JP7113513B2 - Inorganic sulfide and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、無機硫化物及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an inorganic sulfide and a method for producing the same.

リチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度電池として注目され、携帯機器(小型民生用途)のみならず、車載用、社会インフラ等の定置用途にも用途が拡大している。これら大型リチウムイオン二次電池への要求の一つとして、安全性の向上が挙げられる。通常のリチウムイオン二次電池(以後液系と略記)には有機電解液が使用され、粘度低下剤として消防法危険物第4類の第二石油類に該当する可燃性の低沸点溶媒(炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル等)が大量に含まれるため、電池の発火、発煙の懸念がある。安全性の向上のための企業努力は行われているものの、構成部材の変更、つまり電解液をより可燃性の低い固体電解質に変更し、材料構成上、飛躍的な安全性向上が図れれば、安全性配慮のためのコスト低減がはかれ、産業上きわめて有用である。 Lithium-ion secondary batteries are attracting attention as high-energy-density batteries, and their applications are expanding not only in mobile devices (small consumer applications) but also in stationary applications such as vehicles and social infrastructure. One of the requirements for these large-sized lithium ion secondary batteries is an improvement in safety. Ordinary lithium-ion secondary batteries (hereafter abbreviated as liquid systems) use an organic electrolyte, and a flammable low-boiling-point solvent (carbonic acid dimethyl, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, etc.), there is concern that batteries may ignite or emit smoke. Although corporate efforts are being made to improve safety, it would be great if we could change the components, that is, change the electrolytic solution to a less flammable solid electrolyte, and dramatically improve safety in terms of material composition. , the cost can be reduced for safety consideration, and it is very useful in industry.

固体電解質には高分子系と無機系があるが、高分子系は現状室温以下でのイオン伝導度が低く、60℃以上でないと液系に近い十分な電池作動が見込めない。一方、無機系には酸化物系と硫化物系があるが、酸化物系はイオン伝導度が高いものの、成形性が低く脆いためプレスのみによる電池構築が困難という問題がある。 There are two types of solid electrolytes: polymer-based and inorganic-based. Currently, polymer-based electrolytes have low ionic conductivity at room temperature or below, and sufficient battery operation similar to that of liquid-based electrolytes cannot be expected unless the temperature is above 60°C. On the other hand, inorganic materials include oxides and sulfides. Although oxides have high ionic conductivity, they have low formability and are brittle, making it difficult to construct batteries only by pressing.

ところで、硫化リチウム(Li2S)、硫化リン(P2S5)、硫化ゲルマニウム(GeS2)等からなる硫化物固体電解質は、室温においても有機電解液に迫る高いイオン伝導度を有するのみならず、粒界抵抗が酸化物に比べて低く、成形性が高いために最も有望な固体電解質の一つである。By the way, sulfide solid electrolytes composed of lithium sulfide (Li 2 S), phosphorus sulfide (P 2 S 5 ), germanium sulfide (GeS 2 ), etc. have high ionic conductivity approaching that of organic electrolytes even at room temperature. However, it is one of the most promising solid electrolytes due to its low grain boundary resistance and high moldability compared to oxides.

一例としてLi2S-P2S5系固体電解質をあげる。この電解質は、一般的な硫化物固体電解質合成法である封管法、硫化水素気流下焼成法等とは異なり、ミリング装置を用いた室温でのメカニカルミリング(以後MMと呼ぶ)法によって簡便に合成できる唯一の硫化物固体電解質である。MM法により、結晶相を含まない、成形性に優れた硫化物ガラスからなる固体電解質が得られることが知られている。しかしながら、このようにして得られた固体電解質は、イオン伝導度が低いためにレート特性が劣るという欠点があり、その問題の解決のために300℃以下で熱処理して一部結晶化させ、ガラスセラミックスと言われる固体電解質を得ている。このガラスセラミックス系固体電解質はレート特性に優れるものの、MM法のみで得られたガラス固体電解質を混合しないとサイクル特性に劣るという問題がある(例えば、特許文献1参照)。即ち、ガラスセラミックス系固体電解質は単独で使用することができない。このことから、成形性に優れ(特に低ヤング率を有し)、且つ、イオン伝導性に優れる固体電解質が求められている。このような固体電解質が提供できれば、電解質層用の固体電解質及びバインダー材料としてのみならず、電極用バインダー材料としても有望である。An example is a Li 2 SP 2 S 5 based solid electrolyte. Unlike the general sulfide solid electrolyte synthesis methods such as the sealed tube method and the hydrogen sulfide sintering method, this electrolyte is easily prepared by mechanical milling (hereinafter referred to as MM) at room temperature using a milling device. It is the only sulfide solid electrolyte that can be synthesized. It is known that the MM method yields a solid electrolyte composed of sulfide glass that does not contain a crystalline phase and has excellent formability. However, the solid electrolyte obtained in this way has the drawback of being inferior in rate characteristics due to its low ionic conductivity. We have obtained a solid electrolyte called ceramics. Although this glass-ceramic-based solid electrolyte is excellent in rate characteristics, there is a problem that it is inferior in cycle characteristics unless a glass solid electrolyte obtained only by the MM method is mixed (see, for example, Patent Document 1). That is, the glass-ceramic solid electrolyte cannot be used alone. For this reason, there is a demand for solid electrolytes that are excellent in formability (in particular, have a low Young's modulus) and excellent in ionic conductivity. If such a solid electrolyte can be provided, it is promising not only as a solid electrolyte and a binder material for electrolyte layers, but also as a binder material for electrodes.

ところで、Li2S-P2S5系固体電解質として、xLi2S-(1-x)P2S5系固体電解質においては、x値を0.75以上にしないと、有毒の硫化水素を発生させる原因となるP2S7基、P2S6基等が生成する。この組成において、MM法のみで合成するとイオン伝導度は十分ではない。一方、x値が0.80以上の場合、MM法のみで合成すると原料のLi2Sが残留し、硫化水素が発生しやすいことが報告されており(例えば、非特許文献1参照)、ドライルームで扱うことができず作業が煩雑になる。一方、Li2S及びGeS2を含むxLi2S-(1-x)GeS2系固体電解質の場合は、xを0.667以上にすることによりGeS4 4-イオンのみとする必要がある。By the way, in the xLi2S-(1-x) P2S5 - based solid electrolyte, the xLi2S- ( 1 -x) P2S5 - based solid electrolyte must have an x value of 0.75 or more, otherwise it will cause the generation of toxic hydrogen sulfide. P 2 S 7 groups, P 2 S 6 groups, etc. are generated. In this composition, the ionic conductivity is not sufficient when synthesized only by the MM method. On the other hand, it has been reported that when the x value is 0.80 or more, the raw material Li 2 S remains when synthesized only by the MM method, and hydrogen sulfide is likely to be generated (for example, see Non-Patent Document 1). It cannot be handled and the work becomes complicated. On the other hand, in the case of the xLi 2 S-(1-x)GeS 2 -based solid electrolyte containing Li 2 S and GeS 2 , it is necessary to make only GeS 4 4- ions by setting x to 0.667 or more.

さらに、Li2S及びP2S5の他にGeS2も含むLi2S-GeS2-P2S5系や、Li2S及びGeS2を含むLi2S-GeS2系固体電解質は、石英ガラス管にLi2S及びGeS2、並びに必要に応じてP2S5を封入し、高温(例えば700℃)で熱処理する封管法により最終生成物を得ている(例えば、非特許文献2及び3参照)。しかしながら、この製造方法によれば、ヤング率が大きく成形性に優れた固体電解質を得ることはできない。また、一般に、封管法を採用した場合は大量合成が困難であることから、リチウムイオン伝導度が高く且つ電池作製が容易で大量合成が可能な固体電解質の製造方法の確立が求められている。また、そのような固体電解質ができれば、成形性の低い酸化物系又はリン酸塩系固体電解質との複合化による成形性改善も可能となる。Furthermore, Li2S - GeS2 - P2S5 - based solid electrolytes containing GeS2 in addition to Li2S and P2S5 , and Li2S - GeS2 - based solid electrolytes containing Li2S and GeS2 are Li 2 S and GeS 2 and, if necessary, P 2 S 5 are enclosed in a quartz glass tube, and the final product is obtained by a sealed tube method in which heat treatment is performed at a high temperature (eg, 700 ° C.) (see, for example, Non-Patent Document 2 and 3). However, according to this manufacturing method, a solid electrolyte having a large Young's modulus and excellent moldability cannot be obtained. In general, when the sealed tube method is used, mass synthesis is difficult, so there is a need to establish a method for producing a solid electrolyte that has high lithium ion conductivity, is easy to manufacture batteries, and can be mass synthesized. . Moreover, if such a solid electrolyte can be produced, it will be possible to improve moldability by forming a composite with an oxide-based or phosphate-based solid electrolyte having low moldability.

特開2008-103281号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-103281

A. Hayashi et al., Electrochemistry Communications, 5, 111-114 (2003).A. Hayashi et al., Electrochemistry Communications, 5, 111-114 (2003). R. Kanno et al, Journal of Electrochemical Society, 148 A742-A746 (2001).R. Kanno et al, Journal of Electrochemical Society, 148 A742-A746 (2001). M. Murayama et al, Solid State Ionics, 154, 789-794 (2002).M. Murayama et al, Solid State Ionics, 154, 789-794 (2002).

本発明は、上記した従来技術の現状に鑑みてなされたものであり、成形性に優れ(特に低ヤング率を有し)、且つ、イオン伝導性に優れる固体電解質を提供することを主な目的とする。 The present invention has been made in view of the current state of the prior art described above, and the main object thereof is to provide a solid electrolyte that is excellent in moldability (particularly having a low Young's modulus) and excellent in ionic conductivity. and

本発明者らは、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、特定の組成を有し、結晶相とガラス相とが共存している無機硫化物(特に固体電解質)が、成形性に優れ(特に低ヤング率を有し)、且つ、イオン伝導性に優れることを見出した。また、本発明者らは、この無機硫化物は、所定の原料粉末に対して、高回転数のミリング処理を施した後に、低回転数のミリング処理を施すことにより得られることも見出した。本発明者らは、このような知見に基づき、さらに研究を重ね、本発明を完成した。即ち、本発明は、以下の構成を包含する。
項1.一般式(1):
xLi2S-yGeS2-(1-x-y)P2S5 (1)
[式中、x及びyは、0.667≦x≦0.860、0≦y≦0.333、0.667≦x+y≦1を示す。]
で表され、結晶相とガラス相とが共存している、無機硫化物。
項2.前記結晶相が、Li3PS4、Li7PS6、Li4GeS4及びLi10GeP2S12よりなる群から選ばれる少なくとも1種の結晶相である、項1に記載の無機硫化物。
項3.一般式(2):
dLi2S-eMS2-fLiX-(1-d-e-f)P2S5 (2)
[式中、XはCl、Br及びIよりなる群から選ばれる少なくとも1種を示す。MはGe、Sn及びTiよりなる群から選ばれる少なくとも1種を示す。d、e及びfは、0.600≦d≦0.860、0≦e≦0.333、0<f≦0.300、0.600≦d+e+f≦1を示す。]
で表され、結晶相とガラス相とが共存している、無機硫化物。
項4.前記結晶相が、β-Li3PS4、立方晶アージャロダイト、Li10MP2S12(MはGe又はSnである)、及びLi4PS4Iよりなる群から選ばれる少なくとも1種の結晶相である、項3に記載の無機硫化物。
項5.Li2Sからなる結晶相を含まない、項1~4のいずれか1項に記載の無機硫化物。
項6.ヤング率が3.0GPa以下である、項1~5のいずれか1項に記載の無機硫化物。
項7.イオン伝導度が1.00×10-4S・cm-1以上である、項1~6のいずれか1項に記載の無機硫化物。
項8.項1~7のいずれか1項に記載の無機硫化物の製造方法であって、
Li2Sを含む原料粉末に対して、高回転数のミリング処理を施した後に、低回転数のミリング処理を施す工程
を備える、製造方法。
項9.前記高回転数のミリング処理における回転数が800rpm以上であり、前記低回転数のミリング処理における回転数が600rpm以下である、項8に記載の製造方法。
項10.前記原料粉末が、さらに、GeS2、SnS2、TiS2、LiX及びP2S5よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、項8又は9に記載の製造方法。
項11.項1~7のいずれか1項に記載の無機硫化物からなる、リチウムイオン二次電池用固体電解質。
項12.項1~7のいずれか1項に記載の無機硫化物からなる、リチウムイオン二次電池の電解質層用バインダー材料。
項13.項1~7のいずれか1項に記載の無機硫化物からなる、リチウムイオン二次電池の電極用バインダー材料。
項14.項11に記載のリチウムイオン二次電池用固体電解質又は項12に記載のリチウムイオン二次電池の電解質層用バインダー材料を含有する電解質層と、項13に記載のリチウムイオン二次電池の電極用バインダー材料を含有する電極との少なくとも1つを備える、リチウムイオン二次電池。
The present inventors have made intensive studies to achieve the above-described object. As a result, inorganic sulfides (especially solid electrolytes) having a specific composition and having a crystal phase and a glass phase coexist have excellent formability (especially low Young's modulus) and ion conductivity. found to be superior to The inventors also found that the inorganic sulfide can be obtained by milling a predetermined raw material powder at a high rotational speed and then milling it at a low rotational speed. Based on such knowledge, the present inventors have further studied and completed the present invention. That is, the present invention includes the following configurations.
Section 1. General formula (1):
xLi2S - yGeS2-( 1 -xy) P2S5 ( 1)
[In the formula, x and y represent 0.667≦x≦0.860, 0≦y≦0.333, and 0.667≦x+y≦1. ]
Inorganic sulfide in which a crystal phase and a glass phase coexist.
Section 2. Item 2. The inorganic sulfide according to Item 1 , wherein the crystal phase is at least one crystal phase selected from the group consisting of Li3PS4 , Li7PS6 , Li4GeS4 and Li10GeP2S12 .
Item 3. General formula (2):
dLi2S - eMS2 - fLiX-(1-def) P2S5 ( 2 )
[In the formula, X represents at least one selected from the group consisting of Cl, Br and I. M represents at least one selected from the group consisting of Ge, Sn and Ti. d, e and f are 0.600≦d≦0.860, 0≦e≦0.333, 0<f≦0.300, and 0.600≦d+e+f≦1. ]
Inorganic sulfide in which a crystal phase and a glass phase coexist.
Section 4. The crystal phase is at least one selected from the group consisting of β-Li 3 PS 4 , cubic ajarodite, Li 10 MP 2 S 12 (M is Ge or Sn), and Li 4 PS 4 I Item 4. The inorganic sulfide according to Item 3, which is in a crystalline phase.
Item 5. Item 5. The inorganic sulfide according to any one of Items 1 to 4, which does not contain a crystal phase consisting of Li 2 S.
Item 6. Item 6. The inorganic sulfide according to any one of Items 1 to 5, which has a Young's modulus of 3.0 GPa or less.
Item 7. Item 7. The inorganic sulfide according to any one of Items 1 to 6, which has an ionic conductivity of 1.00×10 −4 S·cm −1 or more.
Item 8. A method for producing an inorganic sulfide according to any one of Items 1 to 7,
A production method comprising a step of subjecting a raw material powder containing Li 2 S to milling at a high rotation speed and then to milling at a low rotation speed.
Item 9. Item 9. The manufacturing method according to Item 8, wherein the rotation speed in the high rotation speed milling treatment is 800 rpm or more, and the rotation speed in the low rotation speed milling treatment is 600 rpm or less.
Item 10. Item 10. The production method according to Item 8 or 9, wherein the raw material powder further contains at least one selected from the group consisting of GeS2 , SnS2 , TiS2 , LiX and P2S5 .
Item 11. A solid electrolyte for a lithium ion secondary battery, comprising the inorganic sulfide according to any one of items 1 to 7.
Item 12. A binder material for an electrolyte layer of a lithium ion secondary battery, comprising the inorganic sulfide according to any one of Items 1 to 7.
Item 13. A binder material for lithium ion secondary battery electrodes, comprising the inorganic sulfide according to any one of items 1 to 7.
Item 14. An electrolyte layer containing the solid electrolyte for a lithium ion secondary battery according to Item 11 or a binder material for an electrolyte layer of a lithium ion secondary battery according to Item 12, and an electrode for a lithium ion secondary battery according to Item 13. and at least one electrode containing a binder material.

