WO2020136954A1 - ハロゲン化物の製造方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a halide.
  • Patent Document 1 discloses a method for producing a halide solid electrolyte.
  • the method for producing a halide according to one aspect of the present disclosure includes a firing step of firing a mixed material, which is a material in which LiX and YZ 3 are mixed, in an inert gas atmosphere, and the X is Cl. , Br, and I are one kind of element selected from the group consisting of, the Z is one kind of element selected from the group consisting of Cl, Br, and I.
  • a mixed material which is a material in which LiX and YZ 3 are mixed, in an inert gas atmosphere, and the X is Cl. , Br, and I are one kind of element selected from the group consisting of, the Z is one kind of element selected from the group consisting of Cl, Br, and I.
  • the mixed material is fired at 200° C. or higher and 650° C. or lower.
  • a halide can be manufactured by a method with high industrial productivity.
  • 7 is a flowchart showing an example of the manufacturing method in the first embodiment.
  • 7 is a flowchart showing an example of the manufacturing method in the first embodiment.
  • 7 is a flowchart showing an example of the manufacturing method in the first embodiment.
  • It is a schematic diagram which shows the evaluation method of ionic conductivity. It is a graph which shows the evaluation result of ion conductivity by AC impedance measurement.
  • FIG. 1 is a flowchart showing an example of the manufacturing method according to the first embodiment.
  • the manufacturing method in the first embodiment includes a firing step S1000.
  • the firing step S1000 is a step of firing the mixed material in an inert gas atmosphere.
  • the mixed material fired in the firing step S1000 is a material in which LiX and YZ 3 are mixed.
  • X is one element selected from the group consisting of Cl, Br, and I.
  • Z is one element selected from the group consisting of Cl, Br, and I.
  • the mixed material is fired at 200° C. or higher and 650° C. or lower.
  • a halide can be produced by a method with high industrial productivity (for example, a method that can be mass-produced at low cost). That is, a halogen containing Li (that is, lithium) and Y (that is, yttrium) is produced by a simple manufacturing method (that is, firing in an inert gas atmosphere) without using a vacuum sealed tube and a planetary ball mill. A compound can be produced.
  • the powder of the mixed material may be put in a container (for example, a crucible) and fired in a heating furnace. At this time, a state in which the temperature of the mixed material is increased to “200° C. or higher and 650° C. or lower” in an inert gas atmosphere may be maintained for a predetermined time or longer.
  • the firing time may be a time long enough not to cause compositional deviation of the fired product due to volatilization of the halide (that is, not to impair ionic conductivity of the fired product).
  • helium, nitrogen, argon, etc. can be used as the inert gas.
  • the fired product may be taken out of the container (eg, crucible) and crushed.
  • the baked product may be crushed by a crushing device (for example, a mortar, a mixer, etc.).
  • the mixed material in the present disclosure may be a material in which only two kinds of materials, LiX and YZ 3 , are mixed. Or a mixture of materials in the present disclosure, in addition to the LiX and YZ 3, other different material than the LiX and YZ 3 may be a were further mixed material.
  • the mixed material may be a material in which M ⁇ A ⁇ is further mixed.
  • M is Na, K, Ca, Mg, Sr, Ba, Zn, In, Sn, Bi, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, It contains at least one element selected from the group consisting of Tm, Yb, and Lu.
  • A is at least one element selected from the group consisting of Cl, Br, and I. Further, ⁇ >0 and ⁇ >0 are satisfied. According to the above configuration, the characteristics (for example, ionic conductivity) of the halide manufactured by the manufacturing method of the present disclosure can be improved.
  • the mixed material may be a material in which at least one kind of LiF and YF 3 is further mixed. According to the above configuration, the characteristics (for example, ionic conductivity) of the halide manufactured by the manufacturing method of the present disclosure can be improved.
  • the mixed material is a material in which a material in which a part of Li in LiX (or a part of Y in YZ 3 ) is substituted with a substituted cation species (for example, M described above) is mixed.
  • the mixed material may be a material in which a material in which part of X in LiX (or part of Z in YZ 3 ) is replaced with F (that is, fluorine) is mixed.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an example of the manufacturing method according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the manufacturing method according to the first embodiment may further include a mixing step S1100.
