JPWO2016067631A1 - 硫化物ガラス及び結晶性固体電解質の製造方法、結晶性固体電解質、硫化物ガラス及び固体電池 - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明は、結晶性固体電解質及び硫化物ガラス及び固体電池に関する。
特許文献1〜3に記載の硫化物系固体電解質は、硫化物ガラスを加熱処理して結晶化させることにより高いイオン伝導度を発現しているが、高いイオン伝導度が発現する加熱温度範囲が狭く、製造が難しいという課題があった。特に量産化を行うために製造設備を大型化すると均一の温度で加熱することが難しくなるという課題もある。
また、本発明の目的は、結晶化のための加熱処理の温度範囲が広い硫化物ガラスを提供することである。
また、本発明の目的は、製造が容易な結晶性固体電解質を提供することである。
第一発明によれば、以下の硫化物ガラスの製造方法等が提供される。
1.下記式(1)に従う硫化リンを原料に用いる硫化物ガラスの製造方法。
100×A/B≧37…(1)
(式中、Aは31PNMRスペクトル解析において、ピーク位置が57.2ppm以上58.3ppm以下、及び、63.0ppm以上64.5ppm以下の範囲に現れるピークのピーク面積を示し、Bは測定されるすべてのピークのピーク面積の合計を示す。)
2.下記式(2)に従う硫化リンを原料に用いる硫化物ガラスの製造方法。
37≦100×(A+D)/B≦70…(2)
(式中、Aは31PNMRスペクトル解析において、ピーク位置が57.2ppm以上58.3ppm以下、及び、63.0ppm以上64.5ppm以下の範囲に現れるピークのピーク面積を示し、Dはピーク位置が84.0ppm以上86.0ppm以下、及び、110ppm以上113ppm以下の範囲に現れるピークのピーク面積を示し、Bは測定されるすべてのピークのピーク面積の合計を示す。)
3.下記式(3)〜(5)に従う硫化リンを原料に用いる硫化物ガラスの製造方法。
37≦100×A/B≦60…(3)
25≦100×C/B≦60…(4)
0≦100×D/B≦10……(5)
(式中、Aは31PNMRスペクトル解析において、ピーク位置が57.2ppm以上58.3ppm以下、及び、63.0ppm以上64.5ppm以下の範囲に現れるピークのピーク面積を示し、Cはピーク位置が56.6ppm以上57.1ppm以下の範囲に現れるピークのピーク面積を示し、Dはピーク位置が84.0ppm以上86.0ppm以下、及び、110ppm以上113ppm以下の範囲に現れるピークのピーク面積を示し、Bは測定されるすべてのピークのピーク面積の合計を示す。)
4.下記式(6)に従う硫化リンを原料に用いる1〜3のいずれかに記載の硫化物ガラスの製造方法。
0.1≦100×D/B≦10…(6)
(式中、Dは31PNMRスペクトル解析において、ピーク位置が84.0ppm以上86.0ppm以下、及び、110ppm以上113ppm以下の範囲に現れるピークのピーク面積を示し、Bは測定されるすべてのピークのピーク面積の合計を示す。)
5.1〜4のいずれかに記載の製造方法により製造された硫化物ガラスを加熱する結晶性固体電解質の製造方法。
6.下記式(7)と(8)に従う5に記載の結晶性固体電解質の製造方法。
Tc1−18≦T≦Tc1+150…(7)
T<Tc2…(8)
(式中、Tは加熱温度を示し、Tc1は、硫化物ガラスを乾燥窒素雰囲気下、昇温速度10℃/minで20℃から600℃まで示差熱熱重量測定を行った場合に初めて現れる発熱ピークの温度を意味し、Tc2は、Tc1の次に現れる発熱ピークの温度を意味する。)
7.1〜4のいずれかに記載の硫化物ガラスの製造方法により製造された硫化物ガラス。
8.5又は6に記載の結晶性固体電解質の製造方法により製造された結晶性固体電解質。
9.下記式(9)に従う硫化物ガラス。
Tc1+45≦Tc2…(9)
(式中、Tc1は、硫化物ガラスを乾燥窒素雰囲気下、昇温速度10℃/minで20℃から600℃まで示差熱熱重量測定を行った場合に初めて現れる発熱ピークの温度を意味し、Tc2は、Tc1の次に現れる発熱ピークの温度を意味する。)
10.硫黄元素とリチウム元素を含む9に記載の硫化物ガラス。
第二発明によれば、以下の結晶性固体電解質等が提供される。
11.構成成分としてリチウム、リン及び硫黄を含み、
粉末X線回折(CuKα:λ=1.5418Å)において、少なくとも2θ=18.9±0.5deg,21.5±0.5deg及び38.6±0.5degに回折ピークを有する結晶性固体電解質。
12.粉末X線回折(CuKα:λ=1.5418Å)において、2θ=17.6±0.5deg及び23.5±0.5degに回折ピークを有する11に記載の結晶性固体電解質。
13.粉末X線回折(CuKα:λ=1.5418Å)において、2θ=34.6±0.5degに回折ピークを有する11又は12に記載の結晶性固体電解質。
14.前記リチウム、リン及び硫黄のモル比(リチウム元素:リン元素:硫黄元素)が、0.1〜12:1〜2:0.1〜9である11〜13のいずれかに記載の結晶性固体電解質。
15.硫化リンを原料とし、前記硫化リンがP4S9構造を37mol%以上含む11〜14のいずれかに記載の結晶性固体電解質。
16.構成成分としてリチウム、リン及び硫黄を含み、160〜350℃の温度範囲で、1℃間隔で熱処理すると少なくとも1点以上で11〜15のいずれかに記載の結晶性固体電解質を得ることができる硫化物ガラス。
17.イオン伝導性を有する16に記載の硫化物ガラス。
18.固体電解質と電極活物質を含み、前記固体電解質が、11〜15のいずれかに記載の結晶性固体電解質及び17に記載の硫化物ガラスのうち少なくとも1つを含む電極合材。
19.第一の固体電解質と電極活物質を含む電極と、第二の固体電解質を含む電解質層と、を含み、前記第一の固体電解質及び第二の固体電解質の少なくとも一方が、11〜15のいずれかに記載の結晶性固体電解質及び17に記載の硫化物ガラスのうち少なくとも1つを含む固体電池。
また、本発明によれば、結晶化の温度範囲が広い硫化物ガラスが提供できる。
また、本発明によれば、製造が容易な結晶性固体電解質が提供できる。
第一発明の硫化物ガラスの製造方法は下記式(1)に従う硫化リンを原料に用いる。
100×A/B≧37…(1)
式(1)において、Aは31PNMRスペクトル解析において、ピーク位置が57.2ppm以上58.3ppm以下、及び、63.0ppm以上64.5ppm以下の範囲に現れるピークのピーク面積を示し、Bは測定されるすべてのピークのピーク面積の合計を示す。
37≦100×(A+D)/B≦70…(2)
式(2)において、A及びBは上記式(1)と同様である。Dは31PNMRスペクトル解析において、ピーク位置が84.0ppm以上86.0ppm以下、及び、110.0ppm以上113.0ppm以下の範囲に現れるピークのピーク面積を示す。
37≦100×A/B≦60…(3)
25≦100×C/B≦60…(4)
0≦100×D/B≦10……(5)
式(3)〜(5)において、A、B及びDは上記式(1)及び(2)と同様である。Cは、31PNMRスペクトル解析において、ピーク位置が56.6ppm以上57.1ppm以下の範囲に現れるピークのピーク面積を示す。
0.1≦100×D/B≦10…(6)
式(6)において、B及びDは上記式(1)〜(5)と同様である。
第一発明の結晶性固体電解質の製造方法は、下記式(7)と(8)に従うことが好ましい。
Tc1−18≦T≦Tc1+150…(7)
T<Tc2…(8)
(式中、Tは加熱温度(℃、以下、本願において温度の単位は℃とする。なお、℃以外の単位で別途定義する場合を除く。)を示し、Tc1は、硫化物ガラスを乾燥窒素雰囲気下、昇温速度10℃/minで20℃から600℃まで示差熱熱重量測定を行った場合に初めて現れる発熱ピークの温度を意味し、Tc2は、Tc1の次に現れる発熱ピークの温度を意味する。)
結晶性固体電解質を大量生産する場合には、硫化物ガラスを均一に加熱することが困難となる。第一発明の結晶性固体電解質の製造方法では、結晶性固体電解質とすることができる温度範囲が広いため、加熱の際に多少の加熱ムラがあったとしても結晶性固体電解質を安定的に大量生産することができる。
Tc1≦T≦Tc1+110…(7’)
第一発明の結晶性固体電解質の製造方法において、式(8)の条件は、下記式(8’)であると好ましい。
T<Tc2−45…(8’)
なお、結晶性固体電解質原料由来のピークの有無は問わないものとするが、該原料由来のピークが小さいことが好ましく、ピークがないことがより好ましい。該原料由来のピークがあるということは、未反応の原料が残っていることを示し、原料の種類によっては、結晶性固体電解質のイオン伝導度を下げる原因になるからである。
また、「硫化物ガラス」とは、X線回折測定においてX線回折パターンが実質的に硫化物ガラスの原料由来のピーク以外のピークを示さないハローパターンである。ここで、硫化物ガラスの原料由来のピークの有無は問わないものとするが、ピーク強度が小さいことが好ましく、ピークがないことがより好ましい。硫化物ガラスはイオン伝導性を有していなくてもよいが、有していることが好ましい。通常、結晶性固体電解質の結晶化度は100%ではなく、硫化物ガラス成分が含まれるため、硫化物ガラスのイオン伝導度が高ければ高いほど、この硫化物ガラスを用いて製造した結晶性固体電解質のイオン伝導度が高くなるためである。