本発明によれば、成形性に優れ(特に低ヤング率を有し)、且つ、イオン伝導性に優れる固体電解質を簡便な方法で提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solid electrolyte which is excellent in moldability (it has especially low Young's modulus) and is excellent in ion conductivity can be provided by a simple method.

実施例1で得られた試料のX線回折パターンを示す。参考として、公知の70Li2S-30P2S5相(ガラス相)及びLi3PS4相(結晶相)のピークも示す。1 shows an X-ray diffraction pattern of a sample obtained in Example 1. FIG. For reference, the peaks of the known 70Li 2 S-30P 2 S 5 phase (glass phase) and Li 3 PS 4 phase (crystalline phase) are also shown. 実施例1で得られた試料を500℃で焼成したものの実測(+)及び計算(実線)X線回折パターンを示す。1 shows the measured (+) and calculated (solid line) X-ray diffraction patterns of the sample obtained in Example 1 that was calcined at 500°C. 実施例2及び3で得られた試料のX線回折パターンを示す。参考として、公知の70Li2S-30P2S5相(ガラス相)、Li3PS4相(結晶相)及びLi7PS6相(結晶相)のピークも示す。1 shows X-ray diffraction patterns of samples obtained in Examples 2 and 3. FIG. For reference, the peaks of the known 70Li 2 S-30P 2 S 5 phase (glass phase), Li 3 PS 4 phase (crystalline phase) and Li 7 PS 6 phase (crystalline phase) are also shown. 実施例4及び5で得られた試料のX線回折パターンを示す。参考として、公知の70Li2S-30P2S5相(ガラス相)及びLi7PS6相(結晶相)のピークも示す。1 shows X-ray diffraction patterns of samples obtained in Examples 4 and 5. FIG. For reference, the peaks of the known 70Li 2 S-30P 2 S 5 phase (glass phase) and Li 7 PS 6 phase (crystalline phase) are also shown. 実施例6で得られた試料のX線回折パターンを示す。参考として、公知の70Li2S-30P2S5相(ガラス相)、Li3PS4相(結晶相)及びLi10GeP2S12相(結晶相;LGPS相)のピークも示す。4 shows the X-ray diffraction pattern of the sample obtained in Example 6. FIG. For reference, the peaks of the known 70Li 2 S-30P 2 S 5 phase (glass phase), Li 3 PS 4 phase (crystalline phase) and Li 10 GeP 2 S 12 phase (crystalline phase; LGPS phase) are also shown. 実施例6で得られた試料を500℃で焼成したものの実測(+)及び計算(実線)X線回折パターンを示す。Fig. 2 shows the measured (+) and calculated (solid line) X-ray diffraction patterns of the sample obtained in Example 6 which was calcined at 500°C. 実施例7及び8で得られた試料のX線回折パターンを示す。参考として、公知の70Li2S-30P2S5相(ガラス相)、Li3PS4相(結晶相)、Li10GeP2S12相(結晶相;LGPS相)、Li4GeS4(結晶相)及びLi6PS7相(結晶相)のピークも示す。1 shows X-ray diffraction patterns of samples obtained in Examples 7 and 8. FIG. As a reference, the known 70Li2S - 30P2S5 phase (glass phase), Li3PS4 phase (crystal phase), Li10GeP2S12 phase ( crystal phase; LGPS phase), Li4GeS4 ( crystal phase) and Li 6 PS 7 phase (crystalline phase) are also shown. 実施例9で得られた試料のX線回折パターンを示す。1 shows an X-ray diffraction pattern of a sample obtained in Example 9. FIG. 実施例10で得られた試料のX線回折パターンを示す。図内の数値は対応する結晶相のピーク位置に対応する指数を示す。1 shows the X-ray diffraction pattern of the sample obtained in Example 10. FIG. Numerical values in the figure indicate indices corresponding to the peak positions of the corresponding crystal phases. 実施例11で得られた試料と、ガラス相及び構成結晶相のX線回折パターンを示す。1 shows the X-ray diffraction patterns of the sample obtained in Example 11, the glass phase, and the constituent crystal phases. 実施例12で得られた試料と、ガラス相及び構成結晶相のX線回折パターンを示す。1 shows the X-ray diffraction patterns of the sample obtained in Example 12, the glass phase, and the constituent crystal phases. 実施例13で得られた試料と、ガラス相及び構成結晶相のX線回折パターンを示す。1 shows the X-ray diffraction patterns of the sample obtained in Example 13, the glass phase, and the constituent crystal phases. 実施例14で得られた試料と、ガラス相及び構成結晶相のX線回折パターンを示す。1 shows the X-ray diffraction patterns of the sample obtained in Example 14, the glass phase, and the constituent crystal phases. 実施例15で得られた試料と、ガラス相及び構成結晶相のX線回折パターンを示す。1 shows the X-ray diffraction patterns of the sample obtained in Example 15, the glass phase, and the constituent crystal phases. 実施例16で得られた試料と、ガラス相及び構成結晶相のX線回折パターンを示す。1 shows the X-ray diffraction patterns of the sample obtained in Example 16, the glass phase, and the constituent crystal phases. 実施例1で得られた試料を使用した全固体リチウムイオン二次電池の30℃における充放電特性評価結果である。充放電容量は正極活物質量で規格化している。1 shows the results of charge-discharge characteristics evaluation at 30° C. of an all-solid-state lithium-ion secondary battery using the sample obtained in Example 1. FIG. The charge/discharge capacity is standardized by the amount of positive electrode active material. 実施例5で得られた試料を使用した全固体リチウムイオン二次電池の30℃における充放電特性評価結果である。充放電容量は正極活物質量で規格化している。4 shows the results of charge-discharge characteristics evaluation at 30° C. of an all-solid lithium ion secondary battery using the sample obtained in Example 5. FIG. The charge/discharge capacity is standardized by the amount of positive electrode active material. 実施例13で得られた試料を使用した全固体リチウムイオン二次電池の30℃における充放電特性評価結果である。充放電容量は正極活物質量で規格化している。4 shows the results of charge-discharge characteristics evaluation at 30° C. of an all-solid lithium ion secondary battery using the sample obtained in Example 13. FIG. The charge/discharge capacity is standardized by the amount of positive electrode active material. 実施例15で得られた試料を使用した全固体リチウムイオン二次電池の30℃における充放電特性評価結果である。充放電容量は正極活物質量で規格化している。4 shows the results of charge-discharge characteristics evaluation at 30° C. of an all-solid lithium ion secondary battery using the sample obtained in Example 15. FIG. The charge/discharge capacity is standardized by the amount of positive electrode active material. 実施例16で得られた試料を使用した全固体リチウムイオン二次電池の30℃における充放電特性評価結果である。充放電容量は正極活物質量で規格化している。4 shows the results of charge-discharge characteristics evaluation at 30° C. of an all-solid lithium ion secondary battery using the sample obtained in Example 16. FIG. The charge/discharge capacity is standardized by the amount of positive electrode active material. 実施例6で得られた試料を使用した全固体リチウムイオン二次電池の30℃における充放電特性評価結果である。充放電容量は正極活物質量で規格化している。4 shows the results of charge-discharge characteristics evaluation at 30° C. of an all-solid-state lithium-ion secondary battery using the sample obtained in Example 6. FIG. The charge/discharge capacity is standardized by the amount of positive electrode active material.

本明細書において、数値範囲を「A~B」と表記する場合、A以上B以下を意味する。 In this specification, when a numerical range is expressed as "A to B", it means A or more and B or less.

1.無機硫化物(1)
本発明の無機硫化物(1)は、一般式(1):
xLi2S-yGeS2-(1-x-y)P2S5 (1)
[式中、x及びyは、0.667≦x≦0.860、0≦y≦0.333、0.667≦x+y≦1を示す。]
で表され、結晶相とガラス相とが共存している。
1. inorganic sulfide (1)
The inorganic sulfide (1) of the present invention has the general formula (1):
xLi2S - yGeS2-( 1 -xy) P2S5 ( 1)
[In the formula, x and y represent 0.667≦x≦0.860, 0≦y≦0.333, and 0.667≦x+y≦1. ]
and the crystal phase and the glass phase coexist.

本発明の無機硫化物(1)においては、電荷担体として働くLiイオンに対して、P及びGeがPS4 3-及びGeS4 4-イオンとして存在しており、ガラス相形成又は結晶格子形成イオンとして働く。 In the inorganic sulfide (1) of the present invention, P and Ge are present as PS 4 3- and GeS 4 4- ions with respect to Li ions acting as charge carriers, and glass phase forming or crystal lattice forming ions work as

本発明の無機硫化物(1)は、一般式(1)において、Li2Sの含有量であるxが0.667~0.860であり、GeS2の含有量であるyが0~0.333であることが重要である。これは、以下の2点に集約される。(1)イオン伝導度は、電荷担体濃度と移動度の積に比例するため、Li2S濃度を増大させると電荷担体(Liイオン)濃度を増大させることができる一方、xが0.860をこえるとガラス構造内に全てのLi2Sを導入できないため、無機硫化物中に不純物としてLi2Sが残留し(Li2Sからなる結晶相が存在し)、硫化水素(H2S)発生源となる。このような理由から、xは好ましい一態様(P2S5を含む態様)では0.750~0.860、好ましくは0.760~0.850、より好ましくは0.770~0.830であり、別の好ましい態様(P2S5を含まない態様)では0.667~0.800、好ましくは0.680~0.770、より好ましくは0.700~0.750である。(2)一方、GeS2の含有量であるyは、必要に応じてイオン伝導度を高め高電位側の電位窓を広げることが可能であるものの、yが0.333をこえると高価なGeが大量に必要になるためにコスト上昇を招く。このような理由から、yは好ましい一態様(P2S5を含む態様)では0~0.200、好ましくは0.050~0.20、より好ましくは0.080~0.150であり、別の好ましい態様(P2S5を含まない態様)では0~0.333、好ましくは0.050~0.30、より好ましくは0.080~0.250である。なお、このようなx及びyは、0.667≦x+y≦1を満たす数値である。In the inorganic sulfide (1) of the present invention, in the general formula (1), the Li 2 S content x is 0.667 to 0.860, and the GeS 2 content y is 0 to 0.333. is important. This can be summed up in the following two points. (1) Since ionic conductivity is proportional to the product of charge carrier concentration and mobility, increasing the Li 2 S concentration can increase the charge carrier (Li ion) concentration. Since all Li 2 S cannot be introduced into the glass structure, Li 2 S remains as an impurity in the inorganic sulfide (there is a crystal phase composed of Li 2 S), and it becomes a hydrogen sulfide (H 2 S) generation source. Become. For this reason, x is 0.750 to 0.860, preferably 0.760 to 0.850, more preferably 0.770 to 0.830 in one preferred embodiment (embodiment containing P 2 S 5 ), and in another preferred embodiment (embodiment containing P 2 S 5 ) 0.667 to 0.800, preferably 0.680 to 0.770, more preferably 0.700 to 0.750. (2) On the other hand, y, which is the content of GeS2 , can increase the ionic conductivity and widen the potential window on the high potential side as necessary, but if y exceeds 0.333, a large amount of expensive Ge is used. cost increase due to the need for For this reason, y is 0 to 0.200, preferably 0.050 to 0.20, more preferably 0.080 to 0.150 in one preferred embodiment (embodiment containing P 2 S 5 ), and in another preferred embodiment (embodiment containing P 2 S 5 ) In the embodiment not containing it), it is 0 to 0.333, preferably 0.050 to 0.30, more preferably 0.080 to 0.250. Such x and y are numerical values satisfying 0.667≦x+y≦1.

本発明の無機硫化物(1)が有する結晶相としては、特に制限されないが、原料粉末であるLi2S、GeS2、P2S5等からなる結晶相は含まれないことが好ましい。特に、Li2Sからなる結晶相を含まないことにより、硫化水素の発生を抑制することができるため、低湿度環境下においても取扱いのしやすい無機硫化物を得ることができる。The crystal phase of the inorganic sulfide (1) of the present invention is not particularly limited, but preferably does not include a crystal phase composed of raw material powders such as Li 2 S, GeS 2 and P 2 S 5 . In particular, by not including a crystal phase composed of Li 2 S, generation of hydrogen sulfide can be suppressed, so an inorganic sulfide that is easy to handle even in a low-humidity environment can be obtained.

なお、本発明の無機硫化物(1)において、各結晶相の存在比は、例えば、X線回折パターンのリートベルト法による解析によって定量分析が可能である。各結晶相の存在比は、例えば、原料粉末の組成、後述する製造方法におけるミリングの条件、ミリング処理後の熱処理条件等によって変えることが可能である。なお、本発明の無機硫化物(1)において、各結晶相はいずれも良好なリチウムイオン伝導性を示すものの、Li3PS4又はLi7PS6が合計で40質量%以上(40~100質量%)含まれていることが好ましい。In addition, in the inorganic sulfide (1) of the present invention, the abundance ratio of each crystal phase can be quantitatively analyzed, for example, by analyzing the X-ray diffraction pattern by the Rietveld method. The abundance ratio of each crystal phase can be changed by, for example, the composition of the raw material powder, the milling conditions in the manufacturing method described later, the heat treatment conditions after the milling treatment, and the like. In the inorganic sulfide (1) of the present invention, although each crystal phase exhibits good lithium ion conductivity, the total content of Li 3 PS 4 or Li 7 PS 6 is 40% by mass or more (40 to 100 mass %) is preferably included.

このような本発明の無機硫化物(1)が有する結晶相としては、Li3PS4、Li7PS6、Li4GeS4及びLi10GeP2S12よりなる群から選ばれる少なくとも1種の結晶相が好ましい。具体的には、一般式(1)において、y=0の条件下で0.750≦x≦0.775である場合にはLi3PS4からなる結晶相(空間群Pnmaのβ型の斜方晶系結晶相)が形成されやすく、一般式(1)において0.755≦x≦0.860である場合にはLi7PS6からなる結晶相(特にLi7PS6からなる空間群The crystal phase of the inorganic sulfide ( 1 ) of the present invention includes at least one selected from the group consisting of Li3PS4 , Li7PS6 , Li4GeS4 and Li10GeP2S12 . Crystalline phases are preferred. Specifically, in general formula (1), when 0.750 ≤ x ≤ 0.775 under the condition of y = 0, a crystal phase composed of Li 3 PS 4 (β-type orthorhombic crystal of space group Pnma phase) is easily formed, and when 0.755 ≤ x ≤ 0.860 in general formula (1), a crystal phase composed of Li 7 PS 6 (especially a space group composed of Li 7 PS 6

Figure 0007113513000001
Figure 0007113513000001

の立方晶アージャロダイト結晶相)が形成されやすい。一方、一般式(1)においてyが0以外の場合(0<y≦0.333、特に0.050≦y≦0.200)にはLi10GeP2S12からなる結晶相(特にLi10GeP2S12からなる空間群P42/nmcの正方晶系結晶相)やyが大きい(例えば0.200<y≦0.333、例えばy=0.333)の場合にはLi4GeS4(空間群Pnmaの斜方晶系結晶相)も形成されやすい。cubic ajarodite crystal phase) is likely to be formed. On the other hand, when y is other than 0 in general formula (1) (0 < y ≤ 0.333, especially 0.050 ≤ y ≤ 0.200), the crystal phase composed of Li 10 GeP 2 S 12 (especially Li 10 GeP 2 S 12 tetragonal crystal phase of space group P42/nmc) and Li 4 GeS 4 (orthorhombic crystal phase of space group Pnma) when y is large (e.g. 0.200<y≦0.333, e.g. y=0.333). easy to form.

