JP7416179B1 - 硫化物系固体電解質の製造方法および硫化物系固体電解質の製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献2には、原料組成物をメカニカルミリング等により非晶質化して得られた硫化物ガラス等の粗粒材料を粉砕処理により微粒材料とし、微粒材料に対して物理的刺激を与えながら熱処理して結晶化させる、硫化物系固体電解質微粒子の製造方法が開示されている。
上記特許文献3には、電解質の熱処理方法や固着防止方法については開示されていない。また、特許文献3に開示されているような反応槽へのガスの吹込み方法では、吹き込まれたガスの直下では固着防止効果を奏するが、その周辺部においては、周囲の雰囲気を巻き込んでしまうため、安定して固着を抑制することが困難である。また、上述した副生成物の固着による回転部材の回転阻害を抑制する点については言及されていない。
すなわち、本発明は以下の[1]~[8]に関する。
前記熱処理装置は、前記硫化物系固体電解質材料を加熱処理する加熱部と、前記硫化物系固体電解質材料を前記加熱部により加熱しながら搬送する回転部材と、前記回転部材の軸線方向の端部側に配設された位置不動の固定部材と、前記回転部材と前記固定部材との境界部を加圧する加圧室と、を有し、
前記加圧室の圧力を前記加熱部の圧力及び外気圧よりも高い圧力に制御しながら前記硫化物系固体電解質材料を加熱処理する硫化物系固体電解質の製造方法。
[2]前記硫化物系固体電解質材料は、硫化物系固体電解質原料をメカニカルミリング又は加熱溶融して得られる、前記[1]に記載の硫化物系固体電解質の製造方法。
[3]前記加圧室の酸素ガス濃度は10体積ppm以上である、前記[1]又は[2]に記載の硫化物系固体電解質の製造方法。
[4]前記加熱部における加熱温度は300℃以上である、前記[1]又は[2]に記載の硫化物系固体電解質の製造方法。
[5]前記加圧室の圧力と、前記加熱部の圧力及び外気圧との圧力差は、それぞれ0.1kPa以上である、前記[1]又は[2]に記載の硫化物系固体電解質の製造方法。
[6]前記硫化物系固体電解質材料を連続的に供給し加熱処理する、前記[1]又は[2]に記載の硫化物系固体電解質の製造方法。
[7]硫化物系固体電解質材料を加熱処理する加熱部と、
前記硫化物系固体電解質材料を前記加熱部により加熱しながら搬送する回転部材と、
前記回転部材の軸線方向の端部側に配設された位置不動の固定部材と、
前記回転部材と前記固定部材との境界部を加圧する加圧室と、
を備える硫化物系固体電解質の製造装置。
[8]さらに、前記加圧室に酸素ガスを供給する酸素ガス供給部を備える、前記[7]に記載の硫化物系固体電解質の製造装置。
本発明の実施形態の硫化物系固体電解質の製造方法(以下、本製造方法ともいう)は、熱処理装置に硫化物系固体電解質材料を供給し、加熱処理する硫化物系固体電解質の製造方法であって、前記熱処理装置は、前記硫化物系固体電解質材料を加熱処理する加熱部と、前記硫化物系固体電解質材料を前記加熱部により加熱しながら搬送する回転部材と、前記回転部材の軸線方向の端部側に配設された位置不動の固定部材と、前記回転部材と前記固定部材との境界部を加圧する加圧室と、を有し、前記加圧室の圧力を前記加熱部の圧力及び外気圧よりも高い圧力に制御しながら前記硫化物系固体電解質材料を加熱処理することを特徴とする。