  • the mixing step S1100 is a step performed before the firing step S1000.
  • the mixing step S1100 is a step in which a mixed material (that is, the material fired in the firing step S1000) is obtained by mixing the raw materials LiX and YZ 3 .
  • LiX and YZ 3 may be weighed and mixed so as to have a desired molar ratio.
  • the method of mixing the raw materials may be a method using a generally known mixing device (eg, mortar, blender, ball mill, etc.).
  • a generally known mixing device eg, mortar, blender, ball mill, etc.
  • the powders of the respective raw materials may be adjusted and mixed.
  • the firing step S1000 the powdery mixed material may be fired.
  • the powdery mixed material obtained in the mixing step S1100 may be shaped into pellets by uniaxial pressing.
  • the firing step S1000 the halide may be produced by firing the pellet-shaped mixed material.
  • a mixed material in addition to the LiX and YZ 3, different from the raw material and LiX and YZ 3 (e.g., the above-mentioned M ⁇ A ⁇ , LiF, YF 3, etc.) that is further mixed In, a mixed material may be obtained.
  • a mixed material may be obtained by mixing “a raw material containing LiX as a main component” and “a raw material containing YZ 3 as a main component”.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of the manufacturing method according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, the manufacturing method according to the first embodiment may further include a preparatory step S1200.
  • the preparation step S1200 is a step executed before the mixing step S1100.
  • Preparation step S1200 is a step in which raw materials such as LiX and YZ 3 (that is, materials mixed in mixing step S1100) are prepared.
  • raw materials such as LiX and YZ 3 may be obtained by performing material synthesis.
  • a generally known commercially available product for example, a material having a purity of 99% or more
  • a dried material may be used as the raw material.
  • crystalline, lumpy, flaky, powdery or other raw material may be used.
  • a powdery raw material may be obtained by crushing a crystalline, lumpy, or flake-shaped raw material.
  • a raw material in which a part of Li in LiX (or a part of Y in YZ 3 ) is replaced with a substituted cation species (for example, M described above) may be prepared.
  • a raw material in which part of X in LiX (or part of Z in YZ 3 ) is replaced with F (that is, fluorine) may be prepared.
  • the halide produced by the production method of the present disclosure can be used as a solid electrolyte material.
  • the solid electrolyte material may be, for example, a lithium ion conductive solid electrolyte.
  • the solid electrolyte material can be used, for example, as a solid electrolyte material used for an all-solid lithium secondary battery.
  • the manufacturing method in the second embodiment further includes the following characteristics in addition to the characteristics of the manufacturing method in the first embodiment described above.
  • X in the above-described first embodiment is Cl or Br.
  • Z in the above-described first embodiment is Cl or Br, and is an element different from X.
  • the firing step S1000 includes “a mixed material which is a material in which LiCl and YBr 3 are mixed” or “a mixed material which is a material in which LiBr and YCl 3 are mixed”. Is a step of firing in an inert gas atmosphere.
  • a halide containing Li and Y that is, Cl and Br are included
  • a simple manufacturing method that is, firing in an inert gas atmosphere
  • the mixed material may be a material in which LiZ is further mixed.
  • the firing step S1000 includes “a mixed material which is a material in which LiCl, YBr 3 and LiBr are mixed” or “a material in which LiBr, YCl 3 and LiCl are mixed”. May be a step of firing the "mixed material which is” in an inert gas atmosphere.
  • the mixed material may be a material in which YX 3 is further mixed.
  • a mixed material that is a material in which LiCl, YBr 3, and YCl 3 are mixed or “LiBr, YCl 3, and YBr 3 is mixed.
  • the mixed material which is a different material, may be fired in an inert gas atmosphere.
  • the mixed material may be a material in which LiZ and YX 3 are further mixed.
  • a mixed material that is a material in which LiCl, YBr 3 , LiBr, and YCl 3 are mixed is fired in an inert gas atmosphere. It may be a process.
  • the mixed material may be fired at 300°C or higher and 600°C or lower.
