JP7427821B2 - Sulfide-based inorganic solid electrolyte materials, solid electrolytes, solid electrolyte membranes, and lithium ion batteries - Google Patents

Sulfide-based inorganic solid electrolyte materials, solid electrolytes, solid electrolyte membranes, and lithium ion batteries Download PDF

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Description

本発明は、硫化物系無機固体電解質材料、固体電解質、固体電解質膜およびリチウムイオン電池に関する。 The present invention relates to a sulfide-based inorganic solid electrolyte material, a solid electrolyte, a solid electrolyte membrane, and a lithium ion battery.

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

現在市販されているリチウムイオン電池には、可燃性の有機溶媒を含む電解液が使用されている。一方、電解液を固体電解質に変えて、電池を全固体化したリチウムイオン電池(以下、全固体型リチウムイオン電池とも呼ぶ。)は、電池内に可燃性の有機溶媒を用いないので、安全装置の簡素化が図れ、製造コストや生産性に優れると考えられている。 Lithium ion batteries currently on the market use electrolytes containing flammable organic solvents. On the other hand, lithium-ion batteries (hereinafter also referred to as all-solid-state lithium-ion batteries), which are made completely solid by changing the electrolyte to a solid electrolyte, do not use flammable organic solvents in the battery, so they have safety features. It is considered to be superior in manufacturing cost and productivity.

このような固体電解質に用いられる固体電解質材料としては、例えば、硫化物系無機固体電解質材料が知られている。 As a solid electrolyte material used for such a solid electrolyte, for example, a sulfide-based inorganic solid electrolyte material is known.

特許文献1(特開2016-27545号公報)には、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=29.86°±1.00°の位置にピークを有し、Li2y+3PS(0.1≦y≦0.175)の組成を有することを特徴とする硫化物系固体電解質材料が記載されている。 Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-27545) has a peak at the position of 2θ = 29.86° ± 1.00° in X-ray diffraction measurement using CuKα rays, and Li 2y+3 PS 4 (0 A sulfide-based solid electrolyte material is described having a composition of .1≦y≦0.175).

特開2016-27545号公報JP2016-27545A

本発明者らの検討によれば、硫化物系無機固体電解質材料は、大気中に曝すと、リチウムイオン伝導性が徐々に低下してしまう場合があることが明らかになった。
すなわち、従来の硫化物系無機固体電解質材料には、大気中に曝した際のリチウムイオン伝導性の低下を抑制するという観点において改善の余地があった。
According to studies conducted by the present inventors, it has become clear that when a sulfide-based inorganic solid electrolyte material is exposed to the atmosphere, the lithium ion conductivity may gradually decrease.
That is, conventional sulfide-based inorganic solid electrolyte materials have room for improvement in terms of suppressing a decrease in lithium ion conductivity when exposed to the atmosphere.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、大気中に曝した際のリチウムイオン伝導性の低下を抑制できる硫化物系無機固体電解質材料を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a sulfide-based inorganic solid electrolyte material that can suppress a decrease in lithium ion conductivity when exposed to the atmosphere.

本発明者らは、大気中に曝した際のリチウムイオン伝導性の低下を抑制できる硫化物系無機固体電解質材料を提供するために鋭意検討した。その結果、特定の方法で測定される硫化水素の発生量が少ない硫化物系無機固体電解質材料が、大気中に曝した際のリチウムイオン伝導性の低下を抑制できることを見出し、本発明に至った。 The present inventors have conducted extensive studies in order to provide a sulfide-based inorganic solid electrolyte material that can suppress a decrease in lithium ion conductivity when exposed to the atmosphere. As a result, they discovered that a sulfide-based inorganic solid electrolyte material that generates a small amount of hydrogen sulfide measured by a specific method can suppress the decline in lithium ion conductivity when exposed to the atmosphere, leading to the present invention. .

すなわち、本発明によれば、
リチウムイオン伝導性を有し、かつ、構成元素としてLi、PおよびSを含む硫化物系無機固体電解質材料であって、
下記の方法で測定される、硫化水素の発生量が20ppm以下である硫化物系無機固体電解質材料が提供される。
(方法)
アルゴンガスで置換したガラス製密閉容器内に当該硫化物系無機固体電解質材料を配置し、次いで、上記ガラス製密閉容器の上部から上記硫化物系無機固体電解質材料に水を滴下してから5分後に、上記ガラス製密閉容器内に発生した硫化水素ガス量を測定する。
That is, according to the present invention,
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having lithium ion conductivity and containing Li, P and S as constituent elements,
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material is provided that generates hydrogen sulfide in an amount of 20 ppm or less, as measured by the method described below.
(Method)
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material is placed in a glass sealed container that has been purged with argon gas, and then water is dripped onto the sulfide-based inorganic solid electrolyte material from the top of the glass sealed container for 5 minutes. Afterwards, the amount of hydrogen sulfide gas generated in the glass sealed container is measured.

また、本発明によれば、
上記硫化物系無機固体電解質材料を含む固体電解質が提供される。
Further, according to the present invention,
A solid electrolyte containing the above sulfide-based inorganic solid electrolyte material is provided.

さらに、本発明によれば、
上記固体電解質を主成分として含む固体電解質膜が提供される。
Furthermore, according to the present invention,
A solid electrolyte membrane containing the above solid electrolyte as a main component is provided.

さらに、本発明によれば、
正極活物質層を含む正極と、電解質層と、負極活物質層を含む負極とを備えたリチウムイオン電池であって、
上記正極活物質層、上記電解質層および上記負極活物質層のうち少なくとも一つが、上記硫化物系無機固体電解質材料を含むリチウムイオン電池が提供される。
Furthermore, according to the present invention,
A lithium ion battery comprising a positive electrode including a positive electrode active material layer, an electrolyte layer, and a negative electrode including a negative electrode active material layer,
A lithium ion battery is provided in which at least one of the positive electrode active material layer, the electrolyte layer, and the negative electrode active material layer includes the sulfide-based inorganic solid electrolyte material.

本発明によれば、大気中に曝した際のリチウムイオン伝導性の低下を抑制できる硫化物系無機固体電解質材料を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a sulfide-based inorganic solid electrolyte material that can suppress a decrease in lithium ion conductivity when exposed to the atmosphere.

本発明に係る実施形態のリチウムイオン電池の構造の一例を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention. 実施例で得られた硫化物系無機固体電解質材料のX線回折スペクトルを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an X-ray diffraction spectrum of a sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in an example. 比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料のX線回折スペクトルを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an X-ray diffraction spectrum of a sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in a comparative example. 実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料の硫化水素の発生量を測定する際に用いた装置の写真を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a photograph of an apparatus used to measure the amount of hydrogen sulfide generated from sulfide-based inorganic solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples.

以下に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には共通の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは一致していない。数値範囲の「A~B」は特に断りがなければ、A以上B以下を表す。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that, in all the drawings, similar constituent elements are given the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate. Furthermore, the figure is a schematic diagram and does not correspond to the actual dimensional ratio. Unless otherwise specified, the numerical range "A to B" represents a value greater than or equal to A and less than or equal to B.

[硫化物系無機固体電解質材料]
はじめに、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料について説明する。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、リチウムイオン伝導性を有し、かつ、構成元素としてLi、PおよびSを含む硫化物系無機固体電解質材料であって、下記の方法で測定される、硫化水素の発生量が20ppm以下、好ましくは15ppm以下、より好ましくは10ppm以下である。硫化水素の発生量の下限値は特に限定されないが、例えば1ppm以上、好ましくは0.1ppm以上である。
(方法)
アルゴンガスで置換したガラス製密閉容器内に当該硫化物系無機固体電解質材料を配置し、次いで、上記ガラス製密閉容器の上部から上記硫化物系無機固体電解質材料に水を滴下してから5分後に、上記ガラス製密閉容器内に発生した硫化水素ガス量を測定する。
[Sulfide-based inorganic solid electrolyte material]
First, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment will be explained.
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is a sulfide-based inorganic solid electrolyte material that has lithium ion conductivity and contains Li, P, and S as constituent elements, and is measured by the following method. The amount of hydrogen sulfide generated is 20 ppm or less, preferably 15 ppm or less, more preferably 10 ppm or less. The lower limit of the amount of hydrogen sulfide generated is not particularly limited, but is, for example, 1 ppm or more, preferably 0.1 ppm or more.
(Method)
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material is placed in a glass sealed container that has been purged with argon gas, and then water is dripped onto the sulfide-based inorganic solid electrolyte material from the top of the glass sealed container for 5 minutes. Afterwards, the amount of hydrogen sulfide gas generated in the glass sealed container is measured.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、上記の方法で測定される、硫化水素の発生量が上記上限値以下であることにより、大気中に曝した際のリチウムイオン伝導性の低下を抑制することができる。さらに、硫化水素の発生量が上記上限値以下であることにより、リチウムイオン伝導性を向上させることができる。
この理由については必ずしも明らかではないが、以下の理由が推察される。
硫化水素の発生量が上記上限値以下である硫化物系無機固体電解質材料は、大気中に含まれる水分と反応し難い構造を有しているからだと考えられる。
したがって、上記の方法で測定される、硫化水素の発生量が上記上限値以下であることは、従来の代表的な硫化物系無機固体電解質材料とは異なる新規な構造が形成されていることを表していると考えられる。
本実施形態において、硫化水素の発生量が上記上限値以下である硫化物系無機固体電解質材料は、硫化物系無機固体電解質材料の組成比率を高度に制御するとともに、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、原料である無機組成物をガラス化する工程およびアニール処理する工程を連続的におこない、従来よりも強力なせん断力および圧縮力をかけて硫化物系無機固体電解質材料を製造すること等により実現することが可能である。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment exhibits a decrease in lithium ion conductivity when exposed to the atmosphere because the amount of hydrogen sulfide generated is equal to or less than the upper limit value as measured by the method described above. can be suppressed. Furthermore, when the amount of hydrogen sulfide generated is below the above upper limit, lithium ion conductivity can be improved.
Although the reason for this is not necessarily clear, the following reasons are inferred.
This is considered to be because a sulfide-based inorganic solid electrolyte material that generates hydrogen sulfide in an amount below the above upper limit has a structure that is difficult to react with moisture contained in the atmosphere.
Therefore, the fact that the amount of hydrogen sulfide generated, measured by the above method, is below the above upper limit value indicates that a new structure different from that of conventional typical sulfide-based inorganic solid electrolyte materials has been formed. It is thought that it represents.
In this embodiment, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material whose hydrogen sulfide generation amount is below the upper limit value is obtained by highly controlling the composition ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material and by combining shear stress and compressive stress. The process of vitrifying and annealing the inorganic composition as a raw material is performed continuously using a grinding device, and the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is processed by applying stronger shear and compression forces than conventional ones. This can be achieved by manufacturing or the like.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=17.2±0.5°の位置、回折角2θ=25.6±0.5°の位置および回折角2θ=29.2±0.8°の位置にそれぞれ回折ピークを有することが好ましい。
これにより、電気化学安定性を良好に維持しつつ、リチウムイオン伝導性を向上させることができる。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment has a position at a diffraction angle 2θ=17.2±0.5° and a diffraction angle 2θ=25° in a spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source. It is preferable to have a diffraction peak at a position of .6±0.5° and a diffraction angle of 2θ=29.2±0.8°.
Thereby, lithium ion conductivity can be improved while maintaining good electrochemical stability.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=17.2±0.5°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が好ましくは2.0以上、より好ましくは3.5以上、さらに好ましくは5.0以上、特に好ましくは6.0以上である。
/Iの値を上記下限値以上とすることにより、リチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。
また、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料において、I/Iの値の上限値は特に限定されないが、例えば30.0以下、好ましくは20.0以下、さらに好ましくは15.0以下、特に好ましくは13.0以下である。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の上記I/Iの値は、硫化物系無機固体電解質材料の組成比率を調整することや、原料である無機組成物をガラス化する工程やアニール処理する工程を、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて連続的におこなうこと等により実現することが可能である。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment backs the maximum diffraction intensity at the position of diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1° in the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source. When the ground intensity IA is the maximum diffraction intensity of the diffraction peak existing at the diffraction angle 2θ=17.2±0.5° IB , the value of IB / IA is preferably 2.0 or more. , more preferably 3.5 or more, still more preferably 5.0 or more, particularly preferably 6.0 or more.
By setting the value of I B /I A to be equal to or greater than the above lower limit, lithium ion conductivity can be further improved.
Further, in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the upper limit of the value of I B /I A is not particularly limited, but is, for example, 30.0 or less, preferably 20.0 or less, and more preferably 15.0 or less. It is 0 or less, particularly preferably 13.0 or less.
The value of I B /I A of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment can be determined by adjusting the composition ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material or by vitrifying the raw material inorganic composition. This can be achieved by continuously carrying out the steps of annealing and annealing using a crushing device that combines shear stress and compressive stress.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=25.6±0.5°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が好ましくは2.0以上、より好ましくは2.5以上、さらに好ましくは3.0以上である。
また、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料において、I/Iの値の上限値は特に限定されないが、例えば20.0以下、好ましくは15.0以下、さらに好ましくは10.0以下、特に好ましくは8.0以下である。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の上記I/Iの値は、硫化物系無機固体電解質材料の組成比率を調整すること等により実現することが可能である。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment backs the maximum diffraction intensity at the position of diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1° in the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source. When the ground intensity is IA and the maximum diffraction intensity of the diffraction peak existing at the diffraction angle 2θ=25.6±0.5° is IC , the value of IC / IA is preferably 2.0 or more. , more preferably 2.5 or more, still more preferably 3.0 or more.
Further, in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the upper limit of the value of I C /I A is not particularly limited, but is, for example, 20.0 or less, preferably 15.0 or less, and more preferably 10.0. It is 0 or less, particularly preferably 8.0 or less.
The value of I C /I A of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment can be achieved by adjusting the composition ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=29.2±0.8°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が好ましくは2.0以上、より好ましくは3.0以上、さらに好ましくは4.0以上、特に好ましくは5.0以上である。
また、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料において、I/Iの値の上限値は特に限定されないが、例えば30.0以下、好ましくは15.0以下、さらに好ましくは13.0以下、特に好ましくは10.5以下である。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の上記I/Iの値は、硫化物系無機固体電解質材料の組成比率を調整すること等により実現することが可能である。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment backs the maximum diffraction intensity at the position of diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1° in the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source. When the ground intensity is IA and the maximum diffraction intensity of the diffraction peak existing at the diffraction angle 2θ=29.2±0.8° is ID , the value of ID / IA is preferably 2.0 or more. , more preferably 3.0 or more, still more preferably 4.0 or more, particularly preferably 5.0 or more.
Further, in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the upper limit of the value of I D /I A is not particularly limited, but is, for example, 30.0 or less, preferably 15.0 or less, and more preferably 13.0 or less. It is 0 or less, particularly preferably 10.5 or less.
The value of I D /I A of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment can be achieved by adjusting the composition ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material.

