WO2023190624A1 - 硫化物固体電解質の製造方法 - Google Patents

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WO2023190624A1
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WO
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solid electrolyte
solvent
complexing agent
sulfide solid
heating
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成存 各務
勇介 井関
康人 籠田
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出光興産株式会社
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B25/00Phosphorus; Compounds thereof
    • C01B25/14Sulfur, selenium, or tellurium compounds of phosphorus
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a sulfide solid electrolyte.
  • liquid phase methods include a homogeneous method in which the solid electrolyte material is completely dissolved in a solvent, and a solid electrolyte method in which the solid electrolyte material is completely dissolved in a solvent.
  • a heterogeneous method in which the material is not completely dissolved, but instead undergoes a suspension in which solid and liquid coexist.
  • a method in which a solid electrolyte is dissolved in a solvent and reprecipitated is known as a homogeneous method (see, for example, Patent Document 1), and as a heterogeneous method, a method in which a polar aprotic solvent is used is known.
  • a method is known in which a solid electrolyte raw material such as lithium sulfide is reacted in a solvent containing lithium sulfide (for example, see Patent Documents 2 and 3 and Non-Patent Document 1).
  • a method for manufacturing a solid electrolyte includes using a specific compound having an amino group as a complexing agent and mixing the complexing agent and a solid electrolyte raw material to prepare an electrolyte precursor (for example, see Patent Document 4). ), and a method for producing a solid electrolyte that includes drying a slurry containing a complexing agent and an electrolyte precursor by fluidized drying using media particles (see, for example, Patent Document 5).
  • the present invention has been made in view of these circumstances, and provides a manufacturing method that efficiently manufactures a sulfide solid electrolyte having high ionic conductivity while employing a liquid phase method, and that can be easily mass-produced.
  • the purpose is to provide
  • the method for producing a sulfide solid electrolyte according to the present invention includes: Mixing a raw material containing a lithium atom, a phosphorus atom, a sulfur atom, and a halogen atom with a complexing agent to obtain an electrolyte precursor containing material; then heating in a solvent having a boiling point higher than the boiling point of the complexing agent; A method for producing a sulfide solid electrolyte, It is.
  • the present invention it is possible to provide a manufacturing method that efficiently manufactures a sulfide solid electrolyte having high ionic conductivity while employing a liquid phase method, and that can be easily mass-produced.
  • 1 is an X-ray diffraction spectrum of the powder obtained in Example 1.
  • 1 is an SEM (scanning electron microscope) photograph of the crystalline sulfide solid electrolyte obtained in Example 1.
  • 1 is an X-ray diffraction spectrum of powders obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2.
  • 1 is an X-ray diffraction spectrum of powders obtained in Examples 1 and 2.
  • this embodiment an embodiment of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “this embodiment") will be described.
  • the upper and lower limits of numerical ranges of "more than”, “less than”, and “ ⁇ ” can be arbitrarily combined, and the numerical values of Examples are used as the upper and lower limits. You can also do that.
  • regulations considered to be preferable can be arbitrarily adopted. That is, one regulation considered to be preferable can be employed in combination with one or more other regulations considered to be preferable. It can be said that a combination of preferable items is more preferable.
  • the liquid phase method has been attracting attention as a method that not only has versatility and applicability but also can be easily synthesized in large quantities.
  • the liquid phase method has higher ionic conductivity than the solid phase method because the solid electrolyte is dissolved, so some of the solid electrolyte components may be decomposed or damaged during precipitation.
  • the degree For example, in the homogeneous method, the raw materials and solid electrolyte are once completely dissolved, so that the components can be uniformly dispersed in the liquid.
  • the step of removing the complexing agent is It becomes necessary.
  • the present inventors focused on a method of removing a complexing agent in a method of producing a sulfide solid electrolyte through an electrolyte precursor using a complexing agent.
  • the complexing agent is removed by drying the slurry-like electrolyte precursor-containing material under vacuum and at room temperature to form a powder electrolyte precursor, and then drying the electrolyte precursor under vacuum. This is carried out by heating at 120° C. (Example 1, etc.), and specifically, by using a jacket type heater (such as a vibration dryer) under vacuum. In this way, when a complexing agent is used, the complexing agent cannot be removed from the electrolyte precursor by mere drying, and heating must be performed using a jacket-type heater (such as a vibration dryer). .
  • Patent Documents 1 to 3 Regarding the removal of the complexing agent, no complexing agent is used in Patent Documents 1 to 3. Further, although it is assumed that a solvent will be used in the reaction of solid electrolyte raw materials, no study has been made on the method of removing the solvent. In the manufacturing method described in Patent Document 5, a slurry containing a complexing agent and an electrolyte precursor is dried by fluidized drying using media particles.
  • the complexing agent is not removed from the electrolyte precursor by drying the slurry, so the complexing agent from the electrolyte precursor obtained by the drying is
  • the removal is carried out by heating at 110°C under vacuum (Example 1, etc.), similar to the manufacturing method described in Patent Document 4, and specifically, by heating at 110°C under vacuum, This is done using a vibrating dryer, etc.). Therefore, the same problem as the manufacturing method described in Patent Document 4 mentioned above occurs.
  • the present inventors investigated a method for removing the complexing agent from the electrolyte precursor formed from the complexing agent and the solid electrolyte raw material, and found that the content of the electrolyte precursor was removed from the boiling point of the complexing agent. It has been found that the complexing agent can be removed from the electrolyte precursor contained in the electrolyte precursor-containing material by heating in a solvent having a high boiling point. If the complexing agent is removed from the electrolyte precursor by heating in a solvent, the solid electrolyte powder will be removed due to contact between the solid electrolyte powder and the locally hot wall of a jacket-type heater (vibration dryer, etc.). This makes it possible to suppress deterioration.
  • the removal of the complexing agent from the electrolyte precursor powder is By heating in a solvent with a boiling point higher than that of the agent, a sulfide solid electrolyte with high ionic conductivity can be efficiently obtained while employing a liquid phase method, and mass production becomes easier. I came to discover that.
  • the method for producing a sulfide solid electrolyte according to the first form of the present embodiment includes: Mixing a raw material containing a lithium atom, a phosphorus atom, a sulfur atom, and a halogen atom with a complexing agent to obtain an electrolyte precursor containing material; then heating in a solvent having a boiling point higher than the boiling point of the complexing agent; A method for producing a sulfide solid electrolyte, It is.
  • the electrolyte precursor-containing substance obtained by mixing the solid electrolyte raw material and the complexing agent does not contribute to the formation of the electrolyte precursor together with the electrolyte precursor.
  • Complexing agents and solid electrolyte raw materials as well as solvents may be included.
  • a solvent having a boiling point higher than the boiling point of the complexing agent contained in the electrolyte precursor in the electrolyte precursor containing material hereinafter simply referred to as "high boiling point solvent" is used.
  • the complexing agent can be removed from the electrolyte precursor by heating it in a solution (which may occur). It is believed that when heated in a solvent having a boiling point higher than that of the complexing agent, the complexing agent becomes more fluid, separates from the electrolyte precursor, and is removed.
  • the electrolyte precursor is a precursor of the sulfide solid electrolyte obtained by the manufacturing method of this embodiment, and can become a sulfide solid electrolyte by removing the complexing agent.
  • the complexing agent refers to a complexing agent, that is, an agent capable of forming a complex, and refers to a compound that is likely to form a complex with the solid electrolyte raw material contained in the raw material containing material. Therefore, since the electrolyte precursor is obtained by mixing the raw material containing material and the complexing agent, more specifically, it can be said that it is a complex formed by the solid electrolyte raw material via the complexing agent. .
  • the manufacturing method of the present embodiment includes obtaining the electrolyte precursor-containing material and then heating it in a high boiling point solvent. Heating may be performed after obtaining the electrolyte precursor-containing material, and the heating target in the heating is the electrolyte precursor-containing material, and when drying, which will be described later, is performed, the electrolyte precursor-containing material is heated. becomes. Heating the electrolyte precursor content, particularly the electrolyte precursor contained in the electrolyte precursor content, in a high boiling point solvent when heating the electrolyte precursor content and removing the complexing agent from the electrolyte precursor. is essential.
  • Direct contact between the electrolyte precursor in the electrolyte precursor-containing material and the high-boiling solvent allows the complexing agent contained in the electrolyte precursor to be efficiently heated and quickly removed. Therefore, the regeneration of a complex between the electrolyte precursor from which the complexing agent has been removed and the complexing agent, and the generation of impurities between the electrolyte precursor and the complexing agent are suppressed, resulting in fewer impurities.
  • a sulfide solid electrolyte of high quality and high ionic conductivity can be obtained.
  • the method for producing a sulfide solid electrolyte according to the second aspect of the present embodiment includes, in the first aspect, The heating temperature of the solvent is above the boiling point of the complexing agent. That is what it is.
  • the complexing agent contained in the electrolyte precursor becomes more fluid when heated and is removed from the electrolyte precursor.
  • the complexing agent will be volatilized, and therefore it will be easier to separate it from the electrolyte precursor.
  • the separated gaseous complexing agent easily passes through the high boiling point solvent and is discharged out of the system, the separated complexing agent becomes difficult to stay in the high boiling point solvent.
  • the complexing agent remaining in the high boiling point solvent suppresses the regeneration of a complex with the electrolyte precursor from which the complexing agent has been removed and the generation of impurities. This makes it easier to obtain a sulfide solid electrolyte with fewer impurities, high quality, and high ionic conductivity.
  • the method for producing a sulfide solid electrolyte according to the third aspect of the present embodiment includes, in the first or second aspect, heating in the solvent brings the solvent to a boil; That is what it is.
  • the method for producing a sulfide solid electrolyte according to the fourth aspect of the present embodiment includes, in the third aspect, separately preparing a solvent having a boiling point higher than the boiling point of the complexing agent, and adding the electrolyte precursor-containing substance to the solvent used for heating as a mixture with the separately prepared solvent; That is what it is.
  • a high-boiling point solvent prepared separately from the high-boiling point solvent heated in the heating is mixed with the electrolyte precursor-containing material, and the resulting mixture is mixed in the heating.
  • the mixture is preferably added to a heated high-boiling solvent used for heating, and preferably added to a boiled high-boiling solvent.
  • the temperature will be instantly raised to the target temperature. Therefore, the regeneration of complexes with the powder from which the complexing agent has been removed from the electrolyte precursor and the generation of impurities are suppressed, resulting in more efficient production of sulfides with fewer impurities, high quality, and high ionic conductivity. It becomes easier to obtain a solid electrolyte.
  • the high boiling point solvent prepared separately may be the same type of solvent as the high boiling point solvent heated to boil in the heating process, or a different type of solvent may be used to more efficiently remove impurities. It is preferable to use the same type of solvent from the viewpoint of obtaining a sulfide solid electrolyte with low ion conductivity, high quality, and high ionic conductivity.
  • the method for producing a sulfide solid electrolyte according to the fifth aspect of the present embodiment includes the steps of the first to fourth aspects described above.
  • the amount of the solvent used per 1 g of the supplied amount of the electrolyte precursor contained in the electrolyte precursor-containing material is 20 mL or more and 2000 mL or less.
  • the high boiling point solvent in an amount within the above range, it becomes possible to separate and remove the complexing agent more efficiently. Therefore, the regeneration of complexes with the powder from which the complexing agent has been removed from the electrolyte precursor and the generation of impurities are suppressed, resulting in more efficient production of sulfides with fewer impurities, high quality, and high ionic conductivity. It becomes easier to obtain a solid electrolyte. Furthermore, by suppressing the amount of high boiling point solvent used within a certain range, it becomes possible to more easily respond to mass production.
  • the method for producing a sulfide solid electrolyte according to the sixth aspect of the present embodiment includes, in the first to fifth aspects, drying the electrolyte precursor-containing material; That is what it is.
  • the electrolyte precursor-containing material including the electrolyte precursor and solvent is dried, the solvent is removed, and the electrolyte precursor is isolated as a powder, which is then heated in a high boiling point solvent to further improve the electrolyte precursor content.
  • the electrolyte precursor can be heated directly. Thereby, by heating the complexing agent contained in the electrolyte precursor more directly, it becomes possible to separate and remove the complexing agent more efficiently.
  • the main purpose of drying in the manufacturing method of this embodiment is to remove the solvent from the electrolyte precursor-containing material, and also to remove the remaining complexes that do not contribute to the formation of the electrolyte precursor.
  • the curing agent can also be removed. Therefore, in the manufacturing method of this embodiment, the complexing agent is not removed from the electrolyte precursor by drying, but by heating in a high boiling point solvent. It goes without saying that the complexing agent can be removed from the electrolyte precursor by heating the electrolyte precursor-containing material in a high-boiling solvent.
  • a method for producing a sulfide solid electrolyte according to a seventh aspect of the present embodiment includes, in the sixth aspect, The drying is performed at a temperature of 5° C. or higher and 110° C. or lower under normal pressure or reduced pressure.
  • the pressure condition is from normal pressure to reduced pressure, and the temperature condition is 5°C or more and 110°C or less, so that the electrolyte precursor-containing material can be dried more efficiently and the electrolyte A precursor powder is obtained.
  • a method for producing a sulfide solid electrolyte according to an eighth aspect of the present embodiment includes, in the first to seventh aspects, After heating in the solvent, further heating at a temperature higher than the heating temperature in heating in the solvent, That is what it is.
  • the complexing agent is removed from the electrolyte precursor and an amorphous sulfide solid electrolyte is obtained.
  • a crystalline sulfide solid electrolyte can be obtained by further heating this at a temperature higher than the heating temperature in heating in a solvent. In the manufacturing method of this embodiment, it is possible to manufacture an amorphous sulfide solid electrolyte or a crystalline sulfide solid electrolyte as desired.
  • a method for producing a sulfide solid electrolyte according to a ninth aspect of the present embodiment includes, in the first to eighth aspects, the complexing agent is a compound having an amino group; In addition, the method for producing a sulfide solid electrolyte according to the tenth aspect of the present embodiment includes, in the first to ninth aspects, the complexing agent is a compound having at least two tertiary amino groups in the molecule; That is what it is.
  • the complexing agent is a solvent that has the property of forming a complex with the solid electrolyte raw material contained in the raw material content, as described above.
  • a compound having a hetero atom tends to have the property of forming a complex with the solid electrolyte raw material, and is therefore a preferable compound as a complexing agent.
  • compounds that have a nitrogen atom as a heteroatom and a nitrogen atom as an amino group not only make it easier to form a complex, but also make it easier to incorporate halogen atoms, which are difficult to incorporate into complex formation, and make solid electrolyte raw materials This makes it easier to maintain a uniform dispersion state. Therefore, it becomes easier to obtain higher ionic conductivity.
  • a compound having an amino group when used as a complexing agent, in addition to the above properties, it also has the property of being easy to separate from the electrolyte precursor and easy to remove. Therefore, the regeneration of the complex with the powder from which the complexing agent has been removed from the electrolyte precursor powder and the generation of impurities are suppressed, resulting in extremely efficient production with low impurities, high quality, and high ionic conductivity. It becomes easier to obtain a sulfide solid electrolyte.
  • the method for producing a sulfide solid electrolyte according to the eleventh aspect of the present embodiment includes, in the first to tenth aspects, the solvent is a hydrocarbon solvent that does not contain heteroatoms; Therefore, the method for producing a sulfide solid electrolyte according to the twelfth aspect of the present embodiment includes, in the first to eleventh aspects, The solvent is at least one organic solvent selected from aliphatic hydrocarbon solvents and alicyclic hydrocarbon solvents.
  • the method for producing a sulfide solid electrolyte according to the thirteenth aspect of the present embodiment includes, in the twelfth aspect, The number of carbon atoms in the organic solvent is 8 or more. That is what it is.
  • a compound having a hetero atom has the property of easily forming a complex with a solid electrolyte raw material.
  • a hydrocarbon solvent that does not contain heteroatoms as the high-boiling point solvent, the formation of complexes between the high-boiling point solvent and the electrolyte precursor is suppressed, which suppresses the formation of impurities, making it extremely efficient.
  • the high boiling point solvent is selected from aliphatic hydrocarbon solvents and alicyclic hydrocarbon solvents, considering the suppression of impurity generation and the ease of selecting a solvent with a higher boiling point than the complexing agent. It is preferably at least one type of organic solvent, and the number of carbon atoms is preferably 8 or more.
  • the method for producing a sulfide solid electrolyte according to the fourteenth aspect of the present embodiment includes, in the first to thirteenth aspects, No pulverization treatment is performed after heating in the solvent; That is what it is.
  • the electrolyte precursor obtained using a complexing agent originally has a small average particle diameter, but as mentioned above, a jacket-type heater is used to remove the complexing agent and heat it for crystallization. Because a vibrating dryer or the like was used, secondary particles were generated and oil absorption increased, resulting in pulverization (atomization). However, according to the manufacturing method of this embodiment, secondary particles are not generated due to the use of a jacket-type heater (vibration dryer, etc.), so there is no need to perform pulverization (atomization) treatment. This greatly contributes to energy saving in the production of sulfide solid electrolytes, and makes it possible to produce sulfide solid electrolytes more efficiently.
  • the method for producing a sulfide solid electrolyte according to the fifteenth aspect of the present embodiment includes, in the first to fourteenth aspects, removing the complexing agent from the electrolyte precursor contained in the electrolyte precursor-containing material by heating in the solvent; That is what it is. By heating in the solvent, the complexing agent can be removed from the electrolyte precursor contained in the electrolyte precursor-containing material, and the electrolyte precursor can be turned into a sulfide solid electrolyte.
  • a method for producing a sulfide solid electrolyte according to a sixteenth aspect of the present embodiment includes, in the first to fifteenth aspects, The sulfide solid electrolyte has a thiolisicone region II type crystal structure, That is what it is.
