JP6794518B2 - Manufacturing method of solid electrolyte material - Google Patents

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Description

本発明は、固体電解質材料、リチウムイオン電池および固体電解質材料の製造方法に関する。 The present invention relates to a solid electrolyte material, a lithium ion battery and a method for producing a solid electrolyte material.

リチウムイオン電池は、一般的に、携帯電話やノートパソコンなどの小型携帯機器の電源として使用されている。また、最近では小型携帯機器以外に、電気自動車や電力貯蔵などの電源としてもリチウムイオン電池は使用され始めている。 Lithium-ion batteries are generally used as a power source for small portable devices such as mobile phones and laptop computers. Recently, in addition to small portable devices, lithium-ion batteries have begun to be used as power sources for electric vehicles and power storage.

現在市販されているリチウムイオン電池は、可燃性の有機溶媒を含む電解液が使用されている。一方、電解液を固体電解質に変えて、電池を全固体化したリチウムイオン電池は、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。このような固体電解質に用いられる固体電解質材料としては、硫化物系の材料が知られている(例えば、特許文献1、2)。 Currently commercially available lithium ion batteries use an electrolytic solution containing a flammable organic solvent. On the other hand, a lithium-ion battery in which the electrolyte is changed to a solid electrolyte and the battery is completely solidified does not use a flammable organic solvent in the battery, so that the safety device can be simplified and the manufacturing cost and productivity are excellent. It is believed that. As the solid electrolyte material used for such a solid electrolyte, a sulfide-based material is known (for example, Patent Documents 1 and 2).

硫化物系の固体電解質材料は、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。硫化物系の固体電解質としては、例えば、LiS−P系の固体電解質材料が提案されている(例えば、特許文献1、2)。 Since the sulfide-based solid electrolyte material has high lithium ion conductivity, it is useful for increasing the output of the battery, and various studies have been conducted conventionally. As the sulfide-based solid electrolyte, for example, Li 2 SP 2 S 5- based solid electrolyte materials have been proposed (for example, Patent Documents 1 and 2).

国際公開第2005/119706号パンフレットInternational Publication No. 2005/11706 Pamphlet 特開2012−43654号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-43654

ところが、上述した硫化物系の固体電解質材料は、リチウムイオン伝導性に優れているものの、電解液に比べたらまだまだ低く、固体電解質材料としては十分に満足するものではなかった。また、このような固体電解質材料を用いた全固体型リチウムイオン電池は入出力特性が劣っていた。 However, although the above-mentioned sulfide-based solid electrolyte material is excellent in lithium ion conductivity, it is still lower than the electrolytic solution, and is not sufficiently satisfactory as a solid electrolyte material. Further, the all-solid-state lithium ion battery using such a solid electrolyte material is inferior in input / output characteristics.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、リチウムイオン伝導性に優れ、かつ、入出力特性に優れた全固体型リチウムイオン電池を実現できる硫化物系の固体電解質材料を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a sulfide-based solid electrolyte material capable of realizing an all-solid-state lithium-ion battery having excellent lithium ion conductivity and excellent input / output characteristics. is there.

本発明者らは、リチウムイオン伝導性に優れる、硫化物系の固体電解質材料を提供するため、固体電解質材料の製造に用いる原料の種類、それらの配合割合、製造条件などについて鋭意検討した。その結果、構成元素として、Li、P、およびSを含み、特定の回折ピークの回折強度が低い硫化物系の材料、あるいはLi、P、およびSを特定量含む硫化物系の材料がリチウムイオン伝導性に優れることを見出し、本発明に至った。 In order to provide a sulfide-based solid electrolyte material having excellent lithium ion conductivity, the present inventors have diligently studied the types of raw materials used for producing the solid electrolyte material, their blending ratios, production conditions, and the like. As a result, a sulfide-based material containing Li, P, and S as constituent elements and having a low diffraction intensity of a specific diffraction peak, or a sulfide-based material containing a specific amount of Li, P, and S is lithium ion. We have found that it has excellent conductivity, and have reached the present invention.

すなわち、本発明によれば、
構成元素として、Li、P、およびSを含む固体電解質材料を製造するための製造方法であって、
Li S、P およびLi Nを含む混合物Aをガラス化する工程を含み、
前記固体電解質材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて、少なくとも回折角2θ=17.7±0.3°の位置に回折ピークを有し、上記回折角2θ=17.7±0.3°の位置に存在する上記回折ピークの回折強度をIとし、回折角2θ=26.9±0.3°の位置に存在する回折ピークの回折強度をIとしたとき、I/Iの値が0.50以下である、固体電解質材料の製造方法が提供される。
That is, according to the present invention.
As an element, Li, a manufacturing method for producing P, and including a solid electrolyte material S,
Including the step of vitrifying the mixture A containing Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N.
The solid electrolyte material has a diffraction peak at a position of at least a diffraction angle of 2θ = 17.7 ± 0.3 ° in a spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα ray as a radiation source, and the diffraction angle of 2θ =. the diffraction intensity of the diffraction peak at the position of 17.7 ± 0.3 ° and I a, the diffraction intensity of the diffraction peak at the position of the diffraction angle 2θ = 26.9 ± 0.3 ° and I B when the value of I B / I a is 0.50 or less, the manufacturing method of the solid electrolyte material is provided.

また、本発明によれば、
構成元素として、Li、P、およびSを含む固体電解質材料を製造するための製造方法であって、
Li S、P およびLi Nを含む混合物Aをガラス化する工程を含み、
前記固体電解質材料は、当該固体電解質材料中の上記Pの含有量に対する上記Liの含有量のモル比(Li/P)が3.15以上3.45以下であり、上記Pの含有量に対する上記Sの含有量のモル比(S/P)が、3.79以上4.00未満である、固体電解質材料の製造方法が提供される。
Further, according to the present invention,
As an element, Li, a manufacturing method for producing P, and including a solid electrolyte material S,
Including the step of vitrifying the mixture A containing Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N.
The solid electrolyte material has a molar ratio (Li / P) of the Li content to the P content in the solid electrolyte material of 3.15 or more and 3.45 or less, and the above P content to the P content. Provided is a method for producing a solid electrolyte material in which the molar ratio (S / P) of the S content is 3.79 or more and less than 4.00.

さらに、本発明によれば、
上記固体電解質材料の製造方法において、
記混合物A中の上記LiS、上記Pおよび上記LiNの合計を100モル%としたとき、
上記LiSの含有量が63.0モル%以上70.0モル%以下であり、
上記Pの含有量が23.0モル%以上26.0モル%以下であり、
上記LiNの含有量が6.5モル%以上12.0モル%以下である、固体電解質材料の製造方法が提供される。
Further, according to the present invention
In the method for producing a solid electrolyte material,
When the Li 2 S above Symbol mixture A, the sum of the P 2 S 5 and the Li 3 N was 100 mol%,
The content of the Li 2 S is 70.0 mol% 63.0 mol% or more,
The content of P 2 S 5 is 23.0 mol% or more and 26.0 mol% or less.
Provided is a method for producing a solid electrolyte material, wherein the content of Li 3 N is 6.5 mol% or more and 12.0 mol% or less.

本発明によれば、リチウムイオン伝導性に優れ、かつ、入出力特性に優れた全固体型リチウムイオン電池を実現できる硫化物系の固体電解質材料を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a sulfide-based solid electrolyte material capable of realizing an all-solid-state lithium-ion battery having excellent lithium ion conductivity and excellent input / output characteristics.

本発明に係る実施形態のリチウムイオン電池の構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the structure of the lithium ion battery of embodiment which concerns on this invention.

以下に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には共通の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは必ずしも一致していない。なお、「〜」は特に断りがなければ、以上から以下を表す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all drawings, similar components are designated by a common reference numeral, and description thereof will be omitted as appropriate. Further, the figure is a schematic view and does not necessarily match the actual dimensional ratio. Unless otherwise specified, "~" represents the following from the above.

1.第一実施形態
以下、本発明に係る第一実施形態について説明する。
1. 1. First Embodiment Hereinafter, the first embodiment according to the present invention will be described.

[固体電解質材料]
はじめに、本実施形態の固体電解質材料について説明する。
本実施形態の固体電解質材料は、構成元素として、Li、P、およびSを含んでいる。
本実施形態の固体電解質材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて、少なくとも回折角2θ=17.7±0.3°の位置に回折ピークを有する。そして、回折角2θ=17.7±0.3°に存在する回折ピークの回折強度をIとし、回折角2θ=26.9±0.3°に存在する回折ピークの回折強度をIとしたとき、I/Iの値が0.50以下であり、好ましくは0.35以下であり、より好ましくは0.20以下である。
/Iを上記上限値以下とすることにより、固体電解質材料のリチウムイオン伝導性を向上させることができる。さらに、このような固体電解質材料を用いると、入出力特性に優れた全固体型リチウムイオン電池を得ることができる。
ここで、回折角2θ=17.7±0.3°の位置に存在する回折ピークは、基準の回折ピークであり、回折角2θ=26.9±0.3°の位置に存在する回折ピークは硫化リチウム(以下、LiSとも呼ぶ。)由来の回折ピークである。
したがって、I/Iは、本実施形態の固体電解質材料中の硫化リチウムの含有量の指標を表している。I/Iが小さいほど、本実施形態の固体電解質材料に含まれる硫化リチウムの量が少ないことを意味する。
LiSはリチウムイオン伝導性が低いため、LiSの含有量が少ないほど固体電解質のリチウムイオン伝導性は向上するものと考えられる。
従来の固体電解質材料は、I/Iが上記上限値を超えており、固体電解質材料に含まれる硫化リチウムの量が多かった。そのため、従来の固体電解質材料は、リチウムイオン伝導性を十分に向上できなかったと考えられる。
これに対し、本実施形態の固体電解質材料は、I/Iが上記上限値以下であるため、優れたリチウムイオン伝導性を実現できる。この理由は、LiSの含有量が従来のものよりも少なく、リチウムイオン伝導性を阻害する成分の量が少ないからだと考えられる。
また、I/Iは小さければ小さいほど好ましいため下限値は特に限定されないが、例えば0.01以上である。
[Solid electrolyte material]
First, the solid electrolyte material of the present embodiment will be described.
The solid electrolyte material of the present embodiment contains Li, P, and S as constituent elements.
The solid electrolyte material of the present embodiment has a diffraction peak at a position of at least a diffraction angle of 2θ = 17.7 ± 0.3 ° in a spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source. Then, the diffraction intensity diffraction peaks at diffraction angles 2θ = 17.7 ± 0.3 ° and I A, the diffraction intensity diffraction peaks at diffraction angles 2θ = 26.9 ± 0.3 ° I B when the value of I B / I a is 0.50 or less, preferably 0.35 or less, more preferably 0.20 or less.
The I B / I A With more than the above upper limit, it is possible to improve the lithium ion conductivity of the solid electrolyte material. Further, by using such a solid electrolyte material, an all-solid-state lithium ion battery having excellent input / output characteristics can be obtained.
Here, the diffraction peak existing at the position of the diffraction angle 2θ = 17.7 ± 0.3 ° is the reference diffraction peak, and the diffraction peak existing at the position of the diffraction angle 2θ = 26.9 ± 0.3 °. Is a diffraction peak derived from lithium sulfide (hereinafter, also referred to as Li 2 S).
Therefore, I B / I A represents an indication of the content of lithium sulfide solid electrolyte material of the present embodiment. As I B / I A is small, means that the amount of lithium sulfide contained in the solid electrolyte material of the present embodiment is small.
Since Li 2 S has low lithium ion conductivity, it is considered that the smaller the content of Li 2 S, the better the lithium ion conductivity of the solid electrolyte.
Conventional solid electrolyte material is greater than I B / I A is the upper limit value was greater the amount of lithium sulfide contained in the solid electrolyte material. Therefore, it is considered that the conventional solid electrolyte material could not sufficiently improve the lithium ion conductivity.
In contrast, the solid electrolyte material of the present embodiment, since I B / I A is more than the above upper limit, it is possible to realize a good lithium ion conductivity. When the content of Li 2 S is less than the prior art, it is considered because the amount of the component to inhibit lithium ion conductivity is small.
Although the lower limit is not particularly limited because preferably as the I B / I A small as possible, for example, 0.01 or more.

また、本実施形態の固体電解質材料は、当該固体電解質材料中の上記Pの含有量に対する上記Liの含有量のモル比(Li/P)が好ましくは3.15以上3.45以下であり、より好ましくは3.15以上3.40以下であり、さらに好ましくは3.20以上3.35以下であり、特に好ましくは3.20以上3.33以下である。また、上記Pの含有量に対する上記Sの含有量のモル比(S/P)が、好ましくは3.79以上4.00未満であり、より好ましくは3.80以上4.00未満であり、さらに好ましくは3.81以上3.98以下であり、特に好ましくは3.81以上3.95以下である。
ここで、本実施形態の固体電解質材料中のLi、P、およびSの含有量は、例えば、ICP発光分光分析により求めることができる。
Further, in the solid electrolyte material of the present embodiment, the molar ratio (Li / P) of the Li content to the P content in the solid electrolyte material is preferably 3.15 or more and 3.45 or less. It is more preferably 3.15 or more and 3.40 or less, further preferably 3.20 or more and 3.35 or less, and particularly preferably 3.20 or more and 3.33 or less. Further, the molar ratio (S / P) of the content of S to the content of P is preferably 3.79 or more and less than 4.00, and more preferably 3.80 or more and less than 4.00. More preferably, it is 3.81 or more and 3.98 or less, and particularly preferably 3.81 or more and 3.95 or less.
Here, the contents of Li, P, and S in the solid electrolyte material of the present embodiment can be determined by, for example, ICP emission spectroscopic analysis.