硫化リンは、硫黄元素及びリン元素を含む個々の化合物(例えばP4S10、P4S9、P4S7)、あるいは硫黄元素及びリン元素を含む化合物を2種以上含む(例えばP4S10、P4S9及びP4S7からなる硫化リン)。
ここで、P4S10、P4S9及びP4S7は、31PNMRスペクトル解析において、P4S9は、ピーク位置が57.2ppm以上58.3ppm以下、及び、63.0ppm以上64.5ppm以下の範囲に現れるピークにより特定することができ、P4S10はピーク位置が56.6ppm以上57.1ppm以下の範囲に現れるピークにより特定することができ、P4S7はピーク位置が84.0ppm以上86.0ppm以下、及び、110.0ppm以上113.0ppm以下の範囲に現れるピークにより特定することができると考える。
なお、後記するA、B、C及びDの定義は上記式(1)〜(5)と同様である。
なお、硫化リンが満たす要件又は満たした方が好ましい要件である「100×A/B」の上限は特に限定されないが、例えば、99、95又は90とすることができる。
「100×C/B」を25以上60以下、「100×A/B」を37以上60以下、及び「100×D/B」を0以上10以下の要件を満たす硫化リンを使用してもよい。
また、「100×A/B」が42以上50以下、及び「100×D/B」が0以上4以下である硫化リンであってもよい。
37≦X+Y≦70…(10)
37≦X+Y≦61…(11)
38≦X+Y≦54…(12)
(式中、Xは前記硫化リンにおける「100×A/B」を示し、Yは前記硫化リンにおける「100×D/B」を示す。)
その他の成分の割合は、「100×E/B」が0以上35以下の要件を満たし、より好ましくは0以上30以下の要件を満たし、さらに好ましくは0以上10以下である要件を満たす。
ここで、Eは、31PNMRスペクトル解析において、56.6ppmより小さく、57.1ppmより大きく、57.2ppmより小さく、58.3ppmより大きく、63.0ppmより小さく、64.5ppmより大きく、84.0ppmより小さく、86.0ppmより大きく、110.0ppmより小さく、113.0ppmより大きい範囲に現れるピークのピーク面積の合計を示す。
Bは上記式(1)と同様である。
使用する硫化リンが「100×D/B」>0の条件を満たす場合は、当該硫化リンは、好ましくは「100×C/B」が25以上60以下、「100×A/B」が37以上60以下、及び「100×D/B」が0.1以上10以下の要件を満たす硫化リンであり、より好ましくは「100×C/B」が35以上55以下、「100×A/B」が37以上55以下、及び「100×D/B」が0.5以上6以下の要件を満たす硫化リンであり、さらに好ましくは「100×C/B」が35以上55以下、「100×A/B」が38以上50以下、及び「100×D/B」が1以上4以下での要件を満たす硫化リンである。
また、「100×A/B」が42以上50以下、及び「100×D/B」が1以上4以下の要件を満たす硫化リンであってもよい。
37≦X+Y≦70…(10)
37≦X+Y≦61…(11)
38≦X+Y≦54…(12)
(式中、Xは前記硫化リンにおける「100×A/B」を示し、Yは前記硫化リンにおける「100×D/B」を示す。)
即ち、X=100×A/B、Y=100×D/Bである。
硫化リン中のその他成分の含有量は、「100×E/B」が好ましくは0以上35以下の要件を満たし、より好ましくは0以上30以下の要件を満たし、さらに好ましくは0以上10以下の要件を満たす。
α型P4S9とβ型P4S9は互いに分子構造が異なり、α型とはP4S10構造からP=S結合のSがひとつ欠損した構造で、β型とはP4S10構造からP−S−P結合のSがひとつ欠損した構造である。これらはXRDのピーク位置により判別できる。
「100×A/B」が37.0以上の要件を満たす硫化リンは、五硫化二リン、即ちP4S9を含む五硫化二リンについて以下の処理をして製造するとよい。具体的には、二硫化炭素を溶媒としたソックスレー抽出法により得られる。
ソックスレー抽出法とは、固体から目的成分を抽出するために、一般的に用いられている抽出方法である。即ち、最下部の溶媒を入れたフラスコを加熱して溶媒を蒸発させ、最上部の冷却器で凝結した液滴を、中間部の試料を入れた円筒濾紙に滴り落とし、目的成分を溶かしこんだ後にフラスコに流し込ませる。これを一定のサイクル(以下抽出サイクル)にて、一定の時間(以下抽出時間)抽出することにより、目的成分をフラスコ内の溶媒に濃縮するものである。
より具体的には、二硫化炭素を溶媒としたソックスレー抽出法にて、毎時2回以上10回以下、好ましくは毎時3回以上9回以下、例えば4回から5回の抽出サイクルにて、1時間以上48時間以下、好ましくは2時間以上48時間以下、例えば24時間抽出を行う。
得られた抽出物を蒸発乾固し、次に、抽出物に残存している揮発性物質を真空下(1トール未満又は約130Pa未満、常温)で除去する。これにより、「100×A/B」が37.0以上の要件を満たす硫化リンが得られる。
溶媒である二硫化炭素の含有水分量は100ppm以下であることが好ましい。
得られた抽出物を蒸発乾固し、次に、残存している揮発性物質を真空下(1トール未満又は約130Pa未満、常温)で除去する。これにより、「100×A/B」が37.0以上の要件を満たす硫化リンが得られる。
原料として使用する硫化リンは、好ましくはP4S7を含む。
硫化リンにおける「100×(A+D)/B」が、40.0以上、45.0以上の要件を満たしても良い。
ここで、測定される値は、各ピークのピーク面積であるが、上記した方法によりA〜Eの値を求めることができる。
溶液調製:サンプル20mgに対し二硫化炭素(アルドリッチ社製anhydrous)7mlを加えて、完全溶解させる。さらにベンゼン−d6(ISOTEC社製99.6%)を1ml加え撹拌し、そのうちの0.7mlをNMR試料管へ充填する。
装置:(株)JEOL RESONANCE製 ECA−500NMR装置
観測核:31P
観測周波数:200.43MHz
測定温度:室温
パルス系列:シングルパルス(30°パルスを使用)
90°パルス幅:13.3μs
FID測定後、次のパルス印加までの待ち時間:20s
積算回数:2048回
原料に硫化リチウムを含むことが好ましい。
以下、硫化リチウムについて説明する。
尚、上記特開2010−163356号公報では、炭化水素系有機溶媒中で水酸化リチウムと硫化水素とを70℃〜300℃で反応させて、水硫化リチウムを生成し、次いでこの反応液を脱硫化水素化することにより硫化リチウムを合成する。また、上記特開2011−084438号公報では、水溶媒中で水酸化リチウムと硫化水素とを10℃〜100℃で反応させて、水硫化リチウムを生成し、次いでこの反応液を脱硫化水素化することにより硫化リチウムを合成する。
原料にハロゲン化リチウムを含んでもよい。ハロゲン化リチウムは、例えば、LiI、LiBr、LiCl、LiFが挙げられ、これらのうち1種としてもよく、2種以上としてもよい。
硫化リンを含む原料を混合して硫化物ガラスを製造する方法としては、MM(メカニカルミリング)法、溶融急冷法、炭化水素系溶媒中で原料を接触させる方法(WO2009/047977)、炭化水素系溶媒中で原料を接触させる手段と粉砕合成手段とを交互に行う方法(特開2010−140893)、溶媒中で原料を接触させる工程の後に粉砕合成工程を行う方法(PCT/JP2012/005992)のいずれでもよい。
また混合は、溶媒を用いずに混合してもよく、溶媒中で混合してもよい。溶媒を用いる場合には、ボールやビーズを用いる反応容器とボールやビーズを用いない反応容器を循環させる方法が好ましい。
上記溶媒は、極性溶媒であっても非極性溶媒であってもよい。非極性溶媒としては、炭化水素溶媒が挙げられる。当該炭化水素溶媒としては、脂肪族炭化水素溶媒、芳香族炭化水素溶媒が挙げられ、芳香族炭化水素溶媒中で混合することが好ましい。芳香族炭化水素溶媒としては、アルキルベンゼンが好ましい。アルキルベンゼンとしては、トルエンが好ましい。
混合時間は特に限定は無いが、例えば1時間以上72時間以下、2時間以上48時間以下である。
また、硫化リチウムと硫化リンの混合の割合は、85〜60:15〜40が好ましく、85〜65:15:35がより好ましい。
また、第一発明の結晶性固体電解質は上記結晶性固体電解質の製造方法により製造されてもよい。
また、第一発明の硫化物ガラスは式(9)に従っていても良い。
Tc1+45≦Tc2…(9)
式中、Tc1は、硫化物ガラスを乾燥窒素雰囲気下、昇温速度10℃/minで20℃から600℃まで示差熱熱重量測定を行った場合に初めて現れる発熱ピークの温度を意味し、Tc2は、Tc1の次に現れる発熱ピークの温度を意味する。
さらに、第一発明の硫化物ガラスは、硫黄元素とリチウム元素とリン元素を含むことが好ましい。