  • a sulfide solid electrolyte having a thiolithicone region type II crystal structure is known as a sulfide solid electrolyte with extremely high ionic conductivity, and is preferable as the sulfide solid electrolyte to be obtained by the manufacturing method of the present embodiment. be.
  • solid electrolyte means an electrolyte that remains solid at 25° C. under a nitrogen atmosphere.
  • the solid electrolyte in this embodiment includes a lithium atom, a sulfur atom, a phosphorus atom, and a halogen atom, and has ionic conductivity due to the lithium atom.
  • Solid electrolyte includes both amorphous solid electrolytes and crystalline solid electrolytes.
  • a crystalline solid electrolyte is a solid electrolyte in which a peak derived from the solid electrolyte is observed in an X-ray diffraction pattern in an X-ray diffraction measurement, and whether or not there is a peak derived from the raw material of the solid electrolyte. is not a question. That is, a crystalline solid electrolyte includes a crystal structure derived from a solid electrolyte, and even if part of the crystal structure is derived from the solid electrolyte, or the entire crystal structure is derived from the solid electrolyte. good.
  • the crystalline solid electrolyte has an X-ray diffraction pattern as described above, a part of the crystalline solid electrolyte may include an amorphous solid electrolyte. Therefore, the crystalline solid electrolyte includes so-called glass ceramics obtained by heating an amorphous solid electrolyte to a temperature higher than the crystallization temperature.
  • an amorphous solid electrolyte is one that has a halo pattern in which no peaks other than peaks derived from the material are substantially observed in the X-ray diffraction pattern in X-ray diffraction measurement; It does not matter whether or not there is a peak derived from the raw material.
  • the method for manufacturing the sulfide solid electrolyte of this embodiment is as follows: Mixing a raw material containing a lithium atom, a phosphorus atom, a sulfur atom, and a halogen atom with a complexing agent to obtain an electrolyte precursor containing material; then heating in a solvent having a boiling point higher than the boiling point of the complexing agent; A method for producing a sulfide solid electrolyte, It is.
  • the manufacturing method of this embodiment includes mixing a raw material containing material containing a lithium atom, a phosphorus atom, a sulfur atom, and a halogen atom with a complexing agent to obtain an electrolyte precursor containing material.
  • the manufacturing method of this embodiment will be explained first starting from the raw material content.
  • the raw material containing material used in this embodiment contains a lithium atom, a sulfur atom, a phosphorus atom, and a halogen atom, and more specifically, a compound containing one or more types selected from the group consisting of these atoms (hereinafter referred to as (also referred to as "solid electrolyte raw material").
  • the raw material-containing material used in this embodiment preferably contains two or more types of solid electrolyte raw materials.
  • Examples of solid electrolyte raw materials included in the raw material include lithium sulfide; lithium halides such as lithium fluoride, lithium chloride, lithium bromide, and lithium iodide; diphosphorus trisulfide (P 2 S 3 ), diphosphorus pentasulfide, Phosphorus sulfide such as phosphorus (P 2 S 5 ); various phosphorus fluorides (PF 3 , PF 5 ), various phosphorus chlorides (PCl 3 , PCl 5 , P 2 Cl 4 ), various phosphorus bromides (PBr 3 , PBr 5 ) ), phosphorus halides such as various phosphorus iodides (PI 3 , P 2 I 4 ); thiophosphoryl fluoride (PSF 3 ), thiophosphoryl chloride (PSCl 3 ), thiophosphoryl bromide (PSBr 3 ), thioiodide At least two types selected from the above four types of atoms, such as
  • Examples of materials that can be used as solid electrolyte raw materials other than those mentioned above include, for example, solid electrolyte raw materials that contain at least one type of atom selected from the above four types of atoms and that also contain atoms other than the four types of atoms; , lithium compounds such as lithium oxide, lithium hydroxide, and lithium carbonate; alkali metal sulfides such as sodium sulfide, potassium sulfide, rubidium sulfide, and cesium sulfide; silicon sulfide, germanium sulfide, boron sulfide, gallium sulfide, and tin sulfide (SnS, SnS) 2 ) Metal sulfides such as aluminum sulfide and zinc sulfide; phosphoric acid compounds such as sodium phosphate and lithium phosphate; non-lithium halides such as sodium iodide, sodium fluoride, sodium chloride, and sodium bromide; Al
  • lithium sulfide phosphorus sulfide such as diphosphorus trisulfide (P 2 S 3 ), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ), fluorine (F 2 ), chlorine (Cl 2 ), bromine (Br 2 ) , halogens such as iodine (I 2 ), and lithium halides such as lithium fluoride, lithium chloride, lithium bromide, and lithium iodide are preferable.
  • phosphoric acid compounds such as lithium oxide, lithium hydroxide, and lithium phosphate are preferred.
  • Preferred combinations of solid electrolyte raw materials include, for example, a combination of lithium sulfide, diphosphorus pentasulfide, and lithium halide, and a combination of lithium sulfide, diphosphorus pentasulfide, and a single halogen;
  • examples of the lithium halide include lithium bromide, Lithium iodide is preferred, and as the halogen element, bromine and iodine are preferred.
  • Li 3 PS 4 containing a PS 4 structure can also be used as part of the raw material.
  • Li 3 PS 4 is prepared by first producing it, and this is used as a raw material.
  • the content of Li 3 PS 4 relative to the total raw materials is preferably 60 to 100 mol%, more preferably 65 to 90 mol%, and even more preferably 70 to 80 mol%.
  • the content of the simple halogen with respect to Li 3 PS 4 is preferably 1 to 50 mol%, more preferably 10 to 40 mol%, even more preferably 20 to 30 mol%, and 22 -28 mol% is even more preferred.
  • the lithium sulfide used in this embodiment is preferably in the form of particles.
  • the average particle diameter (D 50 ) of the lithium sulfide particles is preferably 0.1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, more preferably 0.5 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, and even more preferably 1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter (D 50 ) is the particle diameter at which 50% (by volume) of the total particle size is reached when a particle size distribution integration curve is drawn and the particle diameter is accumulated sequentially starting from the smallest particle size.
  • the volume distribution is an average particle size that can be measured using, for example, a laser diffraction/scattering particle size distribution measuring device.
  • the solid raw materials listed as the raw materials above it is preferable that the solid raw materials have the same average particle size as the lithium sulfide particles, that is, those within the same range as the average particle size of the lithium sulfide particles. preferable.
  • the ratio of lithium sulfide to the total of lithium sulfide and diphosphorus pentasulfide can obtain higher chemical stability and higher ionic conductivity. From this point of view, it is preferably 70 to 80 mol%, more preferably 72 to 78 mol%, and even more preferably 74 to 78 mol%.
  • the content of lithium sulfide and diphosphorus pentasulfide relative to the total of these is preferably 50 to 100 mol%, More preferably 55 to 85 mol%, still more preferably 60 to 75 mol%.
  • the ratio of lithium bromide to the total of lithium bromide and lithium iodide should be 1 to 99 mol from the viewpoint of improving ionic conductivity. %, more preferably 20 to 80 mol%, even more preferably 30 to 70 mol%, particularly preferably 40 to 60 mol%.
  • the total number of moles of lithium sulfide and diphosphorus pentasulfide excluding the same number of moles of lithium sulfide as the number of moles of the elemental halogen.
  • the ratio of the number of moles of lithium sulfide, excluding the number of moles of halogen alone and the same number of moles of lithium sulfide, is preferably within the range of 60 to 90%, and preferably within the range of 65 to 85%.
  • the content of the elemental halogen with respect to the total amount of lithium sulfide, diphosphorus pentasulfide, and elemental halogen is 1 to 50 mol%. is preferable, 2 to 40 mol% is more preferable, 3 to 25 mol% is even more preferable, and 3 to 15 mol% is even more preferable.
  • the content of elemental halogen ( ⁇ mol%) and the content of lithium halide ( ⁇ mol%) with respect to the total amount are as follows. It is preferable to satisfy formula (2), more preferably to satisfy formula (3) below, even more preferably to satisfy formula (4) below, and even more preferably to satisfy formula (5) below. 2 ⁇ 2 ⁇ + ⁇ 100...(2) 4 ⁇ 2 ⁇ + ⁇ 80...(3) 6 ⁇ 2 ⁇ + ⁇ 50...(4) 6 ⁇ 2 ⁇ + ⁇ 30...(5)
  • A1 is the number of moles of one halogen atom in the substance
  • A2 is the number of moles of the other halogen atom in the substance
  • A1:A2 is 1 to 99:
  • the ratio is preferably 99-1, more preferably 10:90-90:10, even more preferably 20:80-80:20, even more preferably 30:70-70:30.
  • B1:B2 is preferably 1 to 99:99 to 1, and 15:85.
  • the ratio is more preferably 90:10, even more preferably 20:80 to 80:20, even more preferably 30:70 to 75:25, particularly preferably 35:65 to 75:25.
  • the complexing agent is a compound that easily forms a complex with the solid electrolyte raw material contained in the raw material content, and for example, lithium sulfide and diphosphorus pentasulfide, which are preferably used as solid electrolyte raw materials, It is a compound that can form a complex with Li 3 PS 4 obtained when the solid electrolyte raw material (hereinafter also collectively referred to as "solid electrolyte raw material etc.”) further contains a halogen atom.
  • any compound having the above-mentioned properties can be used without particular restriction, and in particular, compounds containing atoms with high affinity for lithium atoms, such as heteroatoms such as nitrogen atoms, oxygen atoms, and chlorine atoms. are preferred, and compounds having a group containing these heteroatoms are more preferred. This is because these heteroatoms and groups containing the heteroatoms can coordinate (bond) with lithium.
  • the heteroatoms present in the molecules of the complexing agent have a high affinity with lithium atoms, and have the property of easily bonding with solid electrolyte raw materials to form a complex (hereinafter also simply referred to as "complex"). It is considered to be. Therefore, by mixing the solid electrolyte raw material and the complexing agent, a complex is formed, and the dispersion state of the solid electrolyte raw material, especially the dispersion state of the halogen atoms, is easily maintained uniformly, and as a result, the ionic conductivity is increased. It is thought that a high sulfide solid electrolyte can be obtained.
  • the ability of the complexing agent to form a complex with the solid electrolyte raw material and the like can be directly confirmed by, for example, an infrared absorption spectrum measured by FT-IR analysis (diffuse reflection method).
  • a complexing agent a powder obtained by stirring tetramethylethylenediamine (hereinafter also simply referred to as "TMEDA"), which is one of the preferable complexing agents, and lithium iodide (LiI), and the complexing agent itself.
  • TMEDA tetramethylethylenediamine
  • LiI lithium iodide
  • LiI-TMEDA complex is formed by stirring and mixing TMEDA and lithium iodide (for example, see Aust. J. Chem., 1988, 41, 1925-34, especially Fig. 2) etc., it is reasonable to assume that a LiI-TMEDA complex is formed.
  • the complexing agent preferably has at least two coordinating (bondable) heteroatoms in the molecule, and more preferably has a group containing at least two heteroatoms in the molecule.
  • a group containing at least two heteroatoms in the molecule solid electrolyte raw materials, etc. can be bonded via at least two heteroatoms in the molecule.
  • a nitrogen atom is preferable, and as a group containing a nitrogen atom, an amino group is preferable. That is, an amine compound is preferable as the complexing agent.
  • the amine compound is not particularly limited as long as it has an amino group in its molecule since it can promote the formation of a complex, but a compound having at least two amino groups in its molecule is preferred. With such a structure, solid electrolyte raw materials and the like can be bonded via at least two nitrogen atoms in the molecule to form a complex.
  • amine compounds examples include amine compounds such as aliphatic amines, alicyclic amines, heterocyclic amines, and aromatic amines, which can be used alone or in combination.
  • aliphatic amines include aliphatic primary diamines such as ethylenediamine, diaminopropane, and diaminobutane; N,N'-dimethylethylenediamine, N,N'-diethylethylenediamine, and N,N'-dimethyldiaminopropane.
  • N,N'-diethyldiaminopropane N,N,N',N'-tetramethyldiaminomethane, N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine, N,N, N',N'-tetraethylethylenediamine, N,N,N',N'-tetramethyldiaminopropane, N,N,N',N'-tetraethyldiaminopropane, N,N,N',N'-tetramethyl Aliphatic diamines such as diaminobutane, N,N,N',N'-tetramethyldiaminopentane, N,N,N',N'-tetramethyldiaminohexane; and the like are typically preferred.
  • the number of carbon atoms in the aliphatic amine is preferably 2 or more, more preferably 4 or more, even more preferably 6 or more, and the upper limit is preferably 10 or less, more preferably 8 or less, and still more preferably 7 or less.
  • the number of carbon atoms in the aliphatic hydrocarbon group in the aliphatic amine is preferably 2 or more, and the upper limit is preferably 6 or less, more preferably 4 or less, and even more preferably 3 or less.
  • alicyclic amines examples include alicyclic primary diamines such as cyclopropanediamine and cyclohexane diamine; alicyclic secondary diamines such as bisaminomethylcyclohexane; N,N,N',N'-tetramethyl-cyclohexane diamine, Alicyclic tertiary diamines such as bis(ethylmethylamino)cyclohexane; representative examples of preferred examples include alicyclic diamines; examples of heterocyclic amines include primary heterocyclic diamines such as isophorone diamine; and piperazine.
  • heterocyclic secondary diamines such as dipiperidylpropane
  • heterocyclic tertiary diamines such as N,N-dimethylpiperazine and bismethylpiperidylpropane.
  • the number of carbon atoms in the alicyclic amine and heterocyclic amine is preferably 3 or more, more preferably 4 or more, and the upper limit is preferably 16 or less, more preferably 14 or less.
  • aromatic amines include aromatic primary diamines such as phenyldiamine, tolylenediamine, and naphthalenediamine; N-methylphenylenediamine, N,N'-dimethylphenylenediamine, N,N'-bismethylphenylphenylenediamine, Aromatic secondary diamines such as N,N'-dimethylnaphthalenediamine and N-naphthylethylenediamine; N,N-dimethylphenylenediamine, N,N,N',N'-tetramethylphenylenediamine, N,N,N' , N'-tetramethyldiaminodiphenylmethane, and aromatic tertiary diamines such as N,N,N',N'-tetramethylnaphthalene diamine.
  • the number of carbon atoms in the aromatic amine is preferably 6 or more, more preferably 7 or more, still more preferably 8 or more, and the upper limit is
  • the amine compound used in this embodiment may be substituted with a substituent such as an alkyl group, an alkenyl group, an alkoxyl group, a hydroxyl group, a cyano group, or a halogen atom.
  • a substituent such as an alkyl group, an alkenyl group, an alkoxyl group, a hydroxyl group, a cyano group, or a halogen atom.
  • diamine is given as a specific example, it goes without saying that the amine compound that can be used in this embodiment is not limited to diamine, and includes various diamines such as trimethylamine, triethylamine, ethyldimethylamine, and the above-mentioned aliphatic diamines.
  • monoamines such as alicyclic monoamines such as monoamines corresponding to the above-mentioned alicyclic diamines, heterocyclic monoamines corresponding to the above-mentioned heterocyclic diamines, and aromatic monoamines corresponding to the above-mentioned aromatic diamines, for example, diethylenetriamine, N ,N',N'-trimethyldiethylenetriamine, N,N,N',N'',N'-pentamethyldiethylenetriamine, triethylenetetramine, N,N'-bis[(dimethylamino)ethyl
  • a tertiary amine having a tertiary amino group as an amino group is preferable, and a tertiary diamine having two tertiary amino groups is more preferable.
  • a tertiary diamine having two tertiary amino groups at both ends is more preferred, and an aliphatic tertiary diamine having tertiary amino groups at both ends is even more preferred.
  • tetramethylethylenediamine, tetraethylethylenediamine, tetramethyldiaminopropane, and tetraethyldiaminopropane are preferable, and considering ease of acquisition, etc. Tetramethylethylenediamine and tetramethyldiaminopropane are preferred.
  • the complexing agent is preferably a compound containing an oxygen atom as well as a compound containing the above-mentioned nitrogen atom as a hetero atom.
  • a compound containing an oxygen atom a compound having one or more functional groups selected from an ether group and an ester group as a group containing an oxygen atom is preferable, and among these, a compound having an ether group is particularly preferable. That is, as the complexing agent containing an oxygen atom, an ether compound is particularly preferable.
  • ether compound examples include ether compounds such as aliphatic ether, alicyclic ether, heterocyclic ether, and aromatic ether, which can be used alone or in combination.
  • the aliphatic ethers include monoethers such as dimethyl ether, diethyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, and tert-butyl methyl ether; diethers such as dimethoxymethane, dimethoxyethane, diethoxymethane, and diethoxyethane; Examples include polyethers having three or more ether groups such as diethylene glycol dimethyl ether (diglyme) and triethylene oxide glycol dimethyl ether (triglyme); and ethers containing hydroxyl groups such as diethylene glycol and triethylene glycol.
  • monoethers such as dimethyl ether, diethyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, and tert-butyl methyl ether
  • diethers such as dimethoxymethane, dimethoxyethane, diethoxymethane, and diethoxyethane
  • Examples include polyethers having three or more ether groups
  • the number of carbon atoms in the aliphatic ether is preferably 2 or more, more preferably 3 or more, even more preferably 4 or more, and the upper limit is preferably 10 or less, more preferably 8 or less, and even more preferably 6 or less.
  • the number of carbon atoms in the aliphatic hydrocarbon group in the aliphatic ether is preferably 1 or more, and the upper limit is preferably 6 or less, more preferably 4 or less, and even more preferably 3 or less.
  • alicyclic ethers examples include ethylene oxide, propylene oxide, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, dimethoxytetrahydrofuran, cyclopentyl methyl ether, dioxane, and dioxolane
  • heterocyclic ethers include furan, benzofuran, benzopyran, dioxene, and dioxin. , morpholine, methoxyindole, hydroxymethyldimethoxypyridine and the like.
  • the number of carbon atoms in the alicyclic ether and heterocyclic ether is preferably 3 or more, more preferably 4 or more, and the upper limit is preferably 16 or less, more preferably 14 or less.