本製造方法において、硫化物系固体電解質材料(以下、本材料と呼ぶことがある)とは、所定の温度で加熱処理することで所望の硫化物系固体電解質が得られるものをいい、例えば、表面に不純物としての硫黄を含み、熱処理により当該硫黄がガス等として除去され結晶構造が均質化される、硫化物系固体電解質の粗体等が挙げられる。すなわち、本材料は、最終的に得られる硫化物系固体電解質の加熱処理前の前駆体である。本材料は、後述する硫化物系固体電解質原料とは区別される。本材料が、その表面に不純物としての硫黄が付着した硫化物系固体電解質である場合、加熱処理によって電池性能阻害となる表面の余分な硫黄をガスとして除去することができ、二次電池の固体電解質として用いた場合の電池性能を向上できる。
なお、上記硫化物系固体電解質材料は、非晶質であってもよく、非晶質相を含んでいてもよい。結晶構造が安定していない本材料は、加熱処理によって結晶構造が均質化し、イオン伝導率を高めることができるため、二次電池の固体電解質として用いた場合の電池性能を向上できる。
硫化物系固体電解質材料は、硫化物系固体電解質原料をメカニカルミリング又は加熱溶融して得られることが好ましい。
硫化物系固体電解質原料(以下、本原料と呼ぶことがある)とは、所望の硫化物系固体電解質を得るための、硫化物系固体電解質の構成原料を意味し、一般的に本原料は複数種類を混合して用いられる。上述した硫化物系固体電解質材料とは区別される。本原料としては種々の原料を使用できる。
本原料としては、市販の硫化物系固体電解質原料を用いてもよく、材料から硫化物系固体電解質原料を製造したものを用いてもよい。また、これらの硫化物系固体電解質原料にさらに公知の前処理を施してもよい。
硫化物系固体電解質材料は、上述の硫化物系固体電解質原料をメカニカルミリングすることにより得られるものであってもよい。
メカニカルミリングは、硫化物系固体電解質原料を、機械的エネルギーを付与しながら混合する方法であれば特に限定されるものではないが、例えば、遊星ミル、ボールミル、振動ミル、ターボミル、メカノフュージョン、ディスクミル等を挙げることができる。
遊星ボールミルを行う際の台盤回転数としては、例えば200rpm以上500rpm以下であることが好ましい。また、遊星ボールミルを行う際の処理時間は、例えば1時間以上100時間以下であり、中でも1時間以上50時間以下であることが好ましい。
硫化物系固体電解質材料は、上述の硫化物系固体電解質原料を加熱溶融することにより得られるものであってもよい。
加熱溶融法では、まず、硫化物系固体電解質原料を、硫化物系固体電解質原料が溶融する温度に加熱して融液を得、得られた融液の冷却固化を行い、硫化物系固体電解質材料を得る。
硫化物系固体電解質原料の加熱溶融は、硫黄元素を含むガス雰囲気下で行うのが好ましい。硫黄元素を含むガス雰囲気下で本原料を加熱溶融することで、融液に硫黄が導入される。これにより、加熱中の硫黄の揮発を抑制できるため、得られる硫化物系固体電解質材料の組成を適切に制御できる。硫黄元素を含むガスは、例えば、硫黄ガス、硫化水素ガス、二硫化炭素ガス等、硫黄元素を含む化合物又は硫黄単体を含むガスである。
続いて、得られた融液の冷却固化を行い、硫化物系固体電解質材料を得る。
冷却は公知の方法で行えばよく、その方法は特に限定されない。冷却のより具体的な方法として、例えば、融液をカーボン製等の板状体の上に流し出して冷却する方法;双ロール法に代表される、狭い隙間に流し込んで薄く成形する方法;ガスアトマイズ法;等が挙げられる。
融液を板状体の上に流し出して冷却する場合、冷却効率を向上する観点から、流し出した後の融液及び得られる固体の厚みは比較的薄いことが好ましい。具体的には、厚みは10mm以下が好ましく、5mm以下がより好ましい。厚みの下限は特に限定されないが、0.01mm以上であってもよく、0.02mm以上であってもよい。
