JPWO2020136954A1 - ハロゲン化物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施の形態1における製造方法の一例を示すフローチャートである。
実施の形態1における製造方法は、焼成工程S1000を包含する。
焼成工程S1000は、混合材料を、不活性ガス雰囲気下で、焼成する工程である。ここで、焼成工程S1000で焼成される混合材料は、LiXとYZ3とが混合された材料である。このとき、Xは、Cl、Br、およびIからなる群より選択される1種の元素である。また、Zは、Cl、Br、およびIからなる群より選択される1種の元素である。焼成工程S1000においては、混合材料は、200℃以上かつ650℃以下で、焼成される。
以上の構成によれば、本開示の製造方法により製造されるハロゲン化物の特性(例えば、イオン伝導性、など)を改善することができる。
以上の構成によれば、本開示の製造方法により製造されるハロゲン化物の特性(例えば、イオン伝導性、など)を改善することができる。
混合工程S1100は、原料となるLiXとYZ3とが混合されることで、混合材料(すなわち、焼成工程S1000において焼成される材料)が得られる工程である。
準備工程S1200は、LiXおよびYZ3などの原料(すなわち、混合工程S1100において混合される材料)が準備される工程である。
以下、実施の形態2が説明される。上述の実施の形態1と重複する説明は、適宜、省略される。
実施の形態2における製造方法においては、上述の実施の形態1におけるXは、ClまたはBrである。また、上述の実施の形態1におけるZは、ClまたはBrであり、かつ、Xとは異なる元素である。
以上の構成によれば、LiZの混合により、Yに対してLiをより過剰とする調整を、容易に実施できる。すなわち、製造されるハロゲン化物のLi過剰組成を、容易に実現できる。
以上の構成によれば、YX3の混合により、Yに対してLiをより欠損させる調整を、容易に実施できる。すなわち、製造されるハロゲン化物のLi欠損組成を、容易に実現できる。
以上の構成によれば、工業的に生産性の高い方法で、高いイオン伝導度を有するハロゲン化物を製造することができる。すなわち、焼成温度を300℃以上とすることで、LiXとYZ3(さらには、LiZとYX3)を十分に反応させることができる。さらに、焼成温度を600℃以下とすることで、固相反応により生成したハロゲン化物の熱分解を抑制できる。これらにより、焼成物であるハロゲン化物のイオン伝導度を高めることができる。すなわち、例えば、良質なハロゲン化物の固体電解質を得ることができる。
以上の構成によれば、工業的に生産性の高い方法で、より高いイオン伝導度を有するハロゲン化物を製造することができる。すなわち、焼成温度を450℃以上とすることで、焼成物であるハロゲン化物の結晶性を、より高くできる。これにより、焼成物であるハロゲン化物のイオン伝導度を、より高めることができる。すなわち、例えば、より良質なハロゲン化物の固体電解質を得ることができる。
以上の構成によれば、工業的に生産性の高い方法で、より高いイオン伝導度を有するハロゲン化物を製造することができる。すなわち、焼成温度を470℃以上とすることで、焼成物であるハロゲン化物の結晶性を、より高くできる。これにより、焼成物であるハロゲン化物のイオン伝導度を、より高めることができる。すなわち、例えば、より良質なハロゲン化物の固体電解質を得ることができる。
以上の構成によれば、工業的に生産性の高い方法で、より高いイオン伝導度を有するハロゲン化物を製造することができる。すなわち、焼成温度を490℃以上とすることで、焼成物であるハロゲン化物の結晶性を、より高くできる。これにより、焼成物であるハロゲン化物のイオン伝導度を、より高めることができる。すなわち、例えば、より良質なハロゲン化物の固体電解質を得ることができる。
以上の構成によれば、工業的に生産性の高い方法で、より高いイオン伝導度を有するハロゲン化物を製造することができる。すなわち、焼成温度を550℃以下とすることで、LiBrの融点(すなわち、550℃)と同じか低い温度で焼成でき、LiBrの分解を抑制できる。これにより、焼成物であるハロゲン化物のイオン伝導度を、より高めることができる。すなわち、例えば、より良質なハロゲン化物の固体電解質を得ることができる。
以上の構成によれば、工業的に生産性の高い方法で、より高いイオン伝導度を有するハロゲン化物を製造することができる。すなわち、焼成温度を520℃以下とすることで、焼成物であるハロゲン化物の揮発(例えば、短時間での揮発)を抑制でき、所望の構成元素の組成比を有するハロゲン化物を容易に得ることができる(すなわち、組成ずれを抑制できる)。これにより、焼成物であるハロゲン化物のイオン伝導度を、より高めることができる。すなわち、例えば、より良質なハロゲン化物の固体電解質を得ることができる。
以上の構成によれば、工業的に生産性の高い方法で、より高いイオン伝導度を有するハロゲン化物を製造することができる。すなわち、焼成時間を0.5時間以上とすることで、LiXとYZ3(さらには、LiZとYX3)を十分に反応させることができる。さらに、焼成時間を60時間以下とすることで、焼成物であるハロゲン化物の揮発を抑制でき、所望の構成元素の組成比を有するハロゲン化物を得ることができる(すなわち、組成ずれを抑制できる)。これらにより、焼成物であるハロゲン化物のイオン伝導度を、より高めることができる。すなわち、例えば、より良質なハロゲン化物の固体電解質を得ることができる。