  • aromatic ethers examples include methyl phenyl ether (anisole), ethyl phenyl ether, dibenzyl ether, diphenyl ether, benzylphenyl ether, and naphthyl ether.
  • the number of carbon atoms in the aromatic ether is preferably 7 or more, more preferably 8 or more, and the upper limit is preferably 16 or less, more preferably 14 or less, still more preferably 12 or less.
  • the ether compound used in this embodiment may be substituted with a substituent such as an alkyl group, an alkenyl group, an alkoxyl group, a hydroxyl group, a cyano group, or a halogen atom.
  • aliphatic ethers are preferred, and dimethoxyethane and tetrahydrofuran are more preferred, from the viewpoint of obtaining higher ionic conductivity.
  • ester compound examples include ester compounds such as aliphatic esters, alicyclic esters, heterocyclic esters, and aromatic esters, which can be used alone or in combination.
  • aliphatic esters include formic esters such as methyl formate, ethyl formate, and triethyl formate; acetate esters such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, and isobutyl acetate; methyl propionate; , propionic acid esters such as ethyl propionate, propyl propionate, and butyl propionate; oxalic acid esters such as dimethyl oxalate and diethyl oxalate; malonic acid esters such as dimethyl malonate and diethyl malonate; dimethyl succinate, succinic acid Examples include succinate esters such as diethyl.
  • the number of carbon atoms in the aliphatic ester is preferably 2 or more, more preferably 3 or more, even more preferably 4 or more, and the upper limit is preferably 10 or less, more preferably 8 or less, and even more preferably 7 or less. Further, the number of carbon atoms in the aliphatic hydrocarbon group in the aliphatic ester is preferably 1 or more, more preferably 2 or more, and the upper limit is preferably 6 or less, more preferably 4 or less, and still more preferably 3 or less. .
  • alicyclic esters examples include methyl cyclohexanecarboxylate, ethyl cyclohexanecarboxylate, dimethyl cyclohexanedicarboxylate, dibutyl cyclohexanedicarboxylate, dibutyl cyclohexenedicarboxylate, and examples of heterocyclic esters include methyl pyridinecarboxylate and pyridine. Examples include ethyl carboxylate, propyl pyridine carboxylate, methyl pyrimidine carboxylate, ethyl pyrimidine carboxylate, and lactones such as acetolactone, propiolactone, butyrolactone, and valerolactone.
  • the number of carbon atoms in the alicyclic ester and heterocyclic ester is preferably 3 or more, more preferably 4 or more, and the upper limit is preferably 16 or less, more preferably 14 or less.
  • aromatic esters examples include benzoic acid esters such as methyl benzoate, ethyl benzoate, propyl benzoate, and butyl benzoate; phthalic acid esters such as dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dibutyl phthalate, butyl benzyl phthalate, and dicyclohexyl phthalate; Examples include trimellitate esters such as mellitate, triethyl trimellitate, tripropyl trimellitate, tributyl trimellitate, and trioctyl trimellitate.
  • the number of carbon atoms in the aromatic ester is preferably 8 or more, more preferably 9 or more, and the upper limit is preferably 16 or less, more preferably 14 or less, and even more preferably 12 or less.
  • the ester compound used in this embodiment may be substituted with a substituent such as an alkyl group, an alkenyl group, an alkoxyl group, a hydroxyl group, a cyano group, or a halogen atom.
  • a substituent such as an alkyl group, an alkenyl group, an alkoxyl group, a hydroxyl group, a cyano group, or a halogen atom.
  • ester compounds aliphatic esters are preferred, acetic esters are more preferred, and ethyl acetate is particularly preferred, from the viewpoint of obtaining higher ionic conductivity.
  • the amount of the complexing agent added is such that the molar ratio of the amount of the complexing agent added to the total molar amount of lithium atoms contained in the raw material is preferably 0.1 or more. .0 or less, more preferably 0.5 or more and 1.5 or less, still more preferably 0.8 or more and 1.2 or less, and most preferably 1.0.
  • the solid electrolyte raw material described above and a complexing agent are mixed.
  • the solid electrolyte raw material and the complexing agent may be mixed in either solid or liquid form, but since the solid electrolyte raw material contains solid and the complexing agent is liquid, it is usually A solid electrolyte material is mixed in a liquid complexing agent.
  • a solvent may be further mixed as necessary.
  • the complexing agent includes a solvent that is added as necessary.
  • the solid electrolyte raw material and the complexing agent may be mixed by charging the solid electrolyte raw material and the complexing agent into an apparatus capable of mixing the solid electrolyte raw material and the complexing agent.
  • an apparatus capable of mixing the solid electrolyte raw material and the complexing agent For example, if the solid electrolyte raw material is gradually added after the complexing agent is supplied into the tank and the stirring blade is activated, a good mixing state of the solid electrolyte raw material can be obtained and the dispersibility of the raw material will be improved. Therefore, it is preferable.
  • the solid electrolyte raw material may not be solid.
  • the solid electrolyte raw material is a liquid, it is sufficient to supply the complexing agent into the tank separately from other solid solid electrolyte raw materials, or if the solid electrolyte raw material is a gas, the complexing agent
  • the solid electrolyte material may be added to the solid electrolyte raw material, and the material may be blown into the mixture.
  • the manufacturing method of this embodiment is characterized by including mixing a solid electrolyte raw material and a complexing agent.
  • a media-type pulverizer such as a ball mill or bead mill, which is generally called a pulverizer, for the purpose of pulverizing the solid electrolyte raw material. It can also be manufactured by a method that does not use the equipment used.
  • the solid electrolyte raw material and the complexing agent contained in the raw material are mixed, and a complex, that is, an electrolyte precursor is formed. obtain.
  • the mixture of raw materials and complexing agent may be ground with a grinder, but as mentioned above, a grinder is not used. It is preferable.
  • the electrolyte precursor may be ground by a grinder.
  • Examples of the device for mixing the solid electrolyte raw material and the complexing agent include a mechanical stirring mixer equipped with stirring blades in a tank.
  • Mechanical stirring mixers include high-speed stirring mixers, double-arm mixers, etc., which improve the uniformity of the solid electrolyte raw material in the mixture of the solid electrolyte raw material and the complexing agent, and achieve higher ionic conductivity. From the viewpoint of obtaining the desired amount, a high-speed stirring type mixer is preferably used. Further, examples of the high-speed stirring type mixer include a vertical axis rotation type mixer and a horizontal axis rotation type mixer, and either type of mixer may be used.
  • the shapes of stirring blades used in mechanical stirring mixers include anchor type, blade type, arm type, ribbon type, multi-stage blade type, double arm type, shovel type, twin-shaft blade type, flat blade type, and C type.
  • a shovel type, a flat blade type, a C-type blade type, etc. are preferable from the viewpoint of improving the uniformity of the solid electrolyte raw material and obtaining higher ionic conductivity.
  • the installation location of the circulation line is not particularly limited, but it is preferably installed at a location where the circulation line is discharged from the bottom of the mixer and returned to the top of the mixer. This makes it easier to uniformly stir the solid electrolyte raw material, which tends to settle, by placing it on the convection caused by circulation. Furthermore, it is preferable that the return port is located below the surface of the liquid to be stirred. By doing so, it is possible to suppress the liquid to be stirred from splashing and adhering to the wall surface inside the mixer.
  • the temperature conditions for mixing the solid electrolyte raw material and the complexing agent are not particularly limited, and are, for example, -30 to 100°C, preferably -10 to 50°C, more preferably around room temperature (23°C) (for example, room temperature (approximately ⁇ 5°C).
  • the mixing time is about 0.1 to 150 hours, preferably 1 to 120 hours, more preferably 4 to 100 hours, even more preferably 8 to 80 hours, from the viewpoint of achieving more uniform mixing and higher ionic conductivity. It's time.
  • a complex is formed by the solid electrolyte raw material and the complexing agent. More specifically, the complex refers to the interaction of lithium atoms, sulfur atoms, phosphorus atoms, and halogen atoms contained in the solid electrolyte raw material with a complexing agent, whereby these atoms interact with and/or without the complexing agent. It is thought that they are directly connected to each other. That is, in the manufacturing method of this embodiment, the complex obtained by mixing the solid electrolyte raw material and the complexing agent can be said to be composed of the complexing agent, lithium atoms, sulfur atoms, phosphorus atoms, and halogen atoms.
  • the complex obtained in this embodiment is not completely dissolved in the liquid complexing agent and is usually solid, so the complex is suspended in the complex and a solvent added as necessary. A suspension is obtained. Therefore, the solid electrolyte manufacturing method of this embodiment corresponds to a heterogeneous system in a so-called liquid phase method.
  • solvent when mixing the solid electrolyte raw material and the complexing agent, a solvent may be further added.
  • a solvent may be further added when mixing the solid electrolyte raw material and the complexing agent.
  • separation of components may occur if the complex is easily soluble in the complexing agent. Therefore, by using a solvent in which the complex does not dissolve, elution of components in the electrolyte precursor can be suppressed.
  • the solid electrolyte manufacturing method of this embodiment is a so-called heterogeneous method, and it is preferable that the complex not completely dissolve in the liquid complexing agent but precipitate.
  • the solubility of the complex can be adjusted by adding a solvent.
  • halogen atoms are easily eluted from the complex, the desired complex can be obtained by suppressing the halogen atoms from eluting by adding a solvent.
  • a sulfide solid electrolyte having high ionic conductivity can be easily obtained through an electrolyte precursor in which components such as solid electrolyte raw materials, particularly solid electrolyte raw materials containing halogen atoms, are uniformly dispersed.
  • a solvent having a solubility parameter of 10 or less is preferably mentioned.
  • the solubility parameter is described in various documents, such as "Chemistry Handbook” (published in 2004, revised 5th edition, Maruzen Co., Ltd.), and is the value ⁇ calculated by the following formula (1). ((cal/cm 3 ) 1/2 ), which is also called Hildebrand parameter or SP value.
  • ⁇ H is the molar heat generation
  • R is the gas constant
  • T is the temperature
  • V is the molar volume.
  • solid electrolyte raw materials especially raw materials containing halogen atoms such as halogen atoms and lithium halide, and furthermore, halogen atoms constituting the complex.
  • halogen atoms for example, an aggregate of lithium halide and a complexing agent
  • the halogen atoms in particular are easily fixed in the complex, and the halogen atoms are present in a well-dispersed state in the resulting electrolyte precursor and even in the solid electrolyte, making it possible to obtain a solid electrolyte with high ionic conductivity.
  • the solvent used in this embodiment has a property that the complex does not dissolve therein.
  • the solubility parameter of the solvent is preferably 9.5 or less, more preferably 9.0 or less, and even more preferably 8.5 or less.
  • solvents that have been conventionally used in the production of solid electrolytes, such as aliphatic hydrocarbon solvents, alicyclic hydrocarbon solvents, etc.
  • Solvents hydrocarbon solvents such as aromatic hydrocarbon solvents; alcohol solvents, ester solvents, aldehyde solvents, ketone solvents, ether solvents with 4 or more carbon atoms on one side, solvents containing carbon atoms and heteroatoms, etc.
  • solvents such as aromatic hydrocarbon solvents
  • those having a solubility parameter within the above range may be appropriately selected and used.
  • aliphatic compounds such as hexane (7.3), pentane (7.0), 2-ethylhexane, heptane (7.4), octane (7.5), decane, undecane, dodecane, tridecane, etc.
  • Hydrocarbon solvents Alicyclic hydrocarbon solvents such as cyclohexane (8.2) and methylcyclohexane; benzene, toluene (8.8), xylene (8.8), mesitylene, ethylbenzene (8.8), tert-butyl Aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, trifluoromethylbenzene, nitrobenzene, chlorobenzene (9.5), chlorotoluene (8.8), and bromobenzene; alcohols such as ethanol (12.7) and butanol (11.4) Solvents; aldehyde solvents such as formaldehyde, acetaldehyde (10.3), and dimethylformamide (12.1); ketone solvents such as acetone (9.9) and methyl ethyl ketone; dibutyl ether, cyclopentyl methyl ether (8.4) , tert-butyl methyl ether, anisole, and the like
  • the numerical value in parentheses in the above example is the SP value.
  • the above-mentioned illustrations are just examples, and for example, those having isomers may include all isomers.
  • solvents substituted with halogen atoms, alicyclic hydrocarbon solvents, and aromatic hydrocarbon solvents it may also include those substituted with aliphatic groups such as alkyl groups.
  • aliphatic hydrocarbon solvents aliphatic hydrocarbon solvents, alicyclic hydrocarbon solvents, aromatic hydrocarbon solvents, and ether solvents are preferred, and from the viewpoint of obtaining more stable and high ionic conductivity, heptane, cyclohexane, toluene, Ethylbenzene, diethyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, dimethoxyethane, cyclopentyl methyl ether, tert-butyl methyl ether, and anisole are more preferred, diethyl ether, diisopropyl ether, and dibutyl ether are even more preferred, and diisopropyl ether and dibutyl ether are even more preferred. , especially cyclohexane.
  • the solvent used in this embodiment is preferably the organic solvent exemplified above, and is an organic solvent different from the complexing agent described above. In this embodiment, these solvents may be used alone or in
  • the manufacturing method of this embodiment may include drying the electrolyte precursor-containing material after obtaining the electrolyte precursor-containing material.
  • the electrolyte precursor can be heated more directly. It becomes possible to separate and remove the complexing agent more efficiently.
  • drying methods include filtration using a glass filter or the like, solid-liquid separation by decantation, and solid-liquid separation using a centrifuge or the like.
  • solid-liquid separation involves transferring the suspension to a container, and after the solid has precipitated, decantation, which removes the supernatant complexing agent and optionally added solvent, and, for example, the pore size Filtration using a glass filter of about 10 to 200 ⁇ m, preferably 20 to 150 ⁇ m is easy.
  • the electrolyte precursor-containing material can also be dried by heating using a dryer or the like. Drying of the electrolyte precursor-containing material may be carried out under any pressure condition, such as increased pressure, normal pressure, or reduced pressure, and is preferably carried out under normal pressure or reduced pressure. In particular, considering drying at a lower temperature, it is preferable to dry under reduced pressure using a vacuum pump or the like, or even under vacuum.
  • the temperature conditions for drying may be a temperature equal to or higher than the boiling point of the solvent. Specific temperature conditions cannot be generalized as they may vary depending on the type of complexing agent and solvent used, but preferably at 5°C or higher, more preferably at 10°C or higher, and even more preferably at 15°C or higher.
  • the upper limit is preferably 110°C or lower, more preferably 85°C or lower, and even more preferably 70°C or lower.
  • the pressure condition it is preferable to use normal pressure or reduced pressure, and when using reduced pressure, specifically, it is preferably 85 kPa or less, more preferably 80 kPa or less, and still more preferably 70 kPa.
  • the lower limit may be a vacuum (0 Kpa), and considering ease of pressure adjustment, it is preferably 1 kPa or more, more preferably 2 kPa or more, and even more preferably 3 kPa or more.
  • drying when drying is performed, drying may be performed while heating after performing the solid-liquid separation. Further, in the manufacturing method of this embodiment, drying may or may not be performed. That is, in the manufacturing method of the present embodiment, the object to be heated in a high boiling point solvent may be an electrolyte precursor-containing substance, or may be an electrolyte precursor obtained by drying. As described above, since the electrolyte precursor can be heated more directly, the electrolyte precursor is preferable as the object to be heated.
  • the manufacturing method of this embodiment is as follows: heating in a solvent having a boiling point higher than the boiling point of the complexing agent subsequent to obtaining the electrolyte precursor content; including.
  • the complexing agent is removed from the electrolyte precursor by heating the electrolyte precursor-containing material obtained by obtaining the electrolyte precursor-containing material, and furthermore, if the above-mentioned drying is performed, the electrolyte precursor in a high boiling point solvent.
  • a sulfide solid electrolyte is obtained by removing the complexing agent from the complex formed by the solid electrolyte raw material and the like and the complexing agent.
  • This event can be called "complex decomposition” because it decomposes the complex (electrolyte precursor), and “decomplexation” because it removes the complexing agent from the complex (electrolyte precursor).
  • the solvent having a boiling point higher than the boiling point of the complexing agent (high boiling point solvent) used in the production method of this embodiment may be any solvent having a boiling point higher than the boiling point of the complexing agent contained in the electrolyte precursor.
  • the high boiling point solvent is a hydrocarbon solvent that does not contain heteroatoms. .
  • a solvent having a boiling point higher than the boiling point of the complexing agent may be selected from among the organic solvents exemplified as solvents that can be used in obtaining the electrolyte precursor-containing material, preferably an aliphatic solvent.
  • the high boiling point solvent tends to have a boiling point higher than the boiling point of the complexing agent, it is preferably 8 or more, more preferably 9 or more, and the upper limit is preferably 24 or less, more preferably Examples include aliphatic hydrocarbon solvents having a molecular weight of 20 or less, more preferably 16 or less.
  • aliphatic hydrocarbon solvents preferably used as high boiling point solvents include aliphatic hydrocarbon solvents such as octane, 2-ethylhexane, decane, undecane, dodecane, and tridecane. Note that these examples are just examples, and 2-ethylhexane is an isomer of octane, but such isomers may include all isomers. It may also include those substituted with halogen atoms such as perfluorooctane.
  • examples of alicyclic hydrocarbon solvents preferably used as high boiling point solvents include trimethylcyclopentane (C8, 105°C), methylethylcyclopentane (C8, 149°C), propylcyclopentane (C8, unknown), Cyclopentane hydrocarbon solvents such as butylcyclopentane (C9, 157°C); dimethylcyclohexane (C8, 118-120°C), ethylcyclohexane (C8, 130-132°C), propylcyclohexane (C9, 155°C), isopropyl Cyclohexane hydrocarbon solvents such as cyclohexane (C9, 155°C), butylcyclohexane (C10, 178-180°C); cycloheptane such as methylcycloheptane (C8, 145°C), ethylcycloheptane (C9, 145°C) Preferred
  • isomers such as isopropylcyclohexane for propylcyclohexane may include all isomers. It may also include those substituted with halogen atoms, and those substituted with aliphatic groups such as alkyl groups in the case of alicyclic hydrocarbon solvents.