狭い隙間に流し込んで薄く成形する場合は、冷却効率が優れており、薄片状のもの、繊維状のもの、粉末状のもの等を得ることができる。得られた固体は、取り扱いやすい大きさに砕く等して、任意の形状で得られる。中でも、ブロック状の固体で得た方が回収がし易く好ましい。ブロック状とは、板状、薄片状、または繊維状である場合も含む。
ガスアトマイズ法の場合は、得られた融液を炉体から排出させながらガスを噴霧することで、融液の冷却固化を行い、硫化物系固体電解質材料を得る。得られた硫化物系固体電解質材料は粉末状となる。ガスアトマイズ法において噴霧するガスとしては、窒素、あるいはアルゴンなどの不活性ガスを使用することが好ましい。
ここで、本製造方法に使用される硫化物系固体電解質の製造装置(以下、本製造装置、熱処理装置とも言う)について説明する。
本製造装置は熱処理装置であり、硫化物系固体電解質材料を加熱処理する加熱部と、硫化物系固体電解質材料を加熱部により加熱しながら搬送する回転部材と、回転部材の軸線方向の端部側に配設された位置不動の固定部材と、回転部材と固定部材との境界部を加圧する加圧室と、を備える。
当該境界部においては、用いられる封止材の耐熱性等の観点から、加熱部よりも低温とするのが好ましい。この場合、上記境界部は加熱部に含まれない。
以下、加熱処理及び加圧室の加圧について、詳細に説明する。
本製造方法では、熱処理装置に硫化物系固体電解質材料を供給し、加熱部にて硫化物系固体電解質材料を加熱処理する。硫化物系固体電解質材料を加熱処理することにより、硫化物系固体電解質材料の表面に付着した硫黄がガスとして除去され、また、硫化物系固体電解質材料の結晶構造が均質化するため、二次電池の固体電解質としての性能が向上する。
なお、「結晶構造が均質化する」とは、更に長時間所定の温度で熱処理しても結晶構造が変わらない、平衡状態に達したものすることを意味する。
例えば、あらかじめ炉内雰囲気を不活性ガス雰囲気に置換し、硫化物系固体電解質材料を熱処理装置に投入する際には、投入口付近に設けられたパージ部を不活性ガスに置換すること等により、装置内の不活性ガス雰囲気を保持できる。
本製造方法では、加圧室の圧力を加熱部の圧力及び外気圧よりも高い圧力に制御しながら硫化物系固体電解質材料の加熱処理を行う。加圧室の圧力を加熱部の圧力及び外気圧よりも高い圧力に制御することにより、加圧室に供給されるガスが加圧室から境界部へ局所的に漏れ出るため、加熱部から境界部への硫黄ガスの流入及び硫黄の固着、並びに、加熱部への外気からの生産阻害ガスの流入を防ぐことができる。
上記圧力差は、0.1kPa~100kPaが好ましく、0.25kPa~75kPaがより好ましく、0.5kPa~50kPaがさらに好ましい。
上記加圧ガスは不活性ガスに加え、酸素ガスが含まれることが好ましい。すなわち、本製造装置は、加圧室に酸素ガスを供給する酸素ガス供給部を備えることが好ましい。
酸素ガスは、加圧室の酸素ガス濃度が10体積ppm以上となるように調節することが好ましく、25体積ppm以上がより好ましく、50体積ppm以上がさらに好ましい。酸素ガス濃度を10体積ppm以上とすることによって、加熱部において発生する硫黄ガスが境界部付近に流入した際に、加圧室から境界部に漏れ出した加圧ガス中の酸素ガスと反応させ、融点の低い二酸化硫黄とすることで、境界部への硫黄の固着をさらに抑制できる。
また、酸素と硫化物系固体電解質材料との反応を抑制し、所望の組成の硫化物系固体電解質を得る観点から、1000体積ppm以下が好ましく、750体積ppm以下がより好ましく、500体積ppm以下がさらに好ましい。