Li/Pのモル比およびS/Pのモル比を上記範囲内とすることにより、より一層優れたリチウムイオン伝導性を得ることができる。この理由については必ずしも明らかではないが、以下の理由が推察される。
固体電解質材料のリチウムイオン伝導性を向上させるためには、化合物の安定性を維持しつつ、リチウムイオンが容易にホッピングするような構造に変化させることが重要である。例えば、安定なオルト組成化合物のLiPSのLi組成を増加または減少させることが重要な因子である。Li組成を増加または減少させる一般的な手法としては、原料の一つであるLiSの混合量を変化させる手法が挙げられる。しかし、この手法ではLi組成だけでなく、S組成も変化してしまうためP−Sの結合状態が変わってしまい目的の効果が得られにくい。
本実施形態では、後述するように、LiPSのLi組成を増加させる手法として、LiNを利用する手法を採用している。LiN中のNはNとして系内に排出されるため、LiNを利用することで、LiPSに対し、Li組成のみを増加させることが可能となる。本発明者らの検討によれば、LiNを利用して、LiPSのLi組成を増加させることにより、固体電解質のリチウムイオン伝導性を向上できることを見出した。
一方で、LiNの混合量を増やすと、LiNがPと反応しLiN由来のLiがLiSとなる。LiSはリチウムイオン伝導性が低いため、固体電解質材料のリチウムイオン伝導性を低下させる要因となる。
そこで、本発明者らは、得られる固体電解質材料中のLiSの含有量を低減させるために鋭意検討した。その結果、原料の一つであるPの混合割合を従来よりも高めることで、LiSの含有量を低減でき、その結果、得られる固体電解質のリチウムイオン伝導性をより一層向上できることを見出した。そのため、本実施形態では、後述するように、Pの混合割合を高め、LiSの含有量を抑制している。
以上のように、LiNを利用し、Li組成を増加させるとともに、Pの割合を高め、LiSの含有量を低減させることにより、Li/Pのモル比およびS/Pのモル比を今までにない上記範囲内にすることができる。Li/Pのモル比およびS/Pのモル比が上記範囲内であると、化合物の安定性とLi組成とLiSの量とが高度にバランスされ、その結果、高いリチウムイオン伝導性の発現につながったと考えられる。
By setting the molar ratio of Li / P and the molar ratio of S / P within the above ranges, even more excellent lithium ion conductivity can be obtained. The reason for this is not always clear, but the following reasons can be inferred.
In order to improve the lithium ion conductivity of the solid electrolyte material, it is important to change the structure so that the lithium ions easily hop while maintaining the stability of the compound. For example, increasing or decreasing the Li composition of the stable ortho-composition compound Li 3 PS 4 is an important factor. The common approach to increase or decrease the Li composition, method of changing the mixed amount of Li 2 S which is one of the raw materials and the like. However, in this method, not only the Li composition but also the S composition changes, so that the bonding state of PS changes, and it is difficult to obtain the desired effect.
In this embodiment, as will be described later, a method using Li 3 N is adopted as a method for increasing the Li composition of Li 3 PS 4 . Since N in Li 3 N is discharged into the system as N 2 , it is possible to increase only the Li composition with respect to Li 3 PS 4 by using Li 3 N. According to the studies by the present inventors, it has been found that the lithium ion conductivity of the solid electrolyte can be improved by increasing the Li composition of Li 3 PS 4 by utilizing Li 3 N.
On the other hand, increasing the mixing amount of Li 3 N, Li 3 N reacts with P 2 S 5 Li 3 N from the Li is Li 2 S. Since Li 2 S has low lithium ion conductivity, it becomes a factor of lowering the lithium ion conductivity of the solid electrolyte material.
Accordingly, the present inventors have conducted intensive studies in order to reduce the content of Li 2 S solid electrolyte material to be obtained. As a result, by increasing the mixing ratio of P 2 S 5 , which is one of the raw materials, the content of Li 2 S can be reduced, and as a result, the lithium ion conductivity of the obtained solid electrolyte is further improved. I found out what I could do. Therefore, in the present embodiment, as will be described later, the mixing ratio of P 2 S 5 is increased to suppress the content of Li 2 S.
As described above, by utilizing Li 3 N to increase the Li composition, increase the ratio of P 2 S 5 , and reduce the content of Li 2 S, the molar ratio of Li / P and S / P The molar ratio of can be within the above range, which has never been seen before. When the molar ratio of the molar ratio and S / P of Li / P is within the above range, the stability and Li composition and Li 2 S compounds amounts and are highly balanced, resulting in higher lithium ion conductivity It is considered that it led to the expression.

本実施形態の固体電解質材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて、少なくとも回折角2θ=17.7±0.3°、2θ=25.9±0.3°、2θ=29.6±0.3°、および2θ=38.8±0.3°の位置に回折ピークを有する回折スペクトルを示すのが好ましい。
ここで、「回折角2θ=17.7±0.3°、2θ=25.9±0.3°、2θ=29.6±0.3°、および2θ=38.8±0.3°の位置に回折ピークを有する」とは、原料であるLiS、PおよびLiNとは異なる新たな結晶構造が生成していることを意味している。詳細は後述するが、原料であるLiS、PおよびLiNを含む混合物Aをガラス化し、得られたガラス状態の混合物Bを加圧成型した後で加熱することにより、回折角2θ=17.7±0.3°、2θ=25.9±0.3°、2θ=29.6±0.3°、および2θ=38.8±0.3°の位置に回折ピークが現れるからである。
したがって、これらの回折ピークは、LiS、PおよびLiNを原料としたガラス状態から新たな規則構造が構成されたために現れた新規の回折ピークであると推測される。なお、ガラス状態の混合物を加熱処理して結晶化させることにより得られる化合物は、一般的に、結晶化ガラスと呼ばれている。
本実施形態の固体電解質材料は、こうした結晶構造を有することにより、リチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。
The solid electrolyte material of the present embodiment has at least a diffraction angle of 2θ = 17.7 ± 0.3 °, 2θ = 25.9 ± 0.3 ° in a spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα ray as a radiation source. It is preferable to show a diffraction spectrum having a diffraction peak at the positions of 2θ = 29.6 ± 0.3 ° and 2θ = 38.8 ± 0.3 °.
Here, "diffraction angle 2θ = 17.7 ± 0.3 °, 2θ = 25.9 ± 0.3 °, 2θ = 29.6 ± 0.3 °, and 2θ = 38.8 ± 0.3 °. "Having a diffraction peak at the position of" means that a new crystal structure different from the raw materials Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N is generated. The details will be described later, but the mixture A containing the raw materials Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N is vitrified, and the obtained mixture B in a glass state is pressure-molded and then heated. Diffraction peaks at 2θ = 17.7 ± 0.3 °, 2θ = 25.9 ± 0.3 °, 2θ = 29.6 ± 0.3 °, and 2θ = 38.8 ± 0.3 ° Is to appear.
Therefore, it is presumed that these diffraction peaks are new diffraction peaks that appear because a new ordered structure is constructed from the glass state using Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N as raw materials. The compound obtained by heat-treating and crystallizing the glassy mixture is generally called crystallized glass.
By having such a crystal structure, the solid electrolyte material of the present embodiment can further improve the lithium ion conductivity.

本実施形態の固体電解質材料の形状としては、例えば粒子状を挙げることができる。本実施形態の粒子状の固体電解質材料は特に限定されないが、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径d50が、好ましくは1μm以上20μm以下であり、より好ましくは1μm以上10μm以下である。
固体電解質材料の平均粒子径d50を上記範囲内とすることにより、良好なハンドリング性を維持すると共に、リチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。
Examples of the shape of the solid electrolyte material of the present embodiment include particulate matter. Although particulate solid electrolyte material of the present embodiment is not particularly limited, the average particle size d 50 in the weight particle size distribution by a laser diffraction scattering particle size distribution measurement method, is preferably 1μm or more 20μm or less, more preferably 1μm It is 10 μm or less.
By setting the average particle size d 50 of the solid electrolyte material within the above range, good handleability can be maintained and lithium ion conductivity can be further improved.

[固体電解質材料の製造方法]
つづいて、本実施形態の固体電解質材料の製造方法について説明する。
本実施形態の固体電解質材料は、例えば、原料であるLiS、PおよびLiNを特定の割合で含む混合物Aをガラス化することにより得ることができる。
また、得られたガラス状態の混合物Bを加圧成型した後、加熱(熱処理とも呼ぶ)することが好ましい。より具体的には、本実施形態の固体電解質材料は、以下の(1)の工程を含む製造方法により得ることができる。また、本実施形態の固体電解質材料の製造方法は、以下の(2)の工程をさらに含むことが好ましい。
[Manufacturing method of solid electrolyte material]
Subsequently, a method for producing the solid electrolyte material of the present embodiment will be described.
The solid electrolyte material of the present embodiment can be obtained, for example, by vitrifying a mixture A containing the raw materials Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N in a specific ratio.
Further, it is preferable that the obtained mixture B in a glass state is pressure-molded and then heated (also referred to as heat treatment). More specifically, the solid electrolyte material of the present embodiment can be obtained by a production method including the following step (1). Moreover, it is preferable that the method for producing the solid electrolyte material of the present embodiment further includes the following step (2).

(1)LiS、PおよびLiNを特定の割合で含む混合物Aをガラス化する工程
(2)得られたガラス状態の混合物Bを加圧成型した後で加熱することにより、上記混合物Bの少なくとも一部を結晶化する工程
以下、各工程について説明する。
(1) Step of crystallization of mixture A containing Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N in a specific ratio (2) By heating the obtained mixture B in a glassy state after pressure molding. , Step of crystallizing at least a part of the mixture B Hereinafter, each step will be described.

<混合物Aをガラス化する工程>
はじめに、LiS、PおよびLiNを特定の割合で含む混合物Aを調製する。ここで、混合物A中のLiSの含有量が好ましくは63.0モル%以上70.0モル%以下、より好ましくは64.0モル%以上69.0モル%以下、Pの含有量が好ましくは23.0モル%以上26.0モル%以下、より好ましくは23.5モル%以上25.0モル%以下、LiNの含有量が好ましくは6.5モル%以上12.0モル%以下、より好ましくは7.0モル%以上11.5モル%以下となるように、LiS、PおよびLiNを混合する。
ここで、LiNの混合量を上記範囲内とすることで、得られる固体電解質材料の安定性を維持しつつ、Li組成を増加させることができる。
また、Pの混合量を上記範囲内とすることで、得られる固体電解質材料の安定性を維持しつつ、LiSの含有量を低減することができる。
なお、得られた固体電解質材料から硫化リチウムだけを除去するのは難しい。そのため、I/Iの値が本実施形態の範囲内である固体電解質材料を得るためには、本実施形態の固体電解質材料の製造方法のように、Pの混合割合を従来の基準よりも高めることが重要となる。
このように各成分の混合割合を高度に制御することにより、構成元素として、Li、P、およびSを含み、かつ、I/Iが本実施形態の範囲内である固体電解質材料を得ることができる。
<Step of vitrifying mixture A>
First, a mixture A containing Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N in a specific proportion is prepared. Here, the content of Li 2 S in the mixture A is preferably 63.0 mol% or more and 70.0 mol% or less, more preferably 64.0 mol% or more and 69.0 mol% or less, and P 2 S 5 . preferably the content is 26.0 mol% or more 23.0 mol% or less, more preferably 25.0 mol% or more 23.5 mol% or less, Li 3 N is preferably content of not less than 6.5 mol% 12 Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N are mixed so as to be 0.0 mol% or less, more preferably 7.0 mol% or more and 11.5 mol% or less.
Here, the mixing amount of Li 3 N With the above-mentioned range, while maintaining the stability of the resulting solid electrolyte material, it is possible to increase the Li composition.
Further, by setting the mixing amount of P 2 S 5 within the above range, the content of Li 2 S can be reduced while maintaining the stability of the obtained solid electrolyte material.
It is difficult to remove only lithium sulfide from the obtained solid electrolyte material. Therefore, the value of I B / I A to obtain a solid electrolyte material is within the scope of the present embodiment, as in the method for producing a solid electrolyte material of the present embodiment, a conventional mixing ratio of P 2 S 5 It is important to raise it above the standard of.
By thus highly controlled mixing ratio of the components is obtained as an element, Li, P, and comprises S, and, I B / I A is a solid electrolyte material is within the scope of this embodiment be able to.

また、上記混合モル比が、通常はそのまま反応モル比となる。また、本実施形態の混合モル比は、例えば、ICP発光分光分析またはX線光電子分光法により求めることができるが、通常は仕込みの重量比から算出できる。 In addition, the mixed molar ratio is usually the reaction molar ratio as it is. Further, the mixed molar ratio of the present embodiment can be obtained by, for example, ICP emission spectroscopic analysis or X-ray photoelectron spectroscopy, but can usually be calculated from the weight ratio of the charged material.