  • the high boiling point solvent may be used singly or in combination of two or more of the above-mentioned examples.
  • the electrolyte precursor-containing material or if the above-mentioned drying is performed, the electrolyte precursor (hereinafter also collectively referred to as "electrolyte precursor-containing material, etc.") is prepared in a high boiling point solvent. Heat. This allows the complexing agent to be removed from the electrolyte precursor.
  • the heating conditions for the high boiling point solvent there are no particular limitations on the heating conditions for the high boiling point solvent, as long as it is heated to such an extent that the complexing agent becomes easy to flow, separated from the electrolyte precursor, and removed.
  • the heating temperature of the high boiling point solvent cannot be determined unconditionally as it can vary depending on the pressure conditions, so it is preferably -50°C or higher relative to the boiling point of the complexing agent, based on the boiling point of the complexing agent. From the viewpoint of removing the complexing agent more efficiently, the temperature is preferably 0° C. (that is, the boiling point of the complexing agent) or higher, and more preferably above 0° C. (that is, the boiling point of the complexing agent).
  • the boiling point of the complexing agent is preferably 1°C or higher, more preferably 3°C or higher, still more preferably 5°C or higher, and even more preferably 10°C or higher. It is.
  • heating the high boiling point solvent it is effective to make the heating temperature exceed the boiling point of the complexing agent from the viewpoint of more efficient removal of the complexing agent.
  • heating the high boiling point solvent above the boiling point of the complexing agent causes the complexing agent to volatilize, so it can be separated from the electrolyte precursor. This is because it becomes easier.
  • the heating conditions for the high boiling point solvent it is preferable to boil the high boiling point solvent. That is, it is preferable that the high boiling point solvent has a boiling point higher than the boiling point of the high boiling point solvent. Boiling the high-boiling point solvent not only makes it easier to separate the complexing agent from the electrolyte precursor as described above, but also allows it to be discharged from the system along with the gas of the high-boiling point solvent that is generated when the high-boiling point solvent boils. This facilitates rapid separation.
  • the heating conditions for the high boiling point solvent cannot be generalized as they can vary depending on the pressure conditions as mentioned above, but are preferably 60°C or higher, more preferably 65°C or higher, still more preferably 70°C or higher, and even more preferably is 75°C or higher, and the upper limit is preferably 130°C or lower, more preferably 120°C or lower, and still more preferably 115°C or lower. Heating within the above temperature range allows efficient removal of the complexing agent.
  • the pressure condition is preferably 100 kPa or less, more preferably 85 kPa or less, and even more preferably 70 kPa or less, and the lower limit may be vacuum (0 Kpa), taking into account the ease of pressure adjustment. Then, the pressure is preferably 1 kPa or more, more preferably 2 kPa or more, and still more preferably 3 kPa or more.
  • the heating conditions can be made mild and it is possible to suppress the increase in size of the apparatus.
  • a high boiling point solvent may be prepared separately from a high boiling point solvent for heating, and an electrolyte precursor-containing substance, etc., may be mixed with a separately prepared high-boiling point solvent, and this mixture may be mixed with an electrolyte precursor-containing substance, etc. It may be added to the high boiling point solvent used for heating.
  • the mixture may be added to a heated high-boiling solvent used for heating the electrolyte precursor-containing material, or may be added to a boiled solvent.
  • the mixture may be heated after being added to a high boiling point solvent used for heating the electrolyte precursor-containing material, or may be heated to boil.
  • the high boiling point solvent used for heating be boiled.
  • the content of the electrolyte precursor in the mixture of the electrolyte precursor-containing material and a separately prepared high-boiling solvent is preferably 1% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and even more preferably The content is 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, and the upper limit is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less. When the content is within the above range, the mixture becomes easy to handle and easily added to the high boiling point solvent used for heating.
  • the high boiling point solvent prepared separately from the high boiling point solvent for heating may be appropriately selected from the solvents exemplified as the high boiling point solvent for heating above.
  • the same type of solvent as the high boiling point solvent for heating may be used, or a different type of solvent may be used. From the viewpoint of more efficiently obtaining a sulfide solid electrolyte with fewer impurities, high quality, and high ionic conductivity, it is preferable to use the same type of solvent. When the same type of solvent is used, it becomes easy to recirculate and use the solvent through separation and purification treatment.
  • the amount of the high boiling point solvent used for heating is preferably 20 mL or more, more preferably 100 mL or more, and still more preferably The upper limit is preferably 2000 mL or less, more preferably 1500 mL or less, still more preferably 1000 mL or less.
  • the amount of high boiling point solvent used for heating is within the above range, a sulfide solid electrolyte with high quality, low impurities and high ionic conductivity can be obtained more efficiently, and disposal of the solvent is also easier. Become.
  • the high boiling point solvent for heating is itself heated, a part of it may volatilize and decrease. On the other hand, it can also be said that it is preferable that the amount of the high boiling point solvent used for heating is greater than a certain amount relative to the amount of the electrolyte precursor supplied. In the manufacturing method of this embodiment, if the high boiling point solvent decreases during heating, it is preferable to add the high boiling point solvent. By adding a high boiling point solvent, the reduced high boiling point solvent can be replenished, and a sulfide solid electrolyte with fewer impurities, high quality, and high ionic conductivity can be obtained more efficiently.
  • the high-boiling point solvent may be added alone, or the high-boiling point solvent to be added and the electrolyte precursor-containing material may be mixed. It may be added as a mixed mixture.
  • the complexing agent By heating in the above solvent, the complexing agent can be removed from the electrolyte precursor, and the electrolyte precursor becomes an amorphous sulfide solid electrolyte, but all the complexing agent is removed from the electrolyte precursor. As a result, the complexing agent may remain in the amorphous sulfide solid electrolyte.
  • the content of the complexing agent contained in the sulfide solid electrolyte is preferably 0% by mass, that is, the complexing agent is not included at all, but a sulfide solid electrolyte with high ionic conductivity can be efficiently obtained. From this point of view, it is usually 20% by mass or less, further 17.5% by mass or less, 15% by mass or less, 10% by mass or less, and the lower limit is about 0.1% by mass or more.
  • a high boiling point solvent may also remain.
  • the content of the high boiling point solvent in this case is also the same as the numerical range of the content of the complexing agent.
  • the heating in the solvent of the manufacturing method of this embodiment can be classified into two periods based on the temperature of the electrolyte precursor and the status of removal of the complexing agent.
  • the complexing agent contained in the electrolyte precursor reaches its limit content, and the content of the complexing agent usually decreases to about 25% by mass.
  • the surface temperature of the electrolyte precursor will rise to the temperature of the high boiling point solvent, and the center temperature of the powder will also gradually increase, and finally approach the temperature of the high boiling point solvent, decreasing. It is a drying period.
  • the complexing agent contained in the electrolyte precursor reaches an equilibrium content, and the content of the complexing agent does not decrease any further at this temperature.
  • the content of the complexing agent contained in the electrolyte precursor that has undergone the lapse rate drying period decreases to the numerical range described as the content of the complexing agent contained in the sulfide solid electrolyte described above.
  • heating in a solvent is preferably carried out by heating in a high boiling point solvent; however, part of the heating in the solvent may be carried out by heating in a high boiling point solvent. Good too.
  • part of the heating in the solvent is performed by heating in a high boiling point solvent, it is preferable to perform the heating in the high boiling point solvent at least during the constant rate drying period.
  • the time of the constant rate drying period cannot be generalized as it may vary depending on the type and content of the complexing agent contained in the electrolyte precursor, but it is usually 10 minutes or more after starting heating in the solvent. Preferably it is 45 minutes or more, and the upper limit is usually 1 hour and 30 minutes or less, more preferably 1 hour and 15 minutes. Moreover, the time of the lapse rate drying period is usually 10 minutes or more, preferably 45 minutes or more, and the upper limit is usually 6 hours or less, preferably 5 hours or less, and more preferably 4 hours or less.
  • the manufacturing method of this embodiment can include heating in the above-mentioned solvent and then further heating at a temperature higher than the heating temperature in heating in the solvent.
  • an amorphous sulfide solid electrolyte can be obtained from the electrolyte precursor.
  • the amorphous sulfide solid is further heated at a higher temperature than that of heating in a solvent (hereinafter also referred to as "post-heating").
  • the electrolyte can be a crystalline sulfide solid electrolyte.
  • a complexing agent and a high boiling point solvent may remain in the amorphous sulfide solid electrolyte obtained by heating in the above solvent. Further post-heating reduces the content of the complexing agent and high boiling point solvent remaining in the amorphous sulfide solid electrolyte, improving the quality of the sulfide solid electrolyte and providing high ionic conductivity. It becomes easier.
  • heating in the above solvent may not result in an amorphous sulfide solid electrolyte and may remain as an electrolyte precursor.
  • the complexing agent can be removed from the electrolyte precursor, and a crystalline sulfide solid electrolyte can be obtained via an amorphous sulfide solid electrolyte.
  • the heating temperature is not particularly limited as long as it is higher than the heating temperature for heating in a solvent.
  • heating an amorphous sulfide solid electrolyte obtained by removing a complexing agent from an electrolyte precursor may be determined according to the structure of the crystalline solid electrolyte obtained by heating the amorphous solid electrolyte at 10° C./min using a differential thermal analyzer (DTA device). Differential thermal analysis (DTA) is performed under heating conditions of , and starting from the peak top temperature of the exothermic peak observed at the lowest temperature, preferably 5°C or higher, more preferably 10°C or higher, and even more preferably 20°C.
  • DTA differential thermal analyzer
  • the temperature may be within the above range, and the upper limit is not particularly limited, but may be about 40°C or less.
  • the upper limit is not particularly limited, but may be about 40°C or less.
  • the heating temperature cannot be unconditionally defined as it varies depending on the structure of the crystalline solid electrolyte to be obtained, but it is usually preferably 130°C or higher, more preferably 140°C or higher, even more preferably 150°C or higher, and the upper limit
  • the temperature is not particularly limited, but is preferably 300°C or lower, more preferably 280°C or lower, and even more preferably 250°C or lower.
  • the heating time is not particularly limited as long as the desired crystalline solid electrolyte can be obtained, but for example, it is preferably 1 minute or more, more preferably 10 minutes or more, even more preferably 30 minutes or more, and 1 hour. The above is even more preferred. Further, the upper limit of the heating time is not particularly limited, but is preferably 24 hours or less, more preferably 10 hours or less, even more preferably 5 hours or less, and even more preferably 3 hours or less.
  • Heating can be performed at normal pressure, but in order to reduce the heating temperature, it can also be performed under a reduced pressure atmosphere, or even under a vacuum atmosphere.
  • the pressure condition is preferably 85 kPa or less, more preferably 80 kPa or less, and still more preferably 70 kPa or less, and the lower limit may be vacuum (0 Kpa), so that ease of pressure adjustment Considering this, the pressure is preferably 1 kPa or more, more preferably 2 kPa or more, and even more preferably 3 kPa or more.
  • the heating conditions can be made mild and it is possible to suppress the increase in size of the apparatus.
  • the heating is preferably performed in an inert gas atmosphere (eg, nitrogen atmosphere, argon atmosphere). This is because deterioration (for example, oxidation) of the crystalline solid electrolyte can be prevented.
  • the heating method is not particularly limited, and examples thereof include methods using a hot plate, a vacuum heating device, an argon gas atmosphere furnace, and a firing furnace. Further, industrially, a horizontal dryer, a horizontal vibrating fluidized dryer, etc. having a heating means and a feeding mechanism may be used, and the selection may be made depending on the processing amount to be heated.
  • Post-heating can also be carried out in a high-boiling solvent.
  • the heating temperature during post-heating (crystallization) is higher than the heating temperature during heating in the above solvent. Therefore, after the complexing agent is removed by heating in a solvent, the pressure is restored with an inert gas or the like, thereby making it possible to heat the material in a boiling state at a predetermined temperature. This allows heating in a solvent and crystallization by post-heating to be performed continuously in the same device, resulting in a very efficient heating method.
  • the sulfide solid electrolyte obtained by the manufacturing method of this embodiment can be either an amorphous sulfide solid electrolyte or a crystalline sulfide solid electrolyte, as desired, as described above.
  • the amorphous sulfide solid electrolyte obtained by the manufacturing method of the present embodiment contains lithium atoms, sulfur atoms, phosphorus atoms, and halogen atoms, and representative examples include, for example, Li 2 SP 2 Lithium sulfide, phosphorus sulfide, and halides, such as S 5 -LiI, Li 2 SP 2 S 5 -LiCl, Li 2 SP 2 S 5 -LiBr, Li 2 SP 2 S 5 -LiI-LiBr, etc.
  • Solid electrolyte consisting of lithium; further containing other atoms such as oxygen atoms and silicon atoms, for example, Li 2 S-P 2 S 5 -Li 2 O-LiI, Li 2 S-SiS 2 -P 2 S Preferred examples include solid electrolytes such as 5 -LiI. From the viewpoint of obtaining higher ionic conductivity, Li 2 S-P 2 S 5 -LiI, Li 2 S-P 2 S 5 -LiCl, Li 2 S-P 2 S 5 -LiBr, Li 2 S-P 2 S A solid electrolyte composed of lithium sulfide, phosphorus sulfide, and lithium halide, such as 5 -LiI-LiBr, is preferred. The types of atoms constituting the amorphous sulfide solid electrolyte can be confirmed using, for example, an ICP emission spectrometer.
  • the amorphous sulfide solid electrolyte obtained by the production method of the present embodiment has at least Li 2 SP 2 S 5 , the molar ratio of Li 2 S and P 2 S 5 is higher. From the viewpoint of obtaining ionic conductivity, 65-85: 15-35 is preferable, 70-80: 20-30 is more preferable, and 72-78: 22-28 is still more preferable.
  • the total content of lithium sulfide and diphosphorus pentasulfide is: It is preferably 60 to 95 mol%, more preferably 65 to 90 mol%, even more preferably 70 to 85 mol%. Further, the ratio of lithium bromide to the total of lithium bromide and lithium iodide is preferably 1 to 99 mol%, more preferably 20 to 90 mol%, even more preferably 40 to 80 mol%, and even more preferably 50 to 70 mol%. % is particularly preferred.
  • the blending ratio (molar ratio) of lithium atoms, sulfur atoms, phosphorus atoms, and halogen atoms is 1.0 to 1.8:1.0 to 2.0:0.1 ⁇ 0.8:0.01 ⁇ 0.6 is preferable, 1.1 ⁇ 1.7:1.2 ⁇ 1.8:0.2 ⁇ 0.6:0.05 ⁇ 0.5 is more preferred, and 1.2-1.6: 1.3-1.7: 0.25-0.5: 0.08-0.4 is even more preferred.
  • the blending ratio (molar ratio) of lithium atom, sulfur atom, phosphorus atom, bromine, and iodine is 1.0 to 1.8:1.0 to 2.
  • 0:0.1 ⁇ 0.8:0.01 ⁇ 0.3:0.01 ⁇ 0.3 is preferable, 1.1 ⁇ 1.7:1.2 ⁇ 1.8:0.2 ⁇ 0. 6:0.02 ⁇ 0.25:0.02 ⁇ 0.25 is more preferable, 1.2 ⁇ 1.6:1.3 ⁇ 1.7:0.25 ⁇ 0.5:0.03 ⁇ 0 .2:0.03 ⁇ 0.2 is more preferable, 1.35 ⁇ 1.45:1.4 ⁇ 1.7:0.3 ⁇ 0.45:0.04 ⁇ 0.18:0.04 ⁇ 0.18 is more preferred.
  • the shape of the amorphous sulfide solid electrolyte is not particularly limited, but may be, for example, particulate.
  • the average particle diameter (D 50 ) of the particulate amorphous sulfide solid electrolyte is, for example, 0.01 ⁇ m or more, further 0.03 ⁇ m or more, 0.05 ⁇ m or more, 0.1 ⁇ m or more, and the upper limit is It is 5 ⁇ m or less, further 3.0 ⁇ m or less, 1.5 ⁇ m or less, 1.0 ⁇ m or less, and 0.5 ⁇ m or less.
  • the sulfide solid electrolyte obtained by the manufacturing method of the present embodiment can be manufactured using a jacket-type heater (such as a vibration dryer) that has been conventionally used for removing complexing agents and heating for crystallization. Since it is not used, the generation of secondary particles due to aggregation of primary particles is suppressed, so the average particle size is within the above range. Therefore, in the manufacturing method of this embodiment, there is no need to perform pulverization (atomization) treatment.
  • a jacket-type heater such as a vibration dryer
  • crystal structure for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-16423.
  • Li 4-x Ge 1-x P x S 4 -based thio-LISICON Region II crystal structure Examples include a crystal structure similar to the Li 4-x Ge 1-x P x S 4 -based thio-LISICON Region II (see Solid State Ionics, 177 (2006), 2721-2725).
  • the crystal structure of the crystalline sulfide solid electrolyte obtained by the manufacturing method of the present embodiment is preferably a thiolisicone region II crystal structure among the above, since higher ionic conductivity can be obtained.
  • thio-LISICON Region II type crystal structure refers to Li 4-x Ge 1-x P x S 4- based thio-LISICON Region II (thio-LISICON Region II) type crystal structure, Li 4-x Ge 1-x Indicates that it has a crystal structure similar to P x S 4 -based thio-LISICON Region II (thio-LISICON Region II) type.
  • the crystalline sulfide solid electrolyte obtained by the manufacturing method of the present embodiment may contain the above-mentioned thiolithicone region II type crystal structure, or may contain it as a main crystal, but it may contain higher ion From the viewpoint of obtaining conductivity, it is preferably contained as the main crystal.