加圧室の酸素ガス濃度は、10体積ppm~1000体積ppmが好ましく、25体積ppm~750体積ppmがより好ましく、50体積ppm~500体積ppmがさらに好ましい。
加圧室を上記条件にて加圧しつつ加熱部で熱処理を行った熱処理物は、好ましくは冷却された後に熱処理装置から取り出される。すなわち、熱処理装置の原料投入口側を上流、排出口側を下流とした場合に、熱処理装置の加熱部よりも下流側に熱処理物を冷却する冷却部を有し、回転部材によって加熱部より搬送された熱処理物が冷却部において冷却され、熱処理装置から排出されることが好ましい。
このように、硫化物系固体電解質材料の投入、加熱処理、冷却、取り出しを連続的に行うことにより硫化物系固体電解質を得ることが好ましい。
熱処理装置が冷却部を有しない場合は、熱処理装置から排出された後に熱処理物を冷却すればよい。
冷却速度は、例えば、0.01℃/秒以上が好ましく、0.025℃/秒以上がより好ましく、0.05℃/秒以上がさらに好ましい。また、冷却速度の上限値は特に定めないが、例えば、10℃/秒以下である。
なかでも、硫化物系固体電解質材料の搬送手段を備え、硫化物系固体電解質材料を連続的に加熱処理できる熱処理装置が好ましく、例えば、ローラーハースキルン炉、ロータリーキルン炉、撹拌乾燥炉などが挙げられる。以下、それぞれの形態の炉を有する本製造装置の実施形態について、具体的に説明する。
本製造装置の第一の実施形態について、図2~図6を参照して説明する。第一の実施形態において、本製造装置はローラーハースキルン炉を有する。
図2は、ローラーハースキルン炉型の本製造装置の一例を示す側面断面模式図である。図3は、ローラーハースキルン炉型の本製造装置における加熱部及びその周辺部の一例を示す上面断面模式図である。図4、図5は、ローラーハースキルン炉型の本製造装置における加熱部及びその周辺部の他の例を示す上面断面模式図である。図6は、ローラーハースキルン炉型の本製造装置における、回転部材の境界部及び加圧室の一例を示す上面断面模式図である。
製造装置1は、搬送ローラ5(回転部材側)と、熱処理炉2の炉壁8(固定部材側)との間に境界部9を有する。境界部9においては、搬送ローラ5を回転可能とするための隙間が存在する。加圧室10は、熱処理炉2の外側から境界部9を加圧するように製造装置1に備えられる。上記隙間の幅は、境界部9を加圧可能とする観点から小さい方が望ましく、好ましくは10mm以下、より好ましくは5mm以下、更に好ましくは1mm以下である。また、搬送ローラ5が摺動可能である限りには、隙間の幅の下限値に制限はない。上記隙間の幅の長さは一律である必要はなく、部分的に最小隙間があっても問題ない。また、上記境界部9における隙間は、搬送ローラ5が回転可能であり、貫通箇所がある限りにおいては、その機構形態は問わない。部材同士がこすり合うよう貫通箇所の隙間を狭めてもよい。
容器に入れた硫化物系固体電解質材料を熱処理炉2の投入口6より投入し、搬送ローラ5を用いて加熱部3へと搬送する。事前に熱処理炉2内部の雰囲気を不活性ガスに置換した上、硫化物系固体電解質材料を投入する際には、熱処理炉2の投入口6付近に設けられたパージ部(図示せず)を不活性ガス等で満たしてから硫化物系固体電解質材料を投入することが好ましい。
好ましくは、酸素ガスを供給する酸素ガス供給部(図示せず)を備え、加圧室10に酸素ガスを含むガスが供給される。酸素ガスを含むガスは、例えば、酸素ガス供給部から供給される酸素ガスと、不活性ガス供給部(図示せず)から供給される不活性ガスとを各供給部と加圧ガス供給口13とを接続する配管内で混合して混合ガスとし、加圧ガス供給口13から加圧室10に供給される。また、例えば、酸素ガス供給部から供給される酸素ガスと、不活性ガス供給部から供給される不活性ガスとを、複数の加圧ガス供給口13からそれぞれ加圧室10に供給してもよい。