つぎに、LiS、PおよびLiNを上記割合で含む混合物Aをガラス化する。
LiS、PおよびLiNを含む混合物Aをガラス化する方法としては、LiS、PおよびLiNを含む混合物Aをガラス化できる方法であれば特に限定されないが、例えば、メカノケミカル処理、溶融急冷法などによりおこなうことができる。
これらの中でも、メカノケミカル処理によりおこなうことが好ましい。常温での処理が可能であり、製造工程の簡略化を図ることができるからである。また、メカノケミカル処理は、乾式メカノケミカル処理であっても、湿式メカノケミカル処理であってもよい。
メカノケミカル処理を用いると、LiS、PおよびLiNを微粒子状に粉砕しながら混合することができるため、LiS、PおよびLiNの接触面積を大きくすることができる。これにより、LiS、PおよびLiNの反応を促進することができるため、より一層効率良く本実施形態の固体電解質材料を得ることができる。
Next, the mixture A containing Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N in the above proportions is vitrified.
Li 2 S, a mixture A containing P 2 S 5 and Li 3 N as a method of vitrification particularly limited as long as it is a method of Li 2 S, a mixture A containing P 2 S 5 and Li 3 N vitrifiable However, it can be carried out by, for example, mechanochemical treatment, melt quenching method, or the like.
Among these, it is preferable to carry out by mechanochemical treatment. This is because processing at room temperature is possible and the manufacturing process can be simplified. Further, the mechanochemical treatment may be a dry mechanochemical treatment or a wet mechanochemical treatment.
When the mechanochemical treatment is used, Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N can be mixed while being pulverized into fine particles, so that the contact area of Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N is increased. can do. As a result, the reaction of Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N can be promoted, so that the solid electrolyte material of the present embodiment can be obtained even more efficiently.

ここで、メカノケミカル処理とは、混合対象に、せん断力、衝突力または遠心力のような機械的エネルギーを加えつつガラス化する方法である。メカノケミカル処理によるガラス化をおこなう装置としては、ボールミル、ビーズミル、振動ミル、ターボミル、メカノフュージョン、ディスクミルなどの粉砕・分散機が挙げられる。これらの中でもボールミルが好ましく、遊星型ボールミルが特に好ましい。遊星型ボールミルでは、ポットが自転回転しながら、台盤が公転回転するので、非常に高い衝撃エネルギーを効率良く発生させることができる。そのため、所望の固体電解質材料を効率良く得ることができる。 Here, the mechanochemical treatment is a method of vitrifying a mixture object while applying mechanical energy such as shear force, collision force or centrifugal force. Examples of devices that perform vitrification by mechanochemical treatment include crushers / dispersers such as ball mills, bead mills, vibration mills, turbo mills, mechanofusions, and disc mills. Among these, a ball mill is preferable, and a planetary ball mill is particularly preferable. In a planetary ball mill, the base rotates while the pot rotates on its axis, so that extremely high impact energy can be efficiently generated. Therefore, a desired solid electrolyte material can be efficiently obtained.

また、メカノケミカル処理は非活性雰囲気下でおこなうことが好ましい。これにより、LiS、PおよびLiNと、水蒸気や酸素などとの反応を抑制することができる。
また、上記非活性雰囲気下とは、1〜10−5Paの真空雰囲気下または不活性ガス雰囲気下のことである。上記非活性雰囲気下では、水分の接触を避けるために露点が−50℃以下であることが好ましく、−60℃以下であることがより好ましい。上記不活性ガス雰囲気下とは、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスなどの不活性ガスの雰囲気下のことである。これらの不活性ガスは、製品への不純物の混入を防止するために、高純度である程好ましい。混合系への不活性ガスの導入方法としては、混合系内が不活性ガス雰囲気で満たされる方法であれば特に限定されないが、不活性ガスをパージする方法、不活性ガスを一定量導入し続ける方法などが挙げられる。
Further, the mechanochemical treatment is preferably performed in a non-active atmosphere. As a result, the reaction between Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N and water vapor, oxygen or the like can be suppressed.
The non-active atmosphere is a vacuum atmosphere of 1 to 10-5 Pa or an inert gas atmosphere. Under the above-mentioned inactive atmosphere, the dew point is preferably −50 ° C. or lower, and more preferably −60 ° C. or lower in order to avoid contact with moisture. The above-mentioned inert gas atmosphere is an atmosphere of an inert gas such as argon gas, helium gas, and nitrogen gas. The higher the purity of these inert gases, the more preferable they are, in order to prevent impurities from being mixed into the product. The method of introducing the inert gas into the mixed system is not particularly limited as long as the inside of the mixed system is filled with the inert gas atmosphere, but a method of purging the inert gas and continuing to introduce a certain amount of the inert gas. The method etc. can be mentioned.

また、LiS、PおよびLiNを含む混合物Aをガラス化する時に、ヘキサン、トルエン、またはキシレンなどの非プロトン性有機溶媒を添加して、溶媒に各原料を分散させた状態でガラス化してもよい。こうすることにより、より効率良くガラス化することができる。 Further, when vitrifying the mixture A containing Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N, an aprotic organic solvent such as hexane, toluene, or xylene was added to disperse each raw material in the solvent. It may be vitrified in the state. By doing so, vitrification can be performed more efficiently.

LiS、PおよびLiNを含む混合物Aをガラス化するときの回転速度や処理時間、温度、反応圧力、混合物に加えられる重力加速度などの混合条件は、混合物Aの処理量によって適宜決定することができる。一般的には、回転速度が速いほど、ガラスの生成速度は速くなり、処理時間が長いほどガラスヘの転化率は高くなる。例えば、一般的な遊星型ボールミル機を使用した場合は、回転速度を数十〜数百rpmとし、0.5時間〜500時間処理すればよい。通常は、線源としてCuKα線を用いたX線回折分析をしたとき、原料であるPおよびLiNの回折ピークが消失していたら、上記混合物Aはガラス化され、混合物Bが得られていると判断することができる。 Mixing conditions such as rotation speed, processing time, temperature, reaction pressure, and gravitational acceleration applied to the mixture when vitrifying the mixture A containing Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N are the processing amount of the mixture A. Can be determined as appropriate. In general, the faster the rotation speed, the faster the glass formation rate, and the longer the processing time, the higher the conversion rate to glass. For example, when a general planetary ball mill machine is used, the rotation speed may be several tens to several hundreds rpm, and processing may be performed for 0.5 hours to 500 hours. Typically, when the X-ray diffraction analysis using CuKα rays as a radiation source, when the diffraction peak of P 2 S 5 and Li 3 N is a raw material disappeared, the mixture A is vitrified, mixtures B It can be judged that it has been obtained.

本実施形態の固体電解質材料は、リチウムイオンの伝導性をより一層向上できる観点から、非晶質性がより高いほど好ましい。 The solid electrolyte material of the present embodiment is preferably more amorphous, from the viewpoint of further improving the conductivity of lithium ions.

(LiS)
本実施形態のLiSとしては特に限定されず、市販されているLiSを使用してもよいし、例えば、水酸化リチウムと硫化水素との反応により得られるLiSを使用してもよい。高純度な固体電解質材料を得る観点および副反応を抑制する観点から、不純物の少ないLiSを使用することが好ましい。
(Li 2 S)
The Li 2 S of the present embodiment is not particularly limited, and a commercially available Li 2 S may be used. For example, Li 2 S obtained by the reaction of lithium hydroxide and hydrogen sulfide may be used. May be good. From the viewpoint of suppressing aspects and side reactions obtaining highly pure solid electrolyte material, it is preferred to use less Li 2 S impurities.

本実施形態のLiSのレーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径d50は、好ましくは平均粒子径d50が30μm以下であり、より好ましくは20μm以下であり、特に好ましくは10μm以下である。平均粒子径d50を上記上限値以下とすることにより、LiS、PおよびLiNの接触面積を大きくすることができる。これにより、LiS、PおよびLiNの反応を促進することができるため、より一層効率良く本実施形態の固体電解質材料を得ることができる。
また、LiSの平均粒子径d50の下限値は特に限定されないが、取り扱い性の観点から、例えば1μm以上である。
The average particle size d 50 in the weight particle size distribution by a laser diffraction scattering particle size distribution measurement method of Li 2 S of this embodiment is preferably not average particle size d 50 30 [mu] m or less, more preferably 20μm or less, Particularly preferably, it is 10 μm or less. By setting the average particle diameter d 50 to the above upper limit value or less, the contact area of Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N can be increased. As a result, the reaction of Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N can be promoted, so that the solid electrolyte material of the present embodiment can be obtained even more efficiently.
The lower limit of the average particle size d 50 of Li 2 S is not particularly limited, from the viewpoint of handling property, for example 1μm or more.

(P
本実施形態のPとしては特に限定されず、市販されているPを使用することができる。高純度な固体電解質材料を得る観点および副反応を抑制する観点から、不純物の少ないPを使用することが好ましい。また、Pに代えて、相当するモル比の単体リン(P)および単体硫黄(S)を用いることもできる。単体リン(P)および単体硫黄(S)は、工業的に生産され、販売されているものであれば、特に限定なく使用することができる。
(P 2 S 5 )
The P 2 S 5 of the present embodiment is not particularly limited, and a commercially available P 2 S 5 can be used. From the viewpoint of suppressing aspects and side reactions obtaining highly pure solid electrolyte material, it is preferable to use a P 2 S 5 with less impurities. Further, instead of P 2 S 5 , elemental phosphorus (P) and elemental sulfur (S) having corresponding molar ratios can be used. Elemental phosphorus (P) and elemental sulfur (S) can be used without particular limitation as long as they are industrially produced and sold.

本実施形態のPのレーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径d50は、好ましくは平均粒子径d50が30μm以下であり、より好ましくは20μm以下であり、特に好ましくは10μm以下である。平均粒子径d50を上記上限値以下とすることにより、LiS、PおよびLiNの接触面積を大きくすることができる。これにより、LiS、PおよびLiNの反応を促進することができるため、より一層効率良く本実施形態の固体電解質材料を得ることができる。
また、Pの平均粒子径d50の下限値は特に限定されないが、取り扱い性の観点から、例えば1μm以上である。
The average particle size d 50 in the weight particle size distribution by a laser diffraction scattering particle size distribution measurement method of P 2 S 5 of the present embodiment is preferably not is 30μm or less average particle size d 50, more preferably be 20μm or less , Especially preferably 10 μm or less. By setting the average particle diameter d 50 to the above upper limit value or less, the contact area of Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N can be increased. As a result, the reaction of Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N can be promoted, so that the solid electrolyte material of the present embodiment can be obtained even more efficiently.
The lower limit of the average particle size d 50 of P 2 S 5 is not particularly limited, from the viewpoint of handling property, for example 1μm or more.

(LiN)
本実施形態のLiNとしては特に限定されず、市販されているLiNを使用してもよいし、例えば、金属リチウム(例えば、Li箔)と窒素ガスとの反応により得られるLiNを使用してもよい。高純度な固体電解質材料を得る観点および副反応を抑制する観点から、不純物の少ないLiNを使用することが好ましい。
(Li 3 N)
The Li 3 N of the present embodiment is not particularly limited, and commercially available Li 3 N may be used. For example, Li 3 obtained by reacting metallic lithium (for example, Li foil) with nitrogen gas. N may be used. From the viewpoint of suppressing aspects and side reactions obtaining highly pure solid electrolyte material, it is preferred to use less Li 3 N impurity.

本実施形態のLiNのレーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径d50は、好ましくは平均粒子径d50が30μm以下であり、より好ましくは20μm以下であり、特に好ましくは10μm以下である。平均粒子径d50を上記上限値以下とすることにより、LiS、PおよびLiNの接触面積を大きくすることができる。それにより、LiS、PおよびLiNの反応を促進することができるため、より一層効率良く本実施形態の固体電解質材料を得ることができる。
また、LiNの平均粒子径d50の下限値は特に限定されないが、取り扱い性の観点から、例えば1μm以上である。
The average particle size d 50 in Li 3 N by weight particle size distribution by a laser diffraction scattering particle size distribution measurement method of this embodiment is preferably not average particle size d 50 30 [mu] m or less, more preferably 20μm or less, Particularly preferably, it is 10 μm or less. By setting the average particle diameter d 50 to the above upper limit value or less, the contact area of Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N can be increased. As a result, the reaction of Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N can be promoted, so that the solid electrolyte material of the present embodiment can be obtained even more efficiently.
The lower limit of the average particle size d 50 of Li 3 N is not particularly limited, from the viewpoint of handling property, for example 1μm or more.

<混合物Bの少なくとも一部を結晶化する工程>
つづいて、得られたガラス状態の混合物Bを加圧成型した後で加熱することにより、上記混合物Bの少なくとも一部を結晶化する工程について説明する。
本実施形態の固体電解質材料の製造方法では、LiS、PおよびLiNを特定の割合で含むガラス状態の混合物Bを加圧成型した後で加熱することにより、混合物Bの少なくとも一部を結晶化させることが好ましい。こうすることにより、より一層リチウムイオン伝導性に優れた固体電解質材料を得ることができる。
<Step of crystallizing at least a part of mixture B>
Subsequently, a step of crystallizing at least a part of the mixture B by heating the obtained mixture B in a glass state after pressure molding will be described.
In the method for producing a solid electrolyte material of the present embodiment, the mixture B in a glass state containing Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N in a specific ratio is pressure-molded and then heated to obtain the mixture B. It is preferable to crystallize at least a part. By doing so, a solid electrolyte material having further excellent lithium ion conductivity can be obtained.