また、第一発明の硫化物ガラスは、硫黄元素とリチウム元素とリン元素とハロゲン元素を含んでいてもよい。
第一の硫化物ガラスはイオン伝導度を有することが好ましい。
さらに、ハロゲン元素は、臭素又はヨウ素であることが好ましい。
第一発明の硫化物ガラスは、式(9’)を満たすことが好ましい。
Tc1+50≦Tc2…(9’)
(式中、Tc1及びTc2は、式(9)と同様である。)
第一発明の製造方法で得られる結晶性固体電解質又は第一発明の硫化物ガラスは、Li、P及びSを含む結晶性硫化物固体電解質又は硫化物ガラスである。
また、第一発明の製造方法で得られる結晶性固体電解質又は第一発明の硫化物ガラスは、Li、P、S及びハロゲンを含む結晶性固体電解質又は硫化物ガラスであってもよい。
第一発明の製造方法で得られる結晶性固体電解質又は第一発明の硫化物ガラスは、具体的には、Li、P及びSを含む結晶性固体電解質又は硫化物ガラス、Li、P、S及びIを含む結晶性固体電解質又は硫化物ガラス、Li、P、S及びBrを含む結晶性固体電解質又は硫化物ガラス、Li、P、S及びClを含む結晶性固体電解質又は硫化物ガラスが挙げられる。
また、ハロゲン元素を含まない場合、結晶性固体電解質又は硫化物ガラス中のリチウム元素とリン元素と硫黄のモル比は、リチウム元素:リン元素:硫黄元素=0.1〜12:1〜2:0.1〜9が好ましく、1〜9:1〜1.8:3〜7がより好ましい。
LiaMbPcSdXe…(13)
式(13)において、MはB、Zn、Si、Cu、Ga又はGeから選択される元素を示す。XはF、I、Br、Cl又はAtから選択される元素を示す。
a〜eは各元素の組成比を示し、a:b:c:d:eは0.1〜12:0〜0.2:1〜2:0.1〜9:0〜9を満たす。
好ましくは、bは0であり、より好ましくは、a、c、d及びeの比(a:c:d:e)がa:c:d:e=1〜9:1:3〜7:0〜6、さらに好ましくは、a:c:d:e=1.5〜4:1:3.25〜4.5:0〜5である。
上記から、結晶化は、「構造単位の拡散や移動」が可能となる温度、即ち少なくともガラス転移点付近からそれ以上に高い温度で結晶化が起こるものと考えている。ここで、硫化物ガラスを乾燥窒素雰囲気下、昇温速度10℃/minで20℃から600℃まで示差熱熱重量測定を行った場合に初めて現れる発熱ピークの温度(Tc1)とガラス転移点との関係は明確ではないが、上記硫化リンを原料にして製造した硫化物ガラスは、Tc1−18℃以上Tc1+150℃の温度範囲で加熱すると結晶構造が得られることを見出した。ここで、ガラス転移点とTc1とは近似する温度であると考えられる。また、結晶構造が得られる加熱温度は、硫化物ガラスを乾燥窒素雰囲気下、昇温速度10℃/minで20℃から600℃まで示差熱熱重量測定を行った場合にTc1の次に現れる発熱ピークの温度(Tc2)より低い必要がある。
ここで、硫化物ガラス(例えば、第一発明の硫化物ガラス)を乾燥窒素雰囲気下、昇温速度10℃/minで20℃から600℃まで示差熱熱重量測定を行った場合に、20℃から400℃の間かつTc1とTc2の間にピークに類似した現象が観察されることがある(図7参照)。
ピークに類似した現象は、見方によっては、ピークのように見えることがある。また、少々の発熱量によりピークのような現象が観察されることがある。ここで、ピークに類似した現象は、見方によっては、ピークのように見えるようなものと少々の発熱量によりピークのように見えるものを本段落以降では、ピーク等という。
このような場合には、「昇温速度10℃/minで20℃から600℃まで示差熱熱重量測定を行った場合に、20℃から400℃の間に現れるピーク等の内、1番目と2番目に高いピークトップを有するピーク等をTc1とTc2とする。なお、Tc2はTc1より高い温度である。
なお、Tc2以上の温度で加熱すると準安定相に安定相が混ざり始めると推測しており、安定相はイオン伝導度が高くないため、加熱温度はTc2以下である必要がある。
第一発明の製造方法で用いられる硫化物ガラスについて示差熱熱重量測定した場合、分離した2つの発熱ピークが得られ、且つ2つの発熱ピークのピーク温度が十分に離れており、幅広い熱処理温度範囲で結晶化が可能である。
加熱時間は、0.005分以上、10時間以下が好ましい。さらに好ましくは、0.005分以上、4時間以下であり、特に好ましくは、1分以上、3時間以下である。
昇温方法については特に指定がない。所定温度までゆっくり昇温してもよいし、急速に加熱してもよい。
加熱は、露点−40℃以下の環境下で行うことが好ましく、より好ましくは露点−60℃以下の環境下で行うことが好ましい。加熱時の気圧は、常圧であってもよく、減圧下であってもよい。雰囲気は、空気中であってもよく、不活性雰囲気下であってもよい。
・Li3PS4結晶構造
・Li4P2S6結晶構造
・Li7PS6結晶構造
・Li7P3S11結晶構造
・Li4−xGe1−xPxS4系チオリシコンリージョンII型及びIII型の結晶構造
(Kannoら、Journal of The Electrochemical Society,148(7)A742−746(2001)参照)
・上記Li4−xGe1−xPxS4系チオリシコンリージョンII型及びIII型とは元素が一部異なる、チオリシコンリージョンII型及びIII型に類似の結晶構造(Solid StateIonics 177(2006)2721−2725参照)
第一発明の製造方法で得られる結晶性固体電解質に負極活物質を配合することにより負極合材が得られる。
上記負極活物質としては、炭素材料、金属材料等、公知のものが使用できる。これらのうち2種以上からなる複合体も使用できる。
炭素材料としては、グラファイト(例えば、人造黒鉛)、黒鉛炭素繊維、樹脂焼成炭素、熱分解気相成長炭素、コークス、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、フルフリルアルコール樹脂焼成炭素、ポリアセン、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、天然黒鉛及び難黒鉛化性炭素等が挙げられる。
金属材料としては、金属単体、合金、金属化合物が挙げられる。当該金属単体としては、金属ケイ素、金属スズ、金属リチウム、金属インジウム、金属アルミニウムが挙げられる。当該合金としては、ケイ素、スズ、リチウム、インジウム及びアルミニウムのうち少なくとも1つを含む合金が挙げられる。当該金属化合物としては、金属酸化物が挙げられる。金属酸化物は、例えば酸化ケイ素、酸化スズ、酸化アルミニウムである。
負極合材における負極活物質の含有量が少なすぎる(結晶性固体電解質が多すぎる)と、所望の電池容量が得られにくい。一方、負極合材における負極活物質の含有量が多すぎる(結晶性固体電解質が少なすぎる)と、負極合材内でのリチウムイオン伝導パスが十分に形成されないため、内部抵抗が上昇し、結果として容量低下の原因となるおそれがある。
導電助剤は、負極合材の高容量化やハイレート化を達成するために添加される成分である。導電助剤の具体例としては、アセチレンブラックやケッチェンブラック等の高導電性カーボンブラックや、Ni粉末、Cu粉末、Ag粉末等の金属粉末等が挙げられる。なかでも、極少量の添加で優れた導電性を発揮する高導電性カーボンブラック、Ni粉末、Cu粉末のいずれかを用いることが好ましい。
結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、あるいはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、スルホン化EPDM、天然ブチルゴム(NBR)等を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。また、水系バインダーであるセルロース系やスチレンブタジエンゴム(SBR)の水分散体等を用いることもできる。
混合方法は特に限定されないが、例えば、乳鉢、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、遊星ボールミル、振動ボールミル、サンドミル、カッターミルを用いて混合する乾式混合;及び有機溶媒中に原料を分散させた後に、乳鉢、ボールミル、ビーズミル、遊星ボールミル、振動ボールミル、サンドミル、フィルミックスを用いて混合し、その後溶媒を除去する湿式混合を適用することができる。これらのうち、負極活物質粒子を破壊しないために湿式混合が好ましい。
第一発明の製造方法で得られる結晶性固体電解質に正極活物質を配合することにより正極合材が得られる。
正極活物質は、リチウムイオンの挿入脱離が可能な物質であり、電池分野において正極活部質として公知のものが使用できる。