  • the firing temperature to 300° C. or higher, LiX and YZ 3 (further, LiZ and YX 3 ) can be sufficiently reacted.
  • thermal decomposition of the halide generated by the solid phase reaction can be suppressed.
  • the ionic conductivity of the halide, which is a fired product can be increased. That is, for example, a good-quality halide solid electrolyte can be obtained.
  • the mixed material may be fired at 450° C. or higher (for example, 450° C. or higher and 600° C. or lower).
  • 450° C. or higher for example, 450° C. or higher and 600° C. or lower.
  • the mixed material may be fired at 470°C or higher (for example, 470°C or higher and 600°C or lower).
  • 470°C or higher for example, 470°C or higher and 600°C or lower.
  • the mixed material may be fired at 490°C or higher (for example, 490°C or higher and 600°C or lower).
  • 490°C or higher for example, 490°C or higher and 600°C or lower.
  • the mixed material is 550° C. or lower (for example, 300° C. or higher and 550° C. or lower, or 450° C. or higher and 550° C. or lower, or 470° C. or higher and 550° C. or lower, or 490° C. or higher and 550° C. or lower).
  • a halide having higher ionic conductivity by a method having high industrial productivity. That is, by setting the firing temperature to 550° C. or lower, firing can be performed at a temperature equal to or lower than the melting point of LiBr (that is, 550° C.), and decomposition of LiBr can be suppressed.
  • the ionic conductivity of the halide, which is a fired product can be further increased. That is, for example, a higher quality solid electrolyte of halide can be obtained.
  • the mixed material is 520° C. or lower (for example, 300° C. or higher and 520° C. or lower, or 450° C. or higher and 520° C. or lower, or 470° C. or higher and 520° C. or lower, or 490° C. or higher and 520° C. or lower).
  • 520° C. or lower for example, 300° C. or higher and 520° C. or lower, or 450° C. or higher and 520° C. or lower, or 470° C. or higher and 520° C. or lower, or 490° C. or higher and 520° C. or lower.
  • volatilization for example, volatilization in a short time
  • a halide which is a fired product can easily obtain a halide having a desired composition ratio of constituent elements. (That is, composition deviation can be suppressed).
  • the ionic conductivity of the halide, which is a fired product can be further increased. That is, for example, a higher quality solid electrolyte of halide can be obtained.
  • the mixed material may be fired for 0.5 hours or more and 60 hours or less.
  • the firing time it is possible to produce a halide having higher ionic conductivity by a method having high industrial productivity. That is, by setting the firing time to 0.5 hours or more, LiX and YZ 3 (further, LiZ and YX 3 ) can be sufficiently reacted.
  • volatilization of the halide, which is a fired product can be suppressed, and a halide having a desired composition ratio of constituent elements can be obtained (that is, composition deviation can be suppressed). ..
  • the ionic conductivity of the halide, which is a fired product can be further increased. That is, for example, a higher quality solid electrolyte of halide can be obtained.
  • the mixed material may be fired for 24 hours or less (for example, 0.5 hours or more and 24 hours or less).
  • the firing time for example, 24 hours or less
  • the mixed material may be fired for 10 hours or less (for example, 0.5 hours or more and 10 hours or less).
  • the firing time by setting the firing time to 10 hours or less, it is possible to further suppress volatilization of the halide, which is a fired product, and obtain a halide having a desired composition ratio of constituent elements (that is, The composition shift can be suppressed).
  • the halide which is a fired product
  • a halide having a desired composition ratio of constituent elements that is, The composition shift can be suppressed.
  • LiX and YZ 3 are weighed and mixed so as to have a desired molar ratio, whereby the mixing molar ratio of LiX and YZ 3 is adjusted. May be.
  • a compound having a composition of Li 3 YBr 3 Cl 3 can be manufactured.
  • M ⁇ Cl ⁇ that is, “A” of M ⁇ A ⁇ in the above-described first embodiment is Cl.
  • M ⁇ Br ⁇ that is, a compound in which “A” of M ⁇ A ⁇ in the above-described Embodiment 1 is Br
  • the M ⁇ Cl ⁇ or the M ⁇ Br ⁇ may be prepared as one of the raw materials.