上記混合物Bを加圧成型する方法は特に限定されないが、例えば、市販のプレス装置を用いて、得られたガラス状態の混合物Bを10MPa以上300MPa以下の圧力で、1〜60分間程度プレスすることにより混合物Bを板状に成型する方法が挙げられる。
プレス成型した板状の混合物Bの厚みは、例えば、0.1mm以上3mm以下である。
The method of pressure molding the mixture B is not particularly limited, but for example, the obtained mixture B in a glass state is pressed at a pressure of 10 MPa or more and 300 MPa or less for about 1 to 60 minutes using a commercially available pressing device. A method of molding the mixture B into a plate shape can be mentioned.
The thickness of the press-molded plate-shaped mixture B is, for example, 0.1 mm or more and 3 mm or less.

加圧成型した上記混合物Bを加熱する際の温度としては、280℃以上500℃以下の範囲内であることが好ましく、280℃以上350℃以下の範囲内であることがより好ましい。
上記混合物Bを加熱する際の温度が上記範囲内であると、より一層優れたリチウムイオン伝導性を得ることができる。
The temperature at which the pressure-molded mixture B is heated is preferably in the range of 280 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, and more preferably in the range of 280 ° C. or higher and 350 ° C. or lower.
When the temperature at which the mixture B is heated is within the above range, even more excellent lithium ion conductivity can be obtained.

上記混合物Bを加熱する時間は、所望の固体電解質材料が得られる時間であれば特に限定されるものではないが、例えば、1分間以上24時間以下の範囲内であり、好ましくは0.5時間以上3時間以下である。加熱の方法は特に限定されるものではないが、例えば、焼成炉を用いる方法を挙げることができる。なお、このような加熱する際の温度、時間などの条件は、本実施形態の固体電解質材料の特性を最適なものにするため適宜調整することができる。 The time for heating the mixture B is not particularly limited as long as the desired solid electrolyte material can be obtained, but is, for example, in the range of 1 minute or more and 24 hours or less, preferably 0.5 hour. It is more than 3 hours or less. The heating method is not particularly limited, and examples thereof include a method using a firing furnace. The conditions such as temperature and time for heating can be appropriately adjusted in order to optimize the characteristics of the solid electrolyte material of the present embodiment.

また、上記混合物Bの加熱は、例えば、不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。これにより、固体電解質材料の劣化(例えば、酸化)を防止することができる。
上記混合物Bを加熱する時の不活性ガスとしては、例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスなどが挙げられる。これらの不活性ガスは、製品への不純物の混入を防止するために、高純度である程好ましく、また、水分の接触を避けるために、露点が−50℃以下であることが好ましく、−60℃以下であることが特に好ましい。混合系への不活性ガスの導入方法としては、混合系内が不活性ガス雰囲気で満たされる方法であれば特に限定されないが、不活性ガスをパージする方法、不活性ガスを一定量導入し続ける方法などが挙げられる。
Further, it is preferable that the mixture B is heated, for example, in an inert gas atmosphere. Thereby, deterioration (for example, oxidation) of the solid electrolyte material can be prevented.
Examples of the inert gas when heating the mixture B include argon gas, helium gas, nitrogen gas and the like. It is preferable that these inert gases have a high purity in order to prevent impurities from being mixed into the product, and the dew point is preferably −50 ° C. or lower in order to avoid contact with moisture, preferably −60 ° C. It is particularly preferable that the temperature is below ° C. The method of introducing the inert gas into the mixed system is not particularly limited as long as the inside of the mixed system is filled with the inert gas atmosphere, but a method of purging the inert gas and continuing to introduce a certain amount of the inert gas. The method etc. can be mentioned.

このように混合物Bを加圧成型した後に加熱することにより、Li、PおよびSの組成が均一になり易く、加熱時にガラス粉末が結晶化する前に通過するガラス軟化点で微粒子同士の融着や密着が進むため、微粒子間の接触界面抵抗が低減され、得られる固体電解質材料のリチウムイオン伝導性をより一層向上できると考えられる。 By heating the mixture B after pressure molding in this way, the compositions of Li, P, and S tend to be uniform, and the fine particles are fused to each other at the glass softening point that passes before the glass powder crystallizes during heating. It is considered that the contact interface resistance between the fine particles is reduced and the lithium ion conductivity of the obtained solid electrolyte material can be further improved.

このような製造方法により、本実施形態の固体電解質材料を得ることができる。 By such a production method, the solid electrolyte material of the present embodiment can be obtained.

<粉砕、分級、または造粒する工程>
本実施形態の固体電解質材料の製造方法では、必要に応じて、得られた固体電解質材料を粉砕、分級、または造粒する工程をさらにおこなってもよい。例えば、粉砕により微粒子化し、その後、分級操作や造粒操作によって粒子径を調整することにより、所望の粒子径を有する固体電解質材料を得ることができる。上記粉砕方法としては特に限定されず、乳鉢、回転ミル、コーヒーミルなど公知の粉砕方法を用いることができる。また、上記分級方法としては特に限定されず、篩など公知の方法を用いることができる。
これらの粉砕または分級は、空気中の水分との接触を防ぐことができる点から、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下で行うことが好ましい。
また、粉砕、分級、または造粒する工程は、上記(1)の工程の前に、原料であるLiS、PおよびLiNに対しておこなってもよいし、上記(1)の工程の後に、上記混合物Bに対しておこなってもよい。
<Process of crushing, classifying, or granulating>
In the method for producing a solid electrolyte material of the present embodiment, a step of pulverizing, classifying, or granulating the obtained solid electrolyte material may be further performed, if necessary. For example, a solid electrolyte material having a desired particle size can be obtained by making the particles finer by pulverization and then adjusting the particle size by a classification operation or a granulation operation. The crushing method is not particularly limited, and a known crushing method such as a mortar, a rotary mill, or a coffee mill can be used. Further, the classification method is not particularly limited, and a known method such as a sieve can be used.
These pulverizations or classifications are preferably carried out in an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere from the viewpoint of preventing contact with moisture in the air.
Further, the step of crushing, classifying, or granulating may be performed on the raw materials Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N before the step (1) above, or the step (1) above. ) May be followed by the above mixture B.

本実施形態の固体電解質材料を得るためには、上記の各工程を適切に調整することが重要である。ただし、本実施形態の固体電解質材料の製造方法は、上記のような方法には限定されず、種々の条件を適切に調整することにより、本実施形態の固体電解質材料を得ることができる。 In order to obtain the solid electrolyte material of the present embodiment, it is important to appropriately adjust each of the above steps. However, the method for producing the solid electrolyte material of the present embodiment is not limited to the above method, and the solid electrolyte material of the present embodiment can be obtained by appropriately adjusting various conditions.

本実施形態の固体電解質材料は、少なくとも5V〜−5Vの範囲で分解が起こらず、室温において1.6×10−3S・cm−1以上という、高いリチウムイオン伝導性を示す。
ここで、上記リチウムイオン伝導度は、27.0℃、印加電圧10mV、測定周波数域0.1Hz〜7MHzの測定条件における交流インピーダンス法によるリチウムイオン伝導度である。
したがって、本実施形態の固体電解質材料は、リチウムイオン電池用固体電解質材料として極めて有用である。
また、上記の特性を有する本実施形態の固体電解質材料を使用したリチウムイオン電池は、安全性、入出力特性および充放電サイクル特性に優れている。
The solid electrolyte material of the present embodiment does not decompose in the range of at least 5V to -5V, and exhibits high lithium ion conductivity of 1.6 × 10 -3 S · cm -1 or more at room temperature.
Here, the lithium ion conductivity is the lithium ion conductivity by the AC impedance method under the measurement conditions of 27.0 ° C., an applied voltage of 10 mV, and a measurement frequency range of 0.1 Hz to 7 MHz.
Therefore, the solid electrolyte material of the present embodiment is extremely useful as a solid electrolyte material for lithium ion batteries.
Further, the lithium ion battery using the solid electrolyte material of the present embodiment having the above characteristics is excellent in safety, input / output characteristics and charge / discharge cycle characteristics.

本実施形態の固体電解質材料は、リチウム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、本実施形態の固体電解質材料は、リチウムイオン電池に用いられることが好ましい。本実施形態の固体電解質材料をリチウムイオン電池に用いる場合、正極に用いてもよいし、負極に用いてもよいし、電解質層に用いてもよい。 The solid electrolyte material of the present embodiment can be used in any application that requires lithium ion conductivity. Above all, the solid electrolyte material of the present embodiment is preferably used for a lithium ion battery. When the solid electrolyte material of the present embodiment is used for a lithium ion battery, it may be used for a positive electrode, a negative electrode, or an electrolyte layer.

[固体電解質]
つぎに、本実施形態の固体電解質について説明する。本実施形態の固体電解質は、本実施形態の固体電解質材料を主成分として含んでいる。
そして、本実施形態の固体電解質は特に限定されないが、本実施形態の固体電解質材料以外の成分として、例えば、本発明の目的を損なわない範囲内で、上述した本実施形態の固体電解質材料とは異なる種類の固体電解質材料を含んでもよい。
[Solid electrolyte]
Next, the solid electrolyte of the present embodiment will be described. The solid electrolyte of the present embodiment contains the solid electrolyte material of the present embodiment as a main component.
The solid electrolyte of the present embodiment is not particularly limited, but as a component other than the solid electrolyte material of the present embodiment, for example, the solid electrolyte material of the present embodiment described above is used as long as the object of the present invention is not impaired. It may contain different types of solid electrolyte materials.

<上述した本実施形態の固体電解質材料とは異なる種類の固体電解質材料>
本実施形態の固体電解質は本実施形態の固体電解質材料とは異なる種類の固体電解質材料を含んでいてもよい。本実施形態の固体電解質材料とは異なる種類の固体電解質材料としては、イオン伝導性および絶縁性を有するものであれば特に限定されないが、一般的にリチウムイオン電池に用いられるものを用いることができる。例えば、硫化物固体電解質材料、酸化物固体電解質材料などを挙げることができる。これらの中でも、硫化物固体電解質材料が好ましい。これにより、入出力特性に優れた全固体リチウムイオン電池とすることができる。硫化物固体電解質材料としては、例えば、LiS−P材料、LiS−SiS材料、LiS-SiS-LiPO材料、LiS−GeS材料、LiS-P-GeS材料、LiS−Al材料などが挙げられる。これらの中でも、リチウムイオン伝導性が優れている点から、LiS−P材料が好ましい。
<A type of solid electrolyte material different from the solid electrolyte material of the present embodiment described above>
The solid electrolyte of the present embodiment may contain a different type of solid electrolyte material from the solid electrolyte material of the present embodiment. The type of solid electrolyte material different from the solid electrolyte material of the present embodiment is not particularly limited as long as it has ionic conductivity and insulating properties, but those generally used for lithium ion batteries can be used. .. For example, a sulfide solid electrolyte material, an oxide solid electrolyte material, and the like can be mentioned. Among these, a sulfide solid electrolyte material is preferable. As a result, an all-solid-state lithium-ion battery having excellent input / output characteristics can be obtained. Examples of the sulfide solid electrolyte material include Li 2 S-P 2 S 5 material, Li 2 S-SiS 2 material, Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 material, Li 2 S-GeS 2 material, and Li. 2 S-P 2 S 5 -GeS 2 material, such as Li 2 S-Al 2 S 3 materials. Among these, the Li 2 SP 2 S 5 material is preferable because it has excellent lithium ion conductivity.

[リチウムイオン電池]
図1は、本発明に係る実施形態のリチウムイオン電池100の構造の一例を示す断面図である。
本実施形態のリチウムイオン電池100は、例えば、正極活物質層101を含む正極110と、電解質層120と、負極活物質層103を含む負極130とを備えている。そして、正極活物質層101、負極活物質層103および電解質層120の少なくとも一つが、本実施形態の固体電解質材料を含有する。また、正極活物質層101、負極活物質層103および電解質層120のすべてが、本実施形態の固体電解質材料を含有していることが好ましい。なお、本実施形態では特に断りがなければ、正極活物質を含む層を正極活物質層101と呼び、集電体105上に正極活物質層101を形成させたものを正極110と呼ぶ。また、負極活物質を含む層を負極活物質層103と呼び、集電体105上に負極活物質層103を形成させたものを負極130と呼ぶ。
本実施形態のリチウムイオン電池100は、一般的に公知の方法に準じて製造される。例えば、本実施形態の正極110、固体電解質層またはセパレーター、および負極130を重ねたものを、円筒型、コイン型、角型、フィルム型その他任意の形状に形成し、必要に応じて、非水電解液を封入することにより作製される。
[Lithium-ion battery]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the lithium ion battery 100 according to the embodiment of the present invention.
The lithium ion battery 100 of the present embodiment includes, for example, a positive electrode 110 including a positive electrode active material layer 101, an electrolyte layer 120, and a negative electrode 130 including a negative electrode active material layer 103. Then, at least one of the positive electrode active material layer 101, the negative electrode active material layer 103, and the electrolyte layer 120 contains the solid electrolyte material of the present embodiment. Further, it is preferable that all of the positive electrode active material layer 101, the negative electrode active material layer 103, and the electrolyte layer 120 contain the solid electrolyte material of the present embodiment. In the present embodiment, unless otherwise specified, the layer containing the positive electrode active material is referred to as the positive electrode active material layer 101, and the layer in which the positive electrode active material layer 101 is formed on the current collector 105 is referred to as the positive electrode 110. Further, the layer containing the negative electrode active material is called the negative electrode active material layer 103, and the layer in which the negative electrode active material layer 103 is formed on the current collector 105 is called the negative electrode 130.
The lithium ion battery 100 of the present embodiment is manufactured according to a generally known method. For example, the positive electrode 110, the solid electrolyte layer or the separator, and the negative electrode 130 of the present embodiment are stacked to form a cylindrical shape, a coin shape, a square shape, a film shape, or any other shape, and if necessary, non-water. It is produced by encapsulating an electrolytic solution.