以上の構成によれば、焼成時間を24時間以下とすることで、焼成物であるハロゲン化物の揮発をさらに抑制でき、所望の構成元素の組成比を有するハロゲン化物を得ることができる(すなわち、組成ずれを抑制できる)。これにより、組成ずれに起因する、焼成物であるハロゲン化物のイオン伝導度の低下を、さらに抑制できる。
以上の構成によれば、焼成時間を10時間以下とすることで、焼成物であるハロゲン化物の揮発をさらに抑制でき、所望の構成元素の組成比を有するハロゲン化物を得ることができる(すなわち、組成ずれを抑制できる)。これにより、組成ずれに起因する、焼成物であるハロゲン化物のイオン伝導度の低下を、さらに抑制できる。
例えば、実施の形態2においては、LiBrとYCl3とは、LiBr:YCl3=3:1のモル比で、混合されてもよい。これにより、Li3YBr3Cl3の組成の化合物を製造することができる。
以下、実施例および参考例を用いて、本開示の詳細が説明される。これらは例示であって、本開示を制限するものではない。
なお、以下の例示においては、本開示の製造方法により製造されるハロゲン化物は、固体電解質材料として製造され、評価されている。
(固体電解質材料の作製)
露点−60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとYCl3とを、モル比でLiBr:YCl3=3:1となるように、秤量した。これらをメノウ製乳鉢で粉砕して混合した。その後、アルミナ製るつぼに入れて、アルゴン雰囲気中で600℃まで昇温し、1時間保持した。焼成後、メノウ製乳鉢により粉砕し、実施例1の固体電解質材料を作製した。
図4は、イオン伝導度の評価方法を示す模式図である。
加圧成形用ダイス200は、電子的に絶縁性のポリカーボネート製の枠型201と、電子伝導性のステンレス製のパンチ上部203およびパンチ下部202とから構成される。
加圧状態のまま、パンチ上部203とパンチ下部202のそれぞれから導線を取り回し、周波数応答アナライザを搭載したポテンショスタット(Princeton Applied Research社 VersaSTAT4)に接続し、電気化学的インピーダンス測定法により、室温におけるイオン伝導度の測定を行った。
σ=(RSE×S/t)−1 ・・・・ (1)
(固体電解質材料の作製)
実施例2〜30においては、実施例1と同様に、露点−60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとYCl3とを、モル比でLiBr:YCl3=3:1となるように、秤量した。
実施例57においては、露点−60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとYBr3とYCl3とを、モル比でLiBr:YBr3:YCl3=3:0.17:0.83となるように、秤量した。
実施例60においては、露点−60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとLiClとYCl3とを、モル比でLiBr:LiCl:YCl3=1.8:1.2:1となるように、秤量した。
実施例61においては、露点−60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとLiClとYCl3とを、モル比でLiBr:LiCl:YCl3=1.5:1.5:1となるように、秤量した。
実施例62においては、露点−60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとLiClとYCl3とを、モル比でLiBr:LiCl:YCl3=1.2:1.8:1となるように、秤量した。
実施例63においては、露点−60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとLiClとYCl3とを、モル比でLiBr:LiCl:YCl3=1:2:1となるように、秤量した。
実施例65においては、露点−60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとYCl3とを、モル比でLiBr:YCl3=3.15:0.95となるように、秤量した。
実施例66〜68においては、露点−60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとYCl3とを、モル比でLiBr:YCl3=2.85:1.05となるように、秤量した。
実施例69〜71においては、露点−60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとYCl3とを、モル比でLiBr:YCl3=2.7:1.1となるように、秤量した。
実施例72においては、露点−60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとYCl3とを、モル比でLiBr:YCl3=2.55:1.15となるように、秤量した。
実施例75においては、露点−60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとYBr3とYCl3とを、モル比でLiBr:YBr3:YCl3=2.7:0.1:1となるように、秤量した。
実施例76においては、露点−60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとYBr3とYCl3とを、モル比でLiBr:YBr3:YCl3=2.55:0.15:1となるように、秤量した。
実施例77においては、露点−60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとYBr3とYCl3とを、モル比でLiBr:YBr3:YCl3=1.8:0.4:1となるように、秤量した。