  • a part of Li in LiZ (or a part of Y in YX 3 ) is a substituted cation species (for example, M in the first embodiment).
  • the raw material substituted by may be prepared.
  • a raw material in which a part of Z in LiZ (or a part of X in YX 3 ) is replaced with F (that is, fluorine) is prepared. Good.
  • the halide manufactured by the manufacturing method of the present disclosure is manufactured and evaluated as a solid electrolyte material.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an evaluation method of ionic conductivity.
  • the pressure molding die 200 is composed of an electronically insulating polycarbonate frame 201, and an electronically conductive stainless steel punch upper portion 203 and punch lower portion 202.
  • Ionic conductivity was evaluated by the following method using the configuration shown in FIG.
  • a solid electrolyte powder 100 which is a powder of the solid electrolyte material of Example 1 was filled in a pressure molding die 200 and uniaxially pressed at 300 MPa, and the conductivity measurement cell of Example 1 was obtained.
  • the wires With the pressure applied, the wires are routed from the punch upper part 203 and the punch lower part 202, respectively, and connected to a potentiostat (Princeton Applied Research Co., VersaSTAT4) equipped with a frequency response analyzer, and an ion at room temperature is measured by an electrochemical impedance measuring method. The conductivity was measured.
  • FIG. 5 is a graph showing the evaluation result of ionic conductivity by AC impedance measurement. A Cole-Cole diagram of the impedance measurement result is shown in FIG.
  • the value of the real part of the impedance at the measurement point (arrow in FIG. 5) where the absolute value of the phase of the complex impedance was the smallest was regarded as the resistance value for ionic conduction of the solid electrolyte of Example 1.
  • is the ionic conductivity
  • S is the electrolyte area (the inner diameter of the frame 201 in FIG. 4)
  • R SE is the resistance value of the solid electrolyte in the above impedance measurement
  • t is the thickness of the electrolyte (in FIG. 4, the solid The thickness of the electrolyte powder 100).
  • the ionic conductivity of the solid electrolyte material of Example 1 measured at 25° C. was 1.4 ⁇ 10 ⁇ 3 S/cm.
  • Examples 2 to 83> (Preparation of solid electrolyte material)
  • Example 61 in an argon atmosphere having a dew point of ⁇ 60° C.
  • Tables 1 to 3 show each configuration and each evaluation result in Examples 1 to 83 and Reference Example 1 described above.
  • ionic conductivity is shown when the firing temperature is in the range of 470 to 550°C. Furthermore, when the firing temperature is in the range of 490 to 520° C., higher ionic conductivity is exhibited. It is considered that these are because the crystallinity is high and the composition shift due to decomposition at high temperature can be suppressed.
  • the solid electrolyte material synthesized by the manufacturing method of the present disclosure exhibits high lithium ion conductivity. Moreover, the manufacturing method of this indication is a simple method and is a method with high industrial productivity.
  • the manufacturing method of the present disclosure can be used, for example, as a method for manufacturing a solid electrolyte material.
  • the solid electrolyte material manufactured by the manufacturing method of the present disclosure can be used as, for example, an all-solid lithium secondary battery.