本発明の無機硫化物(1)は、このような結晶相を有することにより、イオン伝導度(特にリチウムイオン伝導度)を高くすることができる。具体的には、本発明の無機硫化物(1)のイオン伝導度を1.00×10-4S・cm-1以上、特に1.50×10-4~5.00×10-4 S・cm-1とすることが可能である。イオン伝導度は、得られた粉末を錠剤成形後、交流インピーダンス法により測定する。By having such a crystal phase, the inorganic sulfide (1) of the present invention can have high ion conductivity (especially lithium ion conductivity). Specifically, the inorganic sulfide (1) of the present invention has an ionic conductivity of 1.00×10 −4 S·cm −1 or more, particularly 1.50×10 −4 to 5.00×10 −4 S·cm −1 . It is possible. The ionic conductivity is measured by the AC impedance method after tableting the obtained powder.

一方、本発明の無機硫化物(1)が有するガラス相は、従来公知の70Li2S-30P2S5系固体電解質で生成しているガラス相に類似したブロードなピークを有する相を意味する。本発明の無機硫化物(1)は、このようなガラス相を有することにより、柔らかい材料とし成形性を高め、ヤング率を低くすることができる。具体的には、本発明の無機硫化物(1)のヤング率を3.0GPa以下、特に0.2~2.8GPaとすることができる。ヤング率は、微小圧縮試験機を用いて測定する。On the other hand, the glass phase possessed by the inorganic sulfide (1) of the present invention means a phase having a broad peak similar to the glass phase generated in a conventionally known 70Li 2 S-30P 2 S 5 solid electrolyte. . By having such a glass phase, the inorganic sulfide (1) of the present invention can be made into a soft material with improved moldability and a low Young's modulus. Specifically, the Young's modulus of the inorganic sulfide (1) of the present invention can be 3.0 GPa or less, particularly 0.2 to 2.8 GPa. Young's modulus is measured using a microcompression tester.

なお、本発明の無機硫化物(1)において、結晶相とガラス相との存在比は、例えば、特開2014-093262号公報に記載されている固体31P-NMRによって定量分析が可能である。結晶相とガラス相との存在比は、例えば、後述する製造方法におけるミリングの条件、ミリング処理後の熱処理条件等によって変えることが可能である。なお、本発明の無機硫化物(1)において、結晶相とガラス相との存在比は、成形性とイオン伝導度のバランスの観点から、10: 90~90: 10(質量比)が好ましく、20: 80~80: 20(質量比)がより好ましい。 In the inorganic sulfide (1) of the present invention, the abundance ratio between the crystal phase and the glass phase can be quantitatively analyzed by solid-state 31 P-NMR described in JP-A-2014-093262. . The abundance ratio of the crystal phase and the glass phase can be changed by, for example, milling conditions in the manufacturing method described below, heat treatment conditions after the milling treatment, and the like. In the inorganic sulfide (1) of the present invention, the existence ratio of the crystal phase and the glass phase is preferably 10:90 to 90:10 (mass ratio) from the viewpoint of the balance between moldability and ionic conductivity. 20:80 to 80:20 (mass ratio) is more preferable.

一方、本発明の無機硫化物(1)は、上記の結晶相及びガラス相を含んでいればよく、充放電特性に重大な影響を及ぼさない範囲の他の不純物相を含んでいてもよい。このような不純物相としては、単体硫黄、硫化リン、硫化ゲルマニウム、硫化リチウム等が挙げられる。ただし、本発明においては、結晶相によりイオン伝導度を向上させ、ガラス相により成形性を向上させヤング率を低くするため、不純物相の存在割合は低いことが好ましい。このような観点から、本発明の無機硫化物(1)が、不純物相を有する場合、通常、本発明の無機硫化物(1)の総量を100質量%として、不純物相は0.1~10質量%(特に0.2~5質量%)が好ましい。 On the other hand, the inorganic sulfide (1) of the present invention only needs to contain the above crystal phase and glass phase, and may contain other impurity phases within a range that does not seriously affect the charge/discharge characteristics. Such impurity phases include elemental sulfur, phosphorus sulfide, germanium sulfide, and lithium sulfide. However, in the present invention, the crystalline phase improves the ion conductivity and the glass phase improves the formability and lowers the Young's modulus, so the content of the impurity phase is preferably low. From this point of view, when the inorganic sulfide (1) of the present invention has an impurity phase, the impurity phase is usually 0.1 to 10% by mass with the total amount of the inorganic sulfide (1) of the present invention being 100% by mass. (especially 0.2 to 5% by mass) is preferred.

以上のような条件を満たす本発明の無機硫化物(1)の形状は特に制限されず、例えば、粉末状、粒状、ペレット状、繊維状等の任意の形状を採用することができる。なお、後述の製造方法によれば、粉末状の無機硫化物が生成されやすい。 The shape of the inorganic sulfide (1) of the present invention that satisfies the above conditions is not particularly limited, and any shape such as powder, granules, pellets, and fibers can be used. In addition, according to the manufacturing method described later, powdery inorganic sulfide is likely to be generated.

以上のような条件を満たす本発明の無機硫化物(1)は、成形性に優れ(特に低ヤング率を有し)、且つ、イオン伝導性に優れる。このため、リチウムイオン二次電池用電解質層を構成する固体電解質として有用であるし、リチウムイオン二次電池用電解質層を構成する固体電解質(特に成形性の乏しい固体電解質)用のバインダー材料としても有用である。また、リチウムイオン二次電池の電極用のバインダー材料としても有用である。 The inorganic sulfide (1) of the present invention, which satisfies the above conditions, has excellent moldability (in particular, it has a low Young's modulus) and excellent ion conductivity. Therefore, it is useful as a solid electrolyte constituting an electrolyte layer for lithium ion secondary batteries, and is also useful as a binder material for solid electrolytes (especially solid electrolytes with poor moldability) constituting electrolyte layers for lithium ion secondary batteries. Useful. It is also useful as a binder material for electrodes of lithium ion secondary batteries.

2.無機硫化物(2)
本発明の無機硫化物(2)は、一般式(2):
dLi2S-eMS2-fLiX-(1-d-e-f)P2S5 (2)
[式中、XはCl、Br及びIよりなる群から選ばれる少なくとも1種を示す。MはGe、Sn及びTiよりなる群から選ばれる少なくとも1種を示す。d、e及びfは、0.600≦d≦0.860、0≦e≦0.333、0<f≦0.300、0.600≦d+e+f≦1を示す。]
で表され、結晶相とガラス相とが共存している。
2. Inorganic sulfide (2)
The inorganic sulfide (2) of the present invention has the general formula (2):
dLi2S - eMS2 - fLiX-(1-def) P2S5 ( 2 )
[In the formula, X represents at least one selected from the group consisting of Cl, Br and I. M represents at least one selected from the group consisting of Ge, Sn and Ti. d, e and f are 0.600≦d≦0.860, 0≦e≦0.333, 0<f≦0.300, and 0.600≦d+e+f≦1. ]
and the crystal phase and the glass phase coexist.

一般式(2)において、XはCl、Br及びIよりなる群から選ばれる少なくとも1種であり、充放電特性の観点からCl及びBrが好ましい。 In general formula (2), X is at least one selected from the group consisting of Cl, Br and I, preferably Cl and Br from the viewpoint of charge/discharge characteristics.

一般式(2)において、MはGe、Sn及びTiよりなる群から選ばれる少なくとも1種であり、充放電特性の観点からGeとTiとを混合して使用することが好ましい。 In general formula (2), M is at least one selected from the group consisting of Ge, Sn and Ti, and it is preferable to use a mixture of Ge and Ti from the viewpoint of charge/discharge characteristics.

本発明の無機硫化物(2)においては、電荷担体として働くLiイオンに対して、P、Ge、Sn及びTiがPS4 3-及びMS4 4-イオンとして、XはX-イオンとして存在しており、いずれもガラス相形成又は結晶格子形成イオンとして働く。 In the inorganic sulfide (2) of the present invention, P, Ge, Sn and Ti exist as PS 4 3- and MS 4 4- ions and X as X - ions for Li ions acting as charge carriers. Both act as glass-phase-forming or crystal-lattice-forming ions.

本発明の無機硫化物(2)は、一般式(2)において、Li2Sの含有量であるdが0.600~0.860であり、MS2の含有量であるeが0~0.333であり、LiXの含有量であるfが0~0.300であることが重要である。これは、以下の2点に集約される。(1)イオン伝導度は、電荷担体濃度と移動度の積に比例するため、Li2S及びLiX濃度を増大させると電荷担体(Liイオン)濃度を増大させることができる一方、dが0.860を、fが0.300をこえるとガラス構造内に全てのLi2S及びLiXを導入できないため、無機硫化物中に不純物としてLi2S及びLiXが残留し(Li2S及びLiXからなる結晶相が存在し)、硫化水素(H2S)発生源となる。このような理由から、dは好ましい一態様(P2S5を含む態様)では0.750~0.860、好ましくは0.760~0.850、より好ましくは0.770~0.830であり、別の好ましい態様(P2S5を含まない態様)では0.667~0.800、好ましくは0.680~0.770、より好ましくは0.700~0.750である。また、fは好ましい一態様(P2S5を含む態様)では0.050~0.300、好ましくは0.100~0.250である。(2)一方、MS2の含有量であるeは、必要に応じてイオン伝導度を高め高電位側の電位窓を広げることが可能であるものの、eが0.333をこえるとM= Geの場合、高価なGeが大量に必要になるためにコスト上昇を招く。このような理由から、eは好ましい一態様(P2S5を含む態様)では0~0.200、好ましくは0.050~0.20、より好ましくは0.080~0.150であり、別の好ましい態様(P2S5を含まない態様)では0~0.333、好ましくは0.050~0.30、より好ましくは0.080~0.250である。なお、このようなd、e及びfは、0.600≦d+e+f≦1を満たす数値である。In the inorganic sulfide (2) of the present invention, in the general formula (2), the Li 2 S content d is 0.600 to 0.860, the MS 2 content e is 0 to 0.333, and LiX It is important that the content of f is between 0 and 0.300. This can be summed up in the following two points. (1) Since ionic conductivity is proportional to the product of charge carrier concentration and mobility, increasing the Li2S and LiX concentrations can increase the charge carrier (Li ion) concentration, while d is 0.860. , when f exceeds 0.300, not all Li 2 S and LiX can be introduced into the glass structure, so Li 2 S and LiX remain as impurities in the inorganic sulfide (crystal phases composed of Li 2 S and LiX exist). ) and become a source of hydrogen sulfide (H 2 S). For this reason, d is 0.750 to 0.860, preferably 0.760 to 0.850, more preferably 0.770 to 0.830 in one preferred embodiment (embodiment containing P 2 S 5 ), and in another preferred embodiment (embodiment containing P 2 S 5 ) 0.667 to 0.800, preferably 0.680 to 0.770, more preferably 0.700 to 0.750. Also, f is 0.050 to 0.300, preferably 0.100 to 0.250 in a preferred embodiment (an embodiment containing P 2 S 5 ). ( 2 ) On the other hand, e, which is the content of MS2, can increase the ionic conductivity and widen the potential window on the high potential side as necessary, but when e exceeds 0.333, M = Ge , a large amount of expensive Ge is required, leading to an increase in cost. For this reason, e is 0 to 0.200, preferably 0.050 to 0.20, more preferably 0.080 to 0.150 in one preferred embodiment (embodiment containing P 2 S 5 ), and in another preferred embodiment (embodiment containing P 2 S 5 ) In the embodiment not including), it is 0 to 0.333, preferably 0.050 to 0.30, more preferably 0.080 to 0.250. Such d, e, and f are numerical values satisfying 0.600≦d+e+f≦1.

本発明の無機硫化物(2)が有する結晶相としては、特に制限されないが、原料粉末であるLi2S、LiX、MS2、P2S5等からなる結晶相は含まれないことが好ましい。特に、Li2Sからなる結晶相を含まないことにより、硫化水素の発生を抑制することができるため、低湿度環境下においても取扱いのしやすい無機硫化物を得ることができる。The crystal phase of the inorganic sulfide ( 2 ) of the present invention is not particularly limited, but preferably does not include a crystal phase composed of raw material powders such as Li2S , LiX , MS2 and P2S5 . . In particular, by not including a crystal phase composed of Li 2 S, generation of hydrogen sulfide can be suppressed, so an inorganic sulfide that is easy to handle even in a low-humidity environment can be obtained.

なお、本発明の無機硫化物(2)において、各結晶相の存在比は、例えば、X線回折パターンのリートベルト法による解析によって定量分析が可能である。各結晶相の存在比は、例えば、原料粉末の組成、後述する製造方法におけるミリングの条件、ミリング処理後の熱処理条件等によって変えることが可能である。なお、本発明の無機硫化物(1)において、各結晶相はいずれも良好なリチウムイオン伝導性を示すものの、β-Li3PS4又はアージャロダイト相(Li7PS6又はLi6PS5X)が合計で40質量%以上(40~100質量%)含まれていることが好ましい。In addition, in the inorganic sulfide (2) of the present invention, the abundance ratio of each crystal phase can be quantitatively analyzed by, for example, analysis of the X-ray diffraction pattern by the Rietveld method. The abundance ratio of each crystal phase can be changed by, for example, the composition of the raw material powder, the milling conditions in the manufacturing method described later, the heat treatment conditions after the milling treatment, and the like. In the inorganic sulfide (1) of the present invention, although each crystal phase exhibits good lithium ion conductivity, the β-Li 3 PS 4 or ajarodite phase (Li 7 PS 6 or Li 6 PS 5 X) is preferably contained in a total amount of 40% by mass or more (40 to 100% by mass).

このような本発明の無機硫化物(2)が有する結晶相としては、β-Li3PS4、立方晶アージャロダイト及び、Li10MP2S12及びLi4PS4Iよりなる群から選ばれる少なくとも1種の結晶相が好ましい。具体的には、一般式(2)において、e=0の条件下で0.750≦d≦0.775である場合にはβ-Li3PS4からなる結晶相(空間群Pnmaの斜方晶系結晶相)が形成されやすく、一般式(2)において0.755≦d≦0.860である場合にはLi7PS6からなる結晶相(特にLi7PS6からなる空間群The crystal phase of the inorganic sulfide (2) of the present invention is selected from the group consisting of β-Li 3 PS 4 , cubic ajarodite, and Li 10 MP 2 S 12 and Li 4 PS 4 I. At least one crystalline phase is preferred. Specifically, in general formula (2), when 0.750 ≤ d ≤ 0.775 under the condition of e = 0, the crystal phase composed of β-Li 3 PS 4 (orthorhombic crystal phase of space group Pnma ) is likely to be formed, and when 0.755 ≤ d ≤ 0.860 in general formula (2), the crystal phase composed of Li 7 PS 6 (especially the space group composed of Li 7 PS 6

Figure 0007113513000002
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の立方晶アージャロダイト結晶相)が形成されやすい。Xがヨウ化物イオンの場合、Li4PS4Iからなる結晶相(空間群P4/nmm)も形成されやすい。一方、一般式(2)においてeが0以外の場合(0<e≦0.333、特に0.050≦e≦0.200)にはLi10MP2S12からなる結晶相(特にLi10MP2S12からなる空間群P42/nmcの正方晶系結晶相)も形成されやすい。また、dが0.222に、eが0に近い場合にはLi6PS5Xからなる上記立方晶アージャロダイト相が形成されやすい。cubic ajarodite crystal phase) is likely to be formed. When X is an iodide ion, a crystal phase composed of Li 4 PS 4 I (space group P4/nmm) is also likely to be formed. On the other hand, when e is other than 0 in general formula (2) (0 < e ≤ 0.333, especially 0.050 ≤ e ≤ 0.200), the crystal phase composed of Li 10 MP 2 S 12 (especially Li 10 MP 2 S 12 A tetragonal crystal phase of space group P42/nmc) is also easily formed. When d is 0.222 and e is close to 0, the cubic ajarodite phase composed of Li 6 PS 5 X is likely to be formed.