金属酸化物は、例えば遷移金属酸化物である。具体的には、V2O5、V6O13、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、Li(NiaCobMnc)O2(ここで、0<a<1、0<b<1、0<c<1、a+b+c=1)、LiNi1−YCoYO2、LiCo1−YMnYO2、LiNi1−YMnYO2(ここで、0≦Y<1)、Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2、0<b<2、0<c<2、a+b+c=2)、LiMn2−ZNiZO4、LiMn2−ZCoZO4(ここで、0<Z<2)、LiCoPO4、LiFePO4、CuO、Li(NiaCobAlc)O2(ここで、0<a<1、0<b<1、0<c<1、a+b+c=1)等が挙げられる。
金属硫化物としては、硫化チタン(TiS2)、硫化モリブデン(MoS2)、硫化鉄(FeS、FeS2)、硫化銅(CuS)及び硫化ニッケル(Ni3S2)等が挙げられる。
その他、金属酸化物としては、酸化ビスマス(Bi2O3)、鉛酸ビスマス(Bi2Pb2O5)等が挙げられる。
非金属硫化物としては、有機ジスルフィド化合物、カーボンスルフィド化合物等が挙げられる。
上記の他、セレン化ニオブ(NbSe3)、金属インジウム、硫黄も正極活物質として使用できる。
導電助剤は、導電性を有していればよく、その電子伝導度は、好ましくは1×103S/cm以上であり、より好ましくは1×105S/cm以上である。導電助剤としては、炭素材料、金属粉末及び金属化合物から選択される物質、及びこれらの混合物が挙げられる。
導電助剤の具体例としては、好ましくは炭素材料、ニッケル、銅、アルミニウム、インジウム、銀、コバルト、マグネシウム、リチウム、クロム、金、ルテニウム、白金、ベリリウム、イリジウム、モリブデン、ニオブ、オスニウム、ロジウム、タングステン及び亜鉛からなる群より選択される少なくとも1つの元素を含む物質であり、より好ましくは導電性が高い炭素単体、炭素単体以外の炭素材料;ニッケル、銅、銀、コバルト、マグネシウム、リチウム、ルテニウム、金、白金、ニオブ、オスニウム又はロジウムを含む金属単体、混合物又は化合物である。
尚、炭素材料の具体例としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、デンカブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック等のカーボンブラック;黒鉛、炭素繊維、活性炭等が挙げられ、これらは単独でも2種以上でも併用可能である。なかでも、電子伝導性が高いアセチレンブラック、デンカブラック、ケッチェンブラックが好適である。
リチウムイオン電池は、正極層、電解質層及び負極層をこの順に備える全固体電池であり、正極層、電解質層及び負極層から選択される1以上が第一発明の製造方法により得られる結晶性固体電解質を含む。
以下、リチウムイオン電池の各層について説明する。
負極層は、好ましくは上記負極合材からなる層である。
負極層の厚さは、100nm以上5mm以下が好ましく、1μm以上3mm以下がより好ましく、5μm以上1mm以下がさらに好ましい。
負極層は公知の方法により製造することができ、例えば、塗布法、静電法(静電スプレー法、静電スクリーン法等)により製造することができる。
電解質層は、固体電解質を含む層である。当該固体電解質は特に限定されないが、好ましくは第一発明で製造される結晶性固体電解質である。
電解質層は、固体電解質のみからなってもよく、さらにバインダーを含んでもよい。当該バインダーとしては、上記負極合材の結着剤と同じものが使用できる。
電解質層の固体電解質は、融着していてもよい。融着とは、固体電解質粒子の一部が溶解し、溶解した部分が他の固体電解質粒子と一体化することを意味する。また、電解質層は、固体電解質の板状体であってもよく、当該板状体は、固体電解質粒子の一部又は全部が溶解し、板状体になっている場合も含む。
電解質層は、公知の方法により製造することができ、例えば、塗布法、静電法(静電スプレー法、静電スクリーン法等)により製造することができる。
正極層は、正極活物質を含む層であり、好ましくは上記正極合材からなる層である。
正極層の厚さは、0.01mm以上10mm以下であることが好ましい。
正極層は、公知の方法により製造することができ、例えば、塗布法、静電法(静電スプレー法、静電スクリーン法等)により製造することができる。
上記リチウムイオン電池は好ましくは集電体をさらに備える。例えば負極集電体は負極の電解質側とは反対側に、正極集電体は正極の電解質側とは反対側に設ける。
集電体として、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、ゲルマニウム、インジウム、リチウム、又はこれらの合金等からなる板状体や箔状体等が使用できる。
また、接合面にイオン伝導性を有する活物質や、イオン伝導性を阻害しない接着物質を介して接合してもよい。
接合においては、固体電解質の結晶構造が変化しない範囲で加熱融着してもよい。
また、上記リチウムイオン電池は、上述した各部材を順次形成することでも製造できる。公知の方法により製造することができ、例えば、塗布法、静電法(静電スプレー法、静電スクリーン法等)により製造することができる。
A.結晶性固体電解質
第二発明の結晶性固体電解質は、構成成分としてリチウム元素、リン元素及び硫黄元素を含む。そして、粉末X線回折(CuKα:λ=1.5418Å)測定で得られる回折パターンにおいて、以下の(A)〜(C)の3カ所にピークが観測されることを特徴とする。
(A)2θ=18.9±0.5deg
(B)2θ=21.5±0.5deg
(C)2θ=38.6±0.5deg
粉末X線回折で測定されるピークは、特定の結晶構造の存在を表している。第二発明の結晶性固体電解質では、上記ピーク(A)〜(C)で特定される結晶構造を有する。第二発明では、結晶化時の加熱温度を広範囲にできる固体電解質を得ることができる。
(D)2θ=17.6±0.5deg
(E)2θ=23.5±0.5deg
特に、好ましくは、さらに粉末X線回折測定で得られる回折パターンにおいて、以下のピーク(F)が観測される。
(F)2θ=34.6±0.5deg
なお、結晶構造は1種類であってもよく、2種類以上であってもよい。
また、結晶性固体電解質は、(A)〜(C)の位置にピークを発現する結晶構造以外の結晶構造を有していてもよい。
また、第二発明の結晶性固体電解質は、ハロゲン元素を含まない場合には、リチウム元素、リン元素及び硫黄元素のモル比(リチウム元素:リン元素:硫黄元素)が、0.1〜12:1〜2:0.1〜9を満たすことが好ましく、1〜9:1〜1.8:3〜7を満たすことがより好ましく、1.5〜4:1〜1.5:3.25〜4.5を満たすことがさらに好ましい。
LiaMbPcSdXe…(13)
式(13)において、MはB、Zn、Si、Cu、Ga又はGeから選択される元素を示す。XはF、I、Br、Cl又はAtから選択される元素を示す。
a〜eは各元素の組成比を示し、a:b:c:d:eは0.1〜12:0〜0.2:1〜2:0.1〜9:0〜9を満たす。
好ましくは、bは0であり、より好ましくは、a、c、d及びeの比(a:c:d:e)がa:c:d:e=1〜9:1:3〜7:0〜6、さらに好ましくは、a:c:d:e=1.5〜4:1:3.25〜4.5:0〜5である。
加熱時間は、0.005分以上、10時間以下が好ましい。さらに好ましくは、0.005分以上、4時間以下であり、特に好ましくは、1分以上、3時間以下である。
昇温方法については特に指定がない。所定温度までゆっくり昇温してもよいし、急速に加熱してもよい。
加熱は、露点−40℃以下の環境下で行うことが好ましく、より好ましくは露点−60℃以下の環境下で行うことが好ましい。加熱時の気圧は、常圧であってもよく、減圧下であってもよい。雰囲気は、空気中であってもよく、不活性雰囲気下であってもよい。
第二発明の硫化物ガラスは、構成成分としてリチウム、リン及び硫黄を含み、160〜350℃の温度範囲で、1℃間隔で熱処理すると少なくとも1点以上で上述した第二発明の結晶性固体電解質を得ることができる。
また、硫化物ガラスは、ハロゲン元素を含まない場合には、リチウム元素、リン元素及び硫黄元素のモル比(リチウム元素:リン元素:硫黄元素)が、0.1〜12:1〜2:0.1〜9を満たすことが好ましく、1〜9:1〜1.8:3〜7を満たすことがより好ましく、1.5〜4:1〜1.5:3.25〜4.5を満たすことがさらに好ましい。
LiaMbPcSdXe…(13)
式(13)において、MはB、Zn、Si、Cu、Ga又はGeから選択される元素を示す。XはF、I、Br、Cl又はAtから選択される元素を示す。
a〜eは各元素の組成比を示し、a:b:c:d:eは0.1〜12:0〜0.2:1〜2:0.1〜9:0〜9を満たす。
好ましくは、bは0であり、より好ましくは、a、c、d及びeの比(a:c:d:e)がa:c:d:e=1〜9:1:3〜7:0〜6、さらに好ましくは、a:c:d:e=1.5〜4:1:3.25〜4.5:0〜5である。
硫化物ガラスの原料としては、Li2S(硫化リチウム)、硫化リン、SiS2(硫化珪素)、Li4SiO4(オルト珪酸リチウム)、Al2S3(硫化アルミニウム)、単体リン(P)、単体の硫黄(S)、シリコン(Si)、GeS2(硫化ゲルマニウム)、B2S3(三硫化二砒素)、Li3PO4(リン酸リチウム)、Li4GeO4(ゲルマン酸リチウム)、LiBO2(メタホウ酸リチウム)、LiAlO3(リチウムアルミネート)、LiI(ヨウ化リチウム)、LiBr(臭化リチウム)等を用いることができる。