また、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=26.6±0.4°の位置にさらに回折ピークを有することが好ましい。
これにより、電気化学安定性を良好に維持しつつ、リチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。
この理由については必ずしも明らかではないが、以下の理由が推察される。
回折角2θ=26.6±0.4°の位置にさらに回折ピークを有する硫化物系無機固体電解質材料は、LiPS等の従来の代表的な硫化物系無機固体電解質材料とは大きく異なるX線回折プロファイルを示している(LiPSのXRDデーターベースであるJCPDS(Joint Committee on Powder Diffraction Standards)カードのNO.01-076-0973参照)。
そのため、回折角2θ=26.6±0.4°の位置にさらに回折ピークを有する硫化物系無機固体電解質材料は、従来の硫化物系無機固体電解質材料とは異なる新規な構造を有していると考えられる。このような新規な構造はリチウムイオンがより容易にホッピングするような構造であると考えられる。そのため、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、リチウムイオンの拡散性に優れており、その結果、従来の代表的な硫化物系無機固体電解質材料よりも高いイオン伝導度を発現したと考えられる。
したがって、回折角2θ=17.2±0.5°の位置、回折角2θ=25.6±0.5°の位置、回折角2θ=26.6±0.4°および回折角2θ=29.2±0.8°の位置にそれぞれ回折ピークを有することは、従来の代表的な硫化物系無機固体電解質材料とは異なる新規な構造が形成されていることを表していると考えられる。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の上記X線回折プロファイルは、硫化物系無機固体電解質材料の組成比率を調整することや、原料である無機組成物をガラス化する工程やアニール処理する工程を、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて連続的におこなうこと等により実現することが可能である。
Moreover, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment has an additional diffraction peak at the position of the diffraction angle 2θ=26.6±0.4° in the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source. It is preferable to have.
Thereby, lithium ion conductivity can be further improved while maintaining good electrochemical stability.
Although the reason for this is not necessarily clear, the following reasons are inferred.
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material, which further has a diffraction peak at the diffraction angle 2θ = 26.6 ± 0.4°, is significantly different from conventional typical sulfide-based inorganic solid electrolyte materials such as Li 3 PS 4 . They show different X-ray diffraction profiles (see No. 01-076-0973 of the JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) card, which is the XRD database of Li 3 PS 4 ).
Therefore, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material, which has an additional diffraction peak at the diffraction angle 2θ = 26.6 ± 0.4°, has a new structure that is different from conventional sulfide-based inorganic solid electrolyte materials. It is thought that there are. It is thought that such a new structure allows lithium ions to more easily hop. Therefore, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment has excellent lithium ion diffusivity, and as a result, exhibits higher ionic conductivity than typical sulfide-based inorganic solid electrolyte materials. it is conceivable that.
Therefore, the position of diffraction angle 2θ = 17.2 ± 0.5°, the position of diffraction angle 2θ = 25.6 ± 0.5°, the position of diffraction angle 2θ = 26.6 ± 0.4°, and the position of diffraction angle 2θ = 29 The fact that each of the diffraction peaks is at a position of 0.2±0.8° is considered to indicate that a new structure different from that of conventional typical sulfide-based inorganic solid electrolyte materials is formed.
The above X-ray diffraction profile of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment can be obtained by adjusting the composition ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material, by vitrifying the raw material inorganic composition, and by annealing. It is possible to realize this step by continuously performing the step using a crushing device that combines shear stress and compressive stress.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=26.6±0.4°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとしたとき、I/Iの値が好ましくは2.2以上、より好ましくは2.5以上、さらに好ましくは3.0以上、特に好ましくは3.5以上である。
/Iの値を上記下限値以上とすることにより、リチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。
また、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料において、I/Iの値の上限値は特に限定されないが、例えば15.0以下、好ましくは10.0以下、さらに好ましくは8.0以下、さらにより好ましくは6.5以下、特に好ましくは5.0以下である。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の上記I/Iの値は、硫化物系無機固体電解質材料の組成比率を調整すること等により実現することが可能である。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment backs the maximum diffraction intensity at the position of diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1° in the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source. When the ground intensity is IA and the maximum diffraction intensity of the diffraction peak existing at the diffraction angle 2θ=26.6±0.4° is IE , the value of IE / IA is preferably 2.2 or more. , more preferably 2.5 or more, still more preferably 3.0 or more, particularly preferably 3.5 or more.
By setting the value of I E /I A to be equal to or greater than the above lower limit, lithium ion conductivity can be further improved.
Further, in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the upper limit of the I E /I A value is not particularly limited, but is, for example, 15.0 or less, preferably 10.0 or less, and more preferably 8.0 or less. It is 0 or less, even more preferably 6.5 or less, particularly preferably 5.0 or less.
The value of I E /I A of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment can be achieved by adjusting the composition ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、リチウムイオン伝導性、電気化学的安定性、水分や空気中での安定性および取り扱い性等をより一層向上させる観点から、当該硫化物系無機固体電解質材料中の上記Pの含有量に対する上記Liの含有量のモル比Li/Pが好ましくは1.0以上5.0以下であり、より好ましくは2.0以上4.0以下であり、さらに好ましくは2.5以上3.8以下であり、さらにより好ましくは2.8以上3.6以下であり、さらにより好ましくは3.0以上3.5以下であり、さらにより好ましくは3.1以上3.4以下、特に好ましくは3.1以上3.3以下であり、そして上記Pの含有量に対する上記Sの含有量のモル比S/Pが、好ましくは2.0以上6.0以下であり、より好ましくは3.0以上5.0以下であり、さらに好ましくは3.5以上4.5以下であり、さらにより好ましくは3.8以上4.2以下、さらにより好ましくは3.9以上4.1以下、特に好ましくは4.0である。
ここで、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料中のLi、PおよびSの含有量は、例えば、ICP発光分光分析やX線分析により求めることができる。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is designed to further improve lithium ion conductivity, electrochemical stability, stability in moisture and air, and handleability. The molar ratio Li/P of the Li content to the P content in the solid electrolyte material is preferably 1.0 or more and 5.0 or less, more preferably 2.0 or more and 4.0 or less, More preferably, it is 2.5 or more and 3.8 or less, even more preferably 2.8 or more and 3.6 or less, even more preferably 3.0 or more and 3.5 or less, and even more preferably 3. 1 or more and 3.4 or less, particularly preferably 3.1 or more and 3.3 or less, and the molar ratio S/P of the content of S to the content of P is preferably 2.0 or more and 6.0. or less, more preferably 3.0 or more and 5.0 or less, still more preferably 3.5 or more and 4.5 or less, even more preferably 3.8 or more and 4.2 or less, even more preferably 3 .9 or more and 4.1 or less, particularly preferably 4.0.
Here, the contents of Li, P, and S in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment can be determined by, for example, ICP emission spectrometry or X-ray analysis.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料において、27.0℃、印加電圧10mV、測定周波数域0.1Hz~7MHzの測定条件における交流インピーダンス法による硫化物系無機固体電解質材料のリチウムイオン伝導度は、好ましくは2.2×10-4S・cm-1以上、より好ましくは3.0×10-4S・cm-1以上、さらに好ましくは4.0×10-4S・cm-1以上、特に好ましくは5.0×10-4S・cm-1以上である。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料のリチウムイオン伝導度が上記下限値以上であると、電池特性により一層優れたリチウムイオン電池を得ることができる。さらに、このような硫化物系無機固体電解質材料を用いると、入出力特性により一層優れたリチウムイオン電池を得ることができる。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, lithium ion conduction of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material was measured using the AC impedance method under measurement conditions of 27.0°C, applied voltage of 10 mV, and measurement frequency range of 0.1 Hz to 7 MHz. The degree is preferably 2.2×10 −4 S・cm −1 or more, more preferably 3.0×10 −4 S・cm −1 or more, and even more preferably 4.0×10 −4 S・cm − 1 or more, particularly preferably 5.0×10 −4 S·cm −1 or more.
When the lithium ion conductivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is at least the above lower limit, a lithium ion battery with even more excellent battery characteristics can be obtained. Furthermore, by using such a sulfide-based inorganic solid electrolyte material, a lithium ion battery with even better input/output characteristics can be obtained.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の形状としては、例えば粒子状を挙げることができる。
本実施形態に係る粒子状の硫化物系無機固体電解質材料は特に限定されないが、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径d50が、好ましくは1μm以上100μm以下であり、より好ましくは3μm以上80μm以下、さらに好ましくは5μm以上60μm以下である。
硫化物系無機固体電解質材料の平均粒子径d50を上記範囲内とすることにより、良好なハンドリング性を維持すると共にリチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。
The shape of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment may be, for example, particulate.
The particulate sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is not particularly limited, but preferably has an average particle diameter d50 of 1 μm or more and 100 μm or less in weight-based particle size distribution measured by laser diffraction scattering particle size distribution measurement method. , more preferably 3 μm or more and 80 μm or less, still more preferably 5 μm or more and 60 μm or less.
By setting the average particle diameter d50 of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material within the above range, good handling properties can be maintained and lithium ion conductivity can be further improved.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は電気化学的安定性に優れていることが好ましい。ここで、電気化学的安定性とは、例えば、広い電圧範囲で酸化還元されにくい性質をいう。より具体的には、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料において、温度25℃、掃引電圧範囲0~5V、電圧掃引速度5mV/秒の条件で測定される硫化物系無機固体電解質材料の酸化分解電流の最大値が0.50μA以下であることが好ましく、0.20μA以下であることがより好ましく、0.10μA以下であることがさらに好ましく、0.05μA以下であることがさらにより好ましく、0.03μA以下であることが特に好ましい。
硫化物系無機固体電解質材料の酸化分解電流の最大値が上記上限値以下であると、リチウムイオン電池内での硫化物系無機固体電解質材料の酸化分解を抑制することができるため好ましい。
硫化物系無機固体電解質材料の酸化分解電流の最大値の下限値は特に限定されないが、例えば、0.0001μA以上である。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment preferably has excellent electrochemical stability. Here, electrochemical stability refers to, for example, the property of being resistant to redox over a wide voltage range. More specifically, in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is measured under the conditions of a temperature of 25° C., a sweep voltage range of 0 to 5 V, and a voltage sweep rate of 5 mV/sec. The maximum value of the oxidative decomposition current is preferably 0.50 μA or less, more preferably 0.20 μA or less, even more preferably 0.10 μA or less, and even more preferably 0.05 μA or less. Preferably, it is particularly preferably 0.03 μA or less.
It is preferable that the maximum value of the oxidative decomposition current of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is less than or equal to the above upper limit because oxidative decomposition of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material in the lithium ion battery can be suppressed.
The lower limit of the maximum value of the oxidative decomposition current of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is not particularly limited, but is, for example, 0.0001 μA or more.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、リチウムイオン伝導性を必要とする任意の用途に用いることができる。中でも、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、リチウムイオン電池に用いられることが好ましい。より具体的には、リチウムイオン電池における正極活物質層、負極活物質層、電解質層等に使用される。さらに、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、全固体型リチウムイオン電池を構成する正極活物質層、負極活物質層、固体電解質層等に好適に用いられ、全固体型リチウムイオン電池を構成する固体電解質層に特に好適に用いられる。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を適用した全固体型リチウムイオン電池の例としては、正極と、固体電解質層と、負極とがこの順番に積層されたものが挙げられる。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment can be used for any purpose requiring lithium ion conductivity. Among these, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment is preferably used for lithium ion batteries. More specifically, it is used for a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, an electrolyte layer, etc. in a lithium ion battery. Further, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is suitably used for a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, a solid electrolyte layer, etc. that constitute an all-solid-state lithium ion battery, and is suitable for all-solid-state lithium ion batteries. It is particularly suitable for use in solid electrolyte layers constituting batteries.
An example of an all-solid-state lithium ion battery to which the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment is applied is one in which a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode are stacked in this order.

[硫化物系無機固体電解質材料の製造方法]
次に、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法について説明する。
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法は、従来の硫化物系無機固体電解質材料の製造方法とは異なるものである。すなわち、硫化水素の発生量が上記上限値以下である硫化物系無機固体電解質材料は、(1)硫化物系無機固体電解質材料の組成比率を高度に制御すること、(2)原料である無機組成物をガラス化する工程およびアニール処理する工程を連続的におこない、従来よりも強力なせん断力および圧縮力をかけて硫化物系無機固体電解質材料を製造すること等の製法上の工夫点を採用することによって初めて得ることができる。
ただし、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、上記2つの製法上の工夫点を採用することを前提に、例えば、各種原料の混合条件等の具体的な製造条件は種々のものを採用することができる。
以下、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法をより具体的に説明する。
[Method for producing sulfide-based inorganic solid electrolyte material]
Next, a method for manufacturing the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment will be described.
The method for manufacturing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment is different from the conventional method for manufacturing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. In other words, a sulfide-based inorganic solid electrolyte material that generates hydrogen sulfide in an amount below the above upper limit requires (1) highly controlled composition ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material, and (2) inorganic raw material. We have developed innovative manufacturing methods such as continuously performing the vitrification process and annealing process of the composition, and applying stronger shear and compressive forces than before to produce a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. You can only get it by adopting it.
However, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment is based on the premise that the above two manufacturing methods are adopted, and the specific manufacturing conditions, such as the mixing conditions of various raw materials, are various. can be adopted.
Hereinafter, the method for manufacturing the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment will be described in more detail.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料は、例えば、以下の工程(A)、(B)および(C)を含む製造方法により得ることができる。また、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法は、必要に応じて、以下の工程(D)および(E)をさらに含んでもよい。
工程(A):原料である2種以上の無機化合物を含む原料無機組成物を準備する工程
工程(B):せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、原料無機組成物を機械的処理することにより、原料である無機化合物同士を化学反応させながらガラス化して、ガラス状態の硫化物系無機固体電解質材料を得る工程
工程(C)せん断応力および圧縮応力を組み合わせた上記粉砕装置を用いて、ガラス状態の硫化物系無機固体電解質材を機械的処理することによりアニール処理し、少なくとも一部を結晶化する工程
工程(D):準備工程(A)とガラス化工程(B)との間に、工程(A)で準備した上記原料無機組成物を加熱することにより原料無機組成物を結晶化する工程
工程(E):得られた硫化物系無機固体電解質材料を粉砕、分級、または造粒する工程
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment can be obtained, for example, by a manufacturing method including the following steps (A), (B), and (C). Further, the method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment may further include the following steps (D) and (E) as necessary.
Step (A): Step of preparing a raw material inorganic composition containing two or more types of inorganic compounds as raw materials. Step (B): Mechanically crushing the raw material inorganic composition using a crushing device that combines shear stress and compressive stress. A step of vitrifying raw inorganic compounds while chemically reacting with each other to obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material in a glass state. Step (C) Using the above-mentioned crushing device that combines shear stress and compressive stress. Step (D): A step of annealing the sulfide-based inorganic solid electrolyte material in a glass state by mechanical treatment to crystallize at least a part of the material. Step (D): A step of combining the preparation step (A) and the vitrification step (B) In the meantime, a step of crystallizing the raw material inorganic composition by heating the raw material inorganic composition prepared in step (A).Step (E): The obtained sulfide-based inorganic solid electrolyte material is pulverized, classified, or Granulation process

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法によれば、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、ガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C)を連続的におこなうため、従来の製造方法に比べて、無機組成物に強力なせん断応力および圧縮応力を与えることができるため、無機組成物を構成する粒子同士の摩擦熱をより効果的に発生させることができる。そのため、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法によれば、ガラス状態の硫化物系無機固体電解質材料に対して、より効果的に熱を伝えることができ、その結果、従来とは異なる新規な構造を有する硫化物系無機固体電解質材料を実現できていると考えられる。 According to the method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the vitrification step (B) and the annealing treatment step (C) are continuously performed using a crushing device that combines shear stress and compressive stress. Because of this, it is possible to apply strong shear stress and compressive stress to the inorganic composition compared to conventional manufacturing methods, making it possible to more effectively generate frictional heat between the particles that make up the inorganic composition. . Therefore, according to the method for manufacturing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, heat can be transmitted more effectively to the sulfide-based inorganic solid electrolyte material in a glass state, and as a result, heat can be transmitted more effectively to the sulfide-based inorganic solid electrolyte material in a glass state. It is believed that a sulfide-based inorganic solid electrolyte material with a new structure different from that of the previous one has been realized.