<正極>
正極110は特に限定されず、リチウムイオン電池に一般的に用いられているものを使用することができる。正極110は特に限定されないが、一般的に公知の方法に準じて製造することができる。例えば、正極活物質を含む正極活物質層101をアルミ箔などの集電体105の表面に形成することにより得ることができる。
<Positive electrode>
The positive electrode 110 is not particularly limited, and those generally used for lithium ion batteries can be used. The positive electrode 110 is not particularly limited, but can be manufactured according to a generally known method. For example, it can be obtained by forming a positive electrode active material layer 101 containing a positive electrode active material on the surface of a current collector 105 such as an aluminum foil.

正極活物質層101の厚みや密度は、電池の使用用途などに応じて適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。 The thickness and density of the positive electrode active material layer 101 are appropriately determined according to the intended use of the battery and are not particularly limited, and can be set according to generally known information.

本実施形態の正極活物質としては特に限定されず一般的に公知のものを使用することができる。例えば、リチウムコバルト酸化物(LiCoO)、リチウムニッケル酸化物(LiNiO)、リチウムマンガン酸化物(LiMn)などの複合酸化物;ポリアニリン、ポリピロールなどの導電性高分子;LiS、CuS、Li-Cu-S化合物、MoS、Li-Mo-S化合物などの硫化物を用いることができる。 The positive electrode active material of the present embodiment is not particularly limited, and generally known materials can be used. For example, composite oxides such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ); conductive polymers such as polyaniline and polypyrrole; Li 2 S, Sulfides such as CuS, Li-Cu-S compounds, MoS 2 and Li-Mo-S compounds can be used.

正極活物質層101は特に限定されないが、本実施形態の正極活物質以外の成分として、例えば、バインダー、増粘剤、導電助剤、固体電解質材料などから選択される1種以上の材料を含んでもよい。以下、各材料について説明する。 The positive electrode active material layer 101 is not particularly limited, but contains one or more materials selected from, for example, a binder, a thickener, a conductive auxiliary agent, a solid electrolyte material, and the like as components other than the positive electrode active material of the present embodiment. It may be. Hereinafter, each material will be described.

(バインダー)
正極活物質層101は、正極活物質同士および正極活物質と集電体105とを結着させる役割をもつバインダーを含んでもよい。
本実施形態のバインダーはリチウムイオン電池に使用可能な通常のバインダーであれば特に限定されないが、例えば、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、スチレン・ブタジエン系ゴム、ポリイミドなどが挙げられる。これらのバインダーは一種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。
(binder)
The positive electrode active material layer 101 may contain a binder having a role of binding the positive electrode active materials to each other and the positive electrode active material to the current collector 105.
The binder of the present embodiment is not particularly limited as long as it is a normal binder that can be used in a lithium ion battery, and for example, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, carboxymethyl cellulose, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, and styrene-butadiene rubber. , Polyimide and the like. These binders may be used alone or in combination of two or more.

(増粘剤)
正極活物質層101は、塗布に適したスラリーの流動性を確保する点から、増粘剤を含んでもよい。本実施形態の増粘剤としてはリチウムイオン電池に使用可能な通常の増粘剤であれば特に限定されないが、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース系ポリマーおよびこれらのアンモニウム塩並びにアルカリ金属塩、ポリカルボン酸、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸塩、ポリビニルアルコールなどの水溶性ポリマーなどが挙げられる。これらの増粘剤は一種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。
(Thickener)
The positive electrode active material layer 101 may contain a thickener from the viewpoint of ensuring the fluidity of the slurry suitable for coating. The thickener of the present embodiment is not particularly limited as long as it is a normal thickener that can be used in a lithium ion battery, and for example, cellulosic polymers such as carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, and hydroxypropyl cellulose, and ammonium salts thereof. Examples thereof include water-soluble polymers such as alkali metal salts, polycarboxylic acids, polyethylene oxides, polyvinylpyrrolidones, polyacrylates and polyvinyl alcohols. These thickeners may be used alone or in combination of two or more.

(導電助剤)
正極活物質層101は、正極110の導電性を向上させる観点から、導電助剤を含んでもよい。本実施形態の導電助剤としてはリチウムイオン電池に使用可能な通常の導電助剤であれば特に限定されないが、例えば、アセチレンブラック、ケチェンブラックなどのカーボンブラック、気相法炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。
(Conductive aid)
The positive electrode active material layer 101 may contain a conductive auxiliary agent from the viewpoint of improving the conductivity of the positive electrode 110. The conductive auxiliary agent of the present embodiment is not particularly limited as long as it is a normal conductive auxiliary agent that can be used in a lithium ion battery, and for example, carbon black such as acetylene black and kechen black, and carbon such as vapor phase carbon fiber. Materials can be mentioned.

(固体電解質材料)
本実施形態の正極は上述した本実施形態の固体電解質材料を含んでいてもよいし、本実施形態の固体電解質材料とは異なる種類の固体電解質材料を含んでいてもよい。本実施形態の固体電解質材料とは異なる種類の固体電解質材料としては、イオン伝導性および絶縁性を有するものであれば特に限定されないが、一般的に全固体リチウムイオン電池に用いられるものを用いることができる。例えば、硫化物固体電解質材料、酸化物固体電解質材料などを挙げることができる。これらの中でも、硫化物固体電解質材料が好ましい。これにより、入出力特性に優れた全固体リチウムイオン電池とすることができる。硫化物固体電解質材料としては、例えば、LiS−P材料、LiS-P-GeS材料、LiS−SiS材料、LiS-SiS-LiPO材料、LiS−GeS材料、LiS−Al材料などが挙げられる。これらの中でも、リチウムイオン伝導性が優れている点から、LiS−P材料が好ましい。
(Solid electrolyte material)
The positive electrode of the present embodiment may contain the solid electrolyte material of the present embodiment described above, or may contain a different type of solid electrolyte material from the solid electrolyte material of the present embodiment. The type of solid electrolyte material different from the solid electrolyte material of the present embodiment is not particularly limited as long as it has ionic conductivity and insulating properties, but a material generally used for an all-solid-state lithium ion battery is used. Can be done. For example, a sulfide solid electrolyte material, an oxide solid electrolyte material, and the like can be mentioned. Among these, a sulfide solid electrolyte material is preferable. As a result, an all-solid-state lithium-ion battery having excellent input / output characteristics can be obtained. Examples of the sulfide solid electrolyte material include Li 2 S-P 2 S 5 material, Li 2 S-P 2 S 5- GeS 2 material, Li 2 S-SiS 2 material, and Li 2 S-SiS 2 -Li 3 Examples thereof include PO 4 material, Li 2 S-GeS 2 material, and Li 2 S-Al 2 S 3 material. Among these, the Li 2 SP 2 S 5 material is preferable because it has excellent lithium ion conductivity.

正極活物質層101中の各種材料の配合割合は、電池の使用用途などに応じて、適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。 The blending ratio of various materials in the positive electrode active material layer 101 is appropriately determined according to the intended use of the battery and the like, and is not particularly limited, and can be set according to generally known information.

<負極>
負極130は特に限定されず、リチウムイオン電池に一般的に用いられているものを使用することができる。負極130は特に限定されないが、一般的に公知の方法に準じて製造することができる。例えば、負極活物質を含む負極活物質層103を銅などの集電体105の表面に形成することにより得ることができる。
<Negative electrode>
The negative electrode 130 is not particularly limited, and those generally used for lithium ion batteries can be used. The negative electrode 130 is not particularly limited, but can be manufactured according to a generally known method. For example, it can be obtained by forming a negative electrode active material layer 103 containing a negative electrode active material on the surface of a current collector 105 such as copper.

負極活物質層103の厚みや密度は、電池の使用用途などに応じて適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。 The thickness and density of the negative electrode active material layer 103 are appropriately determined according to the intended use of the battery and are not particularly limited, and can be set according to generally known information.

本実施形態の負極活物質としては、リチウムイオン電池の負極に使用可能な通常の負極活物質であれば特に限定されないが、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、樹脂炭、炭素繊維、活性炭、ハードカーボン、ソフトカーボンなどの炭素材料;リチウム金属、リチウム合金などのリチウム系金属;シリコン、スズなどの金属;ポリアセン、ポリアセチレン、ポリピロールなどの導電性ポリマーなどが挙げられる。 The negative electrode active material of the present embodiment is not particularly limited as long as it is a normal negative electrode active material that can be used for the negative electrode of a lithium ion battery, and for example, natural graphite, artificial graphite, resin charcoal, carbon fiber, activated charcoal, and hard carbon. , Carbon materials such as soft carbon; Lithium-based metals such as lithium metal and lithium alloy; Metals such as silicon and tin; Conductive polymers such as polyacene, polyacetylene and polypyrrole.

負極130は特に限定されないが、本実施形態の負極活物質以外の成分として、例えば、バインダー、増粘剤、導電助剤、固体電解質材料などから選択される1種以上の材料を含んでもよい。これらの材料としては、とくに限定はされないが、例えば、上述した正極110に用いる材料と同様のものを挙げることができる。 The negative electrode 130 is not particularly limited, but may include one or more materials selected from, for example, a binder, a thickener, a conductive auxiliary agent, a solid electrolyte material, and the like as components other than the negative electrode active material of the present embodiment. These materials are not particularly limited, and examples thereof include the same materials as those used for the positive electrode 110 described above.

<電解質層>
次に、電解質層120について説明する。電解質層120は、正極活物質層101および負極活物質層103の間に形成される層である。
電解質層120とは、セパレーターに非水電解液を含浸させたものや、固体電解質を含む固体電解質層が挙げられる。
<Electrolyte layer>
Next, the electrolyte layer 120 will be described. The electrolyte layer 120 is a layer formed between the positive electrode active material layer 101 and the negative electrode active material layer 103.
Examples of the electrolyte layer 120 include a separator impregnated with a non-aqueous electrolyte solution and a solid electrolyte layer containing a solid electrolyte.

(セパレーター)
本実施形態のセパレーターとしては正極110と負極130を電気的に絶縁させ、リチウムイオンを透過する機能を有するものであれば特に限定されないが、例えば、多孔性膜を用いることができる。
(separator)
The separator of the present embodiment is not particularly limited as long as it has a function of electrically insulating the positive electrode 110 and the negative electrode 130 and transmitting lithium ions, and for example, a porous membrane can be used.

多孔性膜としては微多孔性高分子フィルムが好適に使用され、材質としてポリオレフィン、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリエステルなどが挙げられる。特に、多孔性ポリオレフィンフィルムが好ましく、具体的には多孔性ポリエチレンフィルム、多孔性ポリプロピレンフィルムなどが挙げられる。 A microporous polymer film is preferably used as the porous film, and examples of the material include polyolefin, polyimide, polyvinylidene fluoride, and polyester. In particular, a porous polyolefin film is preferable, and specific examples thereof include a porous polyethylene film and a porous polypropylene film.

(非水電解液)
本実施形態の非水電解液とは、電解質を溶媒に溶解させたものである。
上記電解質としては、公知のリチウム塩がいずれも使用でき、活物質の種類に応じて選択すればよい。例えば、LiClO、LiBF、LiPF、LiCFSO、LiCFCO、LiAsF、LiSbF、LiB10Cl10、LiAlCl、LiCl、LiBr、LiB(C、CFSOLi、CH SOLi、LiCFSO、LiCSO、Li(CFSON、低級脂肪酸カルボン酸リチウムなどが挙げられる。
(Non-aqueous electrolyte)
The non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment is a solution in which an electrolyte is dissolved in a solvent.
Any known lithium salt can be used as the electrolyte, and it may be selected according to the type of active material. For example, LiClO 4, LiBF 6, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiB 10 Cl 10, LiAlCl 4, LiCl, LiBr, LiB (C 2 H 5) 4, CF 3 Examples thereof include SO 3 Li, CH 3 SO 3 Li, LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, and lower fatty acid lithium carboxylate.

上記電解質を溶解する溶媒としては、電解質を溶解させる液体として通常用いられるものであれば特に限定されず、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ビニレンカーボネート(VC)などのカーボネート類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどのラクトン類;トリメトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、2−エトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどのエーテル類;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類;1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソランなどのオキソラン類;アセトニトリル、ニトロメタン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミドなどの含窒素類;ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの有機酸エステル類;リン酸トリエステルやジグライム類;トリグライム類;スルホラン、メチルスルホランなどのスルホラン類;3−メチル−2−オキサゾリジノンなどのオキサゾリジノン類;1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、ナフタスルトンなどのスルトン類;などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 The solvent for dissolving the electrolyte is not particularly limited as long as it is usually used as a liquid for dissolving the electrolyte, and ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC). , Diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), vinylene carbonate (VC) and other carbonates; γ-butyrolactone, γ-valerolactone and other lactones; trimethoxymethane, 1,2-dimethoxyethane, diethyl ether , 2-ethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyl tetrahydrofuran and other ethers; dimethylsulfoxide and other sulfoxides; 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane and other oxolanes; acetonitrile, nitromethane, formamide, Nitrogen-containing substances such as dimethylformamide; organic acid esters such as methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate; phosphate triesters and jiglimes; triglimes; sulfolanes, methylsulfolanes, etc. Sulfolans; oxazolidinones such as 3-methyl-2-oxazolidinone; sulfons such as 1,3-propanesulton, 1,4-butanesulton, naphthalusulton; and the like. These may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.