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Abstract

本開示によるハロゲン化物の製造方法は、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、を包含する。前記Xは、Cl、Br、およびIからなる群より選択される1種の元素である。前記Zは、Cl、Br、およびIからなる群より選択される1種の元素である。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。

Description

ハロゲン化物の製造方法
 本発明は、ハロゲン化物の製造方法に関する。
 特許文献1には、ハロゲン化物固体電解質の製造方法が開示されている。
国際公開第2018/025582号
 従来の技術においては、工業的に生産性の高い方法で、ハロゲン化物を製造することが望まれる。
 本開示の一様態におけるハロゲン化物の製造方法は、LiXとYZ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。
 本開示によれば、工業的に生産性の高い方法で、ハロゲン化物を製造することができる。
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における製造方法の一例を示すフローチャートである。 イオン伝導度の評価方法を示す模式図である。 ACインピーダンス測定によるイオン伝導度の評価結果を示すグラフである。
 以下、実施の形態が、図面を参照しながら、説明される。
(実施の形態1)
 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YZ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、工業的に生産性の高い方法(例えば、低コストで大量に生産できる方法)で、ハロゲン化物を製造することができる。すなわち、真空封管および遊星型ボールミルを使用すること無く、簡便な製造方法(すなわち、不活性ガス雰囲気下での焼成)により、Li(すなわち、リチウム)とY(すなわち、イットリウム)とを含むハロゲン化物を製造することができる。
 焼成工程S1000においては、例えば、混合材料の粉末が、容器(例えば、るつぼ)に入れられて、加熱炉内で焼成されてもよい。このとき、不活性ガス雰囲気中で混合材料が「200℃以上かつ650℃以下」まで昇温された状態が、所定時間以上、保持されてもよい。なお、焼成時間は、ハロゲン化物の揮発などに起因する焼成物の組成ずれを生じさせない(すなわち、焼成物のイオン伝導度を損なわない)程度の長さの時間であってもよい。
 なお、不活性ガスとしては、ヘリウム、窒素、アルゴン、など、が用いられうる。
 なお、焼成工程S1000の後に、焼成物が、容器(例えば、るつぼ)から取り出されて、粉砕されてもよい。このとき、焼成物は、粉砕器具(例えば、乳鉢、ミキサ、など)により、粉砕されてもよい。
 なお、本開示における混合材料とは、LiXとYZとの2種の材料のみが混合された材料であってもよい。もしくは、本開示における混合材料とは、LiXとYZに加えて、LiXとYZとは異なる他の材料が、さらに混合された材料であってもよい。
 なお、本開示においては、混合材料は、さらに、Mαβが混合された材料であってもよい。ここで、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種の元素を含む。また、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種の元素である。また、α>0、かつ、β>0、が満たされる。
 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。
 なお、「α=1」であるときに、「2≦β≦5」が満たされてもよい。
 なお、本開示においては、混合材料は、さらに、LiFとYFとのうちの少なくとも1種が混合された材料であってもよい。
 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。
 なお、本開示においては、混合材料は、LiXにおけるLiの一部(または、YZにおけるYの一部)が、置換カチオン種(例えば、上述のM)で置換された材料が混合された材料であってもよい。また、混合材料は、LiXにおけるXの一部(または、YZにおけるZの一部)が、F(すなわち、フッ素)で置換された材料が混合された材料であってもよい。
 図2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。図2に示されるように、実施の形態1における製造方法は、混合工程S1100を、さらに包含してもよい。
 混合工程S1100は、焼成工程S1000よりも前に、実行される工程である。
 混合工程S1100は、原料となるLiXとYZ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。
 なお、混合工程S1100においては、LiXとYZとが、所望のモル比となるように秤量されて、混合されてもよい。原料の混合方法としては、一般に公知の混合器具(例えば、乳鉢、ブレンダー、ボールミル、など)を用いる方法であってもよい。例えば、混合工程S1100においては、それぞれの原料の粉末が調整されて混合されてもよい。このとき、焼成工程S1000においては、粉末状の混合材料が焼成されてもよい。なお、混合工程S1100において得られた粉末状の混合材料が一軸加圧によりペレット状に成形されてもよい。このとき、焼成工程S1000においては、ペレット状の混合材料が焼成されることで、ハロゲン化物が製造されてもよい。
 なお、混合工程S1100においては、LiXとYZとに加えて、LiXとYZとは異なる他の原料(例えば、上述のMαβ、LiF、YF、など)がさらに混合されることで、混合材料が得られてもよい。
 なお、混合工程S1100においては、「LiXを主成分とする原料」と「YZを主成分とする原料」が混合されることで、混合材料が得られてもよい。
 図3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。図3に示されるように、実施の形態1における製造方法は、準備工程S1200を、さらに包含してもよい。
 準備工程S1200は、混合工程S1100よりも前に、実行される工程である。
 準備工程S1200は、LiXおよびYZ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。
 なお、準備工程S1200においては、材料合成を実施することで、LiXおよびYZなどの原料が得られてもよい。もしくは、準備工程S1200においては、一般に公知の市販品(例えば、純度99%以上の材料)が用いられてもよい。なお、原料としては、乾燥した材料が用いられてもよい。また、原料としては、結晶状、塊状、フレーク状、粉末状、など、の原料が用いられてもよい。準備工程S1200において、結晶状または塊状またはフレーク状の原料が粉砕されることで、粉末状の原料が得られてもよい。