硫化リチウムは、第一の発明と同様であるため、記載を省略する。
第二発明で使用する硫化リンは、第一発明の硫化リンと同様であるため、説明を省略する。
第二発明の結晶化は第一発明と同様であることから説明を省略する。
C.電極合材
第二発明の電極合材は、固体電解質と電極活物質を含む。そして、固体電解質が、上述した第二発明の結晶性固体電解質及び硫化物ガラスのうち少なくとも1つを含む。なお、ここで用いる硫化物ガラスはイオン伝導性を有する。
電極活物質として負極活物質を使用すると負極合材となる。一方、正極活物質を使用すると正極合材となる。
固体電解質以外は、第一発明と同様であることから記載を省略する。
第二発明の固体電池は、第一の固体電解質と電極活物質を含む電極と、第二の固体電解質を含む電解質層と、を含む。そして、第一の固体電解質及び第二の固体電解質の少なくとも一方が、第二発明の結晶性固体電解質及び硫化物ガラスのうち少なくとも1つを含むことを特徴とする。
ここで用いる硫化物ガラスはイオン伝導性を有する。
固体電池としては、例えば、リチウムイオン電池が挙げられる。
なお、第二発明の固体電池は、第一発明のリチウムイオン電池とは、第二発明の結晶性固体電解質及び硫化物ガラスを用いる以外は同様であることから、記載を省略する。
製造例1
[硫化リチウム(Li2S)の製造]
硫化リチウムの製造及び精製は、下記のように行った。
非水溶性媒体としてトルエン(住友商事株式会社製)を脱水処理し、カールフィッシャー水分計にて測定し水分量が100ppmとなったもの303.8kgを窒素気流下で500Lステンレス製反応釜に加え、続いて無水水酸化リチウム33.8kg(本荘ケミカル株式会社製)を投入し、ツインスター撹拌翼131rpmで撹拌しながら、95℃に保持した。
スラリー中に硫化水素(住友精化株式会社製)を100L/分の供給速度で吹き込みながら104℃まで昇温した。反応釜からは、水とトルエンの共沸ガスが連続的に排出された。この共沸ガスを、系外のコンデンサで凝縮させることにより脱水した。この間、留出するトルエンと同量のトルエンを連続的に供給し、反応液レベルを一定に保持した。
凝縮液中の水分量は徐々に減少し、硫化水素導入後24時間で水の留出は認められなくなった。尚、反応の間は、トルエン中に固体が分散して撹拌された状態であり、トルエンから分層した水分は無かった。
この後、硫化水素を窒素に切り替え100L/分で1時間流通した。
得られた硫化リチウムの比表面積を窒素ガスによるBET法で、AUTOSORB6を用いて測定した結果、16.8m2/gであった。
[P4S9の含有量が多い硫化リン(抽出物1)の製造]
市販品である五硫化二リン(サーモフォス社製Special grade/FS、以下「市販品の硫化リン」という。)25gについて、二硫化炭素(アルドリッチ社製特級脱水グレード)を溶媒としたソックスレー抽出法によって、毎時4回から5回の抽出サイクルにて24時間抽出を行った。この抽出工程が完了して得られた抽出物を蒸発乾固し、次に、抽出物に残存している揮発性物質を真空下(1トール未満又は約130Pa未満、常温)で除去した。
装置:ECA−500NMR装置(株式会社JEOL RESONANCE製)
観測核:31P
観測周波数:200.43MHz
測定温度:室温
パルス系列:シングルパルス(30°パルスを使用)
90°パルス幅:11.4μs
FID測定後、次のパルス印加までの待ち時間:20s
積算回数:2048回
尚、本願において硫化リンの物質量(mol)は、P2S5の分子量で算出した。
[P4S9の含有量が少ない硫化リン(残留物1)の製造]
五硫化二リン(サーモフォス社製Special grade/FS)25gについて、二硫化炭素(アルドリッチ社製特級脱水グレード)を溶媒としたソックスレー抽出法によって、毎時4回から5回の抽出サイクルにて24時間抽出を行った。円筒濾紙内の残留物を蒸発乾固し、次に、残留物に残存している揮発性物質を真空下(1トール未満又は約130Pa未満、常温)で除去した。
得られた残留物(残留物1)は、XRD測定の結果、P4S10及びα−P4S9に帰属されるピークが確認され、これらのうちP4S10のメインピークが大きい材料であることが確認された。
また、得られた硫化リン(残留物1)について、製造例2と同様にして31PNMRスペクトルの測定を実施した。結果を表2に示す。
[P4S9の含有量が多い硫化リン(抽出物2)の製造]
市販品である五硫化二リン(サーモフォス社製Special grade/FS)30gについて、二硫化炭素(アルドリッチ社製特級脱水グレード)を溶媒としたソックスレー抽出法によって、毎時4回から5回の抽出サイクルにて25時間抽出を行った。この抽出工程が完了して得られた抽出物を蒸発乾固し、次に、抽出物に残存している揮発性物質を真空下(1トール未満又は約130Pa未満、常温)で除去した。
また、得られた硫化リン(抽出物2)について、製造例2と同様にして31PNMRスペクトルの測定を実施した。結果を表2に示す。
[P4S9の含有量が少ない硫化リン(残留物2)の製造]
五硫化二リン(サーモフォス社製Special grade/FS)30gについて、二硫化炭素(アルドリッチ社製特級脱水グレード)を溶媒としたソックスレー抽出法によって、毎時4回から5回の抽出サイクルにて25時間抽出を行った。円筒濾紙内の残留物を蒸発乾固し、次に、残留物に残存している揮発性物質を真空下(1トール未満又は約130Pa未満、常温)で除去した。
また、得られた硫化リン(残留物2)について、製造例2と同様にして31PNMRスペクトルの測定を実施した。結果を表2に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(抽出物1)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(乾式)法]
(1)硫化物ガラスの合成
製造例1で製造した硫化リチウム、製造例2で製造した硫化リン(抽出物1)、及びLiBr(本荘ケミカル株式会社製)を出発原料に用いた。これらをモル比で硫化リチウム:硫化リン:LiBr=63.75:21.25:15に調整した混合物約1gと、直径10mmのジルコニア製ボール10ケとを遊星型ボールミル(フリッチュ社製:型番P−7)アルミナ製ポット(45mL)に入れ、完全密閉した。ポット内はアルゴン雰囲気とした。遊星型ボールミルの回転数を370rpmで40時間メカニカルミリングを行い、硫化物ガラスを合成した。
示差熱熱重量測定は、乾燥窒素雰囲気下、昇温速度10℃/minで20〜600℃で実施した。示差熱−熱重量測定装置(メトラートレド社製TGA/DSC1)を使用し、硫化物ガラス約20mgで測定した。
図1に、示差熱熱重量測定による分析結果を示す。示差熱熱重量測定で初めに現れる発熱ピークの温度Tc1、Tc1の次に現れる発熱ピークの温度Tc2、及びTc1とTc2の温度差ΔTを表3に示す。
[硫化リチウム/硫化リン(残留物1)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(乾式)法]
原料に使用する硫化リンを製造例3で製造した硫化リン(残留物1)とした以外は実施例1と同様に硫化物ガラスを製造し、評価した。結果を図2、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(抽出物1)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(乾式)法−206℃(ピークトップ温度)熱処理結晶性固体電解質]
実施例1で合成した硫化物ガラス0.7gをアルゴン雰囲気下にて50mlシュレンク瓶へ封入した。当該シュレンク瓶を予め206℃にしたオイルバスへ投入し、2時間熱処理して、結晶性固体電解質とした。得られた結晶性固体電解質について、実施例1と同様にして示差熱熱重量測定を実施した。結果を図1、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(抽出物1)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(乾式)法−203℃(ピークトップ温度−3℃)熱処理結晶性固体電解質]
熱処理温度を203℃とした以外は、実施例2と同様に結晶性固体電解質を製造し評価した。結果を図1、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(抽出物1)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(乾式)法−201℃(ピークトップ温度−5℃)熱処理結晶性固体電解質]
熱処理温度を201℃とした以外は、実施例2と同様にして結晶性固体電解質を製造し評価した。結果を図1、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(抽出物1)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(乾式)法−225℃(Tc1とTc2の間)熱処理結晶性固体電解質]