(固体電解質層)
本実施形態の固体電解質層は、正極活物質層101および負極活物質層103の間に形成される層であり、固体電解質材料を含む固体電解質により形成される層である。固体電解質層に含まれる固体電解質材料は、リチウムイオン伝導性を有するものであれば特に限定されるものではないが、本実施形態においては、本実施形態の固体電解質材料であることが好ましい。
本実施形態の固体電解質層における固体電解質材料の含有量は、所望の絶縁性が得られる割合であれば特に限定されるものではないが、例えば、10体積%以上100体積%以下の範囲内、中でも、50体積%以上100体積%以下の範囲内であることが好ましい。特に、本実施形態においては、固体電解質層が本実施形態の固体電解質材料のみから構成されていることが好ましい。
(Solid electrolyte layer)
The solid electrolyte layer of the present embodiment is a layer formed between the positive electrode active material layer 101 and the negative electrode active material layer 103, and is a layer formed of a solid electrolyte containing a solid electrolyte material. The solid electrolyte material contained in the solid electrolyte layer is not particularly limited as long as it has lithium ion conductivity, but in the present embodiment, the solid electrolyte material of the present embodiment is preferable.
The content of the solid electrolyte material in the solid electrolyte layer of the present embodiment is not particularly limited as long as the desired insulating property can be obtained, but is, for example, in the range of 10% by volume or more and 100% by volume or less. Above all, it is preferably in the range of 50% by volume or more and 100% by volume or less. In particular, in the present embodiment, it is preferable that the solid electrolyte layer is composed of only the solid electrolyte material of the present embodiment.

また、本実施形態の固体電解質層は、バインダーを含有していてもよい。バインダーを含有することにより、可撓性を有する固体電解質層を得ることができる。バインダーとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素含有結着材を挙げることができる。
固体電解質層の厚さは、例えば、0.1μm以上1000μm以下の範囲内、中でも、0.1μm以上300μm以下の範囲内であることが好ましい。
Moreover, the solid electrolyte layer of this embodiment may contain a binder. By containing the binder, a flexible solid electrolyte layer can be obtained. Examples of the binder include fluorine-containing binders such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride.
The thickness of the solid electrolyte layer is, for example, preferably in the range of 0.1 μm or more and 1000 μm or less, and more preferably in the range of 0.1 μm or more and 300 μm or less.

2.第二実施形態
以下、本発明に係る第二実施形態について説明する。
2. 2. Second Embodiment Hereinafter, the second embodiment according to the present invention will be described.

[固体電解質材料]
はじめに、本実施形態の固体電解質材料について説明する。
本実施形態の固体電解質材料は、構成元素として、Li、P、およびSを含んでいる。
また、本実施形態の固体電解質材料は、当該固体電解質材料中の上記Pの含有量に対する上記Liの含有量のモル比(Li/P)が3.15以上3.45以下であり、好ましくは3.15以上3.40以下であり、より好ましくは3.20以上3.35以下であり、特に好ましくは3.20以上3.33以下である。また、上記Pの含有量に対する上記Sの含有量のモル比(S/P)が、3.79以上4.00未満であり、好ましくは3.80以上4.00未満であり、より好ましくは3.81以上3.98以下であり、特に好ましくは3.81以上3.95以下である。
[Solid electrolyte material]
First, the solid electrolyte material of the present embodiment will be described.
The solid electrolyte material of the present embodiment contains Li, P, and S as constituent elements.
Further, in the solid electrolyte material of the present embodiment, the molar ratio (Li / P) of the Li content to the P content in the solid electrolyte material is 3.15 or more and 3.45 or less, preferably. It is 3.15 or more and 3.40 or less, more preferably 3.20 or more and 3.35 or less, and particularly preferably 3.20 or more and 3.33 or less. Further, the molar ratio (S / P) of the content of S to the content of P is 3.79 or more and less than 4.00, preferably 3.80 or more and less than 4.00, more preferably. It is 3.81 or more and 3.98 or less, and particularly preferably 3.81 or more and 3.95 or less.

Li/Pのモル比およびS/Pのモル比を上記範囲内とすることにより、優れたリチウムイオン伝導性を得ることができる。この理由については第一実施形態で述べたとおりであるので、ここではその説明は省略する。 By setting the molar ratio of Li / P and the molar ratio of S / P within the above ranges, excellent lithium ion conductivity can be obtained. Since the reason for this is as described in the first embodiment, the description thereof will be omitted here.

本実施形態の固体電解質材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて、少なくとも回折角2θ=17.7±0.3°、2θ=25.9±0.3°、2θ=29.6±0.3°、および2θ=38.8±0.3°の位置に回折ピークを有する回折スペクトルを示すのが好ましい。
ここで、「回折角2θ=17.7±0.3°、2θ=25.9±0.3°、2θ=29.6±0.3°、および2θ=38.8±0.3°の位置に回折ピークを有する」とは、原料であるLiS、PおよびLiNとは異なる新たな結晶構造が生成していることを意味している。第一実施形態において述べた通り、原料であるLiS、PおよびLiNを含む混合物Aをガラス化し、得られたガラス状態の混合物Bを加圧成型した後で加熱することにより、回折角2θ=17.7±0.3°、2θ=25.9±0.3°、2θ=29.6±0.3°、および2θ=38.8±0.3°の位置に回折ピークが現れるからである。
したがって、これらの回折ピークは、LiS、PおよびLiNを原料としたガラス状態から新たな規則構造が構成されたために現れた新規の回折ピークであると推測される。
本実施形態の固体電解質材料は、こうした結晶構造を有することにより、リチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。
The solid electrolyte material of the present embodiment has at least a diffraction angle of 2θ = 17.7 ± 0.3 °, 2θ = 25.9 ± 0.3 ° in a spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα ray as a radiation source. It is preferable to show a diffraction spectrum having a diffraction peak at the positions of 2θ = 29.6 ± 0.3 ° and 2θ = 38.8 ± 0.3 °.
Here, "diffraction angle 2θ = 17.7 ± 0.3 °, 2θ = 25.9 ± 0.3 °, 2θ = 29.6 ± 0.3 °, and 2θ = 38.8 ± 0.3 °. "Having a diffraction peak at the position of" means that a new crystal structure different from the raw materials Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N is generated. As described in the first embodiment, the mixture A containing the raw materials Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N is vitrified, and the obtained mixture B in a glass state is pressure-molded and then heated. Therefore, the positions of the diffraction angles 2θ = 17.7 ± 0.3 °, 2θ = 25.9 ± 0.3 °, 2θ = 29.6 ± 0.3 °, and 2θ = 38.8 ± 0.3 °. This is because the diffraction peak appears in.
Therefore, it is presumed that these diffraction peaks are new diffraction peaks that appear because a new ordered structure is constructed from the glass state using Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N as raw materials.
By having such a crystal structure, the solid electrolyte material of the present embodiment can further improve the lithium ion conductivity.

本実施形態の固体電解質材料の形状としては、例えば粒子状を挙げることができる。本実施形態の粒子状の固体電解質材料は特に限定されないが、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径d50が、好ましくは1μm以上20μm以下であり、より好ましくは1μm以上10μm以下である。
固体電解質材料の平均粒子径d50を上記範囲内とすることにより、良好なハンドリング性を維持すると共に、リチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。
Examples of the shape of the solid electrolyte material of the present embodiment include particulate matter. The particulate solid electrolyte material of the present embodiment is not particularly limited, but the average particle diameter d 50 in the weight-based particle size distribution measured by the laser diffraction / scattering particle size distribution measurement method is preferably 1 μm or more and 20 μm or less, more preferably 1 μm. It is 10 μm or less.
By setting the average particle size d 50 of the solid electrolyte material within the above range, good handleability can be maintained and lithium ion conductivity can be further improved.

[固体電解質材料の製造方法]
つづいて、本実施形態の固体電解質材料の製造方法について説明する。
本実施形態の固体電解質材料は、第一実施形態に係る固体電解質材料の製造方法に準じて製造することができる。ここでは詳細は省略する。
[Manufacturing method of solid electrolyte material]
Subsequently, a method for producing the solid electrolyte material of the present embodiment will be described.
The solid electrolyte material of the present embodiment can be produced according to the method for producing the solid electrolyte material according to the first embodiment. Details are omitted here.

[固体電解質]
以下、本実施形態の固体電解質について説明する。本実施形態の固体電解質は、第一実施形態の固体電解質材料の代わりに、本実施形態の固体電解質材料を主成分として含む以外は、第一実施形態の固体電解質と同様である。よって、ここでは詳細は省略する。
[Solid electrolyte]
Hereinafter, the solid electrolyte of the present embodiment will be described. The solid electrolyte of the present embodiment is the same as the solid electrolyte of the first embodiment except that the solid electrolyte material of the present embodiment is contained as a main component instead of the solid electrolyte material of the first embodiment. Therefore, details are omitted here.

[リチウムイオン電池]
本実施形態のリチウムイオン電池は、第一実施形態の固体電解質材料の代わりに、本実施形態の固体電解質材料を使用した以外は第一実施形態のリチウムイオン電池100と同様である。よって、ここでは詳細は省略する。
[Lithium-ion battery]
The lithium ion battery of the present embodiment is the same as the lithium ion battery 100 of the first embodiment except that the solid electrolyte material of the present embodiment is used instead of the solid electrolyte material of the first embodiment. Therefore, details are omitted here.

以上、本発明の各実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
以下、参考形態の例を付記する。
(付記1)
構成元素として、Li、P、およびSを含み、
線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて、
少なくとも回折角2θ=17.7±0.3°の位置に回折ピークを有し、
前記回折角2θ=17.7±0.3°の位置に存在する前記回折ピークの回折強度をI とし、回折角2θ=26.9±0.3°の位置に存在する回折ピークの回折強度をI としたとき、
/I の値が0.50以下である、固体電解質材料。
(付記2)
付記1に記載の固体電解質材料において、
当該固体電解質材料中の前記Pの含有量に対する前記Liの含有量のモル比(Li/P)が3.15以上3.45以下であり、前記Pの含有量に対する前記Sの含有量のモル比(S/P)が、3.79以上4.00未満である、固体電解質材料。
(付記3)
付記1または2に記載の固体電解質材料において、
線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて、
回折角2θ=25.9±0.3°、2θ=29.6±0.3°、および2θ=38.8±0.3°の位置に回折ピークをさらに有する、固体電解質材料。
(付記4)
構成元素として、Li、P、およびSを含み、
当該固体電解質材料中の前記Pの含有量に対する前記Liの含有量のモル比(Li/P)が3.15以上3.45以下であり、前記Pの含有量に対する前記Sの含有量のモル比(S/P)が、3.79以上4.00未満である、固体電解質材料。
(付記5)
付記4に記載の固体電解質材料において、
線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて、
少なくとも回折角2θ=17.7±0.3°、2θ=25.9±0.3°、2θ=29.6±0.3°、および2θ=38.8±0.3°の位置に回折ピークを有する、固体電解質材料。
(付記6)
正極活物質層を含む正極と、電解質層と、負極活物質層を含む負極とを備えた、リチウムイオン電池であって、
前記正極活物質層、前記電解質層および前記負極活物質層のうち少なくとも一つが、付記1乃至5いずれか一つに記載の固体電解質材料を含む、リチウムイオン電池。
(付記7)
Li S、P およびLi Nを含む混合物Aをガラス化する工程を含み、
前記混合物A中の前記Li S、前記P および前記Li Nの合計を100モル%としたとき、
前記Li Sの含有量が63.0モル%以上70.0モル%以下であり、
前記P の含有量が23.0モル%以上26.0モル%以下であり、
前記Li Nの含有量が6.5モル%以上12.0モル%以下である、固体電解質材料の製造方法。
(付記8)
付記7に記載の固体電解質材料の製造方法において、
前記混合物Aをガラス化する工程により得られた混合物Bを加圧成型する工程と、
加圧成型した前記混合物Bを加熱することにより、前記混合物Bの少なくとも一部を結晶化する工程と、
をさらに含む、固体電解質材料の製造方法。
(付記9)
付記8に記載の固体電解質材料の製造方法において、
ガラス状態の前記混合物Bの少なくとも一部を結晶化する前記工程では、
不活性ガス雰囲気下において、前記混合物Bを280℃以上500℃以下で加熱する、固体電解質材料の製造方法。
(付記10)
付記7乃至9いずれか一つに記載の固体電解質材料の製造方法において、
前記混合物Aをガラス化する前記工程では、
前記混合物Aをメカノケミカル処理することによりガラス化する、固体電解質材料の製造方法。
Although each embodiment of the present invention has been described above, these are examples of the present invention, and various configurations other than the above can be adopted.
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications and improvements within the range in which the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.
Hereinafter, an example of the reference form will be added.
(Appendix 1)
Containing Li, P, and S as constituent elements,
In the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as the radiation source,
It has a diffraction peak at least at a position where the diffraction angle is 2θ = 17.7 ± 0.3 °.
The diffraction intensity of the diffraction peak at the position of the diffraction angle 2θ = 17.7 ± 0.3 ° and I A, the diffraction of the diffraction peak at the position of the diffraction angle 2θ = 26.9 ± 0.3 ° when the strength was I B,
The value of I B / I A is 0.50 or less, the solid electrolyte material.
(Appendix 2)
In the solid electrolyte material described in Appendix 1,
The molar ratio (Li / P) of the Li content to the P content in the solid electrolyte material is 3.15 or more and 3.45 or less, and the molar ratio of the S content to the P content is A solid electrolyte material having a ratio (S / P) of 3.79 or more and less than 4.00.
(Appendix 3)
In the solid electrolyte material according to Appendix 1 or 2,
In the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as the radiation source,
A solid electrolyte material having additional diffraction peaks at diffraction angles 2θ = 25.9 ± 0.3 °, 2θ = 29.6 ± 0.3 °, and 2θ = 38.8 ± 0.3 °.
(Appendix 4)
Containing Li, P, and S as constituent elements
The molar ratio (Li / P) of the Li content to the P content in the solid electrolyte material is 3.15 or more and 3.45 or less, and the molar ratio of the S content to the P content is A solid electrolyte material having a ratio (S / P) of 3.79 or more and less than 4.00.
(Appendix 5)
In the solid electrolyte material described in Appendix 4,
In the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as the radiation source,
At least at the position of diffraction angle 2θ = 17.7 ± 0.3 °, 2θ = 25.9 ± 0.3 °, 2θ = 29.6 ± 0.3 °, and 2θ = 38.8 ± 0.3 °. A solid electrolyte material with diffraction peaks.
(Appendix 6)
A lithium ion battery including a positive electrode including a positive electrode active material layer, an electrolyte layer, and a negative electrode including a negative electrode active material layer.
A lithium ion battery in which at least one of the positive electrode active material layer, the electrolyte layer, and the negative electrode active material layer contains the solid electrolyte material according to any one of Appendix 1 to 5.
(Appendix 7)
Including the step of vitrifying the mixture A containing Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N.
When the total of the Li 2 S, the P 2 S 5 and the Li 3 N in the mixture A is 100 mol%,
The content of Li 2 S is 70.0 mol% 63.0 mol% or more,
The content of P 2 S 5 is 23.0 mol% or more and 26.0 mol% or less.
A method for producing a solid electrolyte material, wherein the Li 3 N content is 6.5 mol% or more and 12.0 mol% or less.
(Appendix 8)
In the method for producing a solid electrolyte material according to Appendix 7,
A step of pressure molding the mixture B obtained by the step of vitrifying the mixture A and
A step of crystallizing at least a part of the mixture B by heating the pressure-molded mixture B.
A method for producing a solid electrolyte material, further comprising.
(Appendix 9)
In the method for producing a solid electrolyte material according to Appendix 8,
In the step of crystallizing at least a part of the mixture B in a glassy state,
A method for producing a solid electrolyte material, in which the mixture B is heated at 280 ° C. or higher and 500 ° C. or lower in an inert gas atmosphere.
(Appendix 10)
In the method for producing a solid electrolyte material according to any one of Supplementary note 7 to 9,
In the step of vitrifying the mixture A,
A method for producing a solid electrolyte material, which vitrifies the mixture A by treating it with a mechanochemical treatment.