本製造装置の第二の実施形態について、図7、図8を参照して説明する。第二の実施形態において、本製造装置はロータリーキルン炉を有する。
図7は、ロータリーキルン炉型の本製造装置の一例を示す側面断面模式図である。図8は、ロータリーキルン炉型の本製造装置における、回転部材の摺動部及び加圧室の一例を示す側面断面模式図である。
加圧室28は、炉心管22の外側から摺動部33を加圧するように製造装置21に備えられる。
なお、図7に示すように、投入部25側と同様に、炉心管22の排出口26側の末端開口部を覆うように設置された排出部27側にも摺動部33(図示せず)があり、摺動部33を覆うように加圧室28を備える。
硫化物系固体電解質材料を投入口24より投入する。硫化物系固体電解質材料は炉心管22が勾配をもって設置されているため、加熱部23へと搬送される。事前に投入口24から排出口26に至る硫化物系固体電解質材料の通過領域の雰囲気を不活性ガスに置換した上、硫化物系固体電解質材料を投入する際には、投入口24付近に設けられたパージ部(図示せず)を不活性ガス等で満たしてから硫化物系固体電解質材料を投入することが好ましい。
好ましくは、酸素ガスを供給する酸素ガス供給部(図示せず)を備え、加圧室28に酸素ガスを含むガスが供給される。酸素ガスを含むガスは、例えば、酸素ガス供給部から供給される酸素ガスと、不活性ガス供給部(図示せず)から供給される不活性ガスとを各供給部と加圧ガス供給口34とを接続する配管内で混合して混合ガスとし、加圧ガス供給口34から加圧室28に供給される。また、例えば、酸素ガス供給部から供給される酸素ガスと、不活性ガス供給部から供給される不活性ガスとを、複数の加圧ガス供給口34からそれぞれ供給してもよい。
本製造装置の第三の実施形態について、図9、図10を参照して説明する。第三の実施形態において、本製造装置は撹拌乾燥炉を有する。
図9は、撹拌乾燥炉型の本製造装置の一例を示す側面断面模式図である。図10は、撹拌乾燥炉型の本製造装置における、回転部材の摺動部及び加圧室の一例を示す側面断面模式図である。
加圧室50は、乾燥炉42および駆動軸44の外側から摺動部49を加圧するように製造装置41に備えられる。
硫化物系固体電解質材料を投入口46より投入する。硫化物系固体電解質材料はスクリュー搬送部によって加熱部43へと搬送される。事前に乾燥炉42内部の雰囲気を不活性ガスに置換した上、硫化物系固体電解質材料を投入する際には、投入口46付近に設けられたパージ部(図示せず)を不活性ガス等で満たしてから硫化物系固体電解質材料を投入することが好ましい。
好ましくは、酸素ガスを供給する酸素ガス供給部(図示せず)を備え、加圧室50に酸素ガスを含むガスが供給される。酸素ガスを含むガスは、例えば、酸素ガス供給部から供給される酸素ガスと、不活性ガス供給部(図示せず)から供給される不活性ガスとを、各供給部と加圧ガス供給口55とを接続する配管内で混合して混合ガスとし、加圧ガス供給口55から加圧室50に供給される。また、例えば、酸素ガス供給部から供給される酸素ガスと、不活性ガス供給部から供給される不活性ガスとを、複数の加圧ガス供給口55からそれぞれ供給してもよい。