(原料無機組成物を準備する工程(A))
はじめに、原料である硫化リチウム、硫化リン、窒化リチウム等の2種以上の無機化合物を特定の割合で含む原料無機組成物を準備する。ここで、原料無機組成物中の各原料の混合比は、得られる硫化物系無機固体電解質材料が所望の組成比になるように調整する。
各原料を混合する方法としては各原料を均一に混合できる混合方法であれば特に限定されないが、例えば、クラッシャー、ボールミル、ビーズミル、振動ミル、打撃粉砕装置、ミキサー(パグミキサー、リボンミキサー、タンブラーミキサー、ドラムミキサー、V型混合器等)、ニーダー、2軸ニーダー、気流粉砕機等を用いて混合することができる。
各原料を混合するときの攪拌速度や処理時間、温度、反応圧力、混合物に加えられる重力加速度等の混合条件は、混合物の処理量によって適宜決定することができる。
(Step (A) of preparing raw material inorganic composition)
First, a raw material inorganic composition containing two or more kinds of inorganic compounds such as lithium sulfide, phosphorus sulfide, and lithium nitride in a specific ratio is prepared. Here, the mixing ratio of each raw material in the raw material inorganic composition is adjusted so that the obtained sulfide-based inorganic solid electrolyte material has a desired composition ratio.
The method of mixing each raw material is not particularly limited as long as it can mix each raw material uniformly, but examples include crushers, ball mills, bead mills, vibration mills, impact crushers, mixers (pug mixers, ribbon mixers, tumbler mixers , a drum mixer, a V-type mixer, etc.), a kneader, a twin-screw kneader, an air flow mill, and the like.
Mixing conditions such as stirring speed, processing time, temperature, reaction pressure, and gravitational acceleration applied to the mixture when mixing each raw material can be appropriately determined depending on the amount of the mixture to be processed.

原料として用いる硫化リチウムとしては特に限定されず、市販されている硫化リチウムを使用してもよいし、例えば、水酸化リチウムと硫化水素との反応により得られる硫化リチウムを使用してもよい。高純度な硫化物系無機固体電解質材料を得る観点および副反応を抑制する観点から、不純物の少ない硫化リチウムを使用することが好ましい。
ここで、本実施形態において、硫化リチウムには多硫化リチウムも含まれる。
The lithium sulfide used as a raw material is not particularly limited, and commercially available lithium sulfide may be used, or, for example, lithium sulfide obtained by a reaction between lithium hydroxide and hydrogen sulfide may be used. From the viewpoint of obtaining a highly pure sulfide-based inorganic solid electrolyte material and suppressing side reactions, it is preferable to use lithium sulfide with few impurities.
In this embodiment, lithium sulfide also includes lithium polysulfide.

原料として用いる硫化リンとしては特に限定されず、市販されている硫化リン(例えば、P、P、P、P等)を使用することができる。高純度な硫化物系無機固体電解質材料を得る観点および副反応を抑制する観点から、不純物の少ない硫化リンを使用することが好ましい。また、硫化リンに代えて、相当するモル比の単体リン(P)および単体硫黄(S)を用いることもできる。単体リン(P)および単体硫黄(S)は、工業的に生産され、販売されているものであれば、特に限定なく使用することができる。 The phosphorus sulfide used as a raw material is not particularly limited, and commercially available phosphorus sulfides (for example, P 2 S 5 , P 4 S 3 , P 4 S 7 , P 4 S 5 , etc.) can be used. From the viewpoint of obtaining a highly pure sulfide-based inorganic solid electrolyte material and suppressing side reactions, it is preferable to use phosphorus sulfide with few impurities. Moreover, in place of phosphorus sulfide, elemental phosphorus (P) and elemental sulfur (S) in corresponding molar ratios can also be used. Elemental phosphorus (P) and elemental sulfur (S) can be used without particular limitation as long as they are industrially produced and sold.

原料としては窒化リチウムを用いてもよい。ここで、窒化リチウム中の窒素はNとして系内に排出されるため、原料である無機化合物として窒化リチウムを利用することで、構成元素としてLi、P、およびSを含む硫化物系無機固体電解質材料に対し、Li組成のみを増加させることが可能となる。
本実施形態に係る窒化リチウムとしては特に限定されず、市販されている窒化リチウム(例えば、LiN等)を使用してもよいし、例えば、金属リチウム(例えば、Li箔)と窒素ガスとの反応により得られる窒化リチウムを使用してもよい。高純度な固体電解質材料を得る観点および副反応を抑制する観点から、不純物の少ない窒化リチウムを使用することが好ましい。
Lithium nitride may be used as the raw material. Here, since the nitrogen in lithium nitride is discharged into the system as N2 , by using lithium nitride as the raw material inorganic compound, a sulfide-based inorganic solid containing Li, P, and S as constituent elements can be produced. It becomes possible to increase only the Li composition in the electrolyte material.
The lithium nitride according to the present embodiment is not particularly limited, and commercially available lithium nitride (for example, Li 3 N, etc.) may be used, or for example, lithium metal (for example, Li foil) and nitrogen gas may be used. Lithium nitride obtained by the reaction may also be used. From the viewpoint of obtaining a highly pure solid electrolyte material and suppressing side reactions, it is preferable to use lithium nitride with few impurities.

(ガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C))
つづいて、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、上記原料無機組成物を機械的処理することにより、2種以上の上記無機化合物を化学反応させながら上記無機組成物をガラス化するガラス化工程(B)をおこなう。次いで、このガラス化工程(B)に続いて、ガラス化工程(B)で用いた粉砕装置をそのまま用いて、ガラス状態の硫化物系無機固体電解質材料を機械的処理することによりアニール処理し、少なくとも一部を結晶化するアニール処理工程(C)をおこなう。
すなわち、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法では、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、ガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C)を連続的におこなう。ここで、ガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C)とは、明確に区別される必要はなく、ガラス化工程(B)からアニール処理工程(C)に徐々に変化していく場合も含まれる。
(Vitrification process (B) and annealing process (C))
Next, the raw inorganic composition is mechanically treated using a crushing device that combines shear stress and compressive stress, thereby vitrifying the inorganic composition while causing a chemical reaction between two or more of the inorganic compounds. Perform the vitrification step (B). Next, following this vitrification step (B), the sulfide-based inorganic solid electrolyte material in the glass state is annealed by mechanical treatment using the crushing device used in the vitrification step (B) as it is, An annealing treatment step (C) for crystallizing at least a portion is performed.
That is, in the method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the vitrification step (B) and the annealing step (C) are continuously performed using a crushing device that combines shear stress and compressive stress. Let's do it. Here, the vitrification process (B) and the annealing process (C) do not need to be clearly distinguished, and may gradually change from the vitrification process (B) to the annealing process (C). included.

本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法におけるガラス化工程(B)では、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、無機組成物を機械的処理することにより、2種以上の無機化合物を化学反応させながら硫化物系無機固体電解質材料をガラス化する。そして、無機組成物がガラス化した後も、この粉砕装置を用いた機械的処理を連続的におこない、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料のアニール処理をおこなう。ここで、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置を用いて、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料に対してせん断応力および圧縮応力をかけ続けていると、硫化物系無機固体電解質材料を構成する粒子同士の摩擦熱によって、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料が加熱され、その結果、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料がアニール処理され、一部が結晶化する。すなわち、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法におけるアニール処理工程(C)では、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料に対してせん断応力および圧縮応力をかけた際に生じる熱によって、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料をアニール処理することができる。
アニール処理工程(C)をおこなうことにより、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料の少なくとも一部が結晶化して、ガラスセラミックス状態の硫化物系無機固体電解質材料とすることができる。
In the vitrification step (B) in the method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, the inorganic composition is mechanically treated using a crushing device that combines shear stress and compressive stress. A sulfide-based inorganic solid electrolyte material is vitrified while chemically reacting one or more inorganic compounds. Even after the inorganic composition is vitrified, mechanical treatment using this crushing device is continuously performed, and the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material is annealed. Here, if shear stress and compressive stress are continuously applied to the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material using a crushing device that combines shear stress and compressive stress, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material The vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material is heated by the frictional heat between the constituent particles, and as a result, the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material is annealed and partially crystallized. That is, in the annealing treatment step (C) in the method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, shear stress and compressive stress generated when applying shear stress and compressive stress to the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material The vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material can be annealed by heat.
By performing the annealing treatment step (C), at least a portion of the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material can be crystallized to form a sulfide-based inorganic solid electrolyte material in a glass ceramic state.

アニール処理工程(C)におけるガラス化した硫化物系無機固体電解質材料の加熱温度としては、200℃以上500℃以下の範囲内であることが好ましく、220℃以上350℃以下の範囲内であることがより好ましい。 The heating temperature of the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material in the annealing treatment step (C) is preferably in the range of 200°C or more and 500°C or less, and preferably in the range of 220°C or more and 350°C or less. is more preferable.

アニール処理工程(C)では、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料とは異なる回折ピークが観察されるまで機械的処理をおこなうことが好ましい。ここで、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料とは異なる回折ピークが観察されることは、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料の少なくとも一部が結晶化して、ガラスセラミックス状態になっていることを意味すると考えられる。 In the annealing treatment step (C), mechanical treatment is performed until a diffraction peak different from that of the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material is observed in the spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source. It is preferable. Here, the fact that a diffraction peak different from that of the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material is observed indicates that at least a portion of the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material has crystallized and is in a glass-ceramic state. It is thought to mean that there is.

ガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C)における上記機械的処理は、2種以上の上記無機化合物を機械的に衝突させることにより、化学反応させながら上記無機組成物をガラス化させたり、ガラス化した無機組成物をアニール処理したりすることができるものであり、例えば、メカノケミカル処理等が挙げられる。ここで、メカノケミカル処理とは、対象の組成物にせん断力や衝突力のような機械的エネルギーを加える方法である。 The mechanical treatment in the vitrification step (B) and the annealing step (C) includes vitrifying the inorganic composition while causing a chemical reaction by mechanically colliding two or more of the inorganic compounds, The vitrified inorganic composition can be subjected to an annealing treatment, such as mechanochemical treatment. Here, the mechanochemical treatment is a method of applying mechanical energy such as shear force or collision force to the target composition.

ガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C)において、上記機械的処理は乾式でおこなうことが好ましい。これにより、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料から有機溶媒等の液体成分を除去する操作が不要となり、硫化物系無機固体電解質材料の生産性をより向上させることができる。また、硫化物系無機固体電解質材料と有機溶媒との反応を防ぐことができる。さらに、有機溶媒等の液体成分を使用しないため、製造工程における安全性もより一層良好にすることができる。 In the vitrification step (B) and the annealing step (C), the mechanical treatment is preferably carried out in a dry manner. This eliminates the need for an operation to remove liquid components such as organic solvents from the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material, and the productivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material can be further improved. Further, reaction between the sulfide-based inorganic solid electrolyte material and the organic solvent can be prevented. Furthermore, since no liquid components such as organic solvents are used, safety in the manufacturing process can be further improved.

本実施形態に係るせん断応力および圧縮応力を組み合わせた粉砕装置としては、例えば、ロールミル;削岩機や振動ドリル、インパクトドライバ等で代表される回転(せん断応力)および打撃(圧縮応力)を組み合わせた機構からなる回転・打撃粉砕装置;高圧型グライディングロール;ローラ式竪型ミルやボール式竪型ミル等の竪型ミル等が挙げられる。これらの中でも、連続生産性に優れている観点から、ロールミルおよび竪型ミルが好ましく、ロールミルがより好ましい。 Examples of crushing devices that combine shear stress and compressive stress according to this embodiment include roll mills; Examples include a rotating/impact crushing device consisting of a mechanism; a high-pressure gliding roll; and a vertical mill such as a roller-type vertical mill and a ball-type vertical mill. Among these, from the viewpoint of excellent continuous productivity, roll mills and vertical mills are preferred, and roll mills are more preferred.

また、本実施形態に係るロールミルは3本以上のロールにより構成されていることが好ましい。これによりガラス化処理およびアニール処理をより一層連続的におこなうことができるため、得られる硫化物系無機固体電解質材料の生産性をより一層向上させることができる。 Further, it is preferable that the roll mill according to this embodiment is constituted by three or more rolls. As a result, the vitrification treatment and the annealing treatment can be performed more continuously, so that the productivity of the obtained sulfide-based inorganic solid electrolyte material can be further improved.