以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.

[1]測定方法
はじめに、以下の実施例、比較例における測定方法を説明する。
[1] Measurement method First, the measurement methods in the following examples and comparative examples will be described.

(1)粒度分布
レーザー回折散乱式粒度分布測定装置(マルバーン社製、マスターサイザー3000)を用いて、レーザー回折法により、実施例および比較例で得られた固体電解質材料の粒度分布を測定した。測定結果から、各固体電解質材料について、重量基準の累積分布における50%累積時の粒径(D50、平均粒径)をそれぞれ求めた。
(1) Particle size distribution The particle size distribution of the solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples was measured by a laser diffraction method using a laser diffraction scattering type particle size distribution measuring device (Mastersizer 3000 manufactured by Malvern). From the measurement results, the particle size (D 50 , average particle size) at 50% cumulative in the weight-based cumulative distribution was determined for each solid electrolyte material.

(2)ICP発光分光分析
ICP発光分光分析装置(セイコーインスツルメント社製、SPS3000)を用いて、ICP発光分光分析法により測定し、実施例および比較例で得られた固体電解質材料中の各元素の質量%をそれぞれ求め、それに基づいて、各元素のモル比をそれぞれ計算した。
(2) ICP Emission Spectroscopy Analysis Each of the solid electrolyte materials measured by ICP emission spectroscopy using an ICP emission spectroscopic analyzer (manufactured by Seiko Instruments Co., Ltd., SPS3000) and obtained in Examples and Comparative Examples. The mass% of each element was obtained, and based on this, the molar ratio of each element was calculated.

(3)X線回折分析
X線回折装置(リガク社製、RINT2000)を用いて、X線回折分析法により、実施例および比較例で得られた固体電解質材料の回折スペクトルをそれぞれ求めた。なお、線源としてCuKα線を用いた。
(3) X-ray Diffraction Analysis The diffraction spectra of the solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples were obtained by the X-ray diffraction analysis method using an X-ray diffractometer (Rigaku Co., Ltd., RINT2000). In addition, CuKα ray was used as a radiation source.

(4)リチウムイオン伝導度の測定
実施例および比較例で得られた固体電解質材料に対して、交流インピーダンス法によるリチウムイオン伝導度の測定をおこなった。
リチウムイオン伝導度の測定は北斗電工社製、ポテンショスタット/ガルバノスタットSP−300を用いた。試料の大きさはφ9.5mm、厚さ約1.3mm、測定条件は、印加電圧10mV、測定温度27.0℃、測定周波数域0.1Hz〜7MHz、電極はLi箔とした。
(4) Measurement of Lithium Ion Conductivity The solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples were measured for lithium ion conductivity by the AC impedance method.
The lithium ion conductivity was measured using a potentiostat / galvanostat SP-300 manufactured by Hokuto Denko. The size of the sample was φ9.5 mm, the thickness was about 1.3 mm, the measurement conditions were an applied voltage of 10 mV, a measurement temperature of 27.0 ° C., a measurement frequency range of 0.1 Hz to 7 MHz, and an electrode of Li foil.

(5)充放電試験
(充放電サイクル特性)
正極活物質であるLiMoSを100mgと、導電助剤であるアセチレンブラックを100mgと、後述する実施例および比較例で得られた固体電解質材料を100mgとをφ10mmのジルコニア製ボール500gとともに、アルミナ製ボールミルポット(内容積400mL)に入れ、120rpmで24時間混合し正極材料とした。
Li22Si合金を400mgと、導電助剤であるアセチレンブラックを200mgと、後述する実施例および比較例で得られた固体電解質材料を300mgとをφ10mmのジルコニア製ボール500gとともに、アルミナ製ボールミルポット(内容積400mL)に入れ、120rpmで24時間混合し負極材料とした。
つづいて、φ=14mmのプレス治具を用いて、上記方法で得られた正極材料(30mg)を83MPaにてプレスを行った。この正極上に固体電解質材料1(150mg)を積層させ、83MPaにてプレスを行った。その後、上記方法で得られた負極材料(15mg)を固体電解質層側に積層させて270MPa、10分間プレス成型を行い、全固体型リチウムイオン電池を作製した。次いで、得られた全固体型リチウムイオン電池について、電流密度65μA/cmの条件で充電終止電位3.5Vまで充電した後、電流密度65μA/cmの条件で、放電終止電位0.9Vまで放電させる条件で充放電を10回行った。ここで、1回目の放電容量を100%としたときの10回目の放電容量を放電容量変化率[%]とした。正極材料、固体電解質材料および負極材料の合計重量に対する放電容量と放電容量変化率について得られた評価結果を表1に示す。
(5) Charge / discharge test (charge / discharge cycle characteristics)
100 mg of Li 6 MoS 6 as a positive electrode active material, 100 mg of acetylene black as a conductive auxiliary agent, and 100 mg of solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples described later, together with 500 g of zirconia balls having a diameter of 10 mm. It was placed in an alumina ball mill pot (internal volume 400 mL) and mixed at 120 rpm for 24 hours to prepare a positive electrode material.
400 mg of Li 22 Si 5 alloy, 200 mg of acetylene black, which is a conductive auxiliary agent, and 300 mg of the solid electrolyte material obtained in Examples and Comparative Examples described later, together with 500 g of φ10 mm zirconia balls, and an alumina ball mill pot. It was placed in (internal volume 400 mL) and mixed at 120 rpm for 24 hours to prepare a negative electrode material.
Subsequently, the positive electrode material (30 mg) obtained by the above method was pressed at 83 MPa using a press jig having φ = 14 mm. Solid electrolyte material 1 (150 mg) was laminated on this positive electrode and pressed at 83 MPa. Then, the negative electrode material (15 mg) obtained by the above method was laminated on the solid electrolyte layer side and press-molded at 270 MPa for 10 minutes to prepare an all-solid-state lithium ion battery. Next, the all solid state lithium ion battery obtained was charged to a charge termination voltage 3.5V at a current density of 65μA / cm 2, at a current density of 65μA / cm 2, until the discharge cutoff potential 0.9V Charging and discharging were performed 10 times under the condition of discharging. Here, when the first discharge capacity is 100%, the tenth discharge capacity is defined as the discharge capacity change rate [%]. Table 1 shows the evaluation results obtained for the discharge capacity and the discharge capacity change rate with respect to the total weight of the positive electrode material, the solid electrolyte material, and the negative electrode material.

(入出力特性)
上記方法で得られた全固体型リチウムイオン電池について、電流密度325μA/cmの条件で充電終止電位3.5Vまで充電した後、電流密度325μA/cmの条件で、放電終止電位0.9Vまで放電させる条件で、1回充放電を行った。ここで、正極材料、固体電解質材料および負極材料の合計重量に対する放電容量について得られた評価結果を表1に示す。
(Input / output characteristics)
For all solid state lithium ion battery obtained by the method described above was charged to a charge termination voltage 3.5V at a current density of 325μA / cm 2, at a current density of 325μA / cm 2, discharge cutoff potential 0.9V It was charged and discharged once under the condition of discharging to. Here, Table 1 shows the evaluation results obtained for the discharge capacity with respect to the total weight of the positive electrode material, the solid electrolyte material, and the negative electrode material.

[2]固体電解質材料の製造
<実施例1>
原料には、LiS(Alfa Aesar製、純度99.9%)、P(関東化学製試薬)を使用した。LiNは、以下の手順で作製した。
まず、窒素雰囲気のグローブボックス中で、Li箔(本城金属社製純度99.8%、厚さ0.5mm)にステンレス製の網(150メッシュ)を圧着した。Li箔は網の開口部から黒紫色に変化し始め、そのまま、常温で24時間放置することでLi箔すべてが黒紫色のLiNに変化した。LiNは、メノウ乳鉢で粉砕後、ステンレス製篩で篩い分けし、25μm以下の粉末を回収し固体電解質材料の原料とした。
つづいて、アルゴングローブボックス中で各原料をLiS:P:LiN=65.9:24.4:9.8(モル%)になるように精秤し、これら粉末を20分間メノウ乳鉢で混合した。次いで、混合粉末2gを秤量し、φ10mmのジルコニア製ボール500gとともに、アルミナ製ボールミルポット(内容積400mL)に入れ、120rpmで200時間混合粉砕した。混合粉砕後の粉末について、プレス装置を用いて、270MPa、10分間プレスし、厚さ1.3mmの板状の混合物を得た。得られた混合物はカーボンボートに入れアルゴン気流中で330℃、2時間加熱処理し、粉末同士が融着し、固く焼結した固体電解質材料1を得た。
[2] Production of solid electrolyte material <Example 1>
As raw materials, Li 2 S (manufactured by Alfa Aesar, purity 99.9%) and P 2 S 5 (reagent manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) were used. Li 3 N was prepared by the following procedure.
First, a stainless steel net (150 mesh) was pressure-bonded to Li foil (purity 99.8%, thickness 0.5 mm) manufactured by Honjo Metal Co., Ltd. in a glove box having a nitrogen atmosphere. The Li foil began to change to black-purple from the opening of the net, and when left as it was at room temperature for 24 hours, all of the Li foil changed to black-purple Li 3 N. Li 3 N was pulverized in an agate mortar and then sieved with a stainless steel sieve, and a powder of 25 μm or less was recovered and used as a raw material for a solid electrolyte material.
Subsequently, each raw material was precisely weighed in an argon glove box so that Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 65.9: 24.4: 9.8 (mol%), and these powders were added. Mixed in an agate mortar for 20 minutes. Next, 2 g of the mixed powder was weighed, placed in an alumina ball mill pot (internal volume 400 mL) together with 500 g of zirconia balls having a diameter of 10 mm, and mixed and pulverized at 120 rpm for 200 hours. The powder after mixing and crushing was pressed at 270 MPa for 10 minutes using a pressing device to obtain a plate-shaped mixture having a thickness of 1.3 mm. The obtained mixture was placed in a carbon boat and heat-treated in an argon air stream at 330 ° C. for 2 hours to fuse the powders together to obtain a hard-sintered solid electrolyte material 1.