得られた硫化物系固体電解質に対して、さらに粉砕を行い、更なる微粒化を行ってもよい。粉砕の方法としては、例えば湿式粉砕法が挙げられる。湿式粉砕法の場合、使用する溶媒の種類は特に制限されないが、硫化物系固体電解質は水分と反応して劣化しやすい性質を有することから、非水系有機溶媒を用いるのが好ましい。非水系有機溶媒の種類は特に限定されないが、炭化水素系溶媒、ヒドロキシ基を含有した有機溶媒、エーテル基を含有した有機溶媒、カルボニル基を含有した有機溶媒、エステル基を含有した有機溶媒、アミノ基を含有した有機溶媒、ホルミル基を含有した有機溶媒、カルボキシ基を含有した有機溶媒、アミド基を含有した有機溶媒、ベンゼン環を含有した有機溶媒、メルカプト基を含有した有機溶媒、チオエーテル基を含有した有機溶媒、チオエステル基を含有した有機溶媒、ジスルフィド基を含有した有機溶媒、ハロゲン化アルキル等が挙げられる。炭化水素系溶媒としては、例えば、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、トルエンが挙げられ、飽和水分濃度が低い観点から、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタンが好ましい。また、水分濃度を調整する観点から、これら炭化水素系溶媒を、トルエンやジブチルエーテル等と混ぜた混合溶媒とすることも好ましい。硫化物系固体電解質の粉砕時に、硫化物系固体電解質が水と反応してリチウムイオン伝導率が低下することを防ぐ観点から、上記非水系有機溶媒の水分濃度は低い方が好ましい。上記非水系有機溶媒の水分濃度は、例えば、170質量ppm以下であってよく、150質量ppm以下であってよく、120質量ppm以下であってよく、100質量ppm以下であってよい。
本製造方法で得られる硫化物系固体電解質としては、リチウム元素を含む硫化物系固体電解質が挙げられる。本製造方法で得られる硫化物系固体電解質としては、例えばLi10GeP2S12等のLGPS型結晶構造を有する硫化物系固体電解質、Li6PS5Cl、Li5.4PS4.4Cl1.6およびLi5.4PS4.4Cl0.8Br0.8等のアルジロダイト型結晶構造を有する硫化物系固体電解質、Li-P-S-Ha系(Haはハロゲン元素から選ばれる少なくとも一つの元素を表す)の結晶化ガラス、ならびにLi7P3S11等のLPS結晶化ガラス等が挙げられる。
[1]熱処理装置に硫化物系固体電解質材料を供給し、加熱処理する硫化物系固体電解質の製造方法であって、
前記熱処理装置は、前記硫化物系固体電解質材料を加熱処理する加熱部と、前記硫化物系固体電解質材料を前記加熱部により加熱しながら搬送する回転部材と、前記回転部材の軸線方向の端部側に配設された位置不動の固定部材と、前記回転部材と前記固定部材との境界部を加圧する加圧室と、を有し、
前記加圧室の圧力を前記加熱部の圧力及び外気圧よりも高い圧力に制御しながら前記硫化物系固体電解質材料を加熱処理する硫化物系固体電解質の製造方法。
[2]前記硫化物系固体電解質材料は、硫化物系固体電解質原料をメカニカルミリング又は加熱溶融して得られる、前記[1]に記載の硫化物系固体電解質の製造方法。
[3]前記加圧室の酸素ガス濃度は10体積ppm以上である、前記[1]又は[2]に記載の硫化物系固体電解質の製造方法。
[4]前記加熱部における加熱温度は300℃以上である、前記[1]~[3]のいずれか一に記載の硫化物系固体電解質の製造方法。
[5]前記加圧室の圧力と、前記加熱部の圧力及び外気圧との圧力差は、それぞれ0.1kPa以上である、前記[1]~[4]のいずれか一に記載の硫化物系固体電解質の製造方法。
[6]前記硫化物系固体電解質材料を連続的に供給し加熱処理する、前記[1]~[5]のいずれか一に記載の硫化物系固体電解質の製造方法。
[7]硫化物系固体電解質材料を加熱処理する加熱部と、
前記硫化物系固体電解質材料を前記加熱部により加熱しながら搬送する回転部材と、