また、本実施形態に係るロールミルを構成するロールの直径は、40mm以上であることが好ましく、50mm以上であることがより好ましく、60mm以上であることがさらに好ましい。これにより、ロール間に存在する原料無機組成物に対し、より一層強力なせん断応力および圧縮応力を与えることができるため、原料無機組成物のガラス化をより一層効率良く進めることができる。さらに、ロール間に存在するガラス化した硫化物系無機固体電解質材料に対しより一層強力なせん断応力および圧縮応力を与えることができるため、硫化物系無機固体電解質材料を構成する粒子同士の摩擦熱をより効果的に発生させることができ、その結果、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料のアニール処理をより効果的に進めることが可能となる。 Further, the diameter of the rolls constituting the roll mill according to this embodiment is preferably 40 mm or more, more preferably 50 mm or more, and even more preferably 60 mm or more. As a result, even stronger shear stress and compressive stress can be applied to the raw material inorganic composition present between the rolls, so that the vitrification of the raw material inorganic composition can be further efficiently performed. Furthermore, it is possible to apply even stronger shear stress and compressive stress to the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material that exists between the rolls, so the frictional heat generated by the particles that make up the sulfide-based inorganic solid electrolyte material can be generated more effectively, and as a result, it becomes possible to proceed with the annealing treatment of the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material more effectively.

また、本実施形態に係るロールミルは、隣接するロールの回転速度が異なることが好ましい。これにより、ロール間に存在する無機組成物に対し、圧縮応力を与えつつ、より効果的にせん断応力を与えることができるため、原料無機組成物のガラス化をより一層効率良く進めることができる。
また、本実施形態に係るロールミルは、隣接するロールの回転する向きが異なることが好ましい。これにより、ロール間に存在する無機組成物に対し、圧縮応力をより効果的に与えることができる。
Further, in the roll mill according to this embodiment, it is preferable that the rotational speeds of adjacent rolls are different. Thereby, shear stress can be applied more effectively to the inorganic composition existing between the rolls while applying compressive stress, so that the vitrification of the raw material inorganic composition can be further efficiently performed.
Further, in the roll mill according to this embodiment, it is preferable that adjacent rolls rotate in different directions. Thereby, compressive stress can be applied more effectively to the inorganic composition present between the rolls.

本実施形態に係るロールミルを構成するロールの少なくとも表面は、セラミックス材料および金属材料から選択される少なくとも一種の材料により構成されていることが好ましい。
金属材料としては、例えば、遠心チルド鋼、SUS、CrメッキSUS、Crメッキ焼入れ鋼等が挙げられる。
また、本実施形態に係るロールミルを構成するロールの少なくとも表面がセラミックス材料により構成されると、得られる硫化物系無機固体電解質材料にロール由来の不要な金属成分が混入してしまうことを抑制することができ、純度がより一層高い硫化物系無機固体電解質材料を得ることが可能となる。
このようなセラミックス材料としては、例えば、安定化ジルコニア、アルミナ、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド等が挙げられる。
これらの中でも比較的安価で高精度な大型部品を作製できるアルミナが好ましい。
It is preferable that at least the surface of the roll constituting the roll mill according to this embodiment is made of at least one kind of material selected from ceramic materials and metal materials.
Examples of the metal material include centrifugally chilled steel, SUS, Cr-plated SUS, and Cr-plated hardened steel.
Furthermore, when at least the surface of the rolls constituting the roll mill according to the present embodiment is made of a ceramic material, it is possible to suppress unnecessary metal components derived from the rolls from being mixed into the obtained sulfide-based inorganic solid electrolyte material. This makes it possible to obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material with even higher purity.
Examples of such ceramic materials include stabilized zirconia, alumina, silicon carbide, and silicon nitride.
Among these, alumina is preferable because it is relatively inexpensive and can produce highly accurate large parts.

以下、粉砕装置として3本のロールからなる3本ロールミルを用いて、本実施形態に係るガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C)をおこなう場合について具体的に説明する。
3本ロールミルは、例えば、第一のロール、第二のロール、第三のロールおよびブレードにより構成される。
はじめに、2種以上の無機化合物を含む原料無機組成物を第一のロールおよび第二のロールとの隙間である第一のロール間に投入する。
第一のロール間に進入した原料無機組成物は、第一のロールおよび第二のロールにより圧縮される。ここで、第一のロールおよび第二のロールにおいて、異なる回転速度を採用することにより、第一のロール間に進入した原料無機組成物に対し、圧縮応力を与えつつ、より効果的にせん断応力を与えることができるため、無機組成物のガラス化およびアニール処理をより一層効率良く進めることができる。
Hereinafter, a case will be specifically described in which the vitrification step (B) and the annealing step (C) according to the present embodiment are performed using a three-roll mill consisting of three rolls as a crushing device.
A three-roll mill, for example, is composed of a first roll, a second roll, a third roll, and blades.
First, a raw inorganic composition containing two or more types of inorganic compounds is placed between the first roll and the second roll.
The raw inorganic composition that has entered between the first rolls is compressed by the first roll and the second roll. Here, by employing different rotational speeds for the first roll and the second roll, we can more effectively apply shear stress to the raw inorganic composition that has entered between the first rolls while applying compressive stress. Therefore, the vitrification and annealing treatment of the inorganic composition can proceed more efficiently.

ここで、ロールの回転速度は、第一のロールよりも第二のロールの方を速くし、第二のロールよりも第三のロールの方を速くすることが好ましい。すなわち、本実施形態に係るロールミルにおいて、複数のロールは無機組成物が投入される側のロールから無機組成物が排出される側のロールに向かって徐々に回転数が速くなるように設定されていることが好ましい。各ロールの回転速度はロールの本数や、無機組成物の種類、無機組成物の処理量等によって適宜決定されるため特に限定されないが、例えば、粉砕装置が3本のロールからなる3本ロールミルの場合、第一のロールの速度を1とすると、第二のロールの速度を2~4、第三のロールの速度を5~9のように排出される側のロールに向かって回転数を速くすることができる。こうすることにより、ロールに付着した無機組成物をより一層効率良く隣接するロールの表面に移送することができ、その結果、硫化物系無機固体電解質材料の生産性をより一層向上させることができる。 Here, the rotational speed of the rolls is preferably faster for the second roll than the first roll, and faster for the third roll than the second roll. That is, in the roll mill according to the present embodiment, the number of rotations of the plurality of rolls is set to gradually increase from the roll where the inorganic composition is introduced to the roll where the inorganic composition is discharged. Preferably. The rotational speed of each roll is appropriately determined depending on the number of rolls, the type of inorganic composition, the amount of inorganic composition processed, etc., and is not particularly limited. In this case, if the speed of the first roll is 1, the speed of the second roll is 2 to 4, and the speed of the third roll is 5 to 9. can do. By doing this, the inorganic composition attached to the roll can be transferred to the surface of the adjacent roll more efficiently, and as a result, the productivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material can be further improved. .

次いで、第一のロール間に無機組成物を通過させた後に、第一のロール間に隣接する第二のロール間に無機組成物を通過させる。この操作を繰り返しおこなうことにより、無機組成物のガラス化およびアニール処理を連続的に行うことができる。ここで、無機組成物は第一のロールおよび第二のロールによる圧縮応力により、第二のロールの表面に付着しているため、第二のロール間に連続的に移送することが可能である。
第二のロール間を通過して得られた硫化物系無機固体電解質材料は第三のロールの表面に付着しており、例えばブレードによりそぎ落されて得ることができる。
また、第二のロール間を通過して得られた硫化物系無機固体電解質材料について、ガラス化またはアニール処理が不十分の場合は、第一のロール間および第二のロール間を通過させる上記処理を繰り返し行うことが好ましい。あるいは、ロールミルにおけるロールの数を4本以上とし、せん断応力および圧縮応力を組み合わせた機械的処理をさらに行うことが好ましい。
Next, after passing the inorganic composition between the first rolls, the inorganic composition is passed between the second rolls adjacent to the first rolls. By repeating this operation, the inorganic composition can be vitrified and annealed continuously. Here, the inorganic composition is adhered to the surface of the second roll due to the compressive stress caused by the first roll and the second roll, so it is possible to continuously transfer it between the second rolls. .
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained by passing between the second rolls is attached to the surface of the third roll, and can be scraped off with a blade, for example.
In addition, if the sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained by passing between the second rolls is insufficiently vitrified or annealed, the above-mentioned method of passing between the first rolls and between the second rolls may be applied. It is preferable to repeat the process. Alternatively, it is preferable that the number of rolls in the roll mill is four or more, and mechanical treatment using a combination of shear stress and compressive stress is further performed.

ここで、本実施形態に係るロールミルにおいて、無機組成物に対してより効果的に圧縮応力を与える観点から、ロール間の距離は1μm以上100μm以下が好ましく、10μm以上50μm以下がより好ましい。
また、本実施形態に係るロールミルにおいて、無機組成物に対してより効果的にせん断応力を与える観点から、ロールの回転速度は20rpm以上1000rpm以下が好ましく、100rpm以上800rpm以下がより好ましい。
ただし、ロール間の距離およびロールの回転速度は無機組成物の種類や処理量、ロールの本数等によって適宜決定されるため、上記の範囲に限定されない。
Here, in the roll mill according to the present embodiment, from the viewpoint of applying compressive stress to the inorganic composition more effectively, the distance between the rolls is preferably 1 μm or more and 100 μm or less, and more preferably 10 μm or more and 50 μm or less.
Further, in the roll mill according to the present embodiment, from the viewpoint of applying shear stress to the inorganic composition more effectively, the rotational speed of the roll is preferably 20 rpm or more and 1000 rpm or less, and more preferably 100 rpm or more and 800 rpm or less.
However, the distance between the rolls and the rotational speed of the rolls are appropriately determined depending on the type and amount of the inorganic composition to be treated, the number of rolls, etc., and therefore are not limited to the above ranges.

また、ガラス化工程(B)およびアニール処理工程(C)における機械的処理は非活性雰囲気下でおこなうことが好ましい。これにより、無機組成物と、水蒸気や酸素等との反応を抑制することができる。
また、上記非活性雰囲気下とは、真空雰囲気下または不活性ガス雰囲気下のことである。上記非活性雰囲気下では、水分の接触を避けるために露点が-50℃以下であることが好ましく、-60℃以下であることがより好ましい。上記不活性ガス雰囲気下とは、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス等の不活性ガスの雰囲気下のことである。これらの不活性ガスは、製品への不純物の混入を防止するために、高純度である程好ましい。混合系への不活性ガスの導入方法としては、混合系内が不活性ガス雰囲気で満たされる方法であれば特に限定されないが、不活性ガスをパージする方法、不活性ガスを一定量導入し続ける方法等が挙げられる。
Furthermore, it is preferable that the mechanical treatments in the vitrification step (B) and the annealing step (C) be performed in an inert atmosphere. Thereby, the reaction between the inorganic composition and water vapor, oxygen, etc. can be suppressed.
Moreover, the above-mentioned under an inert atmosphere means under a vacuum atmosphere or under an inert gas atmosphere. Under the above-mentioned inert atmosphere, the dew point is preferably −50° C. or lower, more preferably −60° C. or lower to avoid contact with moisture. The above inert gas atmosphere refers to an atmosphere of an inert gas such as argon gas, helium gas, nitrogen gas, or the like. The higher the purity of these inert gases, the more preferable they are in order to prevent impurities from being mixed into the product. The method of introducing inert gas into the mixed system is not particularly limited as long as the inside of the mixed system is filled with an inert gas atmosphere, but methods include purging the inert gas, and continuously introducing a certain amount of inert gas. Examples include methods.

上記原料無機組成物をガラス化するときや、ガラス化した硫化物系無機固体電解質材料をアニール処理するときの回転速度や処理時間、温度等の混合条件は、無機組成物の種類や処理量によって適宜決定することができる。一般的には、回転速度が速いほど、ガラスの生成速度は速くなるためガラス化工程(B)の時間は短くなり、さらに硫化物系無機固体電解質材料の温度は高くなるためアニール処理工程(C)の時間は短くなる。
通常は、線源としてCuKα線を用いたX線回折分析をしたとき、ガラス化工程(B)を行う前の無機組成物の回折ピークが消失または低下していたら、上記無機組成物はガラス化されていると判断することができる。また、通常は、線源としてCuKα線を用いたX線回折分析をしたとき、ガラス化工程(B)を行う前の無機組成物やアニール処理工程(C)を行う前の硫化物系無機固体電解質材料が有する回折ピークとは異なる新たな回折ピークが生成していたら、上記無機組成物はアニール処理されて、ガラスセラミックス状態になっていると判断することができる。
Mixing conditions such as rotation speed, processing time, temperature, etc. when vitrifying the above raw material inorganic composition or annealing the vitrified sulfide-based inorganic solid electrolyte material depend on the type of inorganic composition and the amount of processing. It can be determined as appropriate. In general, the faster the rotation speed, the faster the glass formation rate, so the time for the vitrification step (B) becomes shorter, and the higher the temperature of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material, the annealing step (C). ) will be shorter.
Normally, when performing X-ray diffraction analysis using CuKα rays as a radiation source, if the diffraction peak of the inorganic composition before the vitrification step (B) disappears or decreases, the inorganic composition is vitrified. It can be determined that the In addition, when performing X-ray diffraction analysis using CuKα rays as a radiation source, the inorganic composition before the vitrification step (B) and the sulfide-based inorganic solid before the annealing step (C) are usually analyzed. If a new diffraction peak different from the diffraction peak of the electrolyte material is generated, it can be determined that the inorganic composition has been annealed and is in a glass-ceramic state.