実施例79においては、露点−60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとLiClとYCl3とCaCl2とを、モル比でLiBr:LiCl:YCl3:CaCl2=3:0.1:0.9:0.1となるように、秤量した。
実施例80においては、露点−60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとYCl3とCaCl2とを、モル比でLiBr:YCl3:CaCl2=3:0.9:0.15となるように、秤量した。
実施例81においては、露点−60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとLiClとYCl3とCaCl2とを、モル比でLiBr:LiCl:YCl3:CaCl2=3:0.2:0.8:0.2となるように、秤量した。
実施例82においては、露点−60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとYCl3とCaCl2とを、モル比でLiBr:YCl3:CaCl2=3:0.8:0.3となるように、秤量した。
各焼成条件にて焼成後、メノウ製乳鉢で粉砕し、実施例2〜83のそれぞれの固体電解質材料を作製した。
上記の実施例1と同様の方法で、実施例2〜83のそれぞれの伝導度測定セルを作製し、イオン伝導度の測定を実施した。
(固体電解質材料の作製)
参考例1においては、露点−60℃以下のアルゴン雰囲気下で、LiBrとLiClとYCl3とを、モル比でLiBr:LiCl:YCl3=2:1:1となるように、秤量した。これらをメノウ製乳鉢で粉砕して混合した。その後、アルミナ製るつぼに入れて、アルゴン雰囲気中で200℃まで昇温し、1時間保持した。焼成後、メノウ製乳鉢により粉砕し、参考例1の固体電解質材料を作製した。
上記の実施例1と同様の方法で、参考例1のそれぞれの伝導度測定セルを作製し、イオン伝導度の測定を実施した。
参考例1のように、焼成温度が200℃の場合においては、室温付近において、5.5×10−6S/cmと低いイオン伝導性を示す。これは、焼成温度が200℃の場合では、固相反応が不十分であるためと考えられる。対して、実施例1〜83は、室温近傍において、3.6×10−5S/cm以上の高いイオン伝導性を示すことがわかる。
200 加圧成形用ダイス
201 枠型
202 パンチ下部
203 パンチ上部
Claims (15)
- LiXとYZ3とが混合された材料である混合材料を、不活性ガス雰囲気下で、焼成する焼成工程、を包含し、
前記Xは、Cl、Br、およびIからなる群より選択される1種の元素であり、
前記Zは、Cl、Br、およびIからなる群より選択される1種の元素であり、
前記焼成工程においては、前記混合材料は、200℃以上かつ650℃以下で、焼成される、ハロゲン化物の製造方法。 - 前記Xは、ClまたはBrであり、
前記Zは、ClまたはBrであり、かつ、前記Xとは異なる元素である、請求項1に記載の製造方法。 - 前記混合材料は、さらに、LiZが混合された材料である、請求項2に記載の製造方法。
- 前記混合材料は、さらに、YX3が混合された材料である、請求項2または3に記載の製造方法。
- 前記焼成工程においては、前記混合材料は、300℃以上かつ600℃以下で、焼成される、請求項2から4のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記焼成工程においては、前記混合材料は、450℃以上で、焼成される、請求項5に記載の製造方法。
- 前記焼成工程においては、前記混合材料は、470℃以上で、焼成される、請求項6に記載の製造方法。
- 前記焼成工程においては、前記混合材料は、490℃以上で、焼成される、請求項7に記載の製造方法。
- 前記焼成工程においては、前記混合材料は、550℃以下で、焼成される、請求項5から8のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記焼成工程においては、前記混合材料は、520℃以下で、焼成される、請求項9に記載の製造方法。
- 前記焼成工程においては、前記混合材料は、0.5時間以上かつ60時間以下、焼成される、請求項2から10のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記焼成工程においては、前記混合材料は、24時間以下、焼成される、請求項11に記載の製造方法。
- 前記焼成工程においては、前記混合材料は、10時間以下、焼成される、請求項12に記載の製造方法。
- 前記混合材料は、さらに、MαAβが混合された材料であり、
前記Mは、Na、K、Ca、Mg、Sr、Ba、Zn、In、Sn、Bi、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、およびLuからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含み、 前記Aは、Cl、Br、およびIからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、
α>0、かつ、β>0、が満たされる、請求項1から13のいずれか1項に記載の製造方法。 - 前記混合材料は、さらに、LiFとYF3とのうちの少なくとも1種が混合された材料である、請求項1から14のいずれか1項に記載の製造方法。
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