熱処理温度を225℃とした以外は、実施例2と同様に結晶性固体電解質を製造し評価した。結果を図1、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(残留物1)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(乾式)法−205℃(ピークトップ温度)熱処理結晶性固体電解質]
比較例1で調製した硫化物ガラス0.7gをアルゴン雰囲気下にて50mlシュレンク瓶へ封入した。当該シュレンク瓶を、予め205℃にしたオイルバスへ投入して、2時間熱処理して、結晶性固体電解質とした。得られた結晶性固体電解質について、実施例1と同様にして示差熱熱重量測定を実施した。結果を図2、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(残留物1)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(乾式)法−202℃(ピークトップ温度−3℃)熱処理結晶性固体電解質]
熱処理温度を202℃とした以外は、比較例2と同様に結晶性固体電解質を製造し評価した。結果を図2、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(残留物1)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(乾式)法−200℃(ピークトップ温度−5℃)熱処理結晶性固体電解質]
熱処理温度を200℃とした以外は、比較例2と同様にして結晶性固体電解質を製造し評価した。結果を図2、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(残留物1)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(乾式)法−225℃(Tc1とTc2の間)熱処理結晶性固体電解質]
熱処理温度を225℃とした以外は、比較例2と同様にして結晶性固体電解質を製造し評価した。結果を図2、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(抽出物2)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(湿式)法]
(1)硫化物ガラスの合成
製造例1で製造した硫化リチウム、製造例4で製造した硫化リン(抽出物2)、及びLiBr(本荘ケミカル株式会社製)を出発原料に用いた。これらをモル比で硫化リチウム:硫化リン:LiBr=63.75:21.25:15に調整した混合物約10gと、トルエン(和光純薬製、特級)を脱水処理し、カールフィッシャー水分計にて測定し水分量が10ppm以下となったもの100mLと、直径2mmのジルコニア製ボール600gとを遊星型ボールミル(フリッチュ社製:型番P−5)アルミナ製ポット(500mL)に入れ、完全密閉した。ポット内はアルゴン雰囲気とした。遊星型ボールミルの回転数を220rpmで40時間メカニカルミリングを行い、硫化物ガラスを合成した。この硫化物ガラスのトルエンスラリーをグローブボックス内でシュレンク瓶へ取り、上澄み除去後、真空下(1トール未満又は約130Pa未満、常温)で5時間の乾燥をし、硫化物ガラスの白色粉末を得た。
実施例1と同様に硫化物ガラスを評価した。結果を図3、表3に示す。
[硫化リチウム/硫化リン(残留物2)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(湿式)法]
原料に使用する硫化リンを製造例5で製造した硫化リン(残留物2)とした以外は実施例6と同様に硫化物ガラスを製造し、評価した。結果を図4、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(抽出物2)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(湿式)法−204℃(ピークトップ温度−5℃)熱処理結晶性固体電解質]
実施例6で合成した硫化物ガラス0.9gをアルゴン雰囲気下にて50mlシュレンク瓶へ封入した。当該シュレンク瓶を予め204℃にしたオイルバスへ投入し、2時間熱処理して、結晶性固体電解質とした。得られた結晶性固体電解質について、実施例1と同様にして示差熱熱重量測定を実施した。結果を図3、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(抽出物2)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(湿式)法−206℃(ピークトップ温度−3℃)熱処理結晶性固体電解質]
熱処理温度を206℃とした以外は、実施例7と同様にして結晶性固体電解質を製造し評価した。結果を図3、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(抽出物2)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(湿式)法−209℃(ピークトップ温度)熱処理結晶性固体電解質]
熱処理温度を209℃とした以外は、実施例7と同様にして結晶性固体電解質を製造し評価した。結果を図3、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(抽出物2)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(湿式)法−212℃(ピークトップ温度+3℃)熱処理結晶性固体電解質]
熱処理温度を212℃とした以外は、実施例7と同様にして結晶性固体電解質を製造し評価した。結果を図3、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(抽出物2)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(湿式)法−214℃(ピークトップ温度+5℃)熱処理結晶性固体電解質]
熱処理温度を214℃とした以外は、実施例7と同様にして結晶性固体電解質を製造し評価した。結果を図3、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(抽出物2)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(湿式)法−215℃(Tc1とTc2の間)熱処理結晶性固体電解質]
熱処理温度を215℃とした以外は、実施例7と同様にして結晶性固体電解質を製造し評価した。結果を図3、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(残留物2)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(湿式)法−193℃(ピークトップ温度−5℃)熱処理ガラスセラミックス]
比較例6で調製した硫化物ガラス0.9gをアルゴン雰囲気下にて50mlシュレンク瓶へ封入した。当該シュレンク瓶を、予め193℃にしたオイルバスへ投入して、2時間熱処理して、結晶性固体電解質とした。得られた結晶性固体電解質について、実施例1と同様にして示差熱熱重量測定を実施した。結果を図4、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(残留物2)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(湿式)法−195℃(ピークトップ温度−3℃)熱処理結晶性固体電解質]
熱処理温度を195℃とした以外は、比較例7と同様にして結晶性固体電解質を製造し評価した。結果を図4、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(残留物2)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(湿式)法−198℃(ピークトップ温度)熱処理結晶性固体電解質]
熱処理温度を198℃とした以外は、比較例7と同様にして結晶性固体電解質を製造し評価した。結果を図4、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(残留物2)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(湿式)法−201℃(ピークトップ温度+3℃)熱処理結晶性固体電解質]
熱処理温度を201℃とした以外は、比較例7と同様にして結晶性固体電解質を製造し評価した。結果を図4、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(残留物2)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(湿式)法−203℃(ピークトップ温度+5℃)熱処理結晶性固体電解質]