(結晶化工程(D))
本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の製造方法において、準備工程(A)とガラス化工程(B)との間に、工程(A)で準備した上記原料無機組成物を加熱することにより原料無機組成物を結晶化する工程をさらにおこなってもよい。
すなわち、結晶化した上記原料無機組成物に対し、上記ガラス化工程(B)をおこなってもよい。
上記ガラス化工程(B)の前に結晶化工程(D)をおこなうことにより、原料無機組成物をガラス化する工程(B)を大幅に短縮することができ、その結果、硫化物系無機固体電解質材料の製造時間をより一層短縮することが可能である。この理由については明らかではないが、以下の理由が推察される。
まず、ガラス状態の無機組成物は準安定状態である。一方、結晶状態の無機組成物は安定状態にある。また、2種以上の無機化合物を含む無機組成物を加熱すると活性化エネルギー以上のエネルギーを簡単に与えることができるので、エネルギーの放出とともに低いエネルギー状態である結晶状態の無機組成物が短時間で得られる。そして、安定状態の自由エネルギーと準安定状態の自由エネルギーは近いため、より小さなエネルギーで安定状態の結晶状態から準安定状態のガラス状態にすることができる。
以上の理由から、上記無機組成物をガラス化する工程(B)の前に、無機組成物を結晶化する工程(D)をおこない、あらかじめ無機組成物を安定状態である結晶状態とすることにより、より小さなエネルギーで準安定状態のガラス状態にすることができ、無機組成物をガラス化する工程を大幅に短縮することができると考えられる。
(Crystallization step (D))
In the method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment, between the preparation step (A) and the vitrification step (B), the raw material inorganic composition prepared in step (A) is heated. You may further perform the process of crystallizing a raw material inorganic composition by.
That is, the vitrification step (B) may be performed on the crystallized raw material inorganic composition.
By performing the crystallization step (D) before the vitrification step (B), the step (B) of vitrifying the raw inorganic composition can be significantly shortened, and as a result, the sulfide-based inorganic solid It is possible to further shorten the manufacturing time of electrolyte materials. Although the reason for this is not clear, the following reasons are inferred.
First, an inorganic composition in a glass state is in a metastable state. On the other hand, an inorganic composition in a crystalline state is in a stable state. In addition, when an inorganic composition containing two or more types of inorganic compounds is heated, energy exceeding the activation energy can be easily applied, so that the inorganic composition in a crystalline state, which is in a low energy state, quickly changes as energy is released. can get. Since the free energy of the stable state and the free energy of the metastable state are close, it is possible to change from the stable crystalline state to the metastable glass state with lower energy.
For the above reasons, before the step (B) of vitrifying the inorganic composition, the step (D) of crystallizing the inorganic composition is performed to bring the inorganic composition into a stable crystalline state in advance. It is thought that it is possible to bring the inorganic composition into a metastable glass state with less energy, and the process of vitrifying the inorganic composition can be significantly shortened.

上記無機組成物を加熱する際の温度としては特に限定されないが、例えば、加熱温度は200℃以上400℃以下の範囲内であることが好ましく、220℃以上300℃以下の範囲内であることがより好ましい。 The temperature at which the inorganic composition is heated is not particularly limited, but for example, the heating temperature is preferably in the range of 200°C or more and 400°C or less, and preferably in the range of 220°C or more and 300°C or less. More preferred.

上記無機組成物を加熱する時間は、上記無機組成物を結晶化できる時間であれば特に限定されるものではないが、例えば、1分間以上24時間以下の範囲内であり、好ましくは0.1時間以上10時間以下である。加熱の方法は特に限定されるものではないが、例えば、焼成炉を用いる方法を挙げることができる。なお、このような加熱する際の温度、時間等の条件は、本実施形態の硫化物系無機固体電解質材料の特性を最適なものにするため適宜調整することができる。 The time for heating the inorganic composition is not particularly limited as long as it is a time that can crystallize the inorganic composition, but for example, it is within the range of 1 minute to 24 hours, preferably 0.1 The duration is between 10 hours and 10 hours. Although the heating method is not particularly limited, for example, a method using a firing furnace can be mentioned. Note that conditions such as temperature and time for heating can be adjusted as appropriate in order to optimize the characteristics of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material of this embodiment.

また、上記無機組成物が結晶化したかどうかは、例えば、線源としてCuKα線を用いたX線回折により得られるスペクトルにおいて、新たな結晶ピークが生成したか否かで判断することができる。 Further, whether or not the inorganic composition has crystallized can be determined by, for example, whether a new crystal peak is generated in a spectrum obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source.

(粉砕、分級、または造粒する工程(E))
本実施形態の硫化物系無機固体電解質材料の製造方法では、必要に応じて、得られた硫化物系無機固体電解質材料を粉砕、分級、または造粒する工程をさらにおこなってもよい。例えば、粉砕により微粒子化し、その後、分級操作や造粒操作によって粒子径を調整することにより、所望の粒子径を有する硫化物系無機固体電解質材料を得ることができる。上記粉砕方法としては特に限定されず、ミキサー、気流粉砕、乳鉢、回転ミル、コーヒーミル等公知の粉砕方法を用いることができる。また、上記分級方法としては特に限定されず、篩等公知の方法を用いることができる。
これらの粉砕または分級は、空気中の水分との接触を防ぐことができる点から、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下で行うことが好ましい。
(Crushing, classifying, or granulating step (E))
In the method for producing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material of the present embodiment, a step of pulverizing, classifying, or granulating the obtained sulfide-based inorganic solid electrolyte material may be further performed as necessary. For example, a sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a desired particle size can be obtained by pulverizing the material into fine particles and then adjusting the particle size using a classification operation or a granulation operation. The above-mentioned pulverization method is not particularly limited, and known pulverization methods such as a mixer, air flow pulverization, mortar, rotary mill, and coffee mill can be used. Moreover, the above-mentioned classification method is not particularly limited, and known methods such as sieving can be used.
These pulverizations or classifications are preferably performed under an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere from the viewpoint of preventing contact with moisture in the air.

[固体電解質]
つぎに、本実施形態に係る固体電解質について説明する。本実施形態に係る固体電解質は、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を含む。
そして、本実施形態に係る固体電解質は特に限定されないが、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料以外の成分として、例えば、本発明の目的を損なわない範囲内で、上述した本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料とは異なる種類の固体電解質材料を含んでもよい。
[Solid electrolyte]
Next, the solid electrolyte according to this embodiment will be explained. The solid electrolyte according to this embodiment includes the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment.
The solid electrolyte according to this embodiment is not particularly limited, but as a component other than the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment, for example, the above-mentioned embodiment The solid electrolyte material may contain a different type of solid electrolyte material from the sulfide-based inorganic solid electrolyte material.

本実施形態に係る固体電解質は上述した本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料とは異なる種類の固体電解質材料を含んでいてもよい。本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料とは異なる種類の固体電解質材料としては、イオン伝導性および絶縁性を有するものであれば特に限定されないが、一般的にリチウムイオン電池に用いられるものを用いることができる。例えば、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料とは異なる種類の硫化物系無機固体電解質材料、酸化物系無機固体電解質材料、その他のリチウム系無機固体電解質材料等の無機固体電解質材料;ポリマー電解質等の有機固体電解質材料を挙げることができる。 The solid electrolyte according to this embodiment may include a different type of solid electrolyte material from the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment described above. Solid electrolyte materials of a type different from the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment are not particularly limited as long as they have ionic conductivity and insulation properties, but materials commonly used in lithium ion batteries are used. can be used. For example, inorganic solid electrolyte materials such as sulfide-based inorganic solid electrolyte materials, oxide-based inorganic solid electrolyte materials, and other lithium-based inorganic solid electrolyte materials different from the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials according to the present embodiment; Organic solid electrolyte materials such as polymer electrolytes can be mentioned.

前述した本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料とは異なる硫化物系無機固体電解質材料としては、例えば、LiS-P材料、LiS-SiS材料、LiS-GeS材料、LiS-Al材料、LiS-SiS-LiPO材料、LiS-P-GeS材料、LiS-LiO-P-SiS材料、LiS-GeS-P-SiS材料、LiS-SnS-P-SiS材料、LiS-P-LiN材料、Li2+X-P材料、LiS-P-P材料等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
これらの中でも、リチウムイオン伝導性に優れ、かつ広い電圧範囲で分解等を起こさない安定性を有する点から、LiS-P材料が好ましい。ここで、例えば、LiS-P材料とは、少なくともLiS(硫化リチウム)とPとを含む無機組成物を機械的処理により互いに化学反応させることにより得られる固体電解質材料を意味する。
ここで、本実施形態において、硫化リチウムには多硫化リチウムも含まれる。
Examples of sulfide-based inorganic solid electrolyte materials different from the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment described above include Li 2 S-P 2 S 5 material, Li 2 S-SiS 2 material, and Li 2 S. -GeS 2 material, Li 2 S-Al 2 S 3 material, Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 material, Li 2 S-P 2 S 5 - GeS 2 material, Li 2 S-Li 2 O-P 2 S 5 -SiS 2 material, Li 2 S-GeS 2 -P 2 S 5 -SiS 2 material, Li 2 S-SnS 2 -P 2 S 5 -SiS 2 material, Li 2 S-P 2 S 5 -Li 3N material, Li 2 S 2+X -P 4 S 3 material, Li 2 SP 2 S 5 -P 4 S 3 material, etc. These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, Li 2 SP 2 S 5 material is preferred because it has excellent lithium ion conductivity and stability that does not cause decomposition over a wide voltage range. Here, for example, the Li 2 S-P 2 S 5 material is a solid obtained by chemically reacting an inorganic composition containing at least Li 2 S (lithium sulfide) and P 2 S 5 with each other through mechanical treatment. means electrolyte material.
Here, in this embodiment, lithium sulfide also includes lithium polysulfide.

上記酸化物系無機固体電解質材料としては、例えば、LiTi(PO、LiZr(PO、LiGe(PO等のNASICON型、(La0.5+xLi0.5-3x)TiO等のペロブスカイト型、LiO-P材料、LiO-P-LiN材料等が挙げられる。
その他のリチウム系無機固体電解質材料としては、例えば、LiPON、LiNbO、LiTaO、LiPO、LiPO4-x(xは0<x≦1)、LiN、LiI、LISICON等が挙げられる。
さらに、これらの無機固体電解質の結晶を析出させて得られるガラスセラミックスも無機固体電解質材料として用いることができる。
Examples of the oxide-based inorganic solid electrolyte materials include NASICON type materials such as LiTi 2 (PO 4 ) 3 , LiZr 2 (PO 4 ) 3 , LiGe 2 (PO 4 ) 3 , (La 0.5+x Li 0.5 -3x ) Perovskite type materials such as TiO 3 , Li 2 O--P 2 O 5 materials, Li 2 O--P 2 O 5 --Li 3 N materials, and the like.
Examples of other lithium-based inorganic solid electrolyte materials include LiPON, LiNbO 3 , LiTaO 3 , Li 3 PO 4 , LiPO 4-x N x (x is 0<x≦1), LiN, LiI, LISICON, etc. It will be done.
Furthermore, glass ceramics obtained by depositing crystals of these inorganic solid electrolytes can also be used as the inorganic solid electrolyte material.

上記有機固体電解質材料としては、例えば、ドライポリマー電解質、ゲル電解質等のポリマー電解質を用いることができる。
ポリマー電解質としては、一般的にリチウムイオン電池に用いられるものを用いることができる。
As the organic solid electrolyte material, for example, a polymer electrolyte such as a dry polymer electrolyte or a gel electrolyte can be used.
As the polymer electrolyte, those commonly used in lithium ion batteries can be used.

[固体電解質膜]
次に、本実施形態に係る固体電解質膜について説明する。
本実施形態に係る固体電解質膜は、前述した本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を含む固体電解質を主成分として含む。
[Solid electrolyte membrane]
Next, the solid electrolyte membrane according to this embodiment will be explained.
The solid electrolyte membrane according to this embodiment contains as a main component a solid electrolyte containing the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to this embodiment described above.

本実施形態に係る固体電解質膜は、例えば、全固体型リチウムイオン電池を構成する固体電解質層に用いられる。
本実施形態に係る固体電解質膜を適用した全固体型リチウムイオン電池の例としては、正極と、固体電解質層と、負極とがこの順番に積層されたものが挙げられる。この場合、固体電解質層が固体電解質膜により構成されたものである。
The solid electrolyte membrane according to this embodiment is used, for example, in a solid electrolyte layer that constitutes an all-solid-state lithium ion battery.
An example of an all-solid-state lithium ion battery to which the solid electrolyte membrane according to the present embodiment is applied is one in which a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode are stacked in this order. In this case, the solid electrolyte layer is composed of a solid electrolyte membrane.

本実施形態に係る固体電解質膜の平均厚みは、好ましくは5μm以上500μm以下であり、より好ましくは10μm以上200μm以下であり、さらに好ましくは20μm以上100μm以下である。上記固体電解質膜の平均厚みが上記下限値以上であると、固体電解質の欠落や、固体電解質膜表面のクラックの発生をより一層抑制できる。また、上記固体電解質膜の平均厚みが上記上限値以下であると、固体電解質膜のインピーダンスをより一層低下させることができる。その結果、得られる全固体型リチウムイオン電池の電池特性をより一層向上できる。 The average thickness of the solid electrolyte membrane according to this embodiment is preferably 5 μm or more and 500 μm or less, more preferably 10 μm or more and 200 μm or less, and even more preferably 20 μm or more and 100 μm or less. When the average thickness of the solid electrolyte membrane is equal to or greater than the lower limit, it is possible to further suppress loss of the solid electrolyte and generation of cracks on the surface of the solid electrolyte membrane. Further, when the average thickness of the solid electrolyte membrane is equal to or less than the upper limit value, the impedance of the solid electrolyte membrane can be further reduced. As a result, the battery characteristics of the obtained all-solid-state lithium ion battery can be further improved.

本実施形態に係る固体電解質膜は、前述した本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を含む粒子状の固体電解質の加圧成形体であることが好ましい。すなわち、粒子状の固体電解質を加圧し、固体電解質材料同士のアンカー効果で一定の強度を有する固体電解質膜とすることが好ましい。
加圧成形体とすることにより、固体電解質同士の結合が起こり、得られる固体電解質膜の強度はより一層高くなる。その結果、固体電解質の欠落や、固体電解質膜表面のクラックの発生をより一層抑制できる。
The solid electrolyte membrane according to the present embodiment is preferably a press-molded particulate solid electrolyte containing the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment described above. That is, it is preferable to pressurize the particulate solid electrolyte to form a solid electrolyte membrane having a certain strength due to the anchoring effect between the solid electrolyte materials.
By forming a pressure-molded body, the solid electrolytes are bonded to each other, and the strength of the obtained solid electrolyte membrane is further increased. As a result, the loss of the solid electrolyte and the occurrence of cracks on the surface of the solid electrolyte membrane can be further suppressed.

本実施形態に係る固体電解質膜中の上記した本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の含有量は、固体電解質膜の全体を100質量%としたとき、好ましくは50質量%以上、より好ましくは60質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上、さらにより好ましくは80質量%以上、特に好ましくは90質量%以上である。これにより、固体電解質間の接触性が改善され、固体電解質膜の界面接触抵抗を低下させることができる。その結果、固体電解質膜のリチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。そして、このようなリチウムイオン伝導性に優れた固体電解質膜を用いることにより、得られる全固体型リチウムイオン電池の電池特性をより一層向上できる。
本実施形態に係る固体電解質膜中の上記した本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料の含有量の上限は特に限定されないが、例えば、100質量%以下である。
The content of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment in the solid electrolyte membrane according to the present embodiment is preferably 50% by mass or more, and more preferably 50% by mass or more when the entire solid electrolyte membrane is 100% by mass. Preferably it is 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, even more preferably 80% by mass or more, particularly preferably 90% by mass or more. This improves the contact between the solid electrolytes and reduces the interfacial contact resistance of the solid electrolyte membrane. As a result, the lithium ion conductivity of the solid electrolyte membrane can be further improved. By using such a solid electrolyte membrane with excellent lithium ion conductivity, the battery characteristics of the obtained all-solid-state lithium ion battery can be further improved.
The upper limit of the content of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment described above in the solid electrolyte membrane according to the present embodiment is not particularly limited, but is, for example, 100% by mass or less.