  • "contained as a main crystal” means that the ratio of the target crystal structure to the crystal structure is 80% or more, preferably 90% or more, and 95% or more. It is more preferable.
  • the crystalline sulfide solid electrolyte obtained by the manufacturing method of the present embodiment should not contain crystalline Li 3 PS 4 ( ⁇ -Li 3 PS 4 ) from the viewpoint of obtaining higher ionic conductivity. is preferred.
  • a crystalline sulfide solid electrolyte having the structural skeleton of Li 7 PS 6 described above and having an argyrodite crystal structure in which a portion of P is replaced with Si is also preferably mentioned.
  • the compositional formula of the argyrodite crystal structure is Li 7-x P 1-y Si y S 6 and Li 7+x P 1-y Si y S 6 (x is -0.6 to 0.6, y is 0.1 to 0.6).
  • composition formula of the argyrodite type crystal structure the composition formula Li 7-x-2y PS 6-x-y Cl x (0.8 ⁇ x ⁇ 1.7, 0 ⁇ y ⁇ -0.25x+0.5) is also listed. It will be done.
  • examples of the compositional formula of the argyrodite crystal structure include the compositional formula Li 7-x PS 6-x Ha x (Ha is Cl or Br, and x is preferably 0.2 to 1.8).
  • the content of the complexing agent contained in the crystalline sulfide solid electrolyte is reduced by further heating than the content of the complexing agent contained in the amorphous sulfide solid electrolyte.
  • the content of the complexing agent contained in the crystalline sulfide solid electrolyte is preferably 0% by mass, that is, it is preferable that no complexing agent is contained at all, but from the viewpoint of efficiently obtaining a sulfide solid electrolyte with high ionic conductivity. Therefore, it is usually 10% by mass or less, further 8% by mass or less, 5% by mass or less, 3% by mass or less, 1% by mass or less, and the lower limit is about 0.01% by mass or more.
  • high boiling solvents may remain as well as complexing agents.
  • the content of the high boiling point solvent in this case is also the same as the numerical range of the content of the complexing agent.
  • the content of the complexing agent and high boiling point solvent contained in the sulfide solid electrolyte is determined by dissolving the powder obtained in Examples etc. in a mixture of water and pentanol, and dissolving it in a gas chromatograph.
  • the complexing agent and high boiling point solvent were determined using an absolute calibration curve (GC calibration curve method).
  • the shape of the crystalline sulfide solid electrolyte is not particularly limited, but may be, for example, particulate.
  • the average particle diameter (D 50 ) of the particulate crystalline solid electrolyte is, for example, 0.01 ⁇ m or more, further 0.03 ⁇ m or more, 0.05 ⁇ m or more, 0.1 ⁇ m or more, and the upper limit is 5 ⁇ m or less, Furthermore, it is 3.0 ⁇ m or less, 1.5 ⁇ m or less, 1.0 ⁇ m or less, and 0.5 ⁇ m or less.
  • the sulfide solid electrolyte obtained by the manufacturing method of this embodiment does not use a jacket-type heater (vibration dryer, etc.) that was conventionally used to remove the complexing agent. Since the generation of secondary particles due to aggregation of primary particles is suppressed, the average particle diameter is within the above range. Therefore, in the manufacturing method of this embodiment, there is no need to perform pulverization (atomization) treatment.
  • the specific surface area of the sulfide solid electrolyte obtained by the manufacturing method of this embodiment is usually 10 m 2 /g or more, further 15 m 2 /g or more, 20 m 2 /g or more, or 25 m 2 /g or more. There is no particular upper limit, and it is, for example, about 50 m 2 /g or less.
  • the specific surface area is a value measured by the BET method (gas adsorption method), and nitrogen may be used as the gas (nitrogen method), krypton (krypton method) may be used as the gas, It is selected and measured as appropriate depending on the size of the surface area.
  • the sulfide solid electrolyte of this embodiment is A lithium atom, a phosphorus atom, a sulfur atom, a halogen atom, a complexing agent, and a solvent having a boiling point higher than the boiling point of the complexing agent,
  • the particle size distribution measured by laser diffraction scattering particle size distribution has a peak at a peak position of 0.5 ⁇ m or less and a peak position of more than 0.5 ⁇ m, The volume ratio of the peak at the peak position of 0.5 ⁇ m or less is smaller than the volume ratio of the peak at the peak position of more than 0.5 ⁇ m. That is what it is.
  • the sulfide solid electrolyte of this embodiment can be manufactured by the method for manufacturing the sulfide solid electrolyte of this embodiment described above, and from the viewpoint of more efficient manufacturing, the sulfide solid electrolyte of this embodiment described above It is preferable to manufacture by the manufacturing method of. That is, the sulfide solid electrolyte of this embodiment becomes a sulfide solid electrolyte with improved ionic conductivity.
  • the sulfide solid electrolyte of this embodiment contains lithium atoms, phosphorus atoms, sulfur atoms, and halogen atoms. These atoms originate from the solid electrolyte raw material contained in the raw material containing material used in the manufacturing method of the present embodiment described above.
  • the sulfide solid electrolyte of the present embodiment includes a complexing agent and a solvent (high boiling point solvent) having a boiling point higher than the boiling point of the complexing agent.
  • the complexing agent and high boiling point solvent are used in the manufacturing process, and can be said to be the characteristics of the sulfide solid electrolyte obtained by the manufacturing method of this embodiment.
  • the complexing agent and the solvent having a boiling point higher than the boiling point of the complexing agent are the same as those explained in the manufacturing method of the present embodiment.
  • the contents of the complexing agent and high boiling point solvent contained in the sulfide solid electrolyte of this embodiment are also as described above.
  • the sulfide solid electrolyte of this embodiment is The particle size distribution measured by laser diffraction scattering particle size distribution has a peak position of 0.5 ⁇ m or less and a peak position of more than 0.5 ⁇ m, The volume ratio of the peak at the peak position of 0.5 ⁇ m or less is smaller than the volume ratio of the peak at the peak position of more than 0.5 ⁇ m. It has the following characteristics regarding particle size distribution.
  • the particle size distribution measured by laser diffraction scattering particle size distribution measurement is a particle size distribution measured on a volume basis.
  • the characteristics of the particle size distribution that is, the particle size distribution has two peaks, and the volume ratio of the peak with the small particle size is large, cannot be achieved using the conventional liquid phase method (heterogeneous method).
  • This can be said to be a unique characteristic of sulfide solid electrolytes obtained by heating in a high boiling point solvent to remove the complexing agent, which cannot be observed in sulfide solid electrolytes produced by the method.
  • the sulfide solid electrolyte of this embodiment may be either an amorphous sulfide solid electrolyte or a crystalline sulfide solid electrolyte.
  • the amorphous sulfide solid electrolyte and the crystalline sulfide solid electrolyte that can be used as the sulfide solid electrolyte of this embodiment include the amorphous sulfide solid electrolyte described as being obtained by the manufacturing method of this embodiment above.
  • Preferred examples include electrolytes and crystalline sulfide solid electrolytes. High ionic conductivity can be obtained when the crystalline sulfide solid electrolyte has a thiolisicone region II type crystal structure or an argyrodite type crystal structure.
  • the average particle size (D 50 ) of the sulfide solid electrolyte of this embodiment is as described as the properties of the sulfide solid electrolyte obtained by the manufacturing method of this embodiment above, and is, for example, 0.01 ⁇ m or more, and is 0.03 ⁇ m or more, 0.05 ⁇ m or more, and 0.1 ⁇ m or more, and the upper limit is 5 ⁇ m or less, further 3.0 ⁇ m or less, 1.5 ⁇ m or less, 1.0 ⁇ m or less, and 0.5 ⁇ m or less.
  • the positive electrode, negative electrode, and electrolyte layer it is preferably 0.03 ⁇ m or more, more preferably 0.05 ⁇ m or more, even more preferably 0.1 ⁇ m or more, and the upper limit is preferably 5.0 ⁇ m or less, more preferably It is 1.0 ⁇ m or less, more preferably 0.5 ⁇ m or less.
  • the specific surface area of the sulfide solid electrolyte of this embodiment is as described as the properties of the sulfide solid electrolyte obtained by the manufacturing method of this embodiment above.
  • the sulfide solid electrolyte of this embodiment has high ionic conductivity and excellent battery performance, so it is suitably used for batteries.
  • the sulfide solid electrolyte of this embodiment may be used for a positive electrode layer, a negative electrode layer, or an electrolyte layer. Note that each layer can be manufactured by a known method.
  • a current collector in addition to the positive electrode layer, electrolyte layer, and negative electrode layer, and a known current collector can be used.
  • a layer can be used in which a material such as Au, Pt, Al, Ti, or Cu that reacts with the solid electrolyte is coated with Au or the like.
  • the electrode mixture using the sulfide solid electrolyte of this embodiment is an electrode mixture containing the sulfide solid electrolyte of this embodiment described above and an electrode active material.
  • Electrode active material As the electrode active material, a positive electrode active material and a negative electrode active material are employed depending on whether the electrode mixture is used as a positive electrode or a negative electrode, respectively.
  • any atom that can be adopted as an atom that develops ionic conductivity, preferably a lithium atom, can promote a battery chemical reaction that involves the movement of lithium ions. It can be used without any particular restrictions.
  • positive electrode active materials capable of intercalating and deintercalating lithium ions include oxide-based positive electrode active materials, sulfide-based positive electrode active materials, and the like.
  • Oxide-based positive electrode active materials include LMO (lithium manganate), LCO (lithium cobalt oxide), NMC (lithium nickel manganese cobalt oxide), NCA (lithium nickel cobalt aluminate), LNCO (lithium nickel cobalt oxide), and olivine type.
  • LMO lithium manganate
  • LCO lithium cobalt oxide
  • NMC lithium nickel manganese cobalt oxide
  • NCA lithium nickel cobalt aluminate
  • LNCO lithium nickel cobalt oxide
  • sulfide-based positive electrode active materials examples include titanium sulfide (TiS 2 ), molybdenum sulfide (MoS 2 ), iron sulfide (FeS, FeS 2 ), copper sulfide (CuS), nickel sulfide (Ni 3 S 2 ), etc. .
  • TiS 2 titanium sulfide
  • MoS 2 molybdenum sulfide
  • FeS, FeS 2 iron sulfide
  • CuS copper sulfide
  • Ni 3 S 2 nickel sulfide
  • the positive electrode active materials can be used alone or in combination.
  • an atom employed as an atom that exhibits ionic conductivity preferably a metal that can form an alloy with a lithium atom, an oxide thereof, an alloy of the metal and a lithium atom, etc., preferably a lithium atom. Any material can be used without particular limitation as long as it can promote the battery chemical reaction accompanied by the movement of lithium ions caused by .
  • the negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions any known negative electrode active material in the field of batteries can be used without limitation.
  • Such negative electrode active materials include, for example, metal lithium, metals that can form alloys with metal lithium, such as metal lithium, metal indium, metal aluminum, metal silicon, and metal tin, oxides of these metals, and metals that can form alloys with metal lithium.
  • metal lithium metals that can form alloys with metal lithium
  • metals that can form alloys with metal lithium examples include alloys with metallic lithium.
  • the electrode active material may have a coating layer on its surface.
  • the material forming the coating layer include atoms that exhibit ionic conductivity in the sulfide solid electrolyte, preferably ion conductors such as nitrides, oxides, or composites of lithium atoms.
  • lithium nitride (Li 3 N) a conductor having a lithicon type crystal structure such as Li 4-2x Zn x GeO 4 whose main structure is Li 4 GeO 4 , and a Li 3 PO 4 type skeleton
  • a conductor having a thiolisicone crystal structure such as Li 4-x Ge 1-x P x S 4
  • a conductor having a perovskite crystal structure such as La 2/3-x Li 3x TiO 3
  • a conductor having a perovskite crystal structure such as LiTi 2
  • Examples include conductors having a NASICON type crystal structure such as (PO 4 ) 3 and the like.
  • lithium titanate such as Li y Ti 3-y O 4 (0 ⁇ y ⁇ 3) and Li 4 Ti 5 O 12 (LTO), metals belonging to Group 5 of the periodic table such as LiNbO 3 and LiTaO 3 Lithium metal oxides, as well as Li 2 O-B 2 O 3 -P 2 O 5 series, Li 2 O-B 2 O 3 -ZnO series, Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 -P 2 O 5 -TiO Examples include oxide-based conductors such as 2 -based conductors.
  • a solution containing various atoms constituting the material forming the coating layer is deposited on the surface of the electrode active material, and the electrode active material after deposition is heated preferably at a temperature of 200°C or higher and 400°C or lower. It can be obtained by firing at
  • the solution containing various atoms a solution containing alkoxides of various metals such as lithium ethoxide, titanium isopropoxide, niobium isopropoxide, and tantalum isopropoxide may be used.
  • the solvent may be an alcoholic solvent such as ethanol or butanol, an aliphatic hydrocarbon solvent such as hexane, heptane or octane, or an aromatic hydrocarbon solvent such as benzene, toluene or xylene.
  • the above-mentioned attachment may be performed by dipping, spray coating, or the like.
  • the firing temperature is preferably 200°C or more and 400°C or less, more preferably 250°C or more and 390°C or less, and the firing time is usually about 1 minute to 10 hours. and preferably 10 minutes to 4 hours.
  • the coverage of the coating layer is preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and even more preferably 100%, based on the surface area of the electrode active material, that is, the entire surface is preferably covered.
  • the thickness of the coating layer is preferably 1 nm or more, more preferably 2 nm or more, and the upper limit is preferably 30 nm or less, more preferably 25 nm or less.
  • the thickness of the coating layer can be measured by cross-sectional observation using a transmission electron microscope (TEM), and the coverage rate can be calculated based on the thickness of the coating layer, elemental analysis value, BET specific surface area, It can be calculated from
  • the electrode mixture using the sulfide solid electrolyte of the present embodiment may contain other components such as a conductive material and a binder in addition to the sulfide solid electrolyte and electrode active material described above. That is, in addition to the sulfide solid electrolyte and electrode active material described above, other components such as a conductive material and a binder may be used in the method of manufacturing the electrode composite material of the present embodiment. Other components such as a conductive agent and a binder may be added to and mixed with the sulfide solid electrolyte and electrode active material in mixing the sulfide solid electrolyte and electrode active material. Bye.
  • artificial graphite, graphite carbon fiber, resin sintered carbon, pyrolytic vapor grown carbon, coke, mesocarbon microbeads, furfuryl alcohol resin sintered carbon are used.
  • polyacene, pitch-based carbon fiber, vapor-grown carbon fiber, natural graphite, non-graphitizable carbon, and other carbon-based materials are used.
  • the binder is not particularly limited as long as it can provide functions such as binding and flexibility, and examples include fluorine-based polymers such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride, butylene rubber, and styrene-butadiene rubber.
  • fluorine-based polymers such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride, butylene rubber, and styrene-butadiene rubber.
  • Various resins such as thermoplastic elastomers, acrylic resins, acrylic polyol resins, polyvinyl acetal resins, polyvinyl butyral resins, and silicone resins are exemplified.
  • the blending ratio (mass ratio) of the electrode active material and the sulfide solid electrolyte in the electrode mixture is preferably 99.5:0.5 to 40:60 in order to improve battery performance and take production efficiency into consideration. , more preferably 99:1 to 50:50, still more preferably 98:2 to 60:40.
  • the content of the conductive material in the electrode mixture is not particularly limited, but in order to improve battery performance and consider production efficiency, it is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more.
  • the content is at least 1.5% by mass, more preferably at least 1.5% by mass, and the upper limit is preferably at most 10% by mass, preferably at most 8% by mass, and even more preferably at most 5% by mass.
  • the content of the binder in the electrode mixture is not particularly limited, but in order to improve battery performance and take production efficiency into consideration, it is preferably 1% by mass or more, more preferably is 3% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and the upper limit is preferably 20% by mass or less, preferably 15% by mass or less, and still more preferably 10% by mass or less.
  • a lithium ion battery using the sulfide solid electrolyte of this embodiment is a lithium ion battery containing at least one selected from the sulfide solid electrolyte of this embodiment described above and the electrode composite material described above.
  • the lithium ion battery using the sulfide solid electrolyte of this embodiment is not particularly limited in its composition as long as it includes the sulfide solid electrolyte of this embodiment described above and an electrode mixture containing the same, and is generally used for general purpose use. Any lithium ion battery may be used as long as it has the configuration of a lithium ion battery.
  • the lithium ion battery using the sulfide solid electrolyte of this embodiment preferably includes, for example, a positive electrode layer, a negative electrode layer, an electrolyte layer, and a current collector. It is preferable that an electrode mixture using the sulfide solid electrolyte of this embodiment is used as the positive electrode layer and the negative electrode layer, and the sulfide solid electrolyte of this embodiment is used as the electrolyte layer. It is preferable.
  • a known current collector may be used.
  • a layer can be used in which a material such as Au, Pt, Al, Ti, or Cu that reacts with the solid electrolyte is coated with Au or the like.
  • Powder X-ray diffraction (XRD) measurement was carried out as follows.
  • the sulfide solid electrolyte powder obtained in the Examples and Comparative Examples was filled into a groove with a diameter of 20 mm and a depth of 0.2 mm, and was leveled with a glass to prepare a sample. This sample was sealed with a Kapton film for XRD and measured under the following conditions without exposing it to air.
  • Measuring device D2 PHASER, manufactured by Bruker Co., Ltd.