前記回転部材の軸線方向の端部側に配設された位置不動の固定部材と、
前記回転部材と前記固定部材との境界部を加圧する加圧室と、
を備える硫化物系固体電解質の製造装置。
[8]さらに、前記加圧室に酸素ガスを供給する酸素ガス供給部を備える、前記[7]に記載の硫化物系固体電解質の製造装置。
図2に示す製造装置1の仕様に準じて試験を行う。
硫化物系固体電解質材料は次のようにして得る。すなわち、Li2S、P2S5、LiCl及びLiBrのmol比(1.9:0.5:1.0:0.6)となるように各原料を混合し、500gの混合原料を調合し、窒素雰囲気のグローブボックス中でジルコニア製ポットに、φ10mmのジルコニア製ボールとともに混合原料を入れ、完全密閉する。遊星ボールミルで回転数370rpmとして15時間メカニカルミリング処理し硫化物系固体電解質材料を得る。
熱処理炉2内の加熱部3の圧力が0.05kPa、露点が-60℃、酸素濃度50体積ppm未満となるように、窒素パージを行う。
加熱部3における加熱温度を430℃とし、加圧室における圧力が0.55kPa、露点が0℃未満℃、酸素濃度100体積ppmなるように、酸素及び窒素の混合ガスである加圧ガスを供給する。すなわち、加圧室における圧力と加熱部における圧力との差は0.5kPaであり、加圧室における圧力と外気圧との差は0.55kPaである。
続いて、搬送容器内に上記硫化物系固体電解質材料を500g入れ、投入口6付近に設けられたパージ部を窒素パージしながら熱処理炉2内に投入し、搬送ローラ5により加熱部3に搬送し、加熱処理を行う。
加熱処理物を冷却部4で冷却し、硫化物系固体電解質を取り出す。
硫化物系固体電解質材料の加熱部3への供給は、搬送速度11mm/分で容器を連続供給し、加熱時間1.5時間で連続的に熱処理を行う。12時間経過後、硫化物系固体電解質材料の供給を停止し、製造装置1の稼働を停止する。
境界部9において、硫黄の固着は確認できない。
図7に示す製造装置21の仕様に準じて試験を行う。
硫化物系固体電解質材料は例1と同様に調製した硫化物系固体電解質材料を得る。
炉心管22内の加熱部23の圧力が0.05kPa、露点が-60℃、酸素濃度50体積ppm未満となるように、窒素パージを行う。
加熱部23における加熱温度を430℃とし、加圧室における圧力が0.55kPa、露点が0℃未満℃、酸素濃度100体積ppmなるように、加圧ガスを供給する。すなわち、加圧室における圧力と加熱部における圧力との差は0.5kPaであり、加圧室における圧力と外気圧との差は0.55kPaである。
続いて、投入口24付近に設けられたパージ部を窒素パージしながら、投入口24より上記硫化物系固体電解質材料を連続的に投入し、加熱部23に搬送し、加熱処理を行う。
加熱処理物を冷却し、硫化物系固体電解質を取り出す。
硫化物系固体電解質材料の加熱部23への供給は1g/秒の割合で連続供給する。12時間経過後、43kgの硫化物系固体電解質を得た時点で硫化物系固体電解質材料の供給を停止し、製造装置21の稼働を停止する。
摺動部33において、硫黄の固着は確認できない。
図9に示す製造装置41の仕様に準じて試験を行う。
硫化物系固体電解質材料は例1と同様に調製した硫化物系固体電解質材料を得る。
乾燥炉42内の加熱部43の圧力が0.05kPa、露点が-60℃、酸素濃度50体積ppm未満となるように、窒素パージを行う。
加熱部43における加熱温度を300℃とし、加圧室における圧力が0.55kPa、露点が0℃未満℃、酸素濃度100体積ppmなるように、加圧ガスを供給する。すなわち、加圧室における圧力と加熱部における圧力との差は0.5kPaであり、加圧室における圧力と外気圧との差は0.55kPaである。