熱処理温度を203℃とした以外は、比較例7と同様にして結晶性固体電解質を製造し評価した。結果を図4、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(残留物2)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(湿式)法−215℃(Tc1とTc2の間)熱処理結晶性固体電解質]
熱処理温度を215℃とした以外は、比較例7と同様にして結晶性固体電解質を製造し評価した。結果を図4、表3に示す。
[硫化リチウム/硫化リン(市販品)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(乾式)法]
原料に使用する硫化リンを市販品の硫化リンとした以外は実施例1と同様に硫化物ガラスを製造し、評価した。結果を図5、表3に示す。
[硫化リチウム/硫化リン(市販品の硫化リン)/LiBr=63.75/21.25/15:MM(湿式)法]
原料に使用する硫化リンを市販品とした以外は比較例6と同様に硫化物ガラスを製造し、示差熱熱重量測定を行った。結果を図6、表3に示す。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(抽出物1)=75/25:MM(湿式)法]
(1)硫化物ガラスの合成
製造例1で製造した硫化リチウム、製造例2で製造した硫化リン(抽出物1)を出発原料に用いた。これらをモル比で硫化リチウム:硫化リン=75:25に調整した混合物約10gと、トルエン(和光純薬製、特級)を脱水処理し、カールフィッシャー水分計にて測定し水分量が10ppm以下となったもの100mLと、直径2mmのジルコニア製ボール600gとを遊星型ボールミル(フリッチュ社製:型番P−5)アルミナ製ポット(500mL)に入れ、完全密閉した。ポット内はアルゴン雰囲気とした。遊星型ボールミルの回転数を220rpmで40時間メカニカルミリングを行い、硫化物ガラスを合成した。この硫化物ガラスのトルエンスラリーをグローブボックス内でシュレンク瓶へ取り、上澄み除去後、真空下(1トール未満又は約130Pa未満、常温)で5時間の乾燥をし、硫化物ガラスの白色粉末を得た。
得られた硫化物ガラスについて、実施例1と同様にして示差熱熱重量測定を実施した。
図7に、示差熱熱重量測定による分析結果を示す。また、Tc1及びTc2を表3に示す。
粉末X線回折の測定は以下の通りである。
得られた合成物から、直径10mm、高さ0.1〜0.3cmの円形ペレットを成形して試料とした。この試料を、XRD用気密ホルダーを用いて空気に触れさせずに測定した。回折ピークの2θ位置は、XRD解析プログラムJADEを用いて重心法にて決定した。
株式会社リガクの粉末X線回折測定装置SmartLabを用いて以下の条件にて実施した。
管電圧:45kV
管電流:200mA
X線波長:Cu−Kα線(1.5418Å)
光学系:平行ビーム法
スリット構成:ソーラースリット5°、入射スリット1mm、受光スリット1mm
検出器:シンチレーションカウンター
測定範囲:2θ=10−60°
ステップ幅、スキャンスピード:0.02°、1°/分
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(抽出物1)=75/25:MM(湿式)法−274℃(ピークトップ)熱処理結晶性固体電解質]
実施例13で合成した硫化物ガラス1gをアルゴン雰囲気下にて50mlシュレンク瓶へ封入した。当該シュレンク瓶を予め274℃にしたオイルバスへ投入し、2時間熱処理して、結晶性固体電解質とした。
得られた結晶性固体電解質について、実施例1と同様にして示差熱熱重量測定を実施した。また、実施例2と同様にして熱処理前後のピーク強度比(Hc1/Hc1p及びHc2/Hc2p)を測定した。結果を図7、表3に示す。
また、作製した結晶性固体電解質の粉末X線回折の測定を実施例13と同様に行い、得られた粉末X線回折パターンを図8に、主なピーク位置を表4に示す。なお、表4では代表的なピーク位置のみ表示する。
[原料比:硫化リチウム/硫化リン(抽出物1)=75/25:MM(湿式)法−300℃(ピーク終了付近)熱処理結晶性固体電解質]
熱処理温度を300℃とした以外は、実施例14と同様の操作で結晶性固体電解質を製造し評価した。結果を図7、表3に示す。
また、作製した結晶性固体電解質の粉末X線回折の測定を実施例13と同様に行い、得られた粉末X線回折パターンを図8に、主なピーク位置を表4に示す。なお、表4では代表的なピーク位置のみ表示する。
[硫化リチウム/硫化リン(市販の五硫化二リン)=75/25:MM(湿式)法]
原料に使用する硫化リンを市販の五硫化ニリンとした以外は実施例1と同様に硫化物ガラスを製造し、評価した。結果を図9、表3に示す。
また、作製した硫化物ガラスの粉末X線回折の測定を実施例13と同様に行い、得られた粉末X線回折パターンを図10に示す。
[硫化リチウム/硫化リン(市販の五硫化二リン)=75/25:MM(湿式)法−230℃(ピークトップ−5℃)熱処理結晶性固体電解質]
比較例15で調製した硫化物ガラス1gをアルゴン雰囲気下にて50mlシュレンク瓶へ封入した。当該シュレンク瓶を、予め230℃にしたオイルバスへ投入して、2時間熱処理して、結晶性固体電解質とした。得られた結晶性固体電解質について、実施例1と同様にして示差熱熱重量測定を実施した。結果を図9、表3に示す。
また、作製した結晶性固体電解質の粉末X線回折測定を実施例13と同様に行い、得られた粉末X線回折パターンを図10に示す。結晶性固体電解質の粉末X線回折パターンのピークは、上記(A)2θ=18.9±0.5deg、(C)2θ=38.6±0.5deg、(E)2θ=23.5±0.5deg及び(F)2θ=34.6±0.5degに該当する位置のいずれにも観測されなかった。
[硫化リチウム/硫化リン(市販の五硫化二リン)=75/25:MM(湿式)法−235℃(ピークトップ)熱処理結晶性固体電解質]
比較例15で調製した硫化物ガラス1gをアルゴン雰囲気下にて50mlシュレンク瓶へ封入した。当該シュレンク瓶を、予め235℃にしたオイルバスへ投入して、2時間熱処理して、結晶性固体電解質とした。得られた結晶性固体電解質について、実施例1と同様にして示差熱熱重量測定を実施した。結果を図9、表3に示す。
また、作製した結晶性固体電解質の粉末X線回折測定を実施例13と同様に行い、得られた粉末X線回折パターンを図10に示す。結晶性固体電解質の粉末X線回折パターンのピークは、上記(A)2θ=18.9±0.5deg、(C)2θ=38.6±0.5deg、(E)2θ=23.5±0.5deg及び(F)2θ=34.6±0.5degに該当する位置のいずれにも観測されなかった。
[硫化リチウム/硫化リン(市販の五硫化二リン)=75/25:MM(湿式)法−240℃(ピークトップ+5℃)熱処理結晶性固体電解質]
比較例15で調製した硫化物ガラス1gをアルゴン雰囲気下にて50mlシュレンク瓶へ封入した。当該シュレンク瓶を、予め240℃にしたオイルバスへ投入して、2時間熱処理して、結晶性固体電解質とした。得られた結晶性固体電解質について、実施例1と同様にして示差熱熱重量測定を実施した。結果を図9、表3に示す。
また、作製した結晶性固体電解質の粉末X線回折測定を実施例13と同様に行い、得られた粉末X線回折パターンを図10に示す。結晶性固体電解質の粉末X線回折パターンのピークは、上記(A)2θ=18.9±0.5deg、(C)2θ=38.6±0.5deg、(E)2θ=23.5±0.5deg及び(F)2θ=34.6±0.5degに該当する位置のいずれにも観測されなかった。
本発明の結晶性固体電解質及び硫化物ガラスは、リチウムイオン電池の構成材料、例えば、正極、負極、電解質層等に使用できる。
本願のパリ優先の基礎となる日本出願明細書の内容を全てここに援用する。
Claims (19)
- 下記式(1)に従う硫化リンを原料に用いる硫化物ガラスの製造方法。
100×A/B≧37…(1)
(式中、Aは31PNMRスペクトル解析において、ピーク位置が57.2ppm以上58.3ppm以下、及び、63.0ppm以上64.5ppm以下の範囲に現れるピークのピーク面積を示し、Bは測定されるすべてのピークのピーク面積の合計を示す。) - 下記式(2)に従う硫化リンを原料に用いる硫化物ガラスの製造方法。
37≦100×(A+D)/B≦70…(2)
(式中、Aは31PNMRスペクトル解析において、ピーク位置が57.2ppm以上58.3ppm以下、及び、63.0ppm以上64.5ppm以下の範囲に現れるピークのピーク面積を示し、Dはピーク位置が84.0ppm以上86.0ppm以下、及び、110ppm以上113ppm以下の範囲に現れるピークのピーク面積を示し、Bは測定されるすべてのピークのピーク面積の合計を示す。) - 下記式(3)〜(5)に従う硫化リンを原料に用いる硫化物ガラスの製造方法。
37≦100×A/B≦60…(3)
25≦100×C/B≦60…(4)
0≦100×D/B≦10……(5)