  • Tube voltage 30kV
  • Tube current 10mA
  • X-ray wavelength Cu-K ⁇ ray (1.5418 ⁇ )
  • Optical system Concentration method Slit configuration: Solar slit 4°, diverging slit 1mm, K ⁇ filter (Ni plate) used
  • the ionic conductivity was measured as follows. Circular pellets with a diameter of 10 mm (cross-sectional area S: 0.785 cm 2 ) and a height (L) of 0.1 to 0.3 cm were molded from the crystalline solid electrolytes obtained in Examples and Comparative Examples and used as samples. . Electrode terminals were taken from the top and bottom of the sample, and measurements were taken at 25° C. by the AC impedance method (frequency range: 5 MHz to 0.5 Hz, amplitude: 10 mV) to obtain a Cole-Cole plot.
  • the specific surface area was measured by the BET method using nitrogen adsorption using a gas adsorption amount measuring device.
  • Measurement of particle size distribution was performed using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer ("Partica LA-950 (model number)", manufactured by Horiba, Ltd.). Specifically, a mixture of dehydrated toluene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade) and tertiary butyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade) at a mass ratio of 93.8:6.2 was used as a dispersion medium. Using. After injecting 50 mL of a dispersion medium into the flow cell of the apparatus and circulating it, the powder to be measured was added and subjected to ultrasonic treatment, and then the particle size distribution was measured. Further, the average particle diameter (D 50 ) was defined as the particle diameter that reached 50% (by volume) of the total particle size by sequentially integrating the particles starting from the smallest particle size when the integration curve of the above particle size distribution was drawn.
  • D 50 average particle diameter
  • the complex mass ratio was measured based on the weight reduction rate using a thermogravimetric measuring device (TG device).
  • TG device thermogravimetric measuring device
  • the powder (sample) to be measured in each Example and Comparative Example was vacuum dried at 80° C. for 1 hour as a pretreatment for removing the solvent. After the pretreatment, 20 mg of the sample was heated at a rate of 10° C./min from room temperature (23° C.) to 600° C. under a nitrogen stream.
  • the value calculated from the weight change before and after the treatment using the following formula was defined as the weight ratio of the complex in the powder.
  • Complex weight ratio (weight%) (weight before heating - weight after heating) / weight before heating x 100
  • Example 1 13.19 g of lithium sulfide, 21.26 g of diphosphorus pentasulfide, 4.15 g of lithium bromide, and 6.40 g of lithium iodide were introduced into a 1-liter reaction tank equipped with stirring blades under a nitrogen atmosphere. To this, 100 mL of tetramethylethylenediamine (TMEDA, boiling point: 120°C) as a complexing agent and 800 mL of cyclohexane as a solvent were added, and a stirring blade was operated to perform mixing by stirring at 30°C for 72 hours.
  • TEDA tetramethylethylenediamine
  • the obtained electrolyte precursor powder was subjected to vacuum drying treatment at 70° C. for 5 hours using a vibration dryer (manufactured by Chuo Kakoki Co., Ltd.) to perform constant rate drying.
  • the complex weight ratio of the obtained powder was measured by the above method and was found to be 22% by weight.
  • 3.5 g of this powder was mixed with 225 mL of normal decane (boiling point: 174° C.) to prepare a normal decane slurry of an electrolyte precursor.
  • normal decane (boiling point: 174°C) was placed as a high-boiling solvent in a 500 mL flask equipped with a thermometer and a stirrer, and the pressure inside the flask was controlled to be reduced using a vacuum pump and a pressure reduction controller, and the flask was placed in an oil bath. By immersing it in water and heating it, it reached a boiling state at 100° C. under 8 kPa. Subsequently, the normal decane slurry of the electrolyte precursor described above was gradually added into the flask to keep the liquid level in the flask constant.
  • normal decane was supplied into the flask as necessary in order to keep the liquid level in the flask constant. Thereafter, the normal decane was dried under vacuum conditions at 90° C. for 1 hour, and the complex weight ratio of the obtained powder was measured by the above method and found to be 4% by weight.
  • XRD measurements were also performed on the powder before the removal of the complexing agent (electrolyte precursor powder) and the powder after constant rate drying in the removal of the complexing agent.
  • the X-ray diffraction spectrum of the powder obtained after constant rate drying to remove the complexing agent shows no peaks derived from the electrolyte precursor powder or raw materials, and shows a halo pattern, indicating that it is an amorphous sulfide solid electrolyte. This was confirmed.
  • the results of XRD measurement of the electrolyte precursor powder and the powder after constant rate drying are shown in FIG.
  • the results of XRD measurement of the powder (electrolyte precursor powder) before removal of the complexing agent are shown in FIG. 3, and the results of XRD measurement of the crystalline sulfide solid electrolyte are also shown in FIGS. 4 and 5.
  • Example 2 Similarly to Example 1, normal decane was heated to 90°C in a flask (the pressure was 5 kPa, and normal decane was in a boiling state), and then normal decane slurry was gradually added to this state. was held for 1 hour, then heated to 110°C (the pressure inside the flask was restored to 13 kPa, and normal decane was in a boiling state), and this state was held for 1 hour to perform lapse rate drying. Then, the complexing agent was removed. At this time, the high boiling point solvent and complexing agent that had volatilized in the flask were cooled with a circulating cooler and recovered.
  • normal decane was supplied into the flask as needed to keep the liquid level in the flask constant. After removing the above complexing agent, normal decane was dried under vacuum conditions at 90°C for 1 hour, and the complex weight ratio of the obtained powder was measured by the above method, and it was found to be 12% by weight. . Furthermore, the powder after removing the complexing agent was transferred to a laboratory Schlenk, and heated at 160°C for 2 hours (in a vacuum atmosphere) while being evacuated with a vacuum pump to crystallize the crystalline sulfide solid electrolyte. powder was obtained.
  • Example 3 In Example 2, an electrolyte precursor (complex) powder (complex weight ratio: 53% by weight) was used, and constant-rate drying was performed at 80° C. (the pressure was 4 kPa, and normal decane was in a boiling state). ), and this state was maintained for 1 hour. Thereafter, in the same manner as in Example 2, the process up to lapse rate drying was carried out. Thereafter, the normal decane was dried under vacuum conditions at 90° C. for 1 hour, and the complex weight ratio of the obtained powder was measured by the above method and found to be 8.5% by weight. Further, the obtained powder was transferred to a laboratory Schlenk, and heated at 110° C.
  • Example 4 The powder obtained by removing the complexing agent of Example 3 was transferred to a lab Schlenk, and heated at 160°C for 2 hours (in a vacuum atmosphere) while being evacuated with a vacuum pump to crystallize it to obtain a powder. Ta.
  • the complex weight ratio of the obtained powder was measured by the above method and was found to be 2.3% by weight.
  • the ionic conductivity of the obtained crystalline sulfide solid electrolyte was measured and found to be 1.5 (mS/cm). Further, the contents of the complexing agent and decane contained in the crystalline sulfide solid electrolyte were 0.8% by mass and 0.03% by mass, respectively.
  • Example 1 In the same manner as in Example 1, an electrolyte precursor powder (complex weight ratio: 53% by weight) was obtained. The obtained powder was mixed with 225 mL of heptane (boiling point: 98° C.) to prepare a heptane slurry of an electrolyte precursor. Next, 200 mL of heptane (boiling point: 98° C.) was placed as a solvent in a 500 mL flask equipped with a thermometer and a stirrer, and the mixture was boiled at 80° C. under 57 kPa.
  • heptane complex weight ratio: 53% by weight
  • the heptane slurry of the electrolyte precursor was gradually added into the flask, the pressure was returned to normal pressure, the temperature was raised to 100°C (the heptane was in a boiling state), and this state was maintained for 2 hours.
  • the complexing agent was then removed. At this time, the solvent and complexing agent volatilized in the flask were cooled with a circulating cooler and recovered.
  • heptane was supplied into the flask as necessary, and constant rate drying was performed to remove the complexing agent. Thereafter, the heptane was dried under vacuum conditions at 80° C.
  • the obtained powder was transferred to a lab Schlenk and heated at 110° C. for 2 hours while being evacuated with a vacuum pump (in a vacuum atmosphere) to perform lapse rate drying to obtain a powder.
  • a vacuum pump in a vacuum atmosphere
  • Comparative example 2 The powder obtained in Comparative Example 1 was further crystallized by heating at 160° C. for 2 hours (in a vacuum atmosphere) while being evacuated with a vacuum pump in a Lab Schlenk to obtain a powder.
  • Example 3 In the same manner as in Example 1, an electrolyte precursor (complex) powder was obtained. The complex weight ratio of the obtained powder was measured by the above method and was found to be 53% by weight. The obtained powder was further dried at 110°C under reduced pressure for 6 hours, and then crystallized by heating at 160°C under reduced pressure for 2 hours to obtain a crystalline powder. The obtained crystalline powder was observed using a scanning electron microscope (SEM). A photograph taken by a scanning electron microscope (SEM) is shown in FIG.
  • SEM scanning electron microscope
  • Comparative example 4 100 g of the crystalline powder obtained in Comparative Example 3 was introduced into a 3-liter reaction tank equipped with stirring blades, 2144 mL of heptane and 138 mL of diisopropyl ether (DiPE) were added, and the mixture was stirred for 10 minutes to obtain a slurry.
  • the obtained slurry was processed under predetermined conditions (bead diameter: 0.05 mm ⁇ , amount of beads used: 1573 g) using a microbead mill (“MAX Nano Getter (trade name)”, manufactured by Ashizawa Finetech Co., Ltd.) that can be operated in circulation.
  • the powders of Examples 1 and 2 had peaks at peak positions of 0.5 ⁇ m or less and peak positions of more than 0.5 ⁇ m, and the volume of the peak at the peak position of 0.5 ⁇ m or less It was confirmed that the ratio was smaller than the volume ratio of the peak at the peak position exceeding 0.5 ⁇ m.