固体電解質膜の平面形状は、特に限定されず、電極や集電体の形状に合わせて適宜選択することが可能であるが、例えば、矩形とすることができる。 The planar shape of the solid electrolyte membrane is not particularly limited and can be appropriately selected according to the shapes of the electrodes and current collectors, and may be rectangular, for example.

また、本実施形態に係る固体電解質膜にはバインダー樹脂が含まれてもよいが、バインダー樹脂の含有量は、固体電解質膜の全体を100質量%としたとき、好ましくは0.5質量%未満、より好ましくは0.1質量%以下、さらに好ましくは0.05質量%以下、さらにより好ましくは0.01質量%以下である。また、本実施形態に係る固体電解質膜は、バインダー樹脂を実質的に含まないことがさらにより好ましく、バインダー樹脂を含まないことが最も好ましい。
これにより、固体電解質間の接触性が改善され、固体電解質膜の界面接触抵抗を低下させることができる。その結果、固体電解質膜のリチウムイオン伝導性をより一層向上させることができる。そして、このようなリチウムイオン伝導性に優れた固体電解質膜を用いることにより、得られる全固体型リチウムイオン電池の電池特性を向上できる。
なお、「バインダー樹脂を実質的に含まない」とは、本実施形態の効果が損なわれない程度には含有してもよいことを意味する。また、固体電解質層と正極または負極との間に粘着性樹脂層を設ける場合、固体電解質層と粘着性樹脂層との界面近傍に存在する粘着性樹脂層由来の粘着性樹脂は、「固体電解質膜中のバインダー樹脂」から除かれる。
Further, the solid electrolyte membrane according to the present embodiment may contain a binder resin, but the content of the binder resin is preferably less than 0.5% by mass when the entire solid electrolyte membrane is 100% by mass. , more preferably 0.1% by mass or less, still more preferably 0.05% by mass or less, even more preferably 0.01% by mass or less. Moreover, it is even more preferable that the solid electrolyte membrane according to this embodiment does not substantially contain binder resin, and most preferably that it does not contain binder resin.
This improves the contact between the solid electrolytes and reduces the interfacial contact resistance of the solid electrolyte membrane. As a result, the lithium ion conductivity of the solid electrolyte membrane can be further improved. By using such a solid electrolyte membrane with excellent lithium ion conductivity, the battery characteristics of the resulting all-solid-state lithium ion battery can be improved.
Note that "substantially no binder resin is contained" means that the binder resin may be contained to the extent that the effects of the present embodiment are not impaired. In addition, when providing an adhesive resin layer between the solid electrolyte layer and the positive electrode or the negative electrode, the adhesive resin derived from the adhesive resin layer existing near the interface between the solid electrolyte layer and the adhesive resin layer is removed from the binder resin in the film.

上記バインダー樹脂とは無機固体電解質材料間を結着させるために、リチウムイオン電池に一般的に使用される結着剤のことをいい、例えば、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、スチレン・ブタジエン系ゴム、ポリイミド等が挙げられる。 The above binder resin refers to a binder commonly used in lithium ion batteries to bind inorganic solid electrolyte materials, such as polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, carboxymethylcellulose, polytetrafluorocarbon Examples include ethylene, polyvinylidene fluoride, styrene-butadiene rubber, and polyimide.

本実施形態に係る固体電解質膜は、例えば、粒子状の固体電解質を金型のキャビティ表面上または基材表面上に膜状に堆積させ、次いで、膜状に堆積した固体電解質を加圧することにより得ることができる。
上記固体電解質を加圧する方法は特に限定されず、例えば、金型のキャビティ表面上に粒子状の固体電解質を堆積させた場合は金型と押し型によるプレス、粒子状の固体電解質を基材表面上に堆積させた場合は金型と押し型によるプレスやロールプレス、平板プレス等を用いることができる。
固体電解質を加圧する圧力は、例えば、10MPa以上500MPa以下である。
The solid electrolyte membrane according to the present embodiment is produced by, for example, depositing particulate solid electrolyte in a film shape on the cavity surface of a mold or on the base material surface, and then pressurizing the solid electrolyte deposited in the film shape. Obtainable.
The method of pressurizing the solid electrolyte is not particularly limited, and for example, if the particulate solid electrolyte is deposited on the cavity surface of a mold, pressing with a mold and a press die, or pressing the particulate solid electrolyte onto the base material surface. When deposited on top, pressing using a die and a press, roll press, flat plate press, etc. can be used.
The pressure to pressurize the solid electrolyte is, for example, 10 MPa or more and 500 MPa or less.

また、必要に応じて、膜状に堆積した無機固体電解質を加圧するとともに加熱してもよい。加熱加圧を行えば固体電解質同士の融着・結合が起こり、得られる固体電解質膜の強度はより一層高くなる。その結果、固体電解質の欠落や、固体電解質膜表面のクラックの発生をより一層抑制できる。
固体電解質を加熱する温度は、例えば、40℃以上500℃以下である。
Further, if necessary, the inorganic solid electrolyte deposited in the form of a film may be pressurized and heated. By heating and pressurizing, the solid electrolytes are fused and bonded to each other, and the strength of the obtained solid electrolyte membrane is further increased. As a result, the loss of the solid electrolyte and the occurrence of cracks on the surface of the solid electrolyte membrane can be further suppressed.
The temperature at which the solid electrolyte is heated is, for example, 40° C. or higher and 500° C. or lower.

[リチウムイオン電池]
図1は、本発明に係る実施形態のリチウムイオン電池100の構造の一例を示す断面図である。
本実施形態に係るリチウムイオン電池100は、例えば、正極活物質層101を含む正極110と、電解質層120と、負極活物質層103を含む負極130とを備えている。そして、正極活物質層101、負極活物質層103および電解質層120の少なくとも一つが、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を含有する。また、正極活物質層101、負極活物質層103および電解質層120のすべてが、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を含有していることが好ましい。なお、本実施形態では特に断りがなければ、正極活物質を含む層を正極活物質層101と呼ぶ。正極110は、必要に応じて、正極活物質層101に加えて集電体105をさらに含んでもよいし、集電体105を含まなくてもよい。また、本実施形態では特に断りがなければ、負極活物質を含む層を負極活物質層103と呼ぶ。負極130は、必要に応じて、負極活物質層103に加えて集電体105をさらに含んでもよいし、集電体105を含まなくてもよい。
本実施形態に係るリチウムイオン電池100の形状は特に限定されず、円筒型、コイン型、角型、フィルム型その他任意の形状が挙げられる。
[Lithium ion battery]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a lithium ion battery 100 according to an embodiment of the present invention.
The lithium ion battery 100 according to the present embodiment includes, for example, a positive electrode 110 including a positive electrode active material layer 101, an electrolyte layer 120, and a negative electrode 130 including a negative electrode active material layer 103. At least one of the positive electrode active material layer 101, the negative electrode active material layer 103, and the electrolyte layer 120 contains the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment. Further, it is preferable that all of the positive electrode active material layer 101, the negative electrode active material layer 103, and the electrolyte layer 120 contain the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment. Note that in this embodiment, unless otherwise specified, a layer containing a positive electrode active material is referred to as a positive electrode active material layer 101. The positive electrode 110 may further include a current collector 105 in addition to the positive electrode active material layer 101, or may not include the current collector 105, as necessary. Furthermore, in this embodiment, unless otherwise specified, a layer containing a negative electrode active material is referred to as a negative electrode active material layer 103. Negative electrode 130 may further include current collector 105 in addition to negative electrode active material layer 103, or may not include current collector 105, as necessary.
The shape of the lithium ion battery 100 according to this embodiment is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical shape, a coin shape, a square shape, a film shape, and other arbitrary shapes.

本実施形態に係るリチウムイオン電池100は、一般的に公知の方法に準じて製造される。例えば、正極110、電解質層120および負極130を重ねたものを、円筒型、コイン型、角型、フィルム型その他任意の形状に形成し、必要に応じて、非水電解液を封入することにより作製される。 The lithium ion battery 100 according to this embodiment is manufactured according to a generally known method. For example, by forming a stack of the positive electrode 110, electrolyte layer 120, and negative electrode 130 into a cylindrical shape, a coin shape, a square shape, a film shape, or any other arbitrary shape, and enclosing a nonaqueous electrolyte as necessary, Created.

(正極)
正極110は特に限定されず、リチウムイオン電池に一般的に用いられているものを使用することができる。正極110は特に限定されないが、一般的に公知の方法に準じて製造することができる。例えば、正極活物質を含む正極活物質層101をアルミ箔等の集電体105の表面に形成することにより得ることができる。
正極活物質層101の厚みや密度は、電池の使用用途等に応じて適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。
(positive electrode)
The positive electrode 110 is not particularly limited, and those commonly used for lithium ion batteries can be used. Although the positive electrode 110 is not particularly limited, it can be manufactured according to a generally known method. For example, it can be obtained by forming a positive electrode active material layer 101 containing a positive electrode active material on the surface of a current collector 105 such as aluminum foil.
The thickness and density of the positive electrode active material layer 101 are appropriately determined depending on the intended use of the battery and are not particularly limited, and can be set according to generally known information.

正極活物質層101は正極活物質を含む。
正極活物質としては特に限定されず一般的に公知のものを使用することができる。例えば、リチウムコバルト酸化物(LiCoO)、リチウムニッケル酸化物(LiNiO)、リチウムマンガン酸化物(LiMn)、固溶体酸化物(LiMnO-LiMO(M=Co、Ni等))、リチウム-マンガン-ニッケル酸化物(LiNi1/3Mn1/3Co1/3)、オリビン型リチウムリン酸化物(LiFePO)等の複合酸化物;ポリアニリン、ポリピロール等の導電性高分子;LiS、CuS、Li-Cu-S化合物、TiS、FeS、MoS、Li-Mo-S化合物、Li-Ti-S化合物、Li-V-S化合物、Li-Fe-S化合物等の硫化物系正極活物質;硫黄を含浸したアセチレンブラック、硫黄を含浸した多孔質炭素、硫黄と炭素の混合粉等の硫黄を活物質とした材料;等を用いることができる。これらの正極活物質は1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
これらの中でも、より高い放電容量密度を有し、かつ、サイクル特性により優れる観点から、硫化物系正極活物質が好ましく、Li-Mo-S化合物、Li-Ti-S化合物、Li-V-S化合物から選択される一種または二種以上がより好ましい。
The positive electrode active material layer 101 contains a positive electrode active material.
The positive electrode active material is not particularly limited, and generally known materials can be used. For example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), solid solution oxide (Li 2 MnO 3 -LiMO 2 (M=Co, Ni, etc.) ), composite oxides such as lithium-manganese-nickel oxide (LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 ), and olivine-type lithium phosphate oxide (LiFePO 4 ); highly conductive materials such as polyaniline and polypyrrole Molecule; Li 2 S, CuS, Li-Cu-S compound, TiS 2 , FeS, MoS 2 , Li-Mo-S compound, Li-Ti-S compound, Li-V-S compound, Li-Fe-S compound Sulfide-based positive electrode active materials such as sulfide-based positive electrode active materials; materials containing sulfur as an active material such as sulfur-impregnated acetylene black, sulfur-impregnated porous carbon, and mixed powder of sulfur and carbon; etc. can be used. These positive electrode active materials may be used alone or in combination of two or more.
Among these, sulfide-based positive electrode active materials are preferred from the viewpoint of having higher discharge capacity density and better cycle characteristics, and Li-Mo-S compounds, Li-Ti-S compounds, Li-V-S One or more types selected from the compounds are more preferable.

ここで、Li-Mo-S化合物は構成元素としてLi、Mo、およびSを含んでいるものであり、通常は原料であるモリブデン硫化物および硫化リチウムを含む無機組成物を機械的処理により互いに化学反応させることにより得ることができる。
また、Li-Ti-S化合物は構成元素としてLi、Ti、およびSを含んでいるものであり、通常は原料であるチタン硫化物および硫化リチウムを含む無機組成物を機械的処理により互いに化学反応させることにより得ることができる。
Li-V-S化合物は構成元素としてLi、V、およびSを含んでいるものであり、通常は原料であるバナジウム硫化物および硫化リチウムを含む無機組成物を機械的処理により互いに化学反応させることにより得ることができる。
Here, the Li-Mo-S compound contains Li, Mo, and S as constituent elements, and usually an inorganic composition containing the raw materials molybdenum sulfide and lithium sulfide is chemically bonded to each other by mechanical treatment. It can be obtained by reaction.
In addition, Li-Ti-S compounds contain Li, Ti, and S as constituent elements, and are usually produced by chemically reacting the raw materials titanium sulfide and inorganic composition containing lithium sulfide with each other through mechanical treatment. It can be obtained by
Li-V-S compounds contain Li, V, and S as constituent elements, and are usually made by mechanically treating inorganic compositions containing vanadium sulfide and lithium sulfide as raw materials to chemically react with each other. It can be obtained by

正極活物質層101は特に限定されないが、上記正極活物質以外の成分として、例えば、バインダー樹脂、増粘剤、導電助剤、固体電解質材料等から選択される1種以上の材料を含んでもよい。以下、各材料について説明する。 Although the positive electrode active material layer 101 is not particularly limited, it may include, for example, one or more materials selected from a binder resin, a thickener, a conductive aid, a solid electrolyte material, etc. as a component other than the positive electrode active material. . Each material will be explained below.

正極活物質層101は、正極活物質同士および正極活物質と集電体105とを結着させる役割をもつバインダー樹脂を含んでもよい。
本実施形態に係るバインダー樹脂はリチウムイオン電池に使用可能な通常のバインダー樹脂であれば特に限定されないが、例えば、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、スチレン・ブタジエン系ゴム、ポリイミド等が挙げられる。これらのバインダーは一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
The positive electrode active material layer 101 may include a binder resin that serves to bind the positive electrode active materials to each other and to bind the positive electrode active material and the current collector 105.
The binder resin according to this embodiment is not particularly limited as long as it is a normal binder resin that can be used in lithium ion batteries, but examples include polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, carboxymethyl cellulose, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, styrene, etc. Examples include butadiene rubber and polyimide. These binders may be used alone or in combination of two or more.