続いて、投入口46付近に設けられたパージ部を窒素パージしながら、投入口46より上記硫化物系固体電解質材料を連続的に投入し、スクリュー搬送部により加熱部43に搬送し、加熱処理を行う。
加熱処理物を冷却し、硫化物系固体電解質を取り出す。
硫化物系固体電解質材料の加熱部43への供給は1g/秒の割合で連続供給する。12時間経過後、43kgの硫化物系固体電解質を得た時点で硫化物系固体電解質材料の供給を停止し、製造装置41の稼働を停止する。
摺動部49において、硫黄の固着は確認できない。
加圧室10を設けないこと以外は図2に示す製造装置1の仕様に準じて試験を行う。
すなわち、加圧室10を加圧しないこと以外の各条件は例1と同様である。
43kgの硫化物系固体電解質を得た時点で、製造装置の稼働を停止する。
境界部9において、硫黄の固着が確認される。
2 熱処理炉
3 加熱部
4 冷却部
5 搬送ローラ
6 投入口
7 排出口
8 炉壁
9 境界部
10 加圧室
11a、11b ロール軸受け
12 駆動モータ
13 加圧ガス供給口
22 炉心管
23 加熱部
24 投入口
25 投入部
26 排出口
27 排出部
28 加圧室
29a、29b 軸受
30 回転駆動部
31 シールリング(固定部材側)
32 シールリング(回転部材側)
33 摺動部
34 加圧ガス供給口
35 シール部
42 乾燥炉
43 加熱部
44 駆動軸
45 搬送翼
46 投入口
47 排出口
48 軸シール部
49 摺動部
50 加圧室
51 駆動モータ
52 炉壁
53 シールリング(固定部材側)
54 シールリング(回転部材側)
55 加圧ガス供給口
Claims (8)
- 熱処理装置に硫化物系固体電解質材料を供給し、加熱処理する硫化物系固体電解質の製造方法であって、
前記熱処理装置は、前記硫化物系固体電解質材料を加熱処理する加熱部と、前記硫化物系固体電解質材料を前記加熱部により加熱しながら搬送する回転部材と、前記回転部材の軸線方向の端部側に配設された位置不動の固定部材と、前記回転部材と前記固定部材との境界部を加圧する加圧室とを有し、
前記加圧室の圧力を前記加熱部の圧力及び外気圧よりも高い圧力に制御しながら前記硫化物系固体電解質材料を加熱処理する硫化物系固体電解質の製造方法。 - 前記硫化物系固体電解質材料は、硫化物系固体電解質原料をメカニカルミリング又は加熱溶融して得られる、請求項1に記載の硫化物系固体電解質の製造方法。
- 前記加圧室の酸素ガス濃度は10体積ppm以上である、請求項1又は2に記載の硫化物系固体電解質の製造方法。
- 前記加熱部における加熱温度は300℃以上である、請求項1又は2に記載の硫化物系固体電解質の製造方法。
- 前記加圧室の圧力と、前記加熱部の圧力及び外気圧との圧力差は、それぞれ0.1kPa以上である、請求項1又は2に記載の硫化物系固体電解質の製造方法。
- 前記硫化物系固体電解質材料を連続的に供給し加熱処理する、請求項1又は2に記載の硫化物系固体電解質の製造方法。
- 硫化物系固体電解質材料を加熱処理する加熱部と、
前記硫化物系固体電解質材料を前記加熱部により加熱しながら搬送する回転部材と、
前記回転部材の軸線方向の端部側に配設された位置不動の固定部材と、
前記回転部材と前記固定部材との境界部を加圧する加圧室と
を備える硫化物系固体電解質の製造装置。 - さらに、前記加圧室に酸素ガスを供給する酸素ガス供給部を備える、請求項7に記載の硫化物系固体電解質の製造装置。
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