  • the powder after crystallization of Comparative Example 3 has two peaks like the powder of Example 1, but the volume ratio of the peak at the peak position of 0.5 ⁇ m or less is more than 0.5 ⁇ m. was confirmed to be larger than the volume ratio of the peak at the peak position. Moreover, from the results in FIG.
  • the powders of Examples 1 and 2 have a peak shape at a peak position of 0.5 ⁇ m or less that is sharper than a peak shape at a peak position of more than 0.5 ⁇ m, and a peak shape at a peak position of 0.5 ⁇ m or less. It was also confirmed that the half-width of the peak at the peak position was smaller than the half-width of the peak at the peak position of more than 0.5 ⁇ m.
  • the powder of Comparative Example 4 obtained by pulverizing (atomizing) the powder of Comparative Example 3 had the same particle size distribution as the powder of Examples 1 and 2. Ta. From this, the powder of Example 1 has a particle size distribution that could not be obtained without pulverization (atomization) using the conventional liquid phase method (heterogeneous method), even without pulverization (atomization). It turns out that it has something to do with it.
  • the average particle diameter (D 50 ) of the powders of Examples 1 and 2 was 0.15 ⁇ m and 0.12 ⁇ m, respectively, and the average particle diameter (D 50 ) of the powder of Comparative Example 3 was 0.15 ⁇ m and 0.12 ⁇ m, respectively. was 3.0 ⁇ m, and the average particle size (D 50 ) of the powder of Comparative Example 4 was 0.15 ⁇ m.
  • Example 5 In the same manner as in Example 1, an electrolyte precursor (complex) powder (the weight ratio of the complex was 53% by weight) was obtained. 3.5 g of the obtained electrolyte precursor (powder) was mixed with 225 mL of normal decane (boiling point: 174° C.) to prepare a normal decane slurry of the electrolyte precursor. Normal decane was heated to 80°C in a flask (the pressure was 4 kPa, and normal decane was in a boiling state), then normal decane slurry was gradually added, and this state was maintained for 1 hour until constant. A drying process was performed.
  • the high boiling point solvent and complexing agent that had volatilized in the flask were cooled with a circulating cooler and recovered. Further, in order to keep the liquid level in the flask constant, normal decane was supplied into the flask as needed, and this state was maintained to obtain a slurry. Next, the resulting main slurry was collected, normal decane was heated to 110°C in a flask (the pressure was 13 kPa, and the normal decane was in a boiling state), and then the main slurry was gradually added. and held for 1 hour to perform lapse rate drying. Note that the liquid level in the flask was similarly kept constant.
  • a sulfide solid electrolyte with high ionic conductivity can be efficiently manufactured. Furthermore, simply by increasing the amount of high boiling point solvent used, the amount of complexing agent that can be removed can be increased, so mass production can be easily accommodated.
  • the sulfide solid electrolyte of this embodiment obtained by the manufacturing method of this embodiment is suitable for use in batteries, especially batteries used in information-related equipment and communication equipment such as personal computers, video cameras, and mobile phones. It will be done.

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Abstract

液相法を採用しながら、高いイオン伝導度を有する硫化物固体電解質を効率的に製造する、また量産化が容易である、リチウム原子、リン原子、硫黄原子及びハロゲン原子を含む原料含有物と、錯化剤とを混合して、電解質前駆体含有物を得ること、次いで前記錯化剤の沸点よりも高い沸点を有する溶媒中で加熱することを含む、硫化物固体電解質の製造方法を提供することである。

Description

硫化物固体電解質の製造方法
 本発明は、硫化物固体電解質の製造方法に関する。
 近年におけるパソコン、ビデオカメラ、及び携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。従来、このような用途に用いられる電池において可燃性の有機溶媒を含む電解液が用いられていたが、電池を全固体化することで、電池内に可燃性の有機溶媒を用いず、安全装置の簡素化が図れ、製造コスト、生産性に優れることから、電解液を固体電解質層に換えた電池の開発が行われている。
 固体電解質層に用いられる固体電解質の製造方法としては、固相法と液相法とに大別され、さらに液相法には、固体電解質材料を溶媒に完全に溶解させる均一法と、固体電解質材料を完全に溶解させず固液共存の懸濁液を経る不均一法とがある。例えば、液相法のうち、均一法としては、固体電解質を溶媒に溶解して再析出させる方法が知られ(例えば、特許文献1参照)、また不均一法としては、極性非プロトン性溶媒を含む溶媒中で硫化リチウム等の固体電解質原料を反応させる方法(例えば、特許文献2及び3、非特許文献1参照)が知られている。
 さらに、アミノ基を有する特定の化合物を錯化剤として使用し、錯化剤と固体電解質原料とを混合して電解質前駆体を調製することを含む固体電解質の製造方法(例えば、特許文献4参照)、また錯化剤及び電解質前駆体を含むスラリーを、メディア粒子を用いた流動乾燥により乾燥することを含む固体電解質の製造方法(例えば、特許文献5参照)等も知られている。
特開2014-191899号公報 国際公開第2014/192309号パンフレット 国際公開第2018/054709号パンフレット 国際公開第2020/105737号パンフレット 国際公開第2021/230189号パンフレット
"CHEMISTRY OF MATERIALS"、2017年、第29号、1830-1835頁
 本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、液相法を採用しながら、高いイオン伝導度を有する硫化物固体電解質を効率的に製造する、また量産化が容易な製造方法を提供することを目的とする。
 本発明に係る硫化物固体電解質の製造方法は、
 リチウム原子、リン原子、硫黄原子及びハロゲン原子を含む原料含有物と、錯化剤とを混合して、電解質前駆体含有物を得ること、
 次いで前記錯化剤の沸点よりも高い沸点を有する溶媒中で加熱すること、
を含む、硫化物固体電解質の製造方法、
である。
 本発明によれば、液相法を採用しながら、高いイオン伝導度を有する硫化物固体電解質を効率的に製造する、また量産化が容易な製造方法を提供することができる。
実施例1で得られた粉末のX線回折スペクトルである。 実施例1で得られた結晶性硫化物固体電解質のSEM(走査型電子顕微鏡)写真である。 実施例1、比較例1及び2で得られた粉末のX線回折スペクトルである。 実施例1及び2で得られた粉末のX線回折スペクトルである。 実施例1、3及び4で得られた粉末のX線回折スペクトルである。 比較例3で得られた結晶性硫化物固体電解質のSEM(走査型電子顕微鏡)写真である。 実施例1及び2並びに比較例3及び4で得られた粉末の粒度分布である。 実施例5で得られた粉末のX線回折スペクトルである。
 以下、本発明の実施形態(以下、「本実施形態」と称することがある。)について説明する。なお、本明細書において、「以上」、「以下」、「~」の数値範囲に係る上限及び下限の数値は任意に組み合わせできる数値であり、また実施例の数値を上限及び下限の数値として用いることもできる。また、好ましいとされている規定は任意に採用することができる。即ち、好ましいとされている一の規定を、好ましいとされている他の一又は複数の規定と組み合わせて採用することができる。好ましいもの同士の組み合わせはより好ましいといえる。
(本発明に至るために本発明者らが得た知見)
 本発明者らは、上記の課題を解決するべく鋭意検討した結果、下記の事項を見出し、本発明を完成するに至った。
 ところで、近年の全固体電池の実用化に向けて、汎用性及び応用性に加えて、簡便かつ大量に合成できる方法として、液相法が注目されるようになっている。
 液相法では、上記のようなメリットがある一方、固体電解質を溶解させるため、析出時に固体電解質成分の一部の分解、欠損が生じる等の理由から、固相法と比較して高いイオン伝導度を実現することが難しいという問題がある。例えば、均一法では、原料及び固体電解質を一旦完全溶解させるため、液中に成分を均一に分散させることができる。しかし、その後の析出工程では、各成分に固有の溶解度に従って析出が進行するため、成分の分散状態を保持したまま析出させることが極めて困難であった。その結果、各成分が分離して析出してしまう。また均一法では、溶媒とリチウムとの親和性が強くなりすぎるため、析出後に乾燥しても溶媒が抜けにくい。これらのことから、均一法では、固体電解質のイオン伝導度が大幅に低下してしまうという問題がある。そして、固液共存の不均一法においても、固体電解質の一部が溶解するため、特定成分の溶出により分離が生じ、所望の固体電解質を得ることが難しいという問題がある。
 また、液相法(不均一法)について、例えば特許文献4に記載される錯化剤を用いて電解質前駆体を経て硫化物固体電解質を製造する方法においては、錯化剤を除去する工程が必要となる。本発明者らは、錯化剤を用いる電解質前駆体を経て硫化物固体電解質を製造する方法における、錯化剤を除去する方法に着目した。
 特許文献4に記載の製造方法において、錯化剤の除去は、スラリー状の電解質前駆体含有物を真空下及び室温で乾燥して粉末の電解質前駆体とした後、電解質前駆体を真空下で120℃の加熱をすることにより行っており(実施例1等)、具体的には真空下においてジャケット型のヒータ(振動乾燥機等)を用いて行っている。このように、錯化剤を用いた場合は、単なる乾燥では電解質前駆体から錯化剤を除去することができず、ジャケット型のヒータ(振動乾燥機等)を用いて加熱をすることになる。しかし、このようなヒータでは、錯化剤の除去はできても、ヒータ内側の壁面が局所的に高温となることで、固体電解質に含まれるハロゲン化合物の凝集が生じ、固体電解質の劣化が生じる場合があった。そのため、錯化剤を除去する際の温度条件に制限が生じており、効率的に固体電解質を製造する点で改善する余地がある。また、錯化剤の除去、結晶化のための加熱の際に、平均粒径0.1μm程度の一次粒子が凝集した二次粒子が生成することで、固体電解質の吸油量が増加してしまい、結晶化した後の固体電解質を粉砕(微粒化)する必要が生じる場合もある。
 さらに、硫化物固体電解質の需要の高まりに伴い、量産化に対するニーズがある。しかし、従来の方法では、真空下で加熱をするため、ジャケット型のヒータの内側の壁面(伝熱面)に粉末が接することでしか熱が伝わらない環境下で、錯化剤の除去を行うことになることから、装置の大型化への影響が大きく、十分に対応できなくなるという懸念もあった。
 錯化剤の除去について、特許文献1~3では錯化剤は用いられていない。また、固体電解質原料の反応に際して溶媒を使用することについて想定されているものの、溶媒を除去する方法については何らの検討もされていない。
 特許文献5に記載の製造方法においては、メディア粒子を用いた流動乾燥により錯化剤及び電解質前駆体を含むスラリーの乾燥が行われている。しかし、特許文献5に記載の製造方法においても、スラリーの乾燥では電解質前駆体から錯化剤を除去することは行っていないことから、当該乾燥して得られた電解質前駆体からの錯化剤の除去は、上記特許文献4に記載の製造方法と同様に、真空下で110℃の加熱をすることにより行っており(実施例1等)、具体的には真空下においてジャケット型のヒータ(振動乾燥機等)を用いて行っている。そのため、上記特許文献4に記載の製造方法と同様の問題が生じている。
 そこで、本発明者らは、特に錯化剤と固体電解質原料とにより形成する電解質前駆体から、錯化剤を除去する方法について検討したところ、電解質前駆体含有物を、錯化剤の沸点よりも高い沸点を有する溶媒中で加熱することで、前記電解質前駆体含有物に含まれる電解質前駆体から錯化剤を除去できることを見出した。溶媒中で加熱して、電解質前駆体から錯化剤を除去すれば、固体電解質の粉末とジャケット型のヒータ(振動乾燥機等)の局所的に高温となる壁面とが接することによる固体電解質の劣化の抑制が可能となる。
 さらに、固体電解質の一部が溶解するため、特定成分の溶出により分離が生じることが抑制されるという効果が得られることも分かった。これは、液相中という特定成分の溶出が生じやすい環境において、予期することのできない驚くべき効果である。そして、液相中で加熱すれば足りることから、装置の大型化への対応が容易であるというメリットもある。
 以上の知見に基づき、錯化剤と固体電解質原料とを反応させる液相法(不均一法)による硫化物固体電解質の製造方法において、電解質前駆体の粉末から錯化剤の除去を、錯化剤の沸点よりも高い沸点を有する溶媒中で加熱して行うことで、液相法を採用しながら、イオン伝導度が高い硫化物固体電解質が効率的に得られ、また量産化が容易になることを見出すに至った。
(本実施形態の各種形態について)
 本実施形態の第一の形態に係る硫化物固体電解質の製造方法は、
 リチウム原子、リン原子、硫黄原子及びハロゲン原子を含む原料含有物と、錯化剤とを混合して、電解質前駆体含有物を得ること、
 次いで前記錯化剤の沸点よりも高い沸点を有する溶媒中で加熱すること、
を含む、硫化物固体電解質の製造方法、
である。
 本実施形態の硫化物固体電解質の製造方法において、固体電解質原料と錯化剤とを混合して得られる電解質前駆体含有物には、電解質前駆体とともに、電解質前駆体の形成に寄与しなかった錯化剤及び固体電解質原料、並びに溶媒が含まれ得る。本実施形態の硫化物固体電解質の製造方法においては、電解質前駆体含有物中の電解質前駆体に含まれる錯化剤の沸点よりも高い沸点を有する溶媒(以下、単に「高沸点溶媒」と称することがある。)中で加熱することで、電解質前駆体から錯化剤を除去することができる。錯化剤の沸点よりも高い沸点を有する溶媒中で加熱すると、錯化剤が流動しやすくなり、電解質前駆体から分離し、除去されるものと考えられる。
 電解質前駆体は、本実施形態の製造方法で得られる硫化物固体電解質の前駆体であり、錯化剤を除去することにより硫化物固体電解質となり得るもののことである。ここで、錯化剤は、錯化する剤、すなわち錯体を形成し得る剤のことであり、原料含有物に含まれる固体電解質原料と錯体を形成しやすい化合物のことを意味する。よって、電解質前駆体は、原料含有物と錯化剤とを混合することで得られるものであることから、より具体的には固体電解質原料が錯化剤を介して形成した錯体であるといえる。
 本実施形態の製造方法は、電解質前駆体含有物を得ることに次いで、高沸点溶媒中で加熱することを含む。加熱することは、電解質前駆体含有物を得ることに次いで行われればよく、加熱することにおける加熱対象は、電解質前駆体含有物であり、また後述する乾燥することを行う場合は、電解質前駆体となる。
 電解質前駆体含有物を加熱し、電解質前駆体から錯化剤を除去する際に、電解質前駆体含有物、とりわけ電解質前駆体含有物に含まれる電解質前駆体を、高沸点溶媒中で加熱することが肝要である。電解質前駆体含有物中の電解質前駆体と、高沸点溶媒とが直接的に触れることで、電解質前駆体に含まれる錯化剤が、効率的に加熱され、速やかに除去される。そのため、電解質前駆体から錯化剤が除去されたものと錯化剤との錯体の再生成、また電解質前駆体と錯化剤とによる不純物の生成が抑制されることとなるので、不純物が少なく品質が高く、イオン伝導度の高い硫化物固体電解質が得られる。
 本実施形態の第二の形態に係る硫化物固体電解質の製造方法は、上記第一の形態において、
 前記溶媒の加熱温度を、前記錯化剤の沸点超とする、
というものである。
 既述のように、電解質前駆体に含まれる錯化剤は、加熱されることで流動しやすくなり、電解質前駆体から除去される。ここで、高沸点溶媒を錯化剤の沸点超に加熱することで、錯化剤は揮発することになるため、電解質前駆体から分離しやすくなる。さらに、分離したガス状の錯化剤は高沸点溶媒を抜けて系外に排出されやすくなるので、分離した錯化剤が高沸点溶媒に滞留しにくくなる。そして、電解質前駆体に残存する錯化剤に加えて高沸点溶媒に滞留した錯化剤等による、電解質前駆体から錯化剤が除去されたものとの錯体の再生成、不純物の生成が抑制されることとなり、不純物が少なく品質が高く、イオン伝導度が高い硫化物固体電解質が得られやすくなる。
 本実施形態の第三の形態に係る硫化物固体電解質の製造方法は、上記第一又は第二の形態において、
 前記溶媒中で加熱することにおいて、前記溶媒を沸騰させる、
というものである。
 高沸点溶媒を沸騰させることで、錯化剤が電解質前駆体から分離されやすくなるだけでなく、高沸点溶媒が沸騰して生成する高沸点溶媒の気体とともに系外に排出されるため、速やかな分離が促進する。その結果、電解質前駆体から錯化剤が除去された粉末との錯体の再生成、不純物の生成が抑制されることとなり、より効率的に、不純物が少なく品質が高く、イオン伝導度が高い硫化物固体電解質が得られやすくなる。
 本実施形態の第四の形態に係る硫化物固体電解質の製造方法は、上記第三の形態において、
 前記錯化剤の沸点よりも高い沸点を有する溶媒を別に用意して、前記電解質前駆体含有物を、前記別に用意した溶媒と混合した混合物として、前記加熱に用いる溶媒に加える、
というものである。
 電解質前駆体含有物の供給方法として、前記加熱することにおいて加熱する高沸点溶媒とは別に用意した高沸点溶媒を、電解質前駆体含有物と混合し、得られた混合物を、前記加熱することにおいて加熱に用いる高沸点溶媒に加える方法を採用する。詳細は後述するが、前記混合物は、加熱に用いる高沸点溶媒を加熱したものに加えることが好ましく、高沸点溶媒を沸騰させたものに加えることが好ましい。このような方法を採用することで、予め加熱する高沸点溶媒中に電解質前駆体を添加して加熱する方法とは異なり、電解質前駆体を徐々に添加量を制御しながら、かつ電解質前駆体が瞬時に目的の温度に昇温されることとなる。そのため、電解質前駆体から錯化剤が除去された粉末との錯体の再生成、不純物の生成が抑制されることとなり、より効率的に、不純物が少なく品質が高く、イオン伝導度が高い硫化物固体電解質が得られやすくなる。
 ここで、別に用意する高沸点溶媒は、前記加熱することにおいて加熱して沸騰させる高沸点溶媒と同じ種類の溶媒を用いても、異なる種類の溶媒を用いてもよく、より効率的に、不純物が少なく品質が高く、イオン伝導度が高い硫化物固体電解質を得る観点から、同じ種類の溶媒を用いることが好ましい。
 本実施形態の第五の形態に係る硫化物固体電解質の製造方法は、上記第一~第四の形態において、
 前記電解質前駆体含有物に含まれる電解質前駆体の供給量1gに対する前記溶媒の使用量が、20mL以上2000mL以下
というものである。
 高沸点溶媒を、上記範囲内の使用量で使用することで、より効率的な錯化剤の分離及び除去が可能となる。そのため、電解質前駆体から錯化剤が除去された粉末との錯体の再生成、不純物の生成が抑制されることとなり、より効率的に、不純物が少なく品質が高く、イオン伝導度が高い硫化物固体電解質が得られやすくなる。
 また、高沸点溶媒の使用量を一定量の範囲に抑えることで、量産化にもより容易に対応することが可能となる。
 本実施形態の第六の形態に係る硫化物固体電解質の製造方法は、上記第一~第五の形態において、
 前記電解質前駆体含有物を乾燥することを含む、
というものである。
 既述のように、本実施形態の製造方法において、電解質前駆体を、高沸点溶媒中で加熱することが肝要である。その前段階として、電解質前駆体及び溶媒等を含む電解質前駆体含有物を乾燥し、溶媒を除去して電解質前駆体を粉末として単離したものを、高沸点溶媒中で加熱することで、より直接的に電解質前駆体を加熱することができる。これにより、電解質前駆体に含まれる錯化剤をより直接的に加熱することで、錯化剤をより効率的に分離し、除去することが可能となる。
 その結果、電解質前駆体から錯化剤が除去されたものとの錯体の再生成、不純物の生成が抑制されることとなり、より効率的に、不純物が少なく品質が高く、イオン伝導度が高い硫化物固体電解質が得られやすくなる。