(物性)
実施例1で得られた固体電解質材料1は、加熱処理することにより、回折角2θ=17.7±0.3°、2θ=25.9±0.3°、2θ=29.6±0.3°、および2θ=38.8±0.3°の位置に回折ピークを示した。そして、回折角2θ=17.7±0.3°に存在する回折ピークの回折強度(I)に対する回折角2θ=26.9±0.3°に存在する回折ピークの回折強度(I)の比(I/I)は0.16であった。
また、得られた固体電解質材料1のLi/Pのモル比は3.30であり、S/Pのモル比は3.87であった。
また、リチウムイオン伝導度は1.8×10−3S・cm−1であった。
(Physical properties)
The solid electrolyte material 1 obtained in Example 1 was heat-treated to have a diffraction angle of 2θ = 17.7 ± 0.3 °, 2θ = 25.9 ± 0.3 °, and 2θ = 29.6 ± 0. Diffraction peaks were shown at positions of 0.3 ° and 2θ = 38.8 ± 0.3 °. Then, the diffraction angle 2 [Theta] = 17.7 diffraction intensity diffraction peaks at diffraction angles 2θ = 26.9 ± 0.3 ° with respect to the diffraction intensity of the diffraction peak (I A) present in ± 0.3 ° (I B ratio) (I B / I a) was 0.16.
The Li / P molar ratio of the obtained solid electrolyte material 1 was 3.30, and the S / P molar ratio was 3.87.
The lithium ion conductivity was 1.8 × 10 -3 S · cm -1 .

<実施例2>
各原料の割合をLiS:P:LiN=65.4:24.9:9.7(モル%)に変えた以外は実施例1と同様にして、粉末同士が融着し、固く焼結した固体電解質材料2を得た。得られた評価結果を表1に示す。
<Example 2>
The powders melted in the same manner as in Example 1 except that the ratio of each raw material was changed to Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 65.4: 24.9: 9.7 (mol%). The solid electrolyte material 2 was obtained by wearing and sintering hard. The obtained evaluation results are shown in Table 1.

<実施例3>
各原料の割合をLiS:P:LiN=66.3:23.8:9.8(モル%)に変えた以外は実施例1と同様にして、粉末同士が融着し、固く焼結した固体電解質材料3を得た。得られた評価結果を表1に示す。
<Example 3>
The powders melted in the same manner as in Example 1 except that the ratio of each raw material was changed to Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 66.3: 23.8: 9.8 (mol%). The solid electrolyte material 3 was obtained by wearing and sintering hard. The obtained evaluation results are shown in Table 1.

<実施例4>
各原料の割合をLiS:P:LiN=68.4:24.0:7.6(モル%)に変えた以外は実施例1と同様にして、粉末同士が融着し、固く焼結した固体電解質材料4を得た。得られた評価結果を表1に示す。
<Example 4>
The powders melted in the same manner as in Example 1 except that the ratio of each raw material was changed to Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 68.4: 24.0: 7.6 (mol%). A solid electrolyte material 4 was obtained, which was applied and sintered hard. The obtained evaluation results are shown in Table 1.

<実施例5>
各原料の割合をLiS:P:LiN=64.2:24.7:11.1(モル%)に変えた以外は実施例1と同様にして、粉末同士が融着し、固く焼結した固体電解質材料5を得た。得られた評価結果を表1に示す。
<Example 5>
The powders melted in the same manner as in Example 1 except that the ratio of each raw material was changed to Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 64.2: 24.7: 11.1 (mol%). A solid electrolyte material 5 was obtained by wearing and sintering hard. The obtained evaluation results are shown in Table 1.

<比較例1>
各原料の割合をLiS:P:LiN=71.1:23.7:5.3(モル%)に変えた以外は実施例1と同様にして、粉末同士が融着し、固く焼結した固体電解質材料6を得た。得られた評価結果を表1に示す。
<Comparative example 1>
The powders melted in the same manner as in Example 1 except that the ratio of each raw material was changed to Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 71.1: 23.7: 5.3 (mol%). A solid electrolyte material 6 was obtained, which was applied and sintered hard. The obtained evaluation results are shown in Table 1.

<比較例2>
各原料の割合をLiS:P:LiN=67.5:22.5:10.0(モル%)に変えた以外は実施例1と同様にして、粉末同士が融着し、固く焼結した固体電解質材料7を得た。得られた評価結果を表1に示す。
<Comparative example 2>
The powders melted in the same manner as in Example 1 except that the ratio of each raw material was changed to Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 67.5: 22.5: 10.0 (mol%). A solid electrolyte material 7 was obtained by wearing and sintering hard. The obtained evaluation results are shown in Table 1.

<比較例3>
各原料の割合をLiS:P:LiN=75.0:25.0:0(モル%)に変えた以外は実施例1と同様にして、粉末同士が融着し、固く焼結した固体電解質材料8を得た。得られた評価結果を表1に示す。
<Comparative example 3>
The powders were fused in the same manner as in Example 1 except that the ratio of each raw material was changed to Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 75.0: 25.0: 0 (mol%). , A hard-sintered solid electrolyte material 8 was obtained. The obtained evaluation results are shown in Table 1.

<比較例4>
各原料の割合をLiS:P:LiN=68.4:25.3:6.3(モル%)に変えた以外は実施例1と同様にして、粉末同士が融着し、固く焼結した固体電解質材料9を得た。得られた評価結果を表1に示す。
<Comparative example 4>
The powders melted in the same manner as in Example 1 except that the ratio of each raw material was changed to Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 68.4: 25.3: 6.3 (mol%). A solid electrolyte material 9 was obtained, which was applied and sintered hard. The obtained evaluation results are shown in Table 1.

<比較例5>
各原料の割合をLiS:P:LiN=63.5:23.5:12.9(モル%)に変えた以外は実施例1と同様にして、粉末同士が融着し、固く焼結した固体電解質材料10を得た。得られた評価結果を表1に示す。
<Comparative example 5>
The powders melted in the same manner as in Example 1 except that the ratio of each raw material was changed to Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 63.5: 23.5: 12.9 (mol%). A solid electrolyte material 10 was obtained, which was applied and sintered hard. The obtained evaluation results are shown in Table 1.

<比較例6>
各原料の割合をLiS:P:LiN=63.0:24.7:12.3(モル%)に変えた以外は実施例1と同様にして、粉末同士が融着し、固く焼結した固体電解質材料11を得た。得られた評価結果を表1に示す。
<Comparative Example 6>
The powders melted in the same manner as in Example 1 except that the ratio of each raw material was changed to Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 63.0: 24.7: 12.3 (mol%). A solid electrolyte material 11 was obtained, which was applied and sintered hard. The obtained evaluation results are shown in Table 1.

Figure 0006794518
Figure 0006794518

100 リチウムイオン電池
101 正極活物質層
103 負極活物質層
105 集電体
110 正極
120 電解質層
130 負極
100 Lithium-ion battery 101 Positive electrode active material layer 103 Negative electrode active material layer 105 Current collector 110 Positive electrode 120 Electrolyte layer 130 Negative electrode

Claims (9)

構成元素として、Li、P、およびSを含む固体電解質材料を製造するための製造方法であって、
Li S、P およびLi Nを含む混合物Aをガラス化する工程を含み、
前記固体電解質材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて、少なくとも回折角2θ=17.7±0.3°の位置に回折ピークを有し、前記回折角2θ=17.7±0.3°の位置に存在する前記回折ピークの回折強度をIとし、回折角2θ=26.9±0.3°の位置に存在する回折ピークの回折強度をIとしたとき、I/Iの値が0.50以下である、固体電解質材料の製造方法
As an element, Li, a manufacturing method for producing P, and including a solid electrolyte material S,
Including the step of vitrifying the mixture A containing Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N.
The solid electrolyte material has a diffraction peak at a position of at least a diffraction angle of 2θ = 17.7 ± 0.3 ° in a spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα ray as a radiation source, and the diffraction angle of 2θ =. the diffraction intensity of the diffraction peak at the position of 17.7 ± 0.3 ° and I a, the diffraction intensity of the diffraction peak at the position of the diffraction angle 2θ = 26.9 ± 0.3 ° and I B when the value of I B / I a is 0.50 or less, the manufacturing method of the solid electrolyte material.
請求項1に記載の固体電解質材料の製造方法において、
前記固体電解質材料は、当該固体電解質材料中の前記Pの含有量に対する前記Liの含有量のモル比(Li/P)が3.15以上3.45以下であり、前記Pの含有量に対する前記Sの含有量のモル比(S/P)が、3.79以上4.00未満である、固体電解質材料の製造方法
In the method for producing a solid electrolyte material according to claim 1,
The solid electrolyte material has a molar ratio (Li / P) of the Li content to the P content in the solid electrolyte material of 3.15 or more and 3.45 or less, and the P content to the P content. A method for producing a solid electrolyte material , wherein the molar ratio (S / P) of the S content is 3.79 or more and less than 4.00.
請求項1または2に記載の固体電解質材料の製造方法において、
前記固体電解質材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて、回折角2θ=25.9±0.3°、2θ=29.6±0.3°、および2θ=38.8±0.3°の位置に回折ピークをさらに有する、固体電解質材料の製造方法
In the method for producing a solid electrolyte material according to claim 1 or 2.
The solid electrolyte material has a diffraction angle of 2θ = 25.9 ± 0.3 °, 2θ = 29.6 ± 0.3 °, and 2θ = in the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα ray as a radiation source. A method for producing a solid electrolyte material, which further has a diffraction peak at a position of 38.8 ± 0.3 °.
構成元素として、Li、P、およびSを含む固体電解質材料を製造するための製造方法であって、
Li S、P およびLi Nを含む混合物Aをガラス化する工程を含み、
前記固体電解質材料は、当該固体電解質材料中の前記Pの含有量に対する前記Liの含有量のモル比(Li/P)が3.15以上3.45以下であり、前記Pの含有量に対する前記Sの含有量のモル比(S/P)が、3.79以上4.00未満である、固体電解質材料の製造方法
As an element, Li, a manufacturing method for producing P, and including a solid electrolyte material S,
Including the step of vitrifying the mixture A containing Li 2 S, P 2 S 5 and Li 3 N.
The solid electrolyte material has a molar ratio (Li / P) of the Li content to the P content in the solid electrolyte material of 3.15 or more and 3.45 or less, and the P content to the P content. A method for producing a solid electrolyte material , wherein the molar ratio (S / P) of the S content is 3.79 or more and less than 4.00.
請求項4に記載の固体電解質材料の製造方法において、
前記固体電解質材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて、少なくとも回折角2θ=17.7±0.3°、2θ=25.9±0.3°、2θ=29.6±0.3°、および2θ=38.8±0.3°の位置に回折ピークを有する、固体電解質材料の製造方法
In the method for producing a solid electrolyte material according to claim 4,
The solid electrolyte material has at least a diffraction angle of 2θ = 17.7 ± 0.3 °, 2θ = 25.9 ± 0.3 °, 2θ = in the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα ray as a radiation source. A method for producing a solid electrolyte material having diffraction peaks at positions of 29.6 ± 0.3 ° and 2θ = 38.8 ± 0.3 °.
請求項1乃至5いずれか一項に記載の固体電解質材料の製造方法において、
前記混合物A中の前記LiS、前記Pおよび前記LiNの合計を100モル%としたとき、
前記LiSの含有量が63.0モル%以上70.0モル%以下であり、
前記Pの含有量が23.0モル%以上26.0モル%以下であり、
前記LiNの含有量が6.5モル%以上12.0モル%以下である、固体電解質材料の製造方法。
In the method for producing a solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 5,
When the total of the Li 2 S, the P 2 S 5 and the Li 3 N in the mixture A is 100 mol%,
The content of Li 2 S is 70.0 mol% 63.0 mol% or more,
The content of P 2 S 5 is 23.0 mol% or more and 26.0 mol% or less.
A method for producing a solid electrolyte material, wherein the Li 3 N content is 6.5 mol% or more and 12.0 mol% or less.
請求項1乃至6いずれか一項に記載の固体電解質材料の製造方法において、
前記混合物Aをガラス化する工程により得られた混合物Bを加熱することにより、前記混合物Bの少なくとも一部を結晶化する工程をさらに含む、固体電解質材料の製造方法。
In the method for producing a solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 6 .
By pressurizing heat the mixture B obtained in the step of vitrifying the mixture A, at least a portion further comprises a more Engineering of crystallizing method of the solid electrolyte material of the mixture B.
請求項に記載の固体電解質材料の製造方法において、
ガラス状態の前記混合物Bの少なくとも一部を結晶化する前記工程では、
不活性ガス雰囲気下において、前記混合物Bを280℃以上500℃以下で加熱する、固体電解質材料の製造方法。
In the method for producing a solid electrolyte material according to claim 7 ,
In the step of crystallizing at least a part of the mixture B in a glassy state,
A method for producing a solid electrolyte material, in which the mixture B is heated at 280 ° C. or higher and 500 ° C. or lower in an inert gas atmosphere.
請求項1乃至8いずれか一項に記載の固体電解質材料の製造方法において、
前記混合物Aをガラス化する前記工程では、
前記混合物Aをメカノケミカル処理することによりガラス化する、固体電解質材料の製造方法。
In the method for producing a solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 8 .
In the step of vitrifying the mixture A,
A method for producing a solid electrolyte material, which vitrifies the mixture A by treating it with a mechanochemical treatment.
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