本発明の無機硫化物(2)は、このような結晶相を有することにより、イオン伝導度(特にリチウムイオン伝導度)を高くすることができる。具体的には、本発明の無機硫化物(2)のイオン伝導度を1.00×10-4S・cm-1以上、特に1.50×10-4~5.00×10-4 S・cm-1とすることが可能である。イオン伝導度は、得られた粉末を錠剤成形後、交流インピーダンス法により測定する。By having such a crystal phase, the inorganic sulfide (2) of the present invention can have high ion conductivity (especially lithium ion conductivity). Specifically, the inorganic sulfide (2) of the present invention has an ionic conductivity of 1.00×10 −4 S·cm −1 or more, particularly 1.50×10 −4 to 5.00×10 −4 S·cm −1 . It is possible. The ionic conductivity is measured by the AC impedance method after tableting the obtained powder.

一方、本発明の無機硫化物(2)が有するガラス相は、従来公知の70Li2S-30P2S5系固体電解質で生成しているガラス相に類似したブロードなピークを有する相を意味する。本発明の無機硫化物(2)は、このようなガラス相を有することにより、柔らかい材料として成形性を高め、ヤング率を低くすることができる。具体的には、本発明の無機硫化物(2)のヤング率を3.0GPa以下、特に0.2~2.8GPaとすることができる。ヤング率は、微小圧縮試験機を用いて測定する。On the other hand, the glass phase possessed by the inorganic sulfide (2) of the present invention means a phase having a broad peak similar to the glass phase generated in a conventionally known 70Li 2 S-30P 2 S 5 solid electrolyte. . By having such a glass phase, the inorganic sulfide (2) of the present invention can improve moldability as a soft material and lower Young's modulus. Specifically, the Young's modulus of the inorganic sulfide (2) of the present invention can be 3.0 GPa or less, particularly 0.2 to 2.8 GPa. Young's modulus is measured using a microcompression tester.

なお、本発明の無機硫化物(2)において、結晶相とガラス相との存在比は、例えば、特開2014-093262号公報に記載されている固体31P-NMRによって定量分析が可能である。結晶相とガラス相との存在比は、例えば、後述する製造方法におけるミリングの条件、ミリング処理後の熱処理条件等によって変えることが可能である。なお、本発明の無機硫化物(2)において、結晶相とガラス相との存在比は、成形性とイオン伝導度のバランスの観点から、10: 90~90: 10(質量比)が好ましく、20: 80~80: 20(質量比)がより好ましい。 In the inorganic sulfide (2) of the present invention, the abundance ratio between the crystal phase and the glass phase can be quantitatively analyzed by solid-state 31 P-NMR described in JP-A-2014-093262. . The abundance ratio of the crystal phase and the glass phase can be changed by, for example, milling conditions in the manufacturing method described below, heat treatment conditions after the milling treatment, and the like. In the inorganic sulfide (2) of the present invention, the existence ratio of the crystal phase and the glass phase is preferably 10:90 to 90:10 (mass ratio) from the viewpoint of the balance between moldability and ionic conductivity. 20:80 to 80:20 (mass ratio) is more preferable.

一方、本発明の無機硫化物(2)は、上記の結晶相及びガラス相を含んでいればよく、充放電特性に重大な影響を及ぼさない範囲の他の不純物相を含んでいてもよい。このような不純物相としては、単体硫黄、硫化リン、硫化ゲルマニウム、硫化チタン、硫化スズ、硫化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム等が挙げられる。ただし、本発明においては、結晶相によりイオン伝導度を向上させ、ガラス相により成形性を向上させヤング率を低くするため、不純物相の存在割合は低いことが好ましい。このような観点から、本発明の無機硫化物(2)が、不純物相を有する場合、通常、本発明の無機硫化物(2)の総量を100質量%として、不純物相は0.1~10質量%(特に0.2~5質量%)が好ましい。 On the other hand, the inorganic sulfide (2) of the present invention only needs to contain the above crystal phase and glass phase, and may contain other impurity phases within a range that does not seriously affect the charge/discharge characteristics. Such impurity phases include elemental sulfur, phosphorus sulfide, germanium sulfide, titanium sulfide, tin sulfide, lithium sulfide, lithium chloride, lithium bromide, and lithium iodide. However, in the present invention, the crystalline phase improves the ion conductivity and the glass phase improves the formability and lowers the Young's modulus, so the content of the impurity phase is preferably low. From this point of view, when the inorganic sulfide (2) of the present invention has an impurity phase, the impurity phase is usually 0.1 to 10% by mass with the total amount of the inorganic sulfide (2) of the present invention being 100% by mass. (especially 0.2 to 5% by mass) is preferred.

以上のような条件を満たす本発明の無機硫化物(2)の形状は特に制限されず、例えば、粉末状、粒状、ペレット状、繊維状等の任意の形状を採用することができる。なお、後述の製造方法によれば、粉末状の無機硫化物が生成されやすい。 The shape of the inorganic sulfide (2) of the present invention that satisfies the above conditions is not particularly limited, and any shape such as powder, granules, pellets, and fibers can be employed. In addition, according to the manufacturing method described later, powdery inorganic sulfide is likely to be generated.

以上のような条件を満たす本発明の無機硫化物(2)は、成形性に優れ(特に低ヤング率を有し)、且つ、イオン伝導性に優れる。このため、リチウムイオン二次電池用電解質層を構成する固体電解質として有用であるし、リチウムイオン二次電池用電解質層を構成する固体電解質(特に成形性の乏しい固体電解質)用のバインダー材料としても有用である。また、リチウムイオン二次電池の電極用のバインダー材料としても有用である。 The inorganic sulfide (2) of the present invention that satisfies the above conditions is excellent in moldability (in particular, it has a low Young's modulus) and is excellent in ionic conductivity. Therefore, it is useful as a solid electrolyte constituting an electrolyte layer for lithium ion secondary batteries, and is also useful as a binder material for solid electrolytes (especially solid electrolytes with poor moldability) constituting electrolyte layers for lithium ion secondary batteries. Useful. It is also useful as a binder material for electrodes of lithium ion secondary batteries.

3.無機硫化物の製造方法
本発明の無機硫化物は、例えば、Li2Sを含む原料粉末に対して、高回転数のミリング処理を施した後に、低回転数のミリング処理を施す工程を備える製造方法により得ることができる。
3. Method for Producing Inorganic Sulfide The inorganic sulfide of the present invention is produced by, for example, milling a raw material powder containing Li 2 S at a high rotational speed and then milling the powder at a low rotational speed. method.

原料粉末としては、最終的に得ようとする無機硫化物の組成に応じて適宜選択することができる。例えば、Li2S-P2S5系固体電解質を得ようとする場合は原料粉末としてLi2S及びP2S5を使用することができ、Li2S-MS2(GeS2等)系固体電解質を得ようとする場合は原料粉末としてLi2S及びMS2(GeS2等)を使用することができ、Li2S-MS2(GeS2等)-P2S5系固体電解質を得ようとする場合は原料粉末としてLi2S、MS2(GeS2等)及びP2S5を使用することができ、Li2S-LiX-P2S5系固体電解質を得ようとする場合は原料粉末としてLi2S、LiX及びP2S5を使用することができる。The raw material powder can be appropriately selected according to the composition of the inorganic sulfide to be finally obtained. For example, when trying to obtain a Li2SP2S5 - based solid electrolyte, Li2S and P2S5 can be used as raw material powders, and a Li2S - MS2 ( GeS2 , etc.)-based solid electrolyte Li 2 S and MS 2 (GeS 2 etc.) can be used as raw material powders to obtain a Li 2 S-MS 2 (GeS 2 etc.)-P 2 S 5 system solid electrolyte. Li 2 S, MS 2 ( GeS 2 etc.) and P 2 S 5 can be used as raw material powders when Li2S , LiX and P2S5 can be used as raw material powders.

本発明においては、例えばLi2S-P2S5系の場合、得られる無機硫化物中に高いLi2S含有量x又はd(x≧0.667、特にx≧0.750;d≧0.600、特にd≧0.750)を保持するため、まず、高回転数のミリング処理を施し、この高回転数のミリング処理の後に、低回転数のミリング処理を施すことが必要である。このような処理を施すことにより、Li2Sを不純物として含まない(Li2Sからなる結晶相を含まない)高純度且つイオン導電性の高い無機硫化物を得ることができる。なお、高回転数のミリング処理のみでは無機硫化物中にLi2Sからなる結晶相が不純物として含まれてしまう。また、低回転数のミリング処理のみでは、無機硫化物のLi2S含有量を高くすることができず、また、Li2Sからなる結晶相が不純物として含まれてしまう。In the present invention, for example in the case of the Li 2 SP 2 S 5 system, high Li 2 S content x or d (x≧0.667, especially x≧0.750; d≧0.600, especially d≧0.750) in the resulting inorganic sulfide ), it is necessary to perform high-rotation milling first, and then perform low-rotation milling after this high-rotation milling. By performing such a treatment, it is possible to obtain an inorganic sulfide of high purity and high ionic conductivity that does not contain Li 2 S as an impurity (does not contain a crystal phase composed of Li 2 S). It should be noted that a crystal phase composed of Li 2 S is included as an impurity in the inorganic sulfide only by milling at a high rotational speed. In addition, the Li 2 S content of the inorganic sulfide cannot be increased only by milling at a low rotational speed, and a crystalline phase composed of Li 2 S is included as an impurity.

高回転数のミリング処理における回転数は、得られる無機硫化物中のLi2S含有量x又はdをより高くしつつLi2Sからなる結晶相の発生をより抑制する観点から、800rpm以上が好ましく、900~2000rpmがより好ましい。また、この際の処理時間は特に制限されず、30分~3時間が好ましく、40分~2時間がより好ましい。また、処理温度は特に制限されず、0~50℃(例えば室温)で行うことができる。このような高回転数のミリング処理は、例えば、振動ミル等により行うことができる。The rotation speed in the high rotation speed milling treatment is 800 rpm or more from the viewpoint of further suppressing the generation of the crystal phase composed of Li 2 S while increasing the Li 2 S content x or d in the inorganic sulfide obtained. Preferably, 900-2000 rpm is more preferred. Moreover, the treatment time in this case is not particularly limited, and is preferably 30 minutes to 3 hours, more preferably 40 minutes to 2 hours. Moreover, the treatment temperature is not particularly limited, and the treatment can be carried out at 0 to 50° C. (for example, room temperature). Such a high rotation speed milling process can be performed by, for example, a vibration mill or the like.

低回転数のミリング処理における回転数は、Li2Sからなる結晶相の発生をより抑制する観点から、600rpm以下が好ましく、300~550rpmがより好ましい。また、この際の処理時間は特に制限されず、10~100時間が好ましく、20~80時間がより好ましい。また、処理温度は特に制限されず、0~50℃(例えば室温)で行うことができる。このような低回転数のミリング処理は、例えば、遊星ボールミル等により行うことができる。The rotation speed in the low rotation speed milling treatment is preferably 600 rpm or less, more preferably 300 to 550 rpm, from the viewpoint of further suppressing the generation of the crystal phase composed of Li 2 S. Moreover, the treatment time at this time is not particularly limited, and is preferably 10 to 100 hours, more preferably 20 to 80 hours. Moreover, the treatment temperature is not particularly limited, and the treatment can be carried out at 0 to 50° C. (for example, room temperature). Such a low-rotation-speed milling process can be performed, for example, by a planetary ball mill or the like.

具体的な製造方法としては、まず、例えば、超低湿度(露点-60℃以下)環境下に、密閉容器(グローブボックス、ドライルーム、オープンドライチャンバー等)内で、高回転数のミリング処理を行う装置の容器内に原料粉末を充填する。この際使用できる容器としては、特に制限はなく、メノー、アルミナ、ジルコニア等の材料が挙げられる。この際の原料充填量は特に制限されず、1~100g程度とすることができる。この原料粉末に、必要に応じて粉砕メディアを加えて密封後にグローブボックス外に取り出し、ミリング装置にセットすることが好ましい。ミリング処理後、生成物が容器に強く付着することがあるため、必要に応じて容器を例えば超低湿度(露点-60℃以下)環境下(グローブボックス等)に再度導入し、生成物を容器の壁から掻き落とした後、再度同じ処理を行うこともできる。 As a specific manufacturing method, first, for example, milling at high rotation speed in a closed container (glove box, dry room, open dry chamber, etc.) under an ultra-low humidity (dew point of -60 ° C or less) environment. The raw material powder is filled in the container of the device to be processed. The container that can be used at this time is not particularly limited, and materials such as agate, alumina, and zirconia can be used. At this time, the amount of raw material to be filled is not particularly limited, and can be about 1 to 100 g. It is preferable to add pulverizing media to this raw material powder, if necessary, take it out of the glove box after sealing, and set it in a milling device. After milling, the product may strongly adhere to the container, so if necessary, reintroduce the container into an ultra-low humidity (dew point of -60 ° C or less) environment (glove box, etc.) and remove the product from the container. After scraping off the wall of the wall, the same process can be performed again.

この後、例えば超低湿度(露点-60℃以下)環境下(グローブボックス等)内で容器を開け、粉末を低回転数のミリング装置用容器に移し、低回転数でミリング処理を行う。処理後、生成物を例えば超低湿度(露点-60℃以下)環境下(グローブボックス等)内で取り出し、密閉容器で封入後、X線回折測定、イオン伝導度測定等の各種評価を行うことができる。 After that, the container is opened, for example, in an ultra-low humidity (dew point of -60°C or lower) environment (glove box, etc.), the powder is transferred to a container for a low-rotation milling apparatus, and milled at a low rotation speed. After treatment, the product should be taken out in an ultra-low humidity (dew point of -60°C or lower) environment (glove box, etc.), sealed in a sealed container, and subjected to various evaluations such as X-ray diffraction measurement and ion conductivity measurement. can be done.

このようにして本発明の無機硫化物が得られるが、この後、必要に応じて加熱処理を施すこともできる。これにより、結晶相をより多くしてイオン伝導度をより高めることができるため、要求特性に応じて結晶相とガラス相との存在比を調整することが可能である。この場合、加熱温度は特に制限はなく、100~500℃が好ましく、200~400℃がより好ましい。また、加熱時間も特に制限はなく、0.5~100時間が好ましく、1~50時間がより好ましい。 In this way, the inorganic sulfide of the present invention is obtained, after which heat treatment can be applied as necessary. As a result, it is possible to increase the crystalline phase and further increase the ionic conductivity, so that it is possible to adjust the existence ratio of the crystalline phase and the glass phase according to the required properties. In this case, the heating temperature is not particularly limited, preferably 100 to 500°C, more preferably 200 to 400°C. The heating time is also not particularly limited, preferably 0.5 to 100 hours, more preferably 1 to 50 hours.

4.リチウムイオン二次電池
本発明の無機硫化物を用いるリチウムイオン二次電池は、公知の手法により製造することができる。
4. Lithium Ion Secondary Battery A lithium ion secondary battery using the inorganic sulfide of the present invention can be produced by a known method.

例えば、本発明の無機硫化物を正極のバインダー材料として使用する場合には、正極材料として公知のリチウムマンガン系複合酸化物等を用い、本発明の無機硫化物をバインダー材料として用いて、公知の手法により正極を製造することができる。つまり、バインダー材料として通常使用されているPTFE等の代替材料として本発明の無機硫化物を用い、正極を作製することができる。本発明の無機硫化物を正極のバインダー材料として使用しない場合は従来公知の正極を採用することができる。 For example, when the inorganic sulfide of the present invention is used as a binder material for a positive electrode, a known lithium-manganese-based composite oxide or the like is used as a positive electrode material, and the inorganic sulfide of the present invention is used as a binder material to obtain a known The positive electrode can be manufactured by the technique. In other words, the inorganic sulfide of the present invention can be used as a substitute material for PTFE or the like, which is usually used as a binder material, to produce a positive electrode. When the inorganic sulfide of the present invention is not used as a binder material for the positive electrode, conventionally known positive electrodes can be employed.