 なお、準備工程S1200においては、Mαβ(ここで、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種の元素であり、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=1」であるときに「2≦β≦5」が満たされる)、LiF、YFのうちのいずれか1種または複数が添加されてもよい。これにより、本開示の製造方法により得ら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。
 なお、準備工程S1200においては、LiXにおけるLiの一部(または、YZにおけるYの一部)が、置換カチオン種(例えば、上述のM)で置換された原料が準備されてもよい。また、準備工程S1200においては、LiXにおけるXの一部(または、YZにおけるZの一部)が、F(すなわち、フッ素)で置換された原料が準備されてもよい。
 なお、本開示の製造方法により製造されたハロゲン化物は、固体電解質材料として、用いられうる。このとき、当該固体電解質材料は、例えば、リチウムイオン伝導性の固体電解質であってもよい。このとき、当該固体電解質材料は、例えば、全固体リチウム二次電池に用いられる固体電解質材料などとして、用いられうる。
(実施の形態2)
 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における製造方法は、上述の実施の形態1における製造方法の特徴に加えて、下記の特徴をさらに備える。
 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。
 すなわち、実施の形態2における製造方法の焼成工程S1000で焼成される混合材料は、「LiCl(すなわち、塩化リチウム)とYBr(すなわち、臭化イットリウム)とが混合された材料」であるか、もしくは、「LiBr(すなわち、臭化リチウム)とYCl(すなわち、塩化イットリウム)とが混合された材料」である。
 言い換えれば、実施の形態2における製造方法においては、焼成工程S1000は、「LiClとYBrとが混合された材料である混合材料」または「LiBrとYCl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、焼成する工程である。
 以上の構成によれば、工業的に生産性の高い方法で、ハロゲン化物を製造することができる。すなわち、真空封管および遊星型ボールミルを使用すること無く、簡便な製造方法(すなわち、不活性ガス雰囲気下での焼成)により、LiとYとを含むハロゲン化物(すなわち、ClとBrとを含む化合物)を製造することができる。
 なお、実施の形態2における製造方法においては、混合材料は、さらに、LiZが混合された材料であってもよい。言い換えれば、実施の形態2における製造方法においては、焼成工程S1000は、「LiClとYBrとLiBrとが混合された材料である混合材料」または「LiBrとYClとLiCl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、焼成する工程であってもよい。
 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。
 なお、実施の形態2における製造方法においては、混合材料は、さらに、YXが混合された材料であってもよい。言い換えれば、実施の形態2における製造方法においては、焼成工程S1000は、「LiClとYBrとYClとが混合された材料である混合材料」または「LiBrとYClとYBr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、焼成する工程であってもよい。
 以上の構成によれば、YX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。
 なお、実施の形態2における製造方法においては、混合材料は、さらに、LiZとYXとが混合された材料であってもよい。言い換えれば、実施の形態2における製造方法においては、焼成工程S1000は、「LiClとYBrとLiBrとYCl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、焼成する工程であってもよい。
 なお、実施の形態2における製造方法の焼成工程S1000においては、混合材料は、300℃以上かつ600℃以下で、焼成されてもよい。
 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YZ(さらには、LiZとYX)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。
 なお、実施の形態2における製造方法の焼成工程S1000においては、混合材料は、450℃以上(例えば、450℃以上かつ600℃以下)で、焼成されてもよい。
 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。
 なお、実施の形態2における製造方法の焼成工程S1000においては、混合材料は、470℃以上(例えば、470℃以上かつ600℃以下)で、焼成されてもよい。
 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。
 なお、実施の形態2における製造方法の焼成工程S1000においては、混合材料は、490℃以上(例えば、490℃以上かつ600℃以下)で、焼成されてもよい。
 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。
 なお、実施の形態2における製造方法の焼成工程S1000においては、混合材料は、550℃以下(例えば、300℃以上かつ550℃以下、または、450℃以上かつ550℃以下、または、470℃以上かつ550℃以下、または、490℃以上かつ550℃以下)で、焼成されてもよい。
 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。
 なお、実施の形態2における製造方法の焼成工程S1000においては、混合材料は、520℃以下(例えば、300℃以上かつ520℃以下、または、450℃以上かつ520℃以下、または、470℃以上かつ520℃以下、または、490℃以上かつ520℃以下)で、焼成されてもよい。
 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。
 なお、実施の形態2における製造方法の焼成工程S1000においては、混合材料は、0.5時間以上かつ60時間以下、焼成されてもよい。
 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YZ(さらには、LiZとYX)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。