(式中、Aは31PNMRスペクトル解析において、ピーク位置が57.2ppm以上58.3ppm以下、及び、63.0ppm以上64.5ppm以下の範囲に現れるピークのピーク面積を示し、Cはピーク位置が56.6ppm以上57.1ppm以下の範囲に現れるピークのピーク面積を示し、Dはピーク位置が84.0ppm以上86.0ppm以下、及び、110ppm以上113ppm以下の範囲に現れるピークのピーク面積を示し、Bは測定されるすべてのピークのピーク面積の合計を示す。) - 下記式(6)に従う硫化リンを原料に用いる請求項1〜3のいずれかに記載の硫化物ガラスの製造方法。
0.1≦100×D/B≦10…(6)
(式中、Dは31PNMRスペクトル解析において、ピーク位置が84.0ppm以上86.0ppm以下、及び、110.0ppm以上113.0ppm以下の範囲に現れるピークのピーク面積を示し、Bは測定されるすべてのピークのピーク面積の合計を示す。) - 請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法により製造された硫化物ガラスを加熱する結晶性固体電解質の製造方法。
- 下記式(7)と(8)に従う請求項5に記載の結晶性固体電解質の製造方法。
Tc1−18≦T≦Tc1+150…(7)
T<Tc2…(8)
(式中、Tは加熱温度を示し、Tc1は、硫化物ガラスを乾燥窒素雰囲気下、昇温速度10℃/minで20℃から600℃まで示差熱熱重量測定を行った場合に初めて現れる発熱ピークの温度を意味し、Tc2は、Tc1の次に現れる発熱ピークの温度を意味する。) - 請求項1〜4のいずれかに記載の硫化物ガラスの製造方法により製造された硫化物ガラス。
- 請求項5又は6に記載の結晶性固体電解質の製造方法により製造された結晶性固体電解質。
- 下記式(9)に従う硫化物ガラス。
Tc1+45≦Tc2…(9)
(式中、Tc1は、硫化物ガラスを乾燥窒素雰囲気下、昇温速度10℃/minで20℃から600℃まで示差熱熱重量測定を行った場合に初めて現れる発熱ピークの温度を意味し、Tc2は、Tc1の次に現れる発熱ピークの温度を意味する。) - 硫黄元素とリチウム元素を含む請求項9に記載の硫化物ガラス。
- 構成成分としてリチウム、リン及び硫黄を含み、
粉末X線回折(CuKα:λ=1.5418Å)において、少なくとも2θ=18.9±0.5deg,21.5±0.5deg及び38.6±0.5degに回折ピークを有する結晶性固体電解質。 - 粉末X線回折(CuKα:λ=1.5418Å)において、2θ=17.6±0.5deg及び23.5±0.5degに回折ピークを有する請求項11に記載の結晶性固体電解質。
- 粉末X線回折(CuKα:λ=1.5418Å)において、2θ=34.6±0.5degに回折ピークを有する請求項11又は12に記載の結晶性固体電解質。
- 前記リチウム、リン及び硫黄のモル比(リチウム元素:リン元素:硫黄元素)が、0.1〜12:1〜2:0.1〜9である請求項11〜13のいずれかに記載の結晶性固体電解質。
- 硫化リンを原料とし、前記硫化リンがP4S9構造を37mol%以上含む請求項11〜14のいずれかに記載の結晶性固体電解質。
- 構成成分としてリチウム、リン及び硫黄を含み、
160〜350℃の温度範囲で、1℃間隔で熱処理すると少なくとも1点以上で請求項11〜15のいずれかに記載の結晶性固体電解質を得ることができる硫化物ガラス。 - イオン伝導性を有する請求項16に記載の硫化物ガラス。
- 固体電解質と電極活物質を含み、
前記固体電解質が、請求項11〜15のいずれかに記載の結晶性固体電解質及び請求項17に記載の硫化物ガラスのうち少なくとも1つを含む電極合材。 - 第一の固体電解質と電極活物質を含む電極と、
第二の固体電解質を含む電解質層と、を含み、
前記第一の固体電解質及び第二の固体電解質の少なくとも一方が、請求項11〜15のいずれかに記載の結晶性固体電解質及び請求項17に記載の硫化物ガラスのうち少なくとも1つを含む固体電池。
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CN110311169B (zh) * | 2019-07-02 | 2021-10-12 | 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 | 一种具有硫空位结构的固体电解质及其制备方法和应用 |
US20220352545A1 (en) | 2019-10-02 | 2022-11-03 | Furukawa Co., Ltd. | Phosphorus sulfide composition for sulfide-based inorganic solid electrolyte material |
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002109955A (ja) * | 2000-10-02 | 2002-04-12 | Osaka Prefecture | 硫化物系結晶化ガラス、固体型電解質及び全固体二次電池 |
JP2013116837A (ja) * | 2011-12-02 | 2013-06-13 | Nippon Shokubai Co Ltd | ガラスセラミックス |
JP2013201110A (ja) * | 2011-11-07 | 2013-10-03 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 固体電解質 |
WO2014073197A1 (ja) * | 2012-11-06 | 2014-05-15 | 出光興産株式会社 | 固体電解質 |
JP2015011898A (ja) * | 2013-06-28 | 2015-01-19 | トヨタ自動車株式会社 | 硫化物固体電解質材料の製造方法 |
Family Cites Families (11)
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---|---|---|---|---|
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JP3510420B2 (ja) | 1996-04-16 | 2004-03-29 | 松下電器産業株式会社 | リチウムイオン伝導性固体電解質およびその製造方法 |
KR101109821B1 (ko) | 2003-10-23 | 2012-03-13 | 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 | 황화리튬의 정제 방법 |
KR101236059B1 (ko) | 2005-12-09 | 2013-02-28 | 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 | 리튬 이온 전도성 황화물계 고체 전해질 및 그것을 이용한전고체 리튬 전지 |
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JP5396239B2 (ja) | 2008-11-17 | 2014-01-22 | 出光興産株式会社 | 固体電解質の製造装置及び製造方法 |
JP5460283B2 (ja) | 2008-12-15 | 2014-04-02 | 出光興産株式会社 | 硫化リチウムの製造方法 |
JP5599573B2 (ja) * | 2009-04-10 | 2014-10-01 | 出光興産株式会社 | 固体電解質粒子からなるガラス及びリチウム電池 |
JP5303428B2 (ja) | 2009-10-16 | 2013-10-02 | 出光興産株式会社 | 硫化リチウム及びその製造方法 |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002109955A (ja) * | 2000-10-02 | 2002-04-12 | Osaka Prefecture | 硫化物系結晶化ガラス、固体型電解質及び全固体二次電池 |
JP2013201110A (ja) * | 2011-11-07 | 2013-10-03 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 固体電解質 |
JP2013116837A (ja) * | 2011-12-02 | 2013-06-13 | Nippon Shokubai Co Ltd | ガラスセラミックス |
WO2014073197A1 (ja) * | 2012-11-06 | 2014-05-15 | 出光興産株式会社 | 固体電解質 |
JP2015011898A (ja) * | 2013-06-28 | 2015-01-19 | トヨタ自動車株式会社 | 硫化物固体電解質材料の製造方法 |
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