また、本発明の無機硫化物を負極のバインダー材料として使用する場合には、負極材料として公知の金属リチウム、炭素系材料(活性炭、黒鉛等)、ケイ素、酸化ケイ素、Si-SiO系材料、リチウムチタン酸化物等を用い、本発明の無機硫化物をバインダー材料として用いて、公知の手法により負極を製造することができる。つまり、バインダー材料として通常使用されているPTFE等の代替材料として本発明の無機硫化物を用い、負極を作製することができる。本発明の無機硫化物を負極のバインダー材料として使用しない場合は従来公知の負極を採用することができる。 Further, when the inorganic sulfide of the present invention is used as a binder material for a negative electrode, metallic lithium known as a negative electrode material, carbon-based materials (activated carbon, graphite, etc.), silicon, silicon oxide, Si—SiO-based materials, lithium Using a titanium oxide or the like and using the inorganic sulfide of the present invention as a binder material, a negative electrode can be produced by a known method. That is, the negative electrode can be produced using the inorganic sulfide of the present invention as a substitute material for PTFE or the like, which is usually used as a binder material. When the inorganic sulfide of the present invention is not used as a binder material for the negative electrode, conventionally known negative electrodes can be employed.

また、本発明の無機硫化物を電解質層の固体電解質として使用する場合は、本発明の無機硫化物を常法により層状に成形し、電解質層として使用することができる。本発明の無機硫化物を電解質層のバインダー材料として使用する場合には、固体電解質として固体電解質を用い、本発明の無機硫化物をバインダー材料として用いて、公知の手法により電解質層を製造することができる。つまり、バインダー材料として通常使用されているPTFE等の代替材料として本発明の無機硫化物を用い、電解質層を作製することができる。 Further, when the inorganic sulfide of the present invention is used as the solid electrolyte of the electrolyte layer, the inorganic sulfide of the present invention can be formed into a layer by a conventional method and used as the electrolyte layer. When the inorganic sulfide of the present invention is used as the binder material for the electrolyte layer, the solid electrolyte is used as the solid electrolyte, the inorganic sulfide of the present invention is used as the binder material, and the electrolyte layer is produced by a known method. can be done. That is, the inorganic sulfide of the present invention can be used as a substitute material for PTFE or the like, which is usually used as a binder material, to produce an electrolyte layer.

さらに、その他の公知の電池構成要素を使用して、常法に従って、リチウムイオン二次電池を組立てることができる。なお、本発明において、「リチウムイオン二次電池」とは、負極材料として金属リチウムを用いた「リチウム二次電池」も包含する概念である。 In addition, other known battery components can be used to assemble the lithium ion secondary battery according to conventional methods. In the present invention, the term "lithium ion secondary battery" is a concept that also includes a "lithium secondary battery" using metallic lithium as a negative electrode material.

以下、実施例および比較例を示し、本発明の特徴とするところを一層明確にするが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Examples and comparative examples are shown below to further clarify the features of the present invention, but the present invention is not limited to the following examples.

[実施例1]
グローブボックス(GB)内にてLi2SとP2S5とをモル比75: 25になるように秤量後、乳鉢混合した。全量は2gとなるようにした。これを振動ミル(回転数1000rpm)用メノー製容器に充填し、ディスク状粉砕メディアを入れ、密封してGB外に出し、振動ミルにセットした。振動ミルにて1時間粉砕後再度GB内で粉末を容器及びメディア壁より掻き落とし、再度1時間粉砕処理した。粉砕処理後GB内にて、低回転数遊星ボールミル用容器に移し替え、密閉後GB外に出し、低回転数遊星ボールミル(500rpm)にて30時間粉砕した。粉砕後、GB内にて容器から粉末を回収し、X線回折評価(XRD評価)等を行った。
[Example 1]
Li 2 S and P 2 S 5 were weighed in a glove box (GB) at a molar ratio of 75:25 and then mixed in a mortar. The total amount was adjusted to 2 g. This was filled in an agate container for a vibration mill (rotation speed 1000 rpm), filled with disk-shaped grinding media, sealed, taken out of the GB, and set in the vibration mill. After pulverizing with a vibration mill for 1 hour, the powder was scraped off from the walls of the container and media in the GB, and pulverized again for 1 hour. After pulverization, the mixture was transferred to a container for a low-speed planetary ball mill in the GB, sealed, taken out of the GB, and pulverized for 30 hours with a low-speed planetary ball mill (500 rpm). After pulverization, the powder was recovered from the container in the GB and subjected to X-ray diffraction evaluation (XRD evaluation) and the like.

得られた試料のX線回折パターンを図1に示す。 FIG. 1 shows the X-ray diffraction pattern of the obtained sample.

得られたX線回折パターン及びそのリートベルト解析結果から、実施例1で得られた試料は、高リチウムイオン導電性を有すると言われる(非特許文献、Hommaら、Solid State Ionics 182 53-58 (2011).)高温相β-Li3PS4からなる結晶相(斜方晶系、空間群Pnma、a= 12.624(6)Å, b= 8.056(3)Å, c= 6.041(3)Å)と、公知の70Li2S-30P2S5固体電解質で生成しているガラス相に類似したブロードなピークを持つガラス相の二相からなるガラスセラミック粉末であることが明らかとなった。イオン伝導度測定を行ったところ、4.6×10-4S・cm-1であり、固体電解質として十分な特性を有することが明らかである。また、微小圧縮試験機を用いて、Ar雰囲気下且つ低露点(-55℃)にて、最大負荷1000mNをかけて、室温にてヤング率測定し、ポアソン比=0.5として算出したところ、2.5(1)GPaであり、バインダー材料であるポリテトラフルオロエチレン(0.5GPa)に近い値を示し、成形性に優れる固体電解質であることが明らかである。From the obtained X-ray diffraction pattern and its Rietveld analysis result, the sample obtained in Example 1 is said to have high lithium ion conductivity (non-patent literature, Homma et al., Solid State Ionics 182 53-58 (2011).) High-temperature phase β-Li 3 PS 4 crystal phase (orthorhombic system, space group Pnma, a = 12.624(6) Å, b = 8.056(3) Å, c = 6.041(3) Å ) and a glass-ceramic powder having a broad peak similar to the glass phase generated in a known 70Li 2 S-30P 2 S 5 solid electrolyte. Ion conductivity was measured to be 4.6×10 −4 S·cm −1 , and it is clear that the material has sufficient properties as a solid electrolyte. In addition, Young's modulus was measured at room temperature with a maximum load of 1000 mN under an Ar atmosphere and a low dew point (-55 ° C) using a microcompression tester, and the Poisson's ratio = 0.5. 1) GPa, which is close to polytetrafluoroethylene (0.5 GPa), which is a binder material, and is clearly a solid electrolyte with excellent moldability.

以前の報告(A. Hayashi et al., Electrochemistry Communications 5 111-114 (2003).)では、同一組成で低回転数(370rpm)のミリング処理のみで試料合成を行っており、この場合は結晶相のないガラス相のみ得られ、230℃の熱処理で初めて結晶相が得られた。その結晶相は別の文献(R. Kanno et al., J. Electrochem. Soc., 148 A742-A746 (2001))に示される単斜晶系の結晶相チオリシコンIIIと帰属されており、本発明の結晶相とは異なることがわかる。 In a previous report (A. Hayashi et al., Electrochemistry Communications 5 111-114 (2003).), samples of the same composition were synthesized only by milling at a low rotational speed (370 rpm). Only a glassy phase without crystals was obtained, and a crystalline phase was obtained for the first time after heat treatment at 230°C. The crystal phase is assigned to the monoclinic crystal phase thiolysicon III shown in another document (R. Kanno et al., J. Electrochem. Soc., 148 A742-A746 (2001)), and the present invention It can be seen that the crystal phase is different from that of

なお、実施例1で得られた試料を真空中500℃で加熱(焼成)したもののX線回折パターンを図2に示す。図2から明らかなように、得られたX線回折パターンは、斜方晶β-Li3PS4(空間群Pnma, a= 12.8924(8)Å, b= 8.1490(5)Å, c= 6.1441(4)Å)の単位胞のみでフィットでき、ガラス相が結晶相に変わっていた。また、この焼成物のイオン伝導度は5.33×10-4S・cmであった。このことは、得られた実施例1の試料が高イオン伝導度を有する焼成物の原料としても活用可能であることが明らかである。FIG. 2 shows the X-ray diffraction pattern of the sample obtained in Example 1 which was heated (baked) at 500° C. in vacuum. As is clear from FIG. 2, the obtained X-ray diffraction pattern is orthorhombic β-Li 3 PS 4 (space group Pnma, a= 12.8924(8) Å, b= 8.1490(5) Å, c= 6.1441 Only the unit cell of (4) Å) could be fitted, and the glassy phase changed to the crystalline phase. The ionic conductivity of this baked product was 5.33×10 −4 S·cm. It is clear from this that the obtained sample of Example 1 can also be utilized as a raw material for a baked product having high ionic conductivity.

[実施例2]
GB内にてLi2SとP2S5とをモル比76: 24になるように秤量後は、実施例1と同様の条件で合成を行った。得られた試料のX線回折パターンを図3に示す。得られたX線回折パターン及びそのリートベルト解析結果から、実施例2で得られた試料は、β-Li3PS4(斜方晶系、空間群Pnma、a= 12.857(3)Å, b= 8.127(2)Å, c= 6.1068(15)Å)のピークと高温相Li7PS6(立方晶系(立方晶アージャロダイト)、空間群
[Example 2]
After weighing Li 2 S and P 2 S 5 in GB so that the molar ratio was 76:24, synthesis was carried out under the same conditions as in Example 1. FIG. 3 shows the X-ray diffraction pattern of the obtained sample. From the obtained X-ray diffraction pattern and its Rietveld analysis results, the sample obtained in Example 2 is β-Li 3 PS 4 (orthorhombic system, space group Pnma, a = 12.857 (3) Å, b = 8.127(2)Å, c= 6.1068(15)Å) and the high temperature phase Li 7 PS 6 (cubic system (cubic ajarodite), space group

Figure 0007113513000003
Figure 0007113513000003

、a= 9.915(5)Å)のピークとを有する結晶相と、公知の70Li2S-30P2S5固体電解質で生成しているガラス相に類似したブロードなピークを持つガラス相の二相からなるガラスセラミック粉末であることが明らかとなった。なお、結晶相において、Li3PS4とLi7PS6との質量比は88: 12であった。イオン伝導度測定を行ったところ、4.79×10-4S・cm-1であり、固体電解質として十分な特性を有することが明らかである。なお、得られた試料は、実施例1と同様に柔らかい試料であり、成形性に優れていた。, a = 9.915(5) Å) and a glass phase with a broad peak similar to the glass phase produced in the known 70Li 2 S-30P 2 S 5 solid electrolyte. It was found to be a glass-ceramic powder consisting of In the crystal phase, the mass ratio of Li3PS4 and Li7PS6 was 88:12 . Ion conductivity was measured to be 4.79×10 −4 S·cm −1 , and it is clear that the material has sufficient properties as a solid electrolyte. The obtained sample was a soft sample similar to Example 1 and had excellent moldability.

[実施例3]
GB内にてLi2SとP2S5とをモル比77: 23になるように秤量後は、実施例1と同様の条件で合成を行った。得られた試料のX線回折パターンを図3に示す。得られたX線回折パターン及びそのリートベルト解析結果から、実施例3で得られた試料は、β-Li3PS4(斜方晶系、空間群Pnma、a= 12.692(5)Å, b= 8.185(3)Å, c= 6.120(2)Å)のピークと高温相Li7PS6(立方晶系(立方晶アージャロダイト)、空間群
[Example 3]
After Li 2 S and P 2 S 5 were weighed in the GB so that the molar ratio was 77:23, synthesis was carried out under the same conditions as in Example 1. FIG. 3 shows the X-ray diffraction pattern of the obtained sample. From the obtained X-ray diffraction pattern and its Rietveld analysis results, the sample obtained in Example 3 is β-Li 3 PS 4 (orthorhombic system, space group Pnma, a = 12.692 (5) Å, b = 8.185(3)Å, c= 6.120(2)Å) and high temperature phase Li 7 PS 6 (cubic system (cubic ajarodite), space group

Figure 0007113513000004
Figure 0007113513000004

、a= 9.899(2)Å)のピークとを有する結晶相と、公知の70Li2S-30P2S5固体電解質で生成しているガラス相に類似したブロードなピークを持つガラス相の二相からなるガラスセラミック粉末であることが明らかとなった。なお、結晶相において、Li3PS4とLi7PS6との質量比は83: 17であった。イオン伝導度測定を行ったところ、4.17×10-4S・cm-1であり、固体電解質として十分な特性を有することが明らかである。なお、得られた試料は、実施例1と同様に柔らかい試料であり、成形性に優れていた。, a = 9.899(2) Å) and a glassy phase with a broad peak similar to the glassy phase produced in the known 70Li 2 S-30P 2 S 5 solid electrolyte. It was found to be a glass-ceramic powder consisting of In the crystal phase, the mass ratio of Li3PS4 and Li7PS6 was 83:17 . Ion conductivity was measured to be 4.17×10 −4 S·cm −1 , and it is clear that the material has sufficient properties as a solid electrolyte. The obtained sample was a soft sample similar to Example 1 and had excellent moldability.

[実施例4]
GB内にてLi2SとP2S5とをモル比78: 22になるように秤量後は、実施例1と同様の条件で合成を行った。得られた試料のX線回折パターンを図4に示す。得られたX線回折パターン及びそのリートベルト解析結果から、実施例4で得られた試料は、高温相Li7PS6(立方晶系(立方晶アージャロダイト)、空間群
[Example 4]
After weighing Li 2 S and P 2 S 5 in GB so that the molar ratio was 78:22, synthesis was carried out under the same conditions as in Example 1. FIG. 4 shows the X-ray diffraction pattern of the obtained sample. From the obtained X-ray diffraction pattern and its Rietveld analysis result, the sample obtained in Example 4 has a high-temperature phase Li 7 PS 6 (cubic system (cubic ajarodite), space group

Figure 0007113513000005
Figure 0007113513000005

、a= 9.985(5)Å)のピークを有する結晶相と、公知の70Li2S-30P2S5固体電解質で生成しているガラス相に類似したブロードなピークを持つガラス相の二相からなるガラスセラミック粉末であることが明らかとなった。イオン伝導度測定を行ったところ、3.9×10-4S・cm-1であり、固体電解質として十分な特性を有することが明らかである。なお、得られた試料は、実施例1と同様に柔らかい試料であり、成形性に優れていた。, a = 9.985(5) Å) and a glassy phase with a broad peak similar to the glassy phase produced in the known 70Li 2 S-30P 2 S 5 solid electrolyte. It was found to be a glass-ceramic powder of Ion conductivity was measured to be 3.9×10 −4 S·cm −1 , and it is clear that the material has sufficient properties as a solid electrolyte. The obtained sample was a soft sample similar to Example 1 and had excellent moldability.