正極活物質層101は、塗布に適したスラリーの流動性を確保する点から、増粘剤を含んでもよい。増粘剤としてはリチウムイオン電池に使用可能な通常の増粘剤であれば特に限定されないが、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等のセルロース系ポリマーおよびこれらのアンモニウム塩並びにアルカリ金属塩、ポリカルボン酸、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸塩、ポリビニルアルコール等の水溶性ポリマー等が挙げられる。これらの増粘剤は一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 The positive electrode active material layer 101 may contain a thickener in order to ensure fluidity of the slurry suitable for coating. The thickener is not particularly limited as long as it is a normal thickener that can be used in lithium ion batteries, but examples include cellulose polymers such as carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, and hydroxypropyl cellulose, and ammonium salts and alkali metal salts thereof; Examples include water-soluble polymers such as polycarboxylic acid, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyacrylate, and polyvinyl alcohol. These thickeners may be used alone or in combination of two or more.

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

本実施形態に係る正極は上述した本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料を含む固体電解質を含んでいてもよいし、本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料とは異なる種類の固体電解質材料を含む固体電解質を含んでいてもよい。本実施形態に係る硫化物系無機固体電解質材料とは異なる種類の固体電解質材料としては、イオン伝導性および絶縁性を有するものであれば特に限定されないが、一般的にリチウムイオン電池に用いられるものを用いることができる。例えば、硫化物系無機固体電解質材料、酸化物系無機固体電解質材料、その他のリチウム系無機固体電解質材料等の無機固体電解質材料;ポリマー電解質等の有機固体電解質材料を挙げることができる。より具体的には、本実施形態に係る固体電解質の説明で挙げた無機固体電解質材料を用いることができる。 The positive electrode according to the present embodiment may include a solid electrolyte containing the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment described above, or may include a solid electrolyte containing the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment. A solid electrolyte containing a solid electrolyte material may be included. Solid electrolyte materials of a type different from the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to the present embodiment are not particularly limited as long as they have ionic conductivity and insulation properties, but materials commonly used in lithium ion batteries are used. can be used. Examples include inorganic solid electrolyte materials such as sulfide-based inorganic solid electrolyte materials, oxide-based inorganic solid electrolyte materials, and other lithium-based inorganic solid electrolyte materials; and organic solid electrolyte materials such as polymer electrolytes. More specifically, the inorganic solid electrolyte materials mentioned in the description of the solid electrolyte according to this embodiment can be used.

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

(負極)
負極130は特に限定されず、リチウムイオン電池に一般的に用いられているものを使用することができる。負極130は特に限定されないが、一般的に公知の方法に準じて製造することができる。例えば、負極活物質を含む負極活物質層103を銅等の集電体105の表面に形成することにより得ることができる。
負極活物質層103の厚みや密度は、電池の使用用途等に応じて適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。
(Negative electrode)
The negative electrode 130 is not particularly limited, and those commonly used for lithium ion batteries can be used. Although the negative electrode 130 is not particularly limited, it can be manufactured according to a generally known method. For example, it can be obtained by forming a negative electrode active material layer 103 containing a negative electrode active material on the surface of a current collector 105 made of copper or the like.
The thickness and density of the negative electrode active material layer 103 are appropriately determined depending on the intended use of the battery and are not particularly limited, and can be set according to generally known information.

負極活物質層103は負極活物質を含む。
上記負極活物質としては、リチウムイオン電池の負極に使用可能な通常の負極活物質であれば特に限定されないが、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、樹脂炭、炭素繊維、活性炭、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素質材料;リチウム、リチウム合金、スズ、スズ合金、シリコン、シリコン合金、ガリウム、ガリウム合金、インジウム、インジウム合金、アルミニウム、アルミニウム合金等を主体とした金属系材料;ポリアセン、ポリアセチレン、ポリピロール等の導電性ポリマー;リチウムチタン複合酸化物(例えばLiTi12)等が挙げられる。これらの負極活物質は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
Negative electrode active material layer 103 contains a negative electrode active material.
The above-mentioned negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a normal negative electrode active material that can be used for negative electrodes of lithium ion batteries, but examples include natural graphite, artificial graphite, resin charcoal, carbon fiber, activated carbon, hard carbon, and soft carbon. Carbonaceous materials such as lithium, lithium alloys, tin, tin alloys, silicon, silicon alloys, gallium, gallium alloys, indium, indium alloys, aluminum, aluminum alloys, etc. Metallic materials such as polyacene, polyacetylene, polypyrrole, etc. conductive polymer; lithium titanium composite oxide (for example, Li 4 Ti 5 O 12 ), and the like. These negative electrode active materials may be used alone or in combination of two or more.

負極活物質層103は特に限定されないが、上記負極活物質以外の成分として、例えば、バインダー樹脂、増粘剤、導電助剤、固体電解質材料等から選択される1種以上の材料を含んでもよい。これらの材料としては、特に限定はされないが、例えば、上述した正極110に用いる材料と同様のものを挙げることができる。
負極活物質層103中の各種材料の配合割合は、電池の使用用途等に応じて、適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。
Although the negative electrode active material layer 103 is not particularly limited, it may include, for example, one or more materials selected from a binder resin, a thickener, a conductive aid, a solid electrolyte material, etc. as a component other than the negative electrode active material. . These materials are not particularly limited, but may include, for example, the same materials as those used for the positive electrode 110 described above.
The blending ratios of various materials in the negative electrode active material layer 103 are appropriately determined depending on the intended use of the battery and are not particularly limited, and can be set according to generally known information.

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

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

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

上記非水電解液とは、電解質を溶媒に溶解させたものである。
上記電解質としては、公知のリチウム塩がいずれも使用でき、活物質の種類に応じて選択すればよい。例えば、LiClO、LiBF、LiPF、LiCFSO、LiCFCO、LiAsF、LiSbF、LiB10Cl10、LiAlCl、LiCl、LiBr、LiB(C、CFSOLi、CHSOLi、LiCFSO、LiCSO、Li(CFSON、低級脂肪酸カルボン酸リチウム等が挙げられる。
The above-mentioned non-aqueous electrolyte is one in which an electrolyte is dissolved in a solvent.
As the electrolyte, any known lithium salt can be used, and the electrolyte may be selected depending on the type of active material. For example, LiClO4 , LiBF6 , LiPF6 , LiCF3SO3 , LiCF3CO2 , LiAsF6 , LiSbF6 , LiB10Cl10 , LiAlCl4 , LiCl, LiBr , LiB( C2H5 ) 4 , CF 3 Examples include SO 3 Li, CH 3 SO 3 Li, LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, and lithium lower fatty acid carboxylate.

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

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

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

以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
Although the embodiments of the present invention have been described above, these are merely examples of the present invention, and various configurations other than those described above may also be adopted.
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention includes modifications, improvements, etc. within a range that can achieve the purpose of the present invention.

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

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

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

(2)組成比率の測定
ICP発光分光分析装置(セイコーインスツルメント社製、SPS3000)を用いて、ICP発光分光分析法により測定し、実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料中のLi、PおよびSの質量%をそれぞれ求め、それに基づいて、各元素のモル比をそれぞれ計算した。
(2) Measurement of composition ratio The sulfide-based inorganic solid electrolytes obtained in Examples and Comparative Examples were measured by ICP emission spectrometry using an ICP emission spectrometer (SPS3000, manufactured by Seiko Instruments). The mass % of Li, P, and S in the material was determined, and based on that, the molar ratio of each element was calculated.

(3)X線回折分析
X線回折装置(リガク社製、RINT2000)を用いて、X線回折分析法により、実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料の回折スペクトルをそれぞれ求めた。なお、線源としてCuKα線を用いた。ここで、回折角2θ=35.0±0.1°の位置における最大回折強度をバックグラウンド強度Iとし、回折角2θ=17.2±0.5°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとし、回折角2θ=25.6±0.5°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとし、回折角2θ=29.2±0.8°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとし、回折角2θ=26.6±0.4°の位置に存在する回折ピークの最大回折強度をIとした。また、I/I、およびI/I、I/IおよびI/Iをそれぞれ求めた。
(3) X-ray diffraction analysis Using an X-ray diffraction device (manufactured by Rigaku Corporation, RINT2000), the diffraction spectra of the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples were determined by X-ray diffraction analysis method. I asked for it. Note that CuKα radiation was used as a radiation source. Here, the maximum diffraction intensity at the position of the diffraction angle 2θ = 35.0 ± 0.1° is defined as the background intensity IA , and the maximum diffraction peak existing at the position of the diffraction angle 2θ = 17.2 ± 0.5° The diffraction intensity is I B , the maximum diffraction intensity of the diffraction peak existing at the diffraction angle 2θ = 25.6 ± 0.5° is I C , and the diffraction peak at the diffraction angle 2θ = 29.2 ± 0.8° is The maximum diffraction intensity of the existing diffraction peak was taken as ID , and the maximum diffraction intensity of the diffraction peak existing at the position of the diffraction angle 2θ=26.6±0.4° was taken as IE . In addition, I B /I A , I C /I A , I D /I A and I E /I A were determined, respectively.

(4)リチウムイオン伝導度の測定
実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料に対して、交流インピーダンス法によるリチウムイオン伝導度の測定をおこなった。また、実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料1.0gを25℃の大気中に10分間それぞれ暴露した後にも、硫化物系無機固体電解質材料のリチウムイオン伝導度の測定をそれぞれおこなった。
リチウムイオン伝導度の測定はバイオロジック社製、ポテンショスタット/ガルバノスタットSP-300を用いた。試料の大きさは直径9.5mm、厚さ1.2~2.0mm、測定条件は、印加電圧10mV、測定温度27.0℃、測定周波数域0.1Hz~7MHz、電極はLi箔とした。
ここで、リチウムイオン伝導度測定用の試料としては、プレス装置を用いて、実施例および比較例で得られた粉末状の硫化物系無機固体電解質材料150mgを270MPa、10分間プレスして得られる直径9.5mm、厚さ1.2~2.0mmの板状の硫化物系無機固体電解質材料を用いた。
(4) Measurement of lithium ion conductivity The lithium ion conductivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples was measured by an AC impedance method. In addition, the lithium ion conductivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials was measured even after exposing 1.0 g of the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples to the atmosphere at 25°C for 10 minutes. We conducted each.
Lithium ion conductivity was measured using a potentiostat/galvanostat SP-300 manufactured by Biologic. The sample size was 9.5 mm in diameter and 1.2 to 2.0 mm in thickness, and the measurement conditions were: applied voltage 10 mV, measurement temperature 27.0°C, measurement frequency range 0.1 Hz to 7 MHz, and the electrode was Li foil. .
Here, the sample for measuring lithium ion conductivity is obtained by pressing 150 mg of the powdered sulfide-based inorganic solid electrolyte material obtained in the Examples and Comparative Examples at 270 MPa for 10 minutes using a press device. A plate-shaped sulfide-based inorganic solid electrolyte material with a diameter of 9.5 mm and a thickness of 1.2 to 2.0 mm was used.

(5)酸化分解電流の最大値の測定
プレス装置を用いて、実施例および比較例で得られた粉末状の硫化物系無機固体電解質材料120~150mgを270MPa、10分間プレスして直径9.5mm、厚さ1.3mmの板状の硫化物系無機固体電解質材料(ペレット)を得た。次いで、得られたペレットの一方の面に参照極・対極としてLi箔を、18MPa、10分間の条件でプレス圧着し、もう一方の面に作用極としてSUS314箔を密着した。
次いで、バイオロジック社製、ポテンショスタット/ガルバノスタットSP-300を用いて、温度25℃、掃引電圧範囲0~5V、電圧掃引速度5mV/秒の条件で、硫化物系無機固体電解質材料の酸化分解電流の最大値を求め、以下の基準で評価した。
◎:0.03μA以下
〇:0.03μA超過0.50μA以下
×:0.50μA超過
(5) Measurement of maximum value of oxidative decomposition current Using a press device, 120 to 150 mg of the powdered sulfide-based inorganic solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples were pressed at 270 MPa for 10 minutes to obtain a diameter of 9. A plate-shaped sulfide-based inorganic solid electrolyte material (pellet) having a size of 5 mm and a thickness of 1.3 mm was obtained. Next, a Li foil was press-bonded to one side of the obtained pellet as a reference electrode and a counter electrode under conditions of 18 MPa for 10 minutes, and a SUS314 foil was closely attached to the other side as a working electrode.
Next, the sulfide-based inorganic solid electrolyte material was oxidized and decomposed using a potentiostat/galvanostat SP-300 manufactured by Biologic under conditions of a temperature of 25°C, a sweep voltage range of 0 to 5V, and a voltage sweep rate of 5mV/sec. The maximum value of the current was determined and evaluated based on the following criteria.
◎: 0.03 μA or less ○: Exceeding 0.03 μA 0.50 μA or less ×: Exceeding 0.50 μA

(6)硫化水素の発生量の測定
アルゴンガスで置換したグローボックス内で、実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料(100mg)をプラスチック容器に入れ、そのプラスチック容器をガラス製密閉容器(容量1L)内の底に配置した。次いで、ガラス製密閉容器を室温の大気中に取り出し、ガラス製密閉容器の上部から、プラスチック容器内の硫化物系無機固体電解質材料にイオン交換水(1mL)を滴下した。次いで、イオン交換水を滴下してから5分後にガラス製密閉容器に取り付けたゴム製のガス吸収袋(岡野製作所社製、製品名:OG-3F-D)を10回萎めることでガラス製密閉容器内部のガス雰囲気を均一にした後、検知管(ガステック社製、製品名:No.4LL)を用いて図4に示す測定位置にて硫化水素ガスの濃度を測定した。
(6) Measurement of the amount of hydrogen sulfide generated In a glow box purged with argon gas, put the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials (100 mg) obtained in Examples and Comparative Examples into a plastic container, and replace the plastic container with a glass The container was placed at the bottom of a sealed container (capacity: 1 L). Next, the glass sealed container was taken out into the air at room temperature, and ion-exchanged water (1 mL) was dripped onto the sulfide-based inorganic solid electrolyte material in the plastic container from the top of the glass sealed container. Next, 5 minutes after dropping the ion-exchanged water, a rubber gas absorption bag (manufactured by Okano Seisakusho Co., Ltd., product name: OG-3F-D) attached to the glass airtight container was deflated 10 times. After making the gas atmosphere inside the sealed container uniform, the concentration of hydrogen sulfide gas was measured at the measurement position shown in FIG. 4 using a detection tube (manufactured by Gastech, product name: No. 4LL).

