly lowered as compared with Examples 1 and 2. Further, as shown in FIG. 5, Examples 3 and 4 had a remarkable effect of having an ionic conductivity equal to or higher than that of Comparative Example 1. On the other hand, in Comparative Examples 4 and 5, the ionic conductivity was significantly lowered as compared with Examples 3 and 4.

(X線回折測定)
実施例1〜4および比較例1〜5で得られた硫化物固体電解質に対して、X線回折(XRD)測定を行った。X線回折装置(SmartLab、リガク社製)を用い、CuKα線(1.41Å)にて、2θ=10°〜40°の範囲で測定を行った。その結果を図6〜図9に示す。なお、図7は、図6の一部を拡大した拡大図であり、図9は、図8の一部を拡大した拡大図である。
(X-ray diffraction measurement)
X-ray diffraction (XRD) measurements were performed on the sulfide solid electrolytes obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5. Measurements were performed with CuKα rays (1.41 Å) in the range of 2θ = 10 ° to 40 ° using an X-ray diffractometer (SmartLab, manufactured by Rigaku). The results are shown in FIGS. 6 to 9. Note that FIG. 7 is an enlarged view of a part of FIG. 6, and FIG. 9 is an enlarged view of a part of FIG. 8.

図6に示すように、実施例1、2および比較例1では、Li11構造を有する結晶相がほぼ単相で析出していることが確認された。一方、比較例2、3では、Li11構造を有する結晶相に加えて、β-LiPS等の他の結晶相も析出した。実施例1、2および比較例1の結果を、さらに詳細に調べたところ、図7に示すように、LiNの添加によって、2θ=23.8°付近のピークが高角度側にシフトしていることが確認された。このシフトは、N元素がLi11結晶相内に固溶したために生じたと推測される。 As shown in FIG. 6, in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, it was confirmed that the crystal phase having the Li 7 P 3 S 11 structure was precipitated in a substantially single phase. On the other hand, in Comparative Examples 2 and 3, in addition to the crystal phase having the Li 7 P 3 S 11 structure, other crystal phases such as β-Li 3 PS 4 were also precipitated. The results of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were examined in more detail, as shown in FIG. 7, the addition of Li 3 N, the peak in the vicinity of 2 [Theta] = 23.8 ° is shifted to a higher angle side It was confirmed that It is presumed that this shift was caused by the solid solution of the N element in the Li 7 P 3 S 11 crystal phase.

図8に示すように、実施例3、4および比較例1では、Li11構造を有する結晶相がほぼ単相で析出していることが確認された。一方、比較例4、5では、Li11構造を有する結晶相に加えて、他の結晶相も析出した。実施例3、4および比較例1の結果を、さらに詳細に調べたところ、図9に示すように、LiNの添加によって、2θ=23.8°付近のピークが高角度側にシフトしていることが確認された。 As shown in FIG. 8, in Examples 3 and 4 and Comparative Example 1, it was confirmed that the crystal phase having the Li 7 P 3 S 11 structure was precipitated in a substantially single phase. On the other hand, in Comparative Examples 4 and 5, in addition to the crystal phase having the Li 7 P 3 S 11 structure, other crystal phases were also precipitated. The results of Examples 3 and 4 and Comparative Example 1 were examined in more detail, as shown in FIG. 9, the addition of Li 3 N, the peak in the vicinity of 2 [Theta] = 23.8 ° is shifted to a higher angle side It was confirmed that

(ラマン分光測定)
実施例1〜4および比較例1〜5で得られた硫化物固体電解質に対して、ラマン分光測定を行った。ラマン分光装置(Lab-Ram HR-800、Horiba Jobin Yvon社製)を用いた。その結果を図10および図11に示す。図10および図11に示すように、LiNの添加によって、P 4−ユニット(不安定な架橋硫黄構造)の割合が減少していることが確認された。その結果、硫化水素発生量が低減した推測される。
(Raman spectroscopy)
Raman spectroscopy was performed on the sulfide solid electrolytes obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5. A Raman spectrometer (Lab-Ram HR-800, manufactured by Horiba Jobin Yvon) was used. The results are shown in FIGS. 10 and 11. As shown in FIGS. 10 and 11, by the addition of Li 3 N, it was confirmed that the ratio of P 2 S 7 4- units (unstable bridging sulfur structure) is reduced. As a result, it is presumed that the amount of hydrogen sulfide generated has decreased.

1 …正極活物質層
2 …負極活物質層
3 …固体電解質層
4 …正極集電体
5 …負極集電体
6 …電池ケース
1 ... Positive electrode active material layer 2 ... Negative electrode active material layer 3 ... Solid electrolyte layer 4 ... Positive electrode current collector 5 ... Negative electrode current collector 6 ... Battery case

Claims (1)

Li元素、P元素、S元素およびN元素を含有し、
Li11構造を有する結晶相を備え、
一般式:xLiS−30P−yLiN(1≦y≦7、66.5≦x+y≦73.1)で表される組成を有する、硫化物固体電解質。
Contains Li element, P element, S element and N element,
It has a crystalline phase with a Li 7 P 3 S 11 structure and
General formula: A sulfide solid electrolyte having a composition represented by xLi 2 S-30P 2 S 5- yLi 3 N (1 ≦ y ≦ 7, 66.5 ≦ x + y ≦ 73.1).
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