[実施例5]
GB内にてLi2SとP2S5とをモル比80: 20になるように秤量後は、実施例1と同様の条件で合成を行った。得られた試料のX線回折パターンを図4に示す。得られたX線回折パターン及びそのリートベルト解析結果から、実施例5で得られた試料は、高温相Li7PS6(立方晶系(立方晶アージャロダイト)、空間群
[Example 5]
After weighing Li 2 S and P 2 S 5 in GB so that the molar ratio was 80:20, synthesis was carried out under the same conditions as in Example 1. FIG. 4 shows the X-ray diffraction pattern of the obtained sample. From the obtained X-ray diffraction pattern and its Rietveld analysis result, the sample obtained in Example 5 has a high-temperature phase Li 7 PS 6 (cubic system (cubic ajarodite), space group

Figure 0007113513000006
Figure 0007113513000006

、a= 9.9024(17)Å)のピークを有する結晶相と、公知の70Li2S-30P2S5固体電解質で生成しているガラス相に類似したブロードなピークを持つガラス相の二相からなるガラスセラミック粉末であることが明らかとなった。イオン伝導度測定を行ったところ、4.5×10-4S・cm-1であり、固体電解質として十分な特性を有することが明らかである。この結果は、以前の報告(A. Hayashi et al., Electrochemistry Communications 5 111-114 (2003).)と異なる。報告では、同一組成で低回転数(370rpm)のミリング処理のみで試料合成を行っており、この場合はLi2S含有のガラス相のみ得られ、230℃の熱処理で初めて結晶相が得られたがLi2Sも残留していた。Li2Sが残留すると、H2Sガスが発生しやすいためドライルームで扱えないという弱点となる。本発明の無機硫化物はLi2Sを含まないことから、Li2Sフリー固体電解質が得られたことが明らかである。また、微小圧縮試験機を用いて、Ar雰囲気下且つ低露点(-55℃)にて、最大負荷1000mNをかけて、室温にてヤング率測定し、ポアソン比=0.5として算出したところ、3.6(2)GPaであり、バインダー材料であるポリテトラフルオロエチレン(0.5GPa)に近い値を示し、成形性に優れる固体電解質であることが明らかである。, a = 9.9024(17) Å) and a glassy phase with a broad peak similar to the glassy phase produced in the known 70Li 2 S-30P 2 S 5 solid electrolyte. It was found to be a glass-ceramic powder of Ion conductivity was measured to be 4.5×10 −4 S·cm −1 , and it is clear that the material has sufficient properties as a solid electrolyte. This result differs from the previous report (A. Hayashi et al., Electrochemistry Communications 5 111-114 (2003).). In the report, samples were synthesized with the same composition only by milling at a low rotation speed (370 rpm). However, Li 2 S also remained. If Li 2 S remains, it tends to generate H 2 S gas, which is a weak point in that it cannot be handled in a dry room. Since the inorganic sulfide of the present invention does not contain Li2S , it is clear that a Li2S - free solid electrolyte was obtained. In addition, Young's modulus was measured at room temperature under an Ar atmosphere with a low dew point (-55°C) under a low dew point (-55°C) under a maximum load of 1000 mN using a microcompression tester. 2) GPa, which is close to polytetrafluoroethylene (0.5 GPa), which is a binder material, and is clearly a solid electrolyte with excellent moldability.

[実施例6]
GB内にてLi2SとGeS2とP2S5とをモル比5: 1: 1(71.4: 14.3: 14.3)になるように秤量後は、実施例1と同様の条件で合成を行った。得られた試料のX線回折パターンを図5に示す。得られたX線回折パターン及びそのリートベルト解析結果から、実施例6で得られた試料は、β-Li3PS4(斜方晶系、空間群Pnma、a= 13.068(6)Å, b= 7.934(4)Å, c= 6.057(3)Å)のピークとLi10GeP2S12(LGPS;正方晶系、空間群P42/nmc、a= 8.537(9)Å、c= 12.877(18)Å)のピークとを有する結晶相と、公知の70Li2S-30P2S5固体電解質で生成しているガラス相に類似したブロードなピークを持つガラス相の二相からなるガラスセラミック粉末であることが明らかとなった。なお、結晶相において、Li3PS4とLi10GeP2S12との質量比は73: 27であった。イオン伝導度測定を行ったところ、5.1×10-4S・cm-1であり、固体電解質として十分な特性を有することが明らかである。また、微小圧縮試験機を用いて、Ar雰囲気下且つ低露点(-55℃)にて、最大負荷1000mNをかけて、室温にてヤング率測定し、ポアソン比=0.5として算出したところ、1.9(1)GPaであり、バインダー材料であるポリテトラフルオロエチレン(0.5GPa)に近い値を示し、成形性に優れる固体電解質であることが明らかである。
[Example 6]
After weighing Li 2 S, GeS 2 and P 2 S 5 in the GB so that the molar ratio was 5: 1: 1 (71.4: 14.3: 14.3), synthesis was performed under the same conditions as in Example 1. rice field. FIG. 5 shows the X-ray diffraction pattern of the obtained sample. From the obtained X-ray diffraction pattern and its Rietveld analysis results, the sample obtained in Example 6 has β-Li 3 PS 4 (orthorhombic system, space group Pnma, a = 13.068 (6) Å, b = 7.934(4)Å, c = 6.057(3)Å) and Li10GeP2S12 ( LGPS ; tetragonal, space group P42/nmc, a = 8.537(9)Å, c = 12.877(18 )Å) peak and a glass phase having a broad peak similar to the glass phase produced in a known 70Li 2 S-30P 2 S 5 solid electrolyte. One thing became clear. In the crystal phase, the mass ratio of Li3PS4 and Li10GeP2S12 was 73:27 . Ion conductivity was measured to be 5.1×10 −4 S·cm −1 , and it is clear that the material has sufficient properties as a solid electrolyte. In addition, Young's modulus was measured at room temperature under an Ar atmosphere with a low dew point (-55°C) under a low dew point (-55°C) under a maximum load of 1000 mN using a microcompression tester. 1) GPa, which is close to polytetrafluoroethylene (0.5 GPa), which is a binder material, and is clearly a solid electrolyte with excellent moldability.

なお、実施例6で得られた試料を真空中500℃で加熱(焼成)したもののX線回折パターンを図6に示す。図6から明らかなように、得られたX線回折パターンは、正方晶Li10GeP2S12(LGPS;正方晶系、空間群P42/nmc、a= 8.6731(3)Å、c= 12.5906(5)Å)の単位胞のみでフィットでき、ガラス相が結晶相に変わっていた。また、この焼成物のイオン伝導度は1.5×10-3S・cmであった。このことは、得られた実施例6の試料が高イオン伝導度を有する焼成物の原料としても活用可能であることが明らかである。FIG. 6 shows the X-ray diffraction pattern of the sample obtained in Example 6 which was heated (baked) at 500° C. in vacuum. As is clear from FIG. 6, the obtained X-ray diffraction pattern is that of tetragonal Li10GeP2S12 ( LGPS ; tetragonal system, space group P42/nmc, a=8.6731(3) Å, c=12.5906( 5) Only the unit cell of Å) could be fitted, and the glassy phase changed to the crystalline phase. The ionic conductivity of this baked product was 1.5×10 −3 S·cm. It is clear from this that the obtained sample of Example 6 can also be utilized as a raw material for a fired product having high ionic conductivity.

[実施例7]
GB内にてLi2SとGeS2とP2S5とをモル比6: 1: 1(75.0: 12.5: 12.5)になるように秤量後は、実施例1と同様の条件で合成を行った。得られた試料のX線回折パターンを図7に示す。得られたX線回折パターン及びそのリートベルト解析結果から、実施例7で得られた試料は、β-Li3PS4(斜方晶系、空間群Pnma、a= 13.171(4)Å, b= 7.979(3)Å, c= 6.1095(19)Å)のピークとLi10GeP2S12(LGPS;正方晶系、空間群P42/nmc、a= 9.138(7)Å、c= 13.250(15)Å)のピークとを有する結晶相と、高温相Li7PS6(立方晶系(立方晶アージャロダイト)、空間群
[Example 7]
After weighing Li 2 S, GeS 2 and P 2 S 5 in the GB so that the molar ratio was 6: 1: 1 (75.0: 12.5: 12.5), synthesis was performed under the same conditions as in Example 1. rice field. FIG. 7 shows the X-ray diffraction pattern of the obtained sample. From the obtained X-ray diffraction pattern and its Rietveld analysis results, the sample obtained in Example 7 has β-Li 3 PS 4 (orthorhombic system, space group Pnma, a = 13.171 (4) Å, b = 7.979(3)Å, c = 6.1095(19)Å) and Li10GeP2S12 ( LGPS ; tetragonal, space group P42/nmc, a = 9.138(7)Å, c = 13.250(15 )Å) and a high-temperature phase Li 7 PS 6 (cubic system (cubic ajarodite), space group

Figure 0007113513000007
Figure 0007113513000007

、a= 9.9678(9)Å)のピークを有する結晶相と公知の70Li2S-30P2S5固体電解質で生成しているガラス相に類似したブロードなピークを持つガラス相の二相からなるガラスセラミック粉末であることが明らかとなった。なお、結晶相において、Li3PS4とLi10GeP2S12とLi7PS6との質量比は51: 25: 24であった。イオン伝導度測定を行ったところ、7.4×10-4S・cm-1であり、固体電解質として十分な特性を有することが明らかである。なお、得られた試料は、実施例1と同様に柔らかい試料であり、成形性に優れていた。, a = 9.9678(9) Å) and a glass phase with a broad peak similar to the glass phase produced in the known 70Li 2 S-30P 2 S 5 solid electrolyte. It turned out to be a glass-ceramic powder. In the crystal phase, the mass ratio of Li3PS4 , Li10GeP2S12 and Li7PS6 was 51:25:24 . Ion conductivity was measured to be 7.4×10 −4 S·cm −1 , and it is clear that the material has sufficient properties as a solid electrolyte. The obtained sample was a soft sample similar to Example 1 and had excellent moldability.

[実施例8]
GB内にてLi2SとGeS2とP2S5とをモル比7: 1: 1(77.8: 11.1: 11.1)になるように秤量後は、実施例1と同様の条件(ただし低回転数遊星ボールミル(500rpm)にて30時間粉砕を1回追加した。)で合成を行った。得られた試料のX線回折パターンを図7に示す。得られたX線回折パターン及びそのリートベルト解析結果から、実施例8で得られた試料は、β-Li3PS4(斜方晶系、空間群Pnma、a= 13.212(9)Å, b= 7.991(10)Å, c= 6.123(6)Å)のピークとLi10GeP2S12(LGPS;正方晶系、空間群P42/nmc、a= 9.159(13)Å、c= 12.77(2)Å)のピークとを有する結晶相と、高温相Li7PS6(立方晶系(立方晶アージャロダイト)、空間群
[Example 8]
After weighing Li 2 S, GeS 2 and P 2 S 5 in the GB so that the molar ratio is 7: 1: 1 (77.8: 11.1: 11.1), the same conditions as in Example 1 (but at low rotation One additional milling for 30 hours in a planetary ball mill (500 rpm) was performed.). FIG. 7 shows the X-ray diffraction pattern of the obtained sample. From the obtained X-ray diffraction pattern and its Rietveld analysis results, the sample obtained in Example 8 has β-Li 3 PS 4 (orthorhombic system, space group Pnma, a = 13.212 (9) Å, b = 7.991( 10 )Å, c = 6.123(6)Å) and Li10GeP2S12 ( LGPS ; tetragonal, space group P42/nmc, a = 9.159(13)Å, c = 12.77(2 )Å) and a high-temperature phase Li 7 PS 6 (cubic system (cubic ajarodite), space group

Figure 0007113513000008
Figure 0007113513000008

、a= 9.9765(7)Å)のピークを有する結晶相と公知の70Li2S-30P2S5固体電解質で生成しているガラス相に類似したブロードなピークを持つガラス相の二相からなるガラスセラミック粉末であることが明らかとなった。なお、結晶相において、Li3PS4とLi10GeP2S12とLi7PS6との質量比は39: 16: 45であった。イオン伝導度測定を行ったところ、9.46×10-4S・cm-1であり、固体電解質として十分な特性を有することが明らかである。また、微小圧縮試験機を用いて、Ar雰囲気下且つ低露点(-55℃)にて、最大負荷1000mNをかけて、室温にてヤング率測定し、ポアソン比=0.5として算出したところ、2.5(2)GPaであり、バインダー材料であるポリテトラフルオロエチレン(0.5GPa)に近い値を示し、成形性に優れる固体電解質であることが明らかである。, a = 9.9765(7) Å) and a glass phase with a broad peak similar to the glass phase produced in the known 70Li 2 S-30P 2 S 5 solid electrolyte. It turned out to be a glass-ceramic powder. In the crystal phase, the mass ratio of Li3PS4 , Li10GeP2S12 and Li7PS6 was 39:16:45 . Ion conductivity was measured to be 9.46×10 −4 S·cm −1 , and it is clear that the material has sufficient properties as a solid electrolyte. In addition, Young's modulus was measured at room temperature with a maximum load of 1000 mN under an Ar atmosphere and a low dew point (-55 ° C) using a microcompression tester, and the Poisson's ratio = 0.5. 2) GPa, which is close to polytetrafluoroethylene (0.5 GPa), which is a binder material, and is clearly a solid electrolyte with excellent moldability.

[実施例9]
GB内にてLi2SとGeS2をモル比2: 1(66.7: 33.3)になるように秤量後は、実施例1と同様の条件で合成を行った。得られた試料のX線回折パターンを図8に示す。得られたX線回折パターン及びそのリートベルト解析結果から、実施例9で得られた試料は、Li4GeS4(斜方晶系、空間群Pnma、a= 13.928(6)Å, b= 7.816(4)Å, c= 6.192(3)Å)のピークを有する結晶相と公知の70Li2S-30P2S5固体電解質で生成しているガラス相に類似したブロードなピークを持つガラス相の二相からなるガラスセラミック粉末であることが明らかとなった。イオン伝導度測定を行ったところ、1.1×10-4S・cm-1であり、固体電解質として十分な特性を有することが明らかである。なお、得られた試料は、実施例1と同様に柔らかい試料であり、成形性に優れていた。
[Example 9]
After weighing Li 2 S and GeS 2 in the GB so that the molar ratio was 2:1 (66.7:33.3), synthesis was carried out under the same conditions as in Example 1. FIG. 8 shows the X-ray diffraction pattern of the obtained sample. From the obtained X-ray diffraction pattern and its Rietveld analysis result, the sample obtained in Example 9 is Li 4 GeS 4 (orthorhombic system, space group Pnma, a = 13.928 (6) Å, b = 7.816 (4) Å, c = 6.192 (3) Å) and a glass phase with a broad peak similar to the glass phase produced in the known 70Li 2 S-30P 2 S 5 solid electrolyte. It was found to be a two-phase glass-ceramic powder. Ion conductivity was measured to be 1.1×10 −4 S·cm −1 , and it is clear that the material has sufficient properties as a solid electrolyte. The obtained sample was a soft sample similar to Example 1 and had excellent moldability.

[実施例10]
グローブボックス(GB)内にてLi2S、LiI及びP2S5をモル比2: 3: 1(0.333: 0.500: 0.167、Li7P2S8I組成)になるように秤量後、乳鉢混合した。全量は2gとなるようにした。これを振動ミル(回転数1000rpm)用メノー製容器に充填し、ディスク状粉砕メディアを入れ、密封してGB外に出し、振動ミルにセットした。振動ミルにて0.5時間の粉砕を、10分程度休止をはさみながら4回、合計2時間粉砕処理を行った。粉砕処理後GB内にて、低回転数遊星ボールミル用容器に移し替え、密閉後GB外に出し、低回転数遊星ボールミル(500rpm)にて30時間粉砕した。粉砕後、GB内にて容器から粉末を回収し、X線回折評価(XRD評価)等を行った。得られた試料のX線回折パターンを図9に示す。図9から、正方晶Li4PS4I結晶相(空間群P4/nmm、格子定数a=8.4761(10)Å、c=5.9602(9)Åで指数付け可能であり、同一の空間群を持つ、Li4PS4I固体電解質(S. J. Sedlmaierら、Chem. Mater., 29 1830-1835 (2017).文献値a=8.48284(12)Å、c=5.93013(11)Å)に近かった。この結晶相に加えて図中矢印で示される位置に、公知の70Li2S-30P2S5固体電解質で生成しているガラス相に類似したブロードなピークを持つガラス相が共存していた。イオン伝導度測定を行ったところ、5.8×10-4S・cm-1であり、固体電解質として十分な特性を有することが明らかである。また、微小圧縮試験機を用いて、Ar雰囲気下且つ低露点(-55℃)にて、最大負荷1000mNをかけて、室温にてヤング率測定し、ポアソン比=0.5として算出したところ、0.65(6)GPaであり、バインダー材料であるポリテトラフルオロエチレン(0.5GPa)に近い値を示し、成形性に優れる固体電解質であることが明らかである。
[Example 10]
After weighing Li 2 S, LiI and P 2 S 5 in a molar ratio of 2: 3: 1 (0.333: 0.500: 0.167, Li 7 P 2 S 8 I composition) in a glove box (GB), Mixed. The total amount was adjusted to 2 g. This was filled in an agate container for a vibration mill (rotation speed 1000 rpm), filled with disk-shaped grinding media, sealed, taken out of the GB, and set in the vibration mill. Grinding was carried out for 0.5 hours in a vibrating mill four times with breaks of about 10 minutes, for a total of 2 hours. After pulverization, the mixture was transferred to a container for a low-speed planetary ball mill in the GB, sealed, taken out of the GB, and pulverized for 30 hours with a low-speed planetary ball mill (500 rpm). After pulverization, the powder was recovered from the container in the GB and subjected to X-ray diffraction evaluation (XRD evaluation) and the like. FIG. 9 shows the X-ray diffraction pattern of the obtained sample. From FIG. 9, the tetragonal Li 4 PS 4 I crystal phase (space group P4/nmm, lattice constant a = 8.4761 (10) Å, c = 5.9602 (9) Å can be indexed and has the same space group , Li 4 PS 4 I solid electrolyte (SJ Sedlmaier et al., Chem. Mater., 29 1830-1835 (2017). Literature values a=8.48284(12) Å, c=5.93013(11) Å).This crystal In addition to the phase, a glass phase with a broad peak similar to the glass phase generated in the known 70Li 2 S-30P 2 S 5 solid electrolyte coexisted at the position indicated by the arrow in the figure. When the temperature was measured, it was 5.8×10 -4 S cm -1 , and it is clear that it has sufficient characteristics as a solid electrolyte. Young's modulus was measured at room temperature under a maximum load of 1000 mN at (-55°C), and calculated as Poisson's ratio = 0.5. GPa), and it is clear that it is a solid electrolyte with excellent moldability.