[2]固体電解質材料の製造
<実施例1>
硫化物系無機固体電解質材料を以下の手順で作製した。
原料には、LiS(古河機械金属社製、純度99.9%)、P(関東化学社製)およびLiN(古河機械金属社製)を使用した。
次いで、グローブボックス内で、クラッシャーを用いて、LiS粉末とP粉末とLiN粉末(LiS:P:LiN=71.1:23.7:5.3(モル%))合計80gを混合することにより、原料無機組成物を調製した。
次いで、原料無機組成物80gを3本ロールミル(アイメックス社製BR-100V)にてメカノケミカル処理し、硫化物系無機固体電解質材料を得た。ここで、第一のロール~第三のロールの通過を1回とし、合計で70回通過させた。また、各ロールはジルコニア(ZrO)製で直径が63.5mmのものを用い、ロール間の距離は20μmとした。また、第一のロールの回転速度:第二のロールの回転速度:第三のロールの回転速度=1:2.5:6とし、第三のロールの回転速度を700rpmとした。
第一のロール~第三のロールの通過を70回おこなった後に試料の一部をそれぞれサンプリングし、各物性をそれぞれ評価した。得られた結果を表1に示す。
[2] Production of solid electrolyte material <Example 1>
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was produced using the following procedure.
As raw materials, Li 2 S (manufactured by Furukawa Kikai & Metals Co., Ltd., purity 99.9%), P 2 S 5 (manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd.) and Li 3 N (manufactured by Furukawa Kikai & Metals Co., Ltd.) were used.
Next, in a glove box, using a crusher, Li 2 S powder, P 2 S 5 powder, and Li 3 N powder (Li 2 S:P 2 S 5 :Li 3 N=71.1:23.7:5 A raw material inorganic composition was prepared by mixing a total of 80 g of .3 (mol %)).
Next, 80 g of the raw material inorganic composition was subjected to mechanochemical treatment using a three-roll mill (BR-100V manufactured by Imex Corporation) to obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. Here, the first to third rolls were passed one time, and a total of 70 passes were made. Further, each roll was made of zirconia (ZrO 2 ) and had a diameter of 63.5 mm, and the distance between the rolls was 20 μm. Further, the rotation speed of the first roll: the rotation speed of the second roll: the rotation speed of the third roll was set to be 1:2.5:6, and the rotation speed of the third roll was set to 700 rpm.
After passing through the first to third rolls 70 times, a portion of each sample was sampled and each physical property was evaluated. The results obtained are shown in Table 1.

<実施例2>
第一のロール~第三のロールの通過の回数を40回に変更した以外は実施例1と同様の方法により硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Example 2>
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the number of passes between the first roll and the third roll was changed to 40 times, and various evaluations were performed. The results obtained are shown in Table 1.

<実施例3>
第一のロール~第三のロールの通過の回数を60回に変更した以外は実施例1と同様の方法により硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Example 3>
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the number of passes between the first roll and the third roll was changed to 60 times, and various evaluations were performed. The results obtained are shown in Table 1.

<実施例4>
LiS粉末とP粉末とLiN粉末との混合比をLiS:P:LiN=72.6:24.2:3.2(モル%)に変更した以外は実施例1と同様の方法により硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Example 4>
The mixing ratio of Li 2 S powder, P 2 S 5 powder, and Li 3 N powder was changed to Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 72.6:24.2:3.2 (mol%) A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was produced in the same manner as in Example 1 except for the following, and various evaluations were performed. The results obtained are shown in Table 1.

<実施例5>
LiS粉末とP粉末とLiN粉末との混合比をLiS:P:LiN=73.8:24.6:1.6(モル%)に変更した以外は実施例1と同様の方法により硫化物系無機固体電解質材料を作製し、各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Example 5>
The mixing ratio of Li 2 S powder, P 2 S 5 powder, and Li 3 N powder was changed to Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 73.8:24.6:1.6 (mol%) A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was produced in the same manner as in Example 1 except for the following, and various evaluations were performed. The results obtained are shown in Table 1.

<比較例1>
第一のロール~第三のロールの通過の回数を10回に変更した以外は実施例1と同様の方法により硫化物系無機固体電解質材料を作製した。次いで、得られたガラス状態の硫化物系無機固体電解質材料をカーボンるつぼに移し、グローブボックス内に設置したオーブンで270℃、2時間のアニール処理をおこない、硫化物系無機固体電解質材料を得た。各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Comparative example 1>
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was produced in the same manner as in Example 1, except that the number of passes between the first roll and the third roll was changed to 10 times. Next, the obtained sulfide-based inorganic solid electrolyte material in a glass state was transferred to a carbon crucible and annealed at 270°C for 2 hours in an oven installed in a glove box to obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. . Each evaluation was performed. The results obtained are shown in Table 1.

<比較例2>
硫化物系無機固体電解質材料を以下の手順で作製した。
原料には、LiS(古河機械金属社製、純度99.9%)、P(関東化学社製)およびLiN(古河機械金属社製)を使用した。
次いで、グローブボックス内で、クラッシャーを用いて、LiS粉末とP粉末とLiN粉末(LiS:P:LiN=71.1:23.7:5.3(モル%))合計80gを混合することにより、原料無機組成物を調製した。
つづいて、グローブボックス内のアルミナ製のポット(内容積400mL)の内部に、原料無機組成物2gと直径10mmのZrOボール500gとを投入し、ポットを密閉した。
次いで、グローブボックス内から、アルミナ製のポットを取り出し、乾燥した大気雰囲気下に設置したボールミル機にアルミナ製のポットを取り付け、120rpmで300時間メカノケミカル処理し、原料無機組成物のガラス化をおこなった。24時間混合する毎にグローブボックス内でポットの内壁についた粉末を掻き落とし、密封後、乾燥した大気雰囲気下でミリングを継続した。
ここで、メカノケミカル処理を36時間行った後にポットを開けてみたところ、ポットの内壁には無機組成物の固まりが付着していた。そのため24時間ごとにポットの内壁に付着した無機組成物の固まりをそぎ落とす操作が必要であった。
次いで、グローブボックス内にアルミナ製のポットを入れ、得られた粉末をZrOボールと分離して、アルミナ製のポットからカーボンるつぼに移し、グローブボックス内に設置したオーブンで270℃、2時間のアニール処理をおこない、硫化物系無機固体電解質材料を得た。得られた硫化物系無機固体電解質材料について、各評価をおこなった。得られた結果を表1に示す。
<Comparative example 2>
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material was produced using the following procedure.
As raw materials, Li 2 S (manufactured by Furukawa Kikai & Metals Co., Ltd., purity 99.9%), P 2 S 5 (manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd.) and Li 3 N (manufactured by Furukawa Kikai & Metals Co., Ltd.) were used.
Next, in a glove box, using a crusher, Li 2 S powder, P 2 S 5 powder, and Li 3 N powder (Li 2 S:P 2 S 5 :Li 3 N=71.1:23.7:5 A raw material inorganic composition was prepared by mixing a total of 80 g of .3 (mol %)).
Subsequently, 2 g of the raw inorganic composition and 500 g of ZrO 2 balls with a diameter of 10 mm were placed inside an alumina pot (inner volume: 400 mL) in a glove box, and the pot was sealed.
Next, the alumina pot was taken out from inside the glove box, and the alumina pot was attached to a ball mill installed in a dry air atmosphere, and mechanochemical treatment was performed at 120 rpm for 300 hours to vitrify the raw inorganic composition. Ta. After every 24 hours of mixing, the powder adhering to the inner wall of the pot was scraped off in the glove box, and after the pot was sealed, milling was continued in a dry air atmosphere.
When the pot was opened after 36 hours of mechanochemical treatment, it was found that a lump of the inorganic composition had adhered to the inner wall of the pot. Therefore, it was necessary to scrape off the lumps of inorganic composition adhering to the inner wall of the pot every 24 hours.
Next, an alumina pot was placed in the glove box, and the obtained powder was separated from the ZrO 2 balls, transferred from the alumina pot to a carbon crucible, and heated at 270°C for 2 hours in an oven placed in the glove box. An annealing treatment was performed to obtain a sulfide-based inorganic solid electrolyte material. Various evaluations were performed on the obtained sulfide-based inorganic solid electrolyte material. The results obtained are shown in Table 1.

Figure 0007427821000001
Figure 0007427821000001

実施例の硫化物系無機固体電解質材料は、大気中に曝してもリチウムイオン伝導性の低下が比較例の硫化物系無機固体電解質材料よりも抑制されていた。すなわち、実施例の硫化物系無機固体電解質材料は、大気中に曝した際のリチウムイオン伝導性の低下を抑制できることが理解できる。
ここで、実施例および比較例で得られた硫化物系無機固体電解質材料のX線回折スペクトルを図2および図3にそれぞれ示す。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material of the example exhibited less reduction in lithium ion conductivity than the sulfide-based inorganic solid electrolyte material of the comparative example even when exposed to the atmosphere. That is, it can be understood that the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials of Examples can suppress a decrease in lithium ion conductivity when exposed to the atmosphere.
Here, the X-ray diffraction spectra of the sulfide-based inorganic solid electrolyte materials obtained in Examples and Comparative Examples are shown in FIGS. 2 and 3, respectively.

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

Claims (13)

リチウムイオン伝導性を有し、かつ、構成元素としてLi、PおよびSを含む硫化物系無機固体電解質材料であって、
下記の方法で測定される、硫化水素の発生量が20ppm以下である硫化物系無機固体電解質材料。
(方法)
アルゴンガスで置換したガラス製密閉容器内に当該硫化物系無機固体電解質材料を配置し、次いで、前記ガラス製密閉容器の上部から前記硫化物系無機固体電解質材料に水を滴下してから5分後に、前記ガラス製密閉容器内に発生した硫化水素ガス量を測定する。
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having lithium ion conductivity and containing Li, P and S as constituent elements,
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having an amount of hydrogen sulfide generated of 20 ppm or less as measured by the method below.
(Method)
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material is placed in a glass sealed container that has been replaced with argon gas, and then water is dripped onto the sulfide-based inorganic solid electrolyte material from the top of the glass sealed container for 5 minutes. Afterwards, the amount of hydrogen sulfide gas generated in the glass sealed container is measured.
請求項1に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
当該硫化物系無機固体電解質材料中の前記Pの含有量に対する前記Liの含有量のモル比Li/Pが1.0以上5.0以下であり、前記Pの含有量に対する前記Sの含有量のモル比S/Pが2.0以上6.0以下である硫化物系無機固体電解質材料。
In the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to claim 1 ,
The molar ratio Li/P of the Li content to the P content in the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is 1.0 to 5.0, and the S content to the P content is A sulfide-based inorganic solid electrolyte material having a molar ratio S/P of 2.0 or more and 6.0 or less.
請求項1または2に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
27.0℃、印加電圧10mV、測定周波数域0.1Hz~7MHzの測定条件における交流インピーダンス法による前記硫化物系無機固体電解質材料のリチウムイオン伝導度が2.2×10-4S・cm-1以上である硫化物系無機固体電解質材料。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to claim 1 or 2 ,
The lithium ion conductivity of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material measured by the AC impedance method under the measurement conditions of 27.0° C., applied voltage 10 mV, and measurement frequency range 0.1 Hz to 7 MHz is 2.2×10 −4 S cm − 1 or more sulfide-based inorganic solid electrolyte material.
請求項1乃至のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
温度25℃、掃引電圧範囲0~5V、電圧掃引速度5mV/秒の条件で測定される、前記硫化物系無機固体電解質材料の酸化分解電流の最大値が0.50μA以下である硫化物系無機固体電解質材料。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 3 ,
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material has a maximum value of oxidative decomposition current of 0.50 μA or less, measured at a temperature of 25° C., a sweep voltage range of 0 to 5 V, and a voltage sweep rate of 5 mV/sec. Solid electrolyte material.
請求項1乃至のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
ガラスセラミックス状態である硫化物系無機固体電解質材料。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 4 ,
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material in a glass-ceramic state.
請求項1乃至のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
前記硫化物系無機固体電解質材料の形状は粒子状であり、
レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における、粒子状の前記硫化物系無機固体電解質材料の平均粒子径d50が1μm以上100μm以下である硫化物系無機固体電解質材料。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 5 ,
The shape of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material is particulate,
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material, wherein the sulfide-based inorganic solid electrolyte material has an average particle diameter d50 of 1 μm or more and 100 μm or less in a weight-based particle size distribution determined by a laser diffraction scattering particle size distribution measurement method.
請求項1乃至のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料において、
リチウムイオン電池に用いられる硫化物系無機固体電解質材料。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 6 ,
A sulfide-based inorganic solid electrolyte material used in lithium-ion batteries.
請求項1乃至のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料を含む固体電解質。 A solid electrolyte comprising the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 7 . 請求項に記載の固体電解質を主成分として含む固体電解質膜。 A solid electrolyte membrane comprising the solid electrolyte according to claim 8 as a main component. 請求項に記載の固体電解質膜において、
粒子状の前記固体電解質の加圧成形体である固体電解質膜。
The solid electrolyte membrane according to claim 9 ,
A solid electrolyte membrane that is a press-molded body of the solid electrolyte in particulate form.
請求項または10に記載の固体電解質膜において、
当該固体電解質膜中のバインダー樹脂の含有量が、前記固体電解質膜の全体を100質量%としたとき、0.5質量%未満である固体電解質膜。
The solid electrolyte membrane according to claim 9 or 10 ,
A solid electrolyte membrane in which the content of binder resin in the solid electrolyte membrane is less than 0.5% by mass when the entire solid electrolyte membrane is 100% by mass.
請求項乃至11のいずれか一項に記載の固体電解質膜において、
当該固体電解質膜中の前記硫化物系無機固体電解質材料の含有量が、前記固体電解質膜の全体を100質量%としたとき、50質量%以上である固体電解質膜。
The solid electrolyte membrane according to any one of claims 9 to 11 ,
A solid electrolyte membrane in which the content of the sulfide-based inorganic solid electrolyte material in the solid electrolyte membrane is 50% by mass or more when the entire solid electrolyte membrane is 100% by mass.
正極活物質層を含む正極と、電解質層と、負極活物質層を含む負極とを備えたリチウムイオン電池であって、
前記正極活物質層、前記電解質層および前記負極活物質層のうち少なくとも一つが、請求項1乃至のいずれか一項に記載の硫化物系無機固体電解質材料を含むリチウムイオン電池。
A lithium ion battery comprising a positive electrode including a positive electrode active material layer, an electrolyte layer, and a negative electrode including a negative electrode active material layer,
A lithium ion battery in which at least one of the positive electrode active material layer, the electrolyte layer, and the negative electrode active material layer contains the sulfide-based inorganic solid electrolyte material according to any one of claims 1 to 7 .
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