 なお、実施の形態2における製造方法の焼成工程S1000においては、混合材料は、24時間以下(例えば、0.5時間以上かつ24時間以下)、焼成されてもよい。
 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。
 なお、実施の形態2における製造方法の焼成工程S1000においては、混合材料は、10時間以下(例えば、0.5時間以上かつ10時間以下)、焼成されてもよい。
 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。
 なお、実施の形態2における製造方法の混合工程S1100において、LiXとYZとが所望のモル比となるように秤量されて混合されることで、LiXとYZとの混合モル比が調整されてもよい。
 例えば、実施の形態2においては、LiBrとYClとは、LiBr:YCl=3:1のモル比で、混合されてもよい。これにより、LiYBrClの組成の化合物を製造することができる。
 なお、実施の形態2における製造方法の混合工程S1100においては、LiXとYZとに加えて、MαClβ(すなわち、上述の実施の形態1におけるMαβの「A」がClである化合物)か、または、MαBrβ(すなわち、上述の実施の形態1におけるMαβの「A」がBrである化合物)が、さらに混合されることで、混合材料が得られてもよい。このとき、実施の形態2における製造方法の準備工程S1200においては、当該MαClβまたは当該MαBrβが、原料の1つとして、準備されてもよい。
 なお、実施の形態2における製造方法の準備工程S1200においては、LiZにおけるLiの一部(または、YXにおけるYの一部)が、置換カチオン種(例えば、上述の実施の形態1におけるM)で置換された原料が準備されてもよい。また、実施の形態2における製造方法の準備工程S1200においては、LiZにおけるZの一部(または、YXにおけるXの一部)が、F(すなわち、フッ素)で置換された原料が準備されてもよい。
 (実施例)
 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。
<実施例1>
(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YClとを、モル比でLiBr:YCl=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。
(イオン伝導度の評価)
 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。
 図4に示す構成を用いて、下記の方法にて、イオン伝導度の評価を行った。
 露点-60℃以下のドライ雰囲気で、実施例1の固体電解質材料の粉末である固体電解質粉末100を加圧成形用ダイス200に充填し、300MPaで一軸加圧し、実施例1の伝導度測定セルを作製した。
 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。
 図5は、ACインピーダンス測定によるイオン伝導度の評価結果を示すグラフである。インピーダンス測定結果のCole-Cole線図が、図5に示される。
 図5において、複素インピーダンスの位相の絶対値が最も小さい測定点(図5中の矢印)のインピーダンスの実部の値を実施例1の固体電解質のイオン伝導に対する抵抗値とみなした。電解質の抵抗値を用いて、下記式(1)より、イオン伝導度を算出した。
 σ=(RSE×S/t)-1 ・・・・ (1)
 ここで、σはイオン伝導度、Sは電解質面積(図4中、枠型201の内径)、RSEは上記のインピーダンス測定における固体電解質の抵抗値、tは電解質の厚み(図4中、固体電解質粉末100の厚み)である。
 25℃で測定された、実施例1の固体電解質材料のイオン伝導度は、1.4×10-3S/cmであった。
<実施例2~83>
(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YClとを、モル比でLiBr:YCl=3:1となるように、秤量した。
 実施例31~55においては、露点-60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとLiClとYClとを、モル比でLiBr:LiCl:YCl=2:1:1となるように、秤量した。
 実施例56においては、露点-60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとYBrとYClとを、モル比でLiBr:YBr:YCl=3:0.33:0.67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YBrとYClとを、モル比でLiBr:YBr:YCl=3:0.17:0.83となるように、秤量した。
 実施例58および59においては、露点-60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとLiClとYClとを、モル比でLiBr:LiCl:YCl=2.5:0.5:1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YClとを、モル比でLiBr:LiCl:YCl=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YClとを、モル比でLiBr:LiCl:YCl=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YClとを、モル比でLiBr:LiCl:YCl=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YClとを、モル比でLiBr:LiCl:YCl=1:2:1となるように、秤量した。
 実施例64においては、露点-60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとYClとを、モル比でLiBr:YCl=3.3:0.9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YClとを、モル比でLiBr:YCl=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YClとを、モル比でLiBr:YCl=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YClとを、モル比でLiBr:YCl=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YClとを、モル比でLiBr:YCl=2.55:1.15となるように、秤量した。
 実施例73においては、露点-60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとLiClとYClとを、モル比でLiBr:LiCl:YCl=3:0.6:0.8となるように、秤量した。