[実施例11]
グローブボックス(GB)内にてLi2S、GeS2、TiS2及びP2S5を、Li2S: MS2(GeS2及びTiS2): P2S5モル比5: 1: 1(0.714: 0.143: 0.143、MS2内比率に関してはGeS2とTiS2のモル比は9: 1、組成式: Li10Ge0.9Ti0.1P2S12)になるように秤量後、乳鉢混合した。全量は2gとなるようにした。以後実施例10と同様に試料作製を行った。得られた試料のX線回折パターンを図10に示す。図10から、β-Li3PS4(斜方晶系、空間群Pnma、a= 13.235(3)Å, b= 7.9758(19)Å, c= 6.1047(14)Å)のピークとLi10GeP2S12(LGPS;正方晶系、空間群P42/nmc、a= 8.712(7)Å、c= 12.701(13)Å)のピークとを有する結晶相が確認できた。β-Li3PS4相とLGPS相それぞれの質量比は69:31であった。この結晶相に加えて図中矢印で示される位置に、公知の70Li2S-30P2S5固体電解質で生成しているガラス相に類似したブロードなピークを持つガラス相が共存していた。イオン伝導度測定を行ったところ、4.0×10-4S・cm-1であり、固体電解質として十分な特性を有することが明らかである。また、微小圧縮試験機を用いて、Ar雰囲気下且つ低露点(-55℃)にて、最大負荷1000mNをかけて、室温にてヤング率測定し、ポアソン比=0.5として算出したところ、1.6(1)GPaであり、バインダー材料であるポリテトラフルオロエチレン(0.5GPa)に近い値を示し、成形性に優れる固体電解質であることが明らかである。
[Example 11]
Li2S , GeS2 , TiS2 and P2S5 were prepared in a glove box (GB) at a Li2S :MS2 ( GeS2 and TiS2 ): P2S5 molar ratio of 5 : 1 :1 ( 0.714: 0.143: 0.143, the molar ratio of GeS 2 and TiS 2 in MS 2 was 9: 1, the composition formula: Li 10 Ge 0.9 Ti 0.1 P 2 S 12 ), and mixed in a mortar. The total amount was adjusted to 2 g. Thereafter, samples were prepared in the same manner as in Example 10. FIG. 10 shows the X-ray diffraction pattern of the obtained sample. From FIG. 10, the peak of β-Li 3 PS 4 (orthorhombic system, space group Pnma, a= 13.235(3) Å, b= 7.9758(19) Å, c= 6.1047(14) Å) and Li 10 GeP A crystal phase having a peak of 2 S 12 (LGPS; tetragonal system, space group P42/nmc, a=8.712(7) Å, c=12.701(13) Å) was confirmed. The mass ratio of the β-Li 3 PS4 phase and the LGPS phase was 69:31. In addition to this crystal phase, a glass phase with a broad peak similar to the glass phase generated in a known 70Li 2 S - 30P 2 S5 solid electrolyte coexisted at the position indicated by the arrow in the figure. Ion conductivity was measured to be 4.0×10 −4 S·cm −1 , and it is clear that the material has sufficient properties as a solid electrolyte. In addition, Young's modulus was measured at room temperature with a maximum load of 1000 mN under an Ar atmosphere and a low dew point (-55 ° C) using a microcompression tester, and the Poisson's ratio was calculated as 0.5. 1) GPa, which is close to polytetrafluoroethylene (0.5 GPa), which is a binder material, and is clearly a solid electrolyte with excellent moldability.

[実施例12]
グローブボックス(GB)内にてLi2S、SnS2及びP2S5を、モル比5: 1: 1(0.714: 0.143: 0.143)になるように秤量後、乳鉢混合した。全量は2gとなるようにした。以後実施例10と同様に試料作製を行った。得られた試料のX線回折パターンを図11に示す。図11から、β-Li3PS4(斜方晶系、空間群Pnma、a= 13.381(5)Å, b= 8.009(3)Å, c= 6.1192(2)Å)のピークとLi10SnP2S12(LSPS;正方晶系、空間群P42/nmc、a= 8.736(2)Å、c= 12.828(4)Å)のピークとを有する結晶相が確認できた。β-Li3PS4相とLSPS相それぞれの質量比は69: 31であった。この結晶相に加えて図中矢印で示される位置に、公知の70Li2S-30P2S5固体電解質で生成しているガラス相に類似したブロードなピークを持つガラス相が共存していた。イオン伝導度測定を行ったところ、4.0×10-4S・cm-1であり、固体電解質として十分な特性を有することが明らかである。また、微小圧縮試験機を用いて、Ar雰囲気下且つ低露点(-55℃)にて、最大負荷1000mNをかけて、室温にてヤング率測定し、ポアソン比=0.5として算出したところ、1.4(1)GPaであり、バインダー材料であるポリテトラフルオロエチレン(0.5GPa)に近い値を示し、成形性に優れる固体電解質であることが明らかである。
[Example 12]
Li 2 S, SnS 2 and P 2 S 5 were weighed in a glove box (GB) at a molar ratio of 5:1:1 (0.714:0.143:0.143) and mixed in a mortar. The total amount was adjusted to 2 g. Thereafter, samples were prepared in the same manner as in Example 10. FIG. 11 shows the X-ray diffraction pattern of the obtained sample. From FIG. 11, the peak of β-Li 3 PS 4 (orthorhombic system, space group Pnma, a = 13.381(5) Å, b = 8.009(3) Å, c = 6.1192(2) Å) and Li 10 SnP 2 S 12 (LSPS; tetragonal system, space group P42/nmc, a=8.736(2) Å, c=12.828(4) Å) was confirmed. The mass ratio of β-Li 3 PS 4 phase and LSPS phase was 69:31. In addition to this crystal phase, a glass phase with a broad peak similar to the glass phase generated in a known 70Li 2 S - 30P 2 S5 solid electrolyte coexisted at the position indicated by the arrow in the figure. Ion conductivity was measured to be 4.0×10 −4 S·cm −1 , and it is clear that the material has sufficient properties as a solid electrolyte. In addition, Young's modulus was measured at room temperature under an Ar atmosphere with a low dew point (-55°C) under a low dew point (-55°C) under a maximum load of 1000 mN using a microcompression tester. 1) GPa, which is close to polytetrafluoroethylene (0.5 GPa), which is a binder material, and is clearly a solid electrolyte with excellent moldability.

[実施例13]
グローブボックス(GB)内にてLi2S、SnS2及びP2S5を、モル比6: 1: 1(0.750: 0.125: 0.125)になるように秤量後、乳鉢混合した。全量は2gとなるようにした。以後実施例10と同様に試料作製を行った。得られた試料のX線回折パターンを図12に示す。図12から、β-Li3PS4(斜方晶系、空間群Pnma、a= 13.577(6)Å, b= 7.991(3)Å, c= 6.221(2)Å)のピークとLi10SnP2S12(LSPS;正方晶系、空間群P42/nmc、a= 8.487(12)Å、c= 13.51(3)Å)のピークと立方晶アージャロダイトLi7PS6(立方晶系、空間群
[Example 13]
Li 2 S, SnS 2 and P 2 S 5 were weighed in a glove box (GB) at a molar ratio of 6:1:1 (0.750:0.125:0.125) and mixed in a mortar. The total amount was adjusted to 2 g. Thereafter, samples were prepared in the same manner as in Example 10. FIG. 12 shows the X-ray diffraction pattern of the obtained sample. From FIG. 12, the peak of β-Li 3 PS 4 (orthorhombic system, space group Pnma, a= 13.577(6) Å, b= 7.991(3) Å, c= 6.221(2) Å) and Li 10 SnP 2 S 12 (LSPS; tetragonal system, space group P42/nmc, a = 8.487(12) Å, c = 13.51(3) Å) and cubic ajarodite Li 7 PS 6 (cubic system, space group group

Figure 0007113513000009
Figure 0007113513000009

、a=9.9940(17))を有する結晶相が確認できた。β-Li3PS4相とLSPS相, 立方晶アージャロダイト相それぞれの質量比は57: 23: 20であった。この結晶相に加えて図中矢印で示される位置に、公知の70Li2S-30P2S5固体電解質で生成しているガラス相に類似したブロードなピークを持つガラス相が共存していた。イオン伝導度測定を行ったところ、4.7×10-4S・cm-1であり、固体電解質として十分な特性を有することが明らかである。また、微小圧縮試験機を用いて、Ar雰囲気下且つ低露点(-55℃)にて、最大負荷1000mNをかけて、室温にてヤング率測定し、ポアソン比=0.5として算出したところ、1.1(1)GPaであり、バインダー材料であるポリテトラフルオロエチレン(0.5GPa)に近い値を示し、成形性に優れる固体電解質であることが明らかである。, a=9.9940(17)) was confirmed. The mass ratio of β-Li 3 PS4 phase to LSPS phase and cubic ajarodite phase was 57:23:20, respectively. In addition to this crystal phase, a glass phase with a broad peak similar to the glass phase generated in a known 70Li 2 S - 30P 2 S5 solid electrolyte coexisted at the position indicated by the arrow in the figure. Ion conductivity was measured to be 4.7×10 −4 S·cm −1 , and it is clear that the material has sufficient properties as a solid electrolyte. In addition, Young's modulus was measured at room temperature with a maximum load of 1000 mN under an Ar atmosphere and a low dew point (-55 ° C) using a microcompression tester, and the Poisson's ratio was calculated as 0.5. 1) GPa, which is close to polytetrafluoroethylene (0.5 GPa), which is a binder material, and is clearly a solid electrolyte with excellent moldability.

[実施例14]
グローブボックス(GB)内にてLi2S、P2S5及びLiIを、モル比6: 1: 2(0.667: 0.111: 0.222)になるように秤量後、乳鉢混合した。全量は2gとなるようにした。以後実施例10と同様に試料作製を行った。得られた試料のX線回折パターンを図13に示す。図13から、Li6PS5I(立方晶アージャロダイト)、空間群
[Example 14]
Li 2 S, P 2 S 5 and LiI were weighed in a glove box (GB) at a molar ratio of 6:1:2 (0.667:0.111:0.222) and mixed in a mortar. The total amount was adjusted to 2 g. Thereafter, samples were prepared in the same manner as in Example 10. FIG. 13 shows the X-ray diffraction pattern of the obtained sample. From FIG. 13, Li 6 PS 5 I (cubic ajarodite), space group

Figure 0007113513000010
Figure 0007113513000010

、a= 10.0705(8)Å)のピークを有する結晶相と公知の70Li2S-30P2S5固体電解質で生成しているガラス相に類似したブロードなピークを持つガラス相の二相からなるガラスセラミック粉末であることが明らかとなった。イオン伝導度測定を行ったところ、1.5×10-4S・cm-1であり、固体電解質として十分な特性を有することが明らかである。なお、得られた試料は、実施例1と同様に柔らかい試料であり、成形性に優れていた。, a = 10.0705(8) Å) and a glass phase with a broad peak similar to the glass phase produced in the known 70Li 2 S-30P 2 S 5 solid electrolyte. It turned out to be a glass-ceramic powder. Ion conductivity was measured to be 1.5×10 −4 S·cm −1 , and it is clear that the material has sufficient properties as a solid electrolyte. The obtained sample was a soft sample similar to Example 1 and had excellent moldability.

[実施例15]
グローブボックス(GB)内にてLi2S、P2S5及びLiClを、モル比6: 1: 2(0.667: 0.111: 0.222)になるように秤量後、乳鉢混合した。全量は2gとなるようにした。以後実施例10と同様に試料作製を行った。得られた試料のX線回折パターンを図14に示す。図14から、Li6PS5Cl(立方晶アージャロダイト)、空間群
[Example 15]
Li 2 S, P 2 S 5 and LiCl were weighed in a glove box (GB) at a molar ratio of 6:1:2 (0.667:0.111:0.222) and mixed in a mortar. The total amount was adjusted to 2 g. Thereafter, samples were prepared in the same manner as in Example 10. FIG. 14 shows the X-ray diffraction pattern of the obtained sample. From FIG. 14, Li 6 PS 5 Cl (cubic arjarodite), space group

Figure 0007113513000011
Figure 0007113513000011

、a= 9.8466(9)Å)のピークを有する結晶相と公知の70Li2S-30P2S5固体電解質で生成しているガラス相に類似したブロードなピークを持つガラス相の二相からなるガラスセラミック粉末であることが明らかとなった。イオン伝導度測定を行ったところ、10.8×10-4S・cm-1であり、固体電解質として十分な特性を有することが明らかである。また、微小圧縮試験機を用いて、Ar雰囲気下且つ低露点(-55℃)にて、最大負荷1000mNをかけて、室温にてヤング率測定し、ポアソン比=0.5として算出したところ、1.4(1)GPaであり、バインダー材料であるポリテトラフルオロエチレン(0.5GPa)に近い値を示し、成形性に優れる固体電解質であることが明らかである。, a = 9.8466(9) Å) and a glass phase with a broad peak similar to the glass phase produced in the known 70Li 2 S-30P 2 S 5 solid electrolyte. It turned out to be a glass-ceramic powder. Ion conductivity was measured to be 10.8×10 −4 S·cm −1 , and it is clear that the material has sufficient properties as a solid electrolyte. In addition, Young's modulus was measured at room temperature under an Ar atmosphere with a low dew point (-55°C) under a low dew point (-55°C) under a maximum load of 1000 mN using a microcompression tester. 1) GPa, which is close to polytetrafluoroethylene (0.5 GPa), which is a binder material, and is clearly a solid electrolyte with excellent moldability.

[実施例16]
グローブボックス(GB)内にてLi2S、P2S5及びLiBrを、モル比6: 1: 2(0.667: 0.111: 0.222)になるように秤量後、乳鉢混合した。全量は2gとなるようにした。以後実施例10と同様に試料作製を行った。得られた試料のX線回折パターンを図15に示す。図15から、Li6PS5Br(立方晶アージャロダイト)、空間群
[Example 16]
Li 2 S, P 2 S 5 and LiBr were weighed in a glove box (GB) at a molar ratio of 6:1:2 (0.667:0.111:0.222) and mixed in a mortar. The total amount was adjusted to 2 g. Thereafter, samples were prepared in the same manner as in Example 10. FIG. 15 shows the X-ray diffraction pattern of the obtained sample. From FIG. 15, Li 6 PS 5 Br (cubic ajarodite), space group

Figure 0007113513000012
Figure 0007113513000012

、a= 9.9389(8)Å)のピークを有する結晶相と公知の70Li2S-30P2S5固体電解質で生成しているガラス相に類似したブロードなピークを持つガラス相の二相からなるガラスセラミック粉末であることが明らかとなった。イオン伝導度測定を行ったところ、4.8×10-4S・cm-1であり、固体電解質として十分な特性を有することが明らかである。また、微小圧縮試験機を用いて、Ar雰囲気下且つ低露点(-55℃)にて、最大負荷1000mNをかけて、室温にてヤング率測定し、ポアソン比=0.5として算出したところ、0.89(8)GPaであり、バインダー材料であるポリテトラフルオロエチレン(0.5GPa)に近い値を示し、成形性に優れる固体電解質であることが明らかである。, a = 9.9389(8) Å) and a glass phase with a broad peak similar to the glass phase produced in the known 70Li 2 S-30P 2 S 5 solid electrolyte. It turned out to be a glass-ceramic powder. Ion conductivity was measured to be 4.8×10 −4 S·cm −1 , and it is clear that the material has sufficient properties as a solid electrolyte. In addition, Young's modulus was measured at room temperature with a maximum load of 1000 mN under an Ar atmosphere and a low dew point (-55 ° C) using a micro compression tester, and the Poisson's ratio = 0.5. 8) GPa, which is close to polytetrafluoroethylene (0.5 GPa), which is a binder material, and is clearly a solid electrolyte with excellent moldability.

試験例1:電池作製(1)
得られた無機硫化物粉末(固体電解質粉末)が、実際にリチウムイオン二次電池として動作可能かどうか確認するためにGB内で電池作製を行った。実施例1~6で得られた固体電解質粉末と正極活物質(NMC: LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2)を質量比3: 7で混合し、正極合材とした。一方、負極合材は得られた実施例1~6で得られた固体電解質粉末を負極活物質(LTO: Li4Ti5O12)と質量比4: 6で混合して作製した。まず金属管片面に金属治具を入れ、実施例1~6の固体電解質粉末を入れた後、反対側にも金属治具をいれてプレスし、電解質層を作製した。プレスした一方に正極合材を入れてプレスして正極を作製した後、反対側に負極合材を入れてプレスして負極を作製した。その3層一体錠剤を型から抜いて、一方に電池下部上に金属治具を入れたPET(ポリエチレンテレフタレート)管に入れ、反対側にも金属治具を入れてプレスしその後電池上部を載せ、蝶ねじで固定して上部をレンチで締め上げ全固体リチウムイオン二次電池を作製した。
Test Example 1: Battery production (1)
In order to confirm whether the obtained inorganic sulfide powder (solid electrolyte powder) can actually operate as a lithium-ion secondary battery, a battery was fabricated in GB. The solid electrolyte powder obtained in Examples 1 to 6 and the positive electrode active material (NMC: LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 ) were mixed at a mass ratio of 3:7 to obtain a positive electrode mixture. On the other hand, the negative electrode mixture was prepared by mixing the solid electrolyte powders obtained in Examples 1 to 6 with the negative electrode active material (LTO: Li 4 Ti 5 O 12 ) at a mass ratio of 4:6. First, a metal jig was put in one side of the metal tube, and after the solid electrolyte powders of Examples 1 to 6 were put in, a metal jig was put in the other side and pressed to form an electrolyte layer. After the positive electrode mixture was put into one side of the press and pressed to produce a positive electrode, the negative electrode mixture was put into the opposite side and pressed to produce a negative electrode. The three-layer integrated tablet is removed from the mold, put into a PET (polyethylene terephthalate) tube with a metal jig on one side of the battery lower part, put a metal jig on the other side and press, then place the battery upper part, An all-solid lithium ion secondary battery was fabricated by fixing with a thumbscrew and tightening the upper portion with a wrench.

実施例1で得られた試料を使用した全固体リチウムイオン二次電池の30℃における充放電特性評価結果を図16に示す。電池として問題なく動作しており、本発明の無機硫化物(固体電解質)がリチウムイオン二次電池用正極バインダー材料、リチウムイオン二次電池用負極バインダー材料、リチウムイオン二次電池用固体電解質として活用できることが明らかである。 FIG. 16 shows the charging/discharging characteristics evaluation results at 30° C. of the all-solid lithium ion secondary battery using the sample obtained in Example 1. As shown in FIG. It works without problems as a battery, and the inorganic sulfide (solid electrolyte) of the present invention is used as a positive electrode binder material for lithium ion secondary batteries, a negative electrode binder material for lithium ion secondary batteries, and a solid electrolyte for lithium ion secondary batteries. It is clear that we can.

次に、実施例5で得られた試料を使用した全固体リチウムイオン二次電池の30℃における充放電特性評価結果を図17に示す。電池として問題なく動作しており、本発明の無機硫化物(固体電解質)がリチウムイオン二次電池用正極バインダー材料、リチウムイオン二次電池用負極バインダー材料、リチウムイオン二次電池用固体電解質として活用できることが明らかである。 Next, FIG. 17 shows the charge-discharge characteristic evaluation results at 30° C. of the all-solid lithium ion secondary battery using the sample obtained in Example 5. As shown in FIG. It works without problems as a battery, and the inorganic sulfide (solid electrolyte) of the present invention is used as a positive electrode binder material for lithium ion secondary batteries, a negative electrode binder material for lithium ion secondary batteries, and a solid electrolyte for lithium ion secondary batteries. It is clear that we can.

試験例2:電池作製(2)
上記試験例1において、正極活物質をNCA(LiNi0.85Co0.10Al0.05O2)に、負極をInに変更して上記と同様に電池作製を行った。
Test Example 2: Battery production (2)
In Test Example 1 above, a battery was fabricated in the same manner as described above, except that NCA (LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 ) was used as the positive electrode active material and In was used as the negative electrode.

実施例13で得られた試料を正極合材用及び電解質用固体電解質に用いた場合の充放電特性を図18に示す。図18より実施例13で得られた試料はリチウムイオン二次電池として問題なく動作しており、本発明の無機硫化物(固体電解質)がリチウムイオン二次電池用正極バインダー材料、リチウムイオン二次電池用負極バインダー材料、リチウムイオン二次電池用固体電解質として活用できることが明らかである。 FIG. 18 shows charge-discharge characteristics when the sample obtained in Example 13 is used for the positive electrode mixture and the solid electrolyte for the electrolyte. From FIG. 18, the sample obtained in Example 13 operated without problems as a lithium ion secondary battery, and the inorganic sulfide (solid electrolyte) of the present invention was used as a positive electrode binder material for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery. It is clear that it can be used as a negative electrode binder material for batteries and a solid electrolyte for lithium ion secondary batteries.

実施例15で得られた試料を正極合材用及び電解質用固体電解質に用いた場合の充放電特性を図19に示す。図19より実施例15で得られた試料はリチウムイオン二次電池として問題なく動作しており、本発明の無機硫化物(固体電解質)がリチウムイオン二次電池用正極バインダー材料、リチウムイオン二次電池用負極バインダー材料、リチウムイオン二次電池用固体電解質として活用できることが明らかである。 FIG. 19 shows charge-discharge characteristics when the sample obtained in Example 15 is used for the positive electrode mixture and the solid electrolyte for the electrolyte. From FIG. 19, the sample obtained in Example 15 operates as a lithium ion secondary battery without problems, and the inorganic sulfide (solid electrolyte) of the present invention is a positive electrode binder material for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery. It is clear that it can be used as a negative electrode binder material for batteries and a solid electrolyte for lithium ion secondary batteries.

実施例16で得られた試料を正極合材用及び電解質用固体電解質に用いた場合の充放電特性を図20に示す。図20より実施例16で得られた試料はリチウムイオン二次電池として問題なく動作しており、本発明の無機硫化物(固体電解質)がリチウムイオン二次電池用正極バインダー材料、リチウムイオン二次電池用負極バインダー材料、リチウムイオン二次電池用固体電解質として活用できることが明らかである。 FIG. 20 shows charge-discharge characteristics when the sample obtained in Example 16 is used for the positive electrode mixture and the solid electrolyte for the electrolyte. From FIG. 20, the sample obtained in Example 16 operated without problems as a lithium ion secondary battery, and the inorganic sulfide (solid electrolyte) of the present invention was used as a positive electrode binder material for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery. It is clear that it can be used as a negative electrode binder material for batteries and a solid electrolyte for lithium ion secondary batteries.

実施例6で得られた試料を正極合材用及び電解質用固体電解質に用いた場合の充放電特性を図21に示す。図21より実施例6で得られた試料はリチウムイオン二次電池として問題なく動作しており、本発明の無機硫化物(固体電解質)がリチウムイオン二次電池用正極バインダー材料、リチウムイオン二次電池用負極バインダー材料、リチウムイオン二次電池用固体電解質として活用できることが明らかである。 FIG. 21 shows charge-discharge characteristics when the sample obtained in Example 6 is used for the positive electrode mixture and the solid electrolyte for the electrolyte. From FIG. 21, the sample obtained in Example 6 operates as a lithium ion secondary battery without any problem, and the inorganic sulfide (solid electrolyte) of the present invention is a positive electrode binder material for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery. It is clear that it can be used as a negative electrode binder material for batteries and a solid electrolyte for lithium ion secondary batteries.

以上のことから、本発明の無機硫化物(固体電解質)が、リチウムイオン二次電池用正極バインダー材料、リチウムイオン二次電池用負極バインダー材料、リチウムイオン二次電池用固体電解質、リチウムイオン二次電池用電解質層バインダー材料として活用できることが明らかである。 From the above, the inorganic sulfide (solid electrolyte) of the present invention can be used as a positive electrode binder material for lithium ion secondary batteries, a negative electrode binder material for lithium ion secondary batteries, a solid electrolyte for lithium ion secondary batteries, a lithium ion secondary It is clear that it can be utilized as an electrolyte layer binder material for batteries.

本発明の無機硫化物は、例えば、安全性が要求される車載用、定置用等の大型リチウムイオン二次電池の固体電解質、固体電解質用のバインダー材料、固体電池電極用のバインダー材料等として利用可能である。 The inorganic sulfide of the present invention can be used, for example, as a solid electrolyte for large lithium-ion secondary batteries such as those for vehicle use and stationary use where safety is required, a binder material for solid electrolytes, a binder material for solid battery electrodes, and the like. It is possible.

Claims (11)

一般式(1):
xLi2S-yGeS2-(1-x-y)P2S5 (1)
[式中、x及びyは、0.667≦x≦0.860、0≦y≦0.333、0.667≦x+y≦1を示す。]
で表され、結晶相とガラス相とが共存しており、前記結晶相が、Li 3 PS 4 、Li 7 PS 6 、Li 4 GeS 4 及びLi 10 GeP 2 S 12 よりなる群から選ばれる少なくとも1種の結晶相であり、且つ、
y=0の条件下では、前記結晶相は、x≦0.775ではLi 3 PS 4 、0.755≦xではLi 7 PS 6 であり、
yが0以外の条件下では、前記結晶相は、Li 4 GeS 4 及び/又はLi 10 GeP 2 S 12 である、無機硫化物。
General formula (1):
xLi2S - yGeS2-( 1 -xy) P2S5 ( 1)
[In the formula, x and y represent 0.667≦x≦0.860, 0≦y≦0.333, and 0.667≦x+y≦1. ]
wherein a crystal phase and a glass phase coexist , and the crystal phase is at least one selected from the group consisting of Li3PS4 , Li7PS6 , Li4GeS4 and Li10GeP2S12 is a seed crystalline phase, and
under the condition of y=0, the crystalline phase is Li3PS4 for x 0.775 and Li7PS6 for 0.755 x ;
Inorganic sulfide , wherein under the condition that y is non-zero, the crystalline phase is Li4GeS4 and / or Li10GeP2S12 .
一般式(2):
dLi2S-eMS2-fLiX-(1-d-e-f)P2S5 (2)
[式中、XはCl、Br及びIよりなる群から選ばれる少なくとも1種を示す。MはGe、Sn及びTiよりなる群から選ばれる少なくとも1種を示す。d、e及びfは、0.600≦d≦0.860、0≦e≦0.333、0<f≦0.300、0.600≦d+e+f≦1を示す。]
で表され、結晶相とガラス相とが共存しており、前記結晶相が、β-Li 3 PS 4 、立方晶アージャロダイト、Li 10 MP 2 S 12 (MはGe又はSnである)、及びLi 4 PS 4 Iよりなる群から選ばれる少なくとも1種の結晶相である、無機硫化物。
General formula (2):
dLi2S - eMS2 - fLiX-(1-def) P2S5 ( 2 )
[In the formula, X represents at least one selected from the group consisting of Cl, Br and I. M represents at least one selected from the group consisting of Ge, Sn and Ti. d, e and f are 0.600≦d≦0.860, 0≦e≦0.333, 0<f≦0.300, and 0.600≦d+e+f≦1. ]
and a crystal phase and a glass phase coexist, and the crystal phase includes β-Li 3 PS 4 , cubic ajarodite, Li 10 MP 2 S 12 (M is Ge or Sn), and an inorganic sulfide which is at least one crystal phase selected from the group consisting of Li4PS4I .
Li2Sからなる結晶相を含まない、請求項1又は2に記載の無機硫化物。 3. The inorganic sulfide according to claim 1 , which does not contain a crystalline phase consisting of Li2S. ヤング率が3.0GPa以下である、請求項1~のいずれか1項に記載の無機硫化物。 The inorganic sulfide according to any one of claims 1 to 3 , which has a Young's modulus of 3.0 GPa or less. イオン伝導度が1.00×10-4S・cm-1以上である、請求項1~のいずれか1項に記載の無機硫化物。 The inorganic sulfide according to any one of claims 1 to 4 , which has an ionic conductivity of 1.00 × 10 -4 S·cm -1 or more. 請求項1~のいずれか1項に記載の無機硫化物の製造方法であって、
Li2Sを含む原料粉末に対して、振動ミルで800rpm以上の回転数のミリング処理を施した後に、遊星ボールミルで600rpm以下の回転数のミリング処理を施す工程
を備える、製造方法。
A method for producing an inorganic sulfide according to any one of claims 1 to 5 ,
A production method comprising a step of milling a raw material powder containing Li 2 S with a vibration mill at a rotation speed of 800 rpm or more, and then milling with a planetary ball mill at a rotation speed of 600 rpm or less .
前記原料粉末が、さらに、GeS2、SnS2、TiS2、LiX及びP2S5よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、請求項に記載の製造方法。 7. The manufacturing method according to claim 6 , wherein said raw material powder further contains at least one selected from the group consisting of GeS2 , SnS2 , TiS2 , LiX and P2S5 . 請求項1~のいずれか1項に記載の無機硫化物からなる、リチウムイオン二次電池用固体電解質。 A solid electrolyte for a lithium ion secondary battery, comprising the inorganic sulfide according to any one of claims 1 to 5 . 請求項1~のいずれか1項に記載の無機硫化物からなる、リチウムイオン二次電池の電解質層用バインダー材料。 A binder material for an electrolyte layer of a lithium ion secondary battery, comprising the inorganic sulfide according to any one of claims 1 to 5 . 請求項1~のいずれか1項に記載の無機硫化物からなる、リチウムイオン二次電池の電極用バインダー材料。 A binder material for an electrode of a lithium ion secondary battery, comprising the inorganic sulfide according to any one of claims 1 to 5 . 請求項に記載のリチウムイオン二次電池用固体電解質又は請求項に記載のリチウムイオン二次電池の電解質層用バインダー材料を含有する電解質層と、請求項10に記載のリチウムイオン二次電池の電極用バインダー材料を含有する電極との少なくとも1つを備える、リチウムイオン二次電池。 The solid electrolyte for a lithium ion secondary battery according to claim 8 or the electrolyte layer containing the binder material for the electrolyte layer of the lithium ion secondary battery according to claim 9 , and the lithium ion secondary battery according to claim 10 . and an electrode containing a binder material for the electrode of the lithium ion secondary battery.
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