 実施例74においては、露点-60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとYBrとYClとを、モル比でLiBr:YBr:YCl=2.85:0.05:1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YBrとYClとを、モル比でLiBr:YBr:YCl=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YBrとYClとを、モル比でLiBr:YBr:YCl=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YBrとYClとを、モル比でLiBr:YBr:YCl=1.8:0.4:1となるように、秤量した。
 実施例78においては、露点-60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとLiClとYClとCaClとを、モル比でLiBr:LiCl:YCl:CaCl=3:0.05:0.95:0.05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YClとCaClとを、モル比でLiBr:LiCl:YCl:CaCl=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YClとCaClとを、モル比でLiBr:YCl:CaCl=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YClとCaClとを、モル比でLiBr:LiCl:YCl:CaCl=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YClとCaClとを、モル比でLiBr:YCl:CaCl=3:0.8:0.3となるように、秤量した。
 実施例83においては、露点-60℃以下のアルゴン雰囲気で、LiBrとLiFとYClとを、モル比でLiBr:LiF:YCl=2:1:1となるように、秤量した。
 これらをメノウ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、アルゴン雰囲気中で300~600℃まで昇温し、0.5~60時間保持した。ここで、各実施例における「目的の組成」と「焼成温度」と「焼成時間」については、後述の表1~表3に示される。
 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。
(イオン伝導度の評価)
 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。
<参考例1>
(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YClとを、モル比でLiBr:LiCl:YCl=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。
(イオン伝導度の評価)
 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。
 上述の実施例1~83および参考例1における各構成と各評価結果とが、表1~表3に示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
<考察>
 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。
 焼成温度が450~600℃の範囲の場合に、より高いイオン伝導性を示す。これは、高い結晶性の固体電解質が実現できているためと考えられる。
 焼成温度が470~550℃の範囲の場合に、より高いイオン伝導性を示す。さらに、焼成温度が490~520℃の範囲の場合に、さらに高いイオン伝導性を示す。これらは、高い結晶性かつ高温での分解による組成ずれを抑制できているためと考えられる。
 以上により、本開示の製造方法により合成した固体電解質材料は、高いリチウムイオン伝導性を示すことがわかる。また、本開示の製造方法は、簡便な方法であり、工業的に生産性の高い方法である。
 本開示の製造方法は、例えば、固体電解質材料の製造方法として、利用されうる。また、本開示の製造方法により製造された固体電解質材料は、例えば、全固体リチウム二次電池などとして、利用されうる。
100 固体電解質粉末
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)

  1.  LiXとYZ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。
  2.  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。
  3.  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。
  4.  前記混合材料は、さらに、YX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。
  5.  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。
  6.  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。
  7.  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。
  8.  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。
  9.  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。
  10.  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。
  11.  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。
  12.  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。
  13.  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。
  14.  前記混合材料は、さらに、Mαβ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。
  15.  前記混合材料は、さらに、LiFとYF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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