 一方、従来方法におけるジャケット型ヒータによる真空下での加熱では、電解質前駆体がヒータ内側の壁面と接することでしか熱が伝わらないため、接触効率が悪く、熱伝導効率が低いことは明白である。よって、本実施形態の製造方法によれば、従来方法に比べて、より効率的に硫化物固体電解質が得られやすくなるといえる。
 このように、本実施形態の製造方法において乾燥することは、電解質前駆体含有物から、溶媒を除去することが主目的とするものであり、また電解質前駆体の形成に寄与せず残存する錯化剤も除去し得るものである。そのため、本実施形態の製造方法において、電解質前駆体からの錯化剤の除去は、乾燥することにより行われるものではなく、あくまで高沸点溶媒中における加熱により行われるものである。また、電解質前駆体からの錯化剤の除去は、電解質前駆体含有物を高沸点溶媒中で加熱しても行えることは言うまでもないことである。
 本実施形態の第七の形態に係る硫化物固体電解質の製造方法は、上記第六の形態において、
 前記乾燥することが、常圧下又は減圧下で、5℃以上110℃以下で行われる、というものである。
 電解質前駆体含有物を乾燥する際の条件として、圧力条件を常圧から減圧とし、温度条件を5℃以上110℃以下とすることで、より効率的に電解質前駆体含有物を乾燥し、電解質前駆体の粉末が得られる。
 本実施形態の第八の形態に係る硫化物固体電解質の製造方法は、上記第一~第七の形態において、
 前記溶媒中で加熱することの後、さらに溶媒中で加熱することにおける加熱温度よりも高い温度で加熱することを含む、
というものである。
 前記溶媒中で加熱することにより、電解質前駆体から錯化剤が除去されて、非晶性の硫化物固体電解質が得られる。これをさらに溶媒中で加熱することにおける加熱温度よりも高い温度で加熱することで、結晶性の硫化物固体電解質が得られることとなる。
 本実施形態の製造方法では、所望に応じて非晶性の硫化物固体電解質、結晶性の硫化物固体電解質を製造することが可能である。
 本実施形態の第九の形態に係る硫化物固体電解質の製造方法は、上記第一~第八の形態において、
 前記錯化剤が、アミノ基を有する化合物である、
というものであり、また本実施形態の第十の形態に係る硫化物固体電解質の製造方法は、上記第一~第九の形態において、
 前記錯化剤が、分子中に少なくとも二つの第三級アミノ基を有する化合物である、
というものである。
 本実施形態の硫化物固体電解質において、錯化剤は、既述のように原料含有物に含まれる固体電解質原料と錯体を形成するという性質を有する溶媒である。錯化剤は、後述するように、ヘテロ原子を有する化合物は固体電解質原料と錯体を形成するという性質を有しやすく、錯化剤として好ましい化合物である。中でも、ヘテロ原子として窒素原子、さらに窒素原子をアミノ基として有する化合物であると、より錯体を形成しやすくなるだけでなく、錯体の形成において取り込まれにくいハロゲン原子が取り込まれやすくなり、固体電解質原料の分散状態が均一に保たれやすくなる。そのため、より高いイオン伝導度が得られやすくなる。
 また、アミノ基を有する化合物を錯化剤として用いると、上記の性質に加えて、さらに電解質前駆体から分離しやすく、除去しやすいという性質をも有する。よって、電解質前駆体の粉末から錯化剤が除去された粉末との錯体の再生成、不純物の生成が抑制されることとなり、極めて効率的に、不純物が少なく品質が高く、イオン伝導度が高い硫化物固体電解質が得られやすくなる。
 本実施形態の第十一の形態に係る硫化物固体電解質の製造方法は、上記第一~第十の形態において、
 前記溶媒が、ヘテロ原子を含まない炭化水素溶媒である、
というものであり、本実施形態の第十二の形態に係る硫化物固体電解質の製造方法は、上記第一~第十一の形態において、
 前記溶媒が、脂肪族炭化水素溶媒及び脂環族炭化水素溶媒から選ばれる少なくとも一種の有機溶媒である、
というものであり、また本実施形態の第十三の形態に係る硫化物固体電解質の製造方法は、上記第十二の形態において、
 前記有機溶媒の炭素数が、8以上である、
というものである。
 既述のようにヘテロ原子を有する化合物は、固体電解質原料と錯体を形成しやすいという性質を有する。高沸点溶媒としては、ヘテロ原子を含まない炭化水素溶媒を用いることで、高沸点溶媒と電解質前駆体との錯体の形成が抑制されるため、不純物の生成が抑制されることとなり、極めて効率的に、不純物が少なく品質が高く、イオン伝導度が高い硫化物固体電解質が得られやすくなる。
 また、高沸点溶媒としては、不純物の生成の抑制、また錯化剤に比べて沸点が高い溶媒が選択しやすいこと等を考慮すると、脂肪族炭化水素溶媒及び脂環族炭化水素溶媒から選ばれる少なくとも一種の有機溶媒であることが好ましく、炭素数としては8以上が好ましい。
 本実施形態の第十四の形態に係る硫化物固体電解質の製造方法は、上記第一~第十三の形態において、
 前記溶媒中で加熱することの後、粉砕処理を行わない、
というものである。
 錯化剤を用いて得られる電解質前駆体は、元来平均粒子径は小さいものであるが、既述のように、錯化剤の除去、結晶化のための加熱の際にジャケット型のヒータ(振動乾燥機等)を用いていたため、二次粒子が生成し、吸油量が増加するため、粉砕(微粒化)する場合があった。しかし、本実施形態の製造方法によれば、ジャケット型のヒータ(振動乾燥機等)の使用による二次粒子の生成は生じることがないため、粉砕(微粒化)処理を行う必要が生じない。
 これは、硫化物固体電解質の製造における省エネルギー化に大きく寄与するものであり、より効率的に硫化物固体電解質を製造することが可能となる。
 本実施形態の第十五の形態に係る硫化物固体電解質の製造方法は、上記第一~第十四の形態において、
 前記溶媒中で加熱することにおいて、前記電解質前駆体含有物に含まれる電解質前駆体から錯化剤を除去する、
というものである。
 前記溶媒中で加熱することにより、電解質前駆体含有物に含まれる電解質前駆体から錯化剤を除去することができ、電解質前駆体を硫化物固体電解質とすることができる。
 本実施形態の第十六の形態に係る硫化物固体電解質の製造方法は、上記第一~第十五の形態において、
 前記硫化物固体電解質が、チオリシコンリージョンII型結晶構造を有する、
というものである。
 本実施形態の製造方法において、原料含有物に含まれる固体電解質原料の種類及び配合比をかえることで、所望の硫化物固体電解質を製造することが可能である。チオリシコンリージョンII型結晶構造を有する硫化物固体電解質は、イオン伝導度が極めて高い硫化物固体電解質として知られており、本実施形態の製造方法により得ようとする硫化物固体電解質として好ましいものである。
(固体電解質)
 本明細書において、「固体電解質」とは、窒素雰囲気下25℃で固体を維持する電解質を意味する。本実施形態における固体電解質は、リチウム原子、硫黄原子、リン原子及びハロゲン原子を含み、リチウム原子に起因するイオン伝導度を有する固体電解質である。
 「固体電解質」には、非晶性固体電解質と、結晶性固体電解質と、の両方が含まれる。
 本明細書において、結晶性固体電解質とは、X線回折測定におけるX線回折パターンにおいて、固体電解質由来のピークが観測される固体電解質であって、これらにおいての固体電解質の原料由来のピークの有無は問わないものである。すなわち、結晶性固体電解質は、固体電解質に由来する結晶構造を含み、その一部が該固体電解質に由来する結晶構造であっても、その全部が該固体電解質に由来する結晶構造であってもよい。そして、結晶性固体電解質は、上記のようなX線回折パターンを有していれば、その一部に非晶性固体電解質が含まれていてもよい。したがって、結晶性固体電解質には、非晶質固体電解質を結晶化温度以上に加熱して得られる、いわゆるガラスセラミックスが含まれる。
 また、本明細書において、非晶性固体電解質とは、X線回折測定におけるX線回折パターンにおいて、材料由来のピーク以外のピークが実質的に観測されないハローパターンであるもののことであり、固体電解質の原料由来のピークの有無は問わないものである。
[硫化物固体電解質の製造方法]
 本実施形態の硫化物固体電解質の製造方法は、
 リチウム原子、リン原子、硫黄原子及びハロゲン原子を含む原料含有物と、錯化剤とを混合して、電解質前駆体含有物を得ること、
 次いで前記錯化剤の沸点よりも高い沸点を有する溶媒中で加熱すること、
を含む、硫化物固体電解質の製造方法、
である。
〔電解質前駆体含有物を得ること〕
 本実施形態の製造方法は、リチウム原子、リン原子、硫黄原子及びハロゲン原子を含む原料含有物と、錯化剤とを混合して、電解質前駆体含有物を得ること、を含む。
 本実施形態の製造方法について、まず原料含有物から説明する。
(原料含有物)
 本実施形態で用いられる原料含有物は、リチウム原子、硫黄原子、リン原子及びハロゲン原子を含むものであり、より具体的にはこれらの原子からなる群より選ばれる1種以上を含む化合物(以下、「固体電解質原料」とも称する。)を含む含有物である。本実施形態で用いられる原料含有物は、固体電解質原料を2種以上含有するものであることが好ましい。
 原料含有物に含まれる固体電解質原料としては、例えば硫化リチウム;フッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム等のハロゲン化リチウム;三硫化二リン(P)、五硫化二リン(P)等の硫化リン;各種フッ化リン(PF、PF)、各種塩化リン(PCl、PCl、PCl)、各種臭化リン(PBr、PBr)、各種ヨウ化リン(PI、P)等のハロゲン化リン;フッ化チオホスホリル(PSF)、塩化チオホスホリル(PSCl)、臭化チオホスホリル(PSBr)、ヨウ化チオホスホリル(PSI)、二塩化フッ化チオホスホリル(PSClF)、二臭化フッ化チオホスホリル(PSBrF)等のハロゲン化チオホスホリル;などの上記四種の原子から選ばれる少なくとも二種の原子からなる原料、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)等のハロゲン単体、好ましくは臭素(Br)、ヨウ素(I)が代表的に挙げられる。
 上記以外の固体電解質原料として用い得るものとしては、例えば、上記四種の原子から選ばれる少なくとも一種の原子を含み、かつ該四種の原子以外の原子を含む固体電解質原料、より具体的には、酸化リチウム、水酸化リチウム、炭酸リチウム等のリチウム化合物;硫化ナトリウム、硫化カリウム、硫化ルビジウム、硫化セシウム等の硫化アルカリ金属;硫化ケイ素、硫化ゲルマニウム、硫化ホウ素、硫化ガリウム、硫化スズ(SnS、SnS)、硫化アルミニウム、硫化亜鉛等の硫化金属;リン酸ナトリウム、リン酸リチウム等のリン酸化合物;ヨウ化ナトリウム、フッ化ナトリウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム等のハロゲン化ナトリウム等のリチウム以外のアルカリ金属のハロゲン化物;ハロゲン化アルミニウム、ハロゲン化ケイ素、ハロゲン化ゲルマニウム、ハロゲン化ヒ素、ハロゲン化セレン、ハロゲン化スズ、ハロゲン化アンチモン、ハロゲン化テルル、ハロゲン化ビスマス等のハロゲン化金属;オキシ塩化リン(POCl)、オキシ臭化リン(POBr)等のオキシハロゲン化リン;などが挙げられる。
 上記の中でも、硫化リチウム、三硫化二リン(P)、五硫化二リン(P)等の硫化リン、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)等のハロゲン単体、フッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム等のハロゲン化リチウムが好ましい。また、酸素原子を固体電解質に導入する場合、酸化リチウム、水酸化リチウム及びリン酸リチウム等のリン酸化合物が好ましい。固体電解質原料の組み合わせとしては、例えば、硫化リチウム、五硫化二リン及びハロゲン化リチウムの組み合わせ、硫化リチウム、五硫化二リン及びハロゲン単体の組み合わせが好ましく挙げられ、ハロゲン化リチウムとしては臭化リチウム、ヨウ化リチウムが好ましく、ハロゲン単体としては臭素及びヨウ素が好ましい。
 本実施形態においては、PS構造を含むLiPSを原料の一部として用いることもできる。具体的には、先にLiPSを製造する等して用意し、これを原料として使用する。
 原料の合計に対するLiPSの含有量は、60~100mol%が好ましく、65~90mol%がより好ましく、70~80mol%が更に好ましい
 また、LiPSとハロゲン単体とを用いる場合、LiPSに対するハロゲン単体の含有量は、1~50mol%が好ましく、10~40mol%がより好ましく、20~30mol%が更に好ましく、22~28mol%が更により好ましい。
 本実施形態で用いられる硫化リチウムは、粒子であることが好ましい。
 硫化リチウム粒子の平均粒径(D50)は、0.1μm以上1000μm以下であることが好ましく、0.5μm以上100μm以下であることがより好ましく、1μm以上20μm以下であることがさらに好ましい。本明細書において、平均粒径(D50)は、粒子径分布積算曲線を描いた時に粒子径の最も小さい粒子から順次積算して全体の50%(体積基準)に達するところの粒子径であり、体積分布は、例えば、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置を用いて測定することができる平均粒径のことである。また、上記の原料として例示したもののうち固体の原料については、上記硫化リチウム粒子と同じ程度の平均粒径を有するものが好ましい、すなわち上記硫化リチウム粒子の平均粒径と同じ範囲内にあるものが好ましい。
 固体電解質原料として、硫化リチウム、五硫化二リン及びハロゲン化リチウムを用いる場合、硫化リチウム及び五硫化二リンの合計に対する硫化リチウムの割合は、より高い化学的安定性及びより高いイオン伝導度を得る観点から、70~80mol%が好ましく、72~78mol%がより好ましく、74~78mol%が更に好ましい。
 硫化リチウム、五硫化二リン、ハロゲン化リチウム及び必要に応じて用いられる他の固体電解質原料を用いる場合、これらの合計に対する硫化リチウム及び五硫化二リンの含有量は、50~100mol%が好ましく、55~85mol%がより好ましく、60~75mol%が更に好ましい。
 また、ハロゲン化リチウムとして、臭化リチウムとヨウ化リチウムとを組み合わせて用いる場合、イオン伝導度を向上させる観点から、臭化リチウム及びヨウ化リチウムの合計に対する臭化リチウムの割合は、1~99mol%が好ましく、20~80mol%がより好ましく、30~70mol%が更に好ましく、40~60mol%が特に好ましい。
 固体電解質原料としてハロゲン単体を用いる場合であって、硫化リチウム、五硫化二リンを用いる場合、ハロゲン単体のモル数と同モル数の硫化リチウムを除いた硫化リチウム及び五硫化二リンの合計モル数に対する、ハロゲン単体のモル数と同モル数の硫化リチウムとを除いた硫化リチウムのモル数の割合は、60~90%の範囲内であることが好ましく、65~85%の範囲内であることがより好ましく、68~82%の範囲内であることが更に好ましく、72~78%の範囲内であることが更により好ましく、73~77%の範囲内であることが特に好ましい。これらの割合であれば、より高いイオン伝導度が得られるからである。
 また、これと同様の観点から、硫化リチウムと五硫化二リンとハロゲン単体とを用いる場合、硫化リチウムと五硫化二リンとハロゲン単体との合計量に対するハロゲン単体の含有量は、1~50mol%が好ましく、2~40mol%がより好ましく、3~25mol%が更に好ましく、3~15mol%が更により好ましい。
 硫化リチウムと五硫化二リンとハロゲン単体とハロゲン化リチウムとを用いる場合には、これらの合計量に対するハロゲン単体の含有量(αmol%)、及びハロゲン化リチウムの含有量(βmol%)は、下記式(2)を満たすことが好ましく、下記式(3)を満たすことがより好ましく、下記式(4)を満たすことが更に好ましく、下記式(5)を満たすことが更により好ましい。
   2≦2α+β≦100…(2)
   4≦2α+β≦80 …(3)
   6≦2α+β≦50 …(4)
   6≦2α+β≦30 …(5)
 二種のハロゲンを単体として用いる場合には、一方のハロゲン原子の物質中のモル数をA1とし、もう一方のハロゲン原子の物質中のモル数をA2とすると、A1:A2が1~99:99~1が好ましく、10:90~90:10であることがより好ましく、20:80~80:20が更に好ましく、30:70~70:30が更により好ましい。
 また、二種のハロゲン単体が、臭素とヨウ素である場合、臭素のモル数をB1とし、ヨウ素のモル数をB2とすると、B1:B2が1~99:99~1が好ましく、15:85~90:10であることがより好ましく、20:80~80:20が更に好ましく、30:70~75:25が更により好ましく、35:65~75:25が特に好ましい。
(錯化剤)
 錯化剤は、既述のように、原料含有物に含まれる固体電解質原料と錯体を形成しやすい化合物であり、例えば固体電解質原料として好ましく用いられる硫化リチウム、五硫化二リン、またこれらを用いた場合に得られるLiPS、更にハロゲン原子を含む固体電解質原料(以下、これらをまとめて「固体電解質原料等」とも称する。)と錯体を形成可能な化合物である。
 錯化剤としては、上記の性状を有するものであれば特に制限なく用いることができ、特にリチウム原子との親和性が高い原子、例えば窒素原子、酸素原子、塩素原子等のヘテロ原子を含む化合物が好ましく、これらのヘテロ原子を含む基を有する化合物がより好ましく挙げられる。これらのヘテロ原子、該へテロ原子を含む基は、リチウムと配位(結合)し得るからである。
 錯化剤の分子中に存在するヘテロ原子はリチウム原子との親和性が高く、固体電解質原料等と結合して錯体(以下、単に「錯体」とも称する。)を形成しやすい性状を有するものになると考えられる。そのため、上記固体電解質原料と、錯化剤とを混合することにより錯体が形成し、固体電解質原料の分散状態、とりわけハロゲン原子の分散状態が均一に保たれやすくなるので、結果としてイオン伝導度が高い硫化物固体電解質が得られるものと考えられる。
 錯化剤が、固体電解質原料等と錯体を形成可能であることについては、例えばFT-IR分析(拡散反射法)により測定される赤外線吸収スペクトルよって、直接的に確認することができる。
 錯化剤として、好ましい錯化剤の一つであるテトラメチルエチレンジアミン(以下、単に「TMEDA」とも称する。)とヨウ化リチウム(LiI)とを撹拌して得られた粉末、及び錯化剤自体についてFT-IR分析(拡散反射法)により分析すると、TMEDA自体のスペクトルと、特に1000~1250cm-1におけるC-N伸縮振動に由来するピークにおいて異なるものとなる。また、TMEDAとヨウ化リチウムとを撹拌、混合することでLiI-TMEDA錯体を形成することが知られていること(例えば、Aust.J.Chem.,1988,41,1925-34の特にFig.2等)等を考慮しても、LiI-TMEDA錯体が形成しているものと考えることは妥当である。
 また、例えば錯化剤(TMEDA)と、LiPSとを撹拌して得られた粉末についても、上記と同様にFT-IR分析(拡散反射法)により分析すると、TMEDA自体のスペクトルとは、1000~1250cm-1におけるC-N伸縮振動に由来するピークにおいて異なるものであることが確認できる一方で、LiI-TMEDA錯体のスペクトルとは類似していることも確認できる。このことから、LiPS-TMEDA錯体が形成しているものと考えてもよい。
 そして、本実施形態の製造方法では、原料含有物と錯化剤とを混合して得られるこれらの錯体を電解質前駆体とし、電解質前駆体の粉末から高沸点溶媒を用いて錯化剤を除去することで、硫化物固体電解質を製造するのである。
 錯化剤は、分子中に少なくとも二つの配位(結合)可能なヘテロ原子を有することが好ましく、分子中に少なくとも二つヘテロ原子を含む基を有することがより好ましい。分子中に少なくとも二つのヘテロ原子を含む基を有することで、固体電解質原料等を、分子中の少なくとも二つのヘテロ原子を介して結合させることができる。また、ヘテロ原子の中でも、窒素原子が好ましく、窒素原子を含む基としてはアミノ基が好ましい。すなわち錯化剤としてはアミン化合物が好ましい。
 アミン化合物としては、分子中にアミノ基を有するものであれば、錯体の形成を促進し得るので特に制限はないが、分子中に少なくとも二つのアミノ基を有する化合物が好ましい。このような構造を有することで、固体電解質原料等を、分子中の少なくとも二つの窒素原子を介して結合させて、錯体を形成することができる。
 このようなアミン化合物としては、例えば、脂肪族アミン、脂環式アミン、複素環式アミン、芳香族アミン等のアミン化合物が挙げられ、単独で、又は複数種を組み合わせて用いることができる。
 より具体的には、脂肪族アミンとしては、エチレンジアミン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン等の脂肪族一級ジアミン;N,N’-ジメチルエチレンジアミン、N,N’-ジエチルエチレンジアミン、N,N’-ジメチルジアミノプロパン、N,N’-ジエチルジアミノプロパン等の脂肪族二級ジアミン;N,N,N’,N’-テトラメチルジアミノメタン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラエチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルジアミノプロパン、N,N,N’,N’-テトラエチルジアミノプロパン、N,N,N’,N’-テトラメチルジアミノブタン、N,N,N’,N’-テトラメチルジアミノペンタン、N,N,N’,N’-テトラメチルジアミノヘキサン等の脂肪族三級ジアミン;などの脂肪族ジアミンが代表的に好ましく挙げられる。ここで、本明細書における例示において、例えばジアミノブタンであれば、特に断りがない限り、1,2-ジアミノブタン、1,3-ジアミノブタン、1,4-ジアミノブタン等のアミノ基の位置に関する異性体の他、ブタンについては直鎖状、分岐状の異性体等の、全ての異性体が含まれるものとする。
 脂肪族アミンの炭素数は、好ましくは2以上、より好ましくは4以上、更に好ましくは6以上であり、上限として好ましくは10以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは7以下である。また、脂肪族アミン中の脂肪族炭化水素基の炭素数は、好ましくは2以上であり、上限として好ましくは6以下、より好ましくは4以下、更に好ましくは3以下である。
 脂環式アミンとしては、シクロプロパンジアミン、シクロヘキサンジアミン等の脂環式一級ジアミン;ビスアミノメチルシクロヘキサン等の脂環式二級ジアミン;N,N,N’,N’-テトラメチル-シクロヘキサンジアミン、ビス(エチルメチルアミノ)シクロヘキサン等の脂環式三級ジアミン;などの脂環式ジアミンが代表的に好ましく挙げられ、また、複素環式アミンとしては、イソホロンジアミン等の複素環式一級ジアミン;ピペラジン、ジピペリジルプロパン等の複素環式二級ジアミン;N,N-ジメチルピペラジン、ビスメチルピペリジルプロパン等の複素環式三級ジアミン;などの複素環式ジアミンが代表的に好ましく挙げられる。
 脂環式アミン、複素環式アミンの炭素数は、好ましくは3以上、より好ましくは4以上であり、上限として好ましくは16以下、より好ましくは14以下である。
 また、芳香族アミンとしては、フェニルジアミン、トリレンジアミン、ナフタレンジアミン等の芳香族一級ジアミン;N-メチルフェニレンジアミン、N,N’-ジメチルフェニレンジアミン、N,N’-ビスメチルフェニルフェニレンジアミン、N,N’-ジメチルナフタレンジアミン、N-ナフチルエチレンジアミン等の芳香族二級ジアミン;N,N-ジメチルフェニレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルフェニレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラメチルナフタレンジアミン等の芳香族三級ジアミン;などの芳香族ジアミンが代表的に好ましく挙げられる。
 芳香族アミンの炭素数は、好ましくは6以上、より好ましくは7以上、更に好ましくは8以上であり、上限として好ましくは16以下、より好ましくは14以下、更に好ましくは12以下である。
 本実施形態で用いられるアミン化合物は、アルキル基、アルケニル基、アルコキシル基、水酸基、シアノ基等の置換基、ハロゲン原子により置換されたものであってもよい。
 なお、具体例としてジアミンを例示したが、本実施形態で用いられ得るアミン化合物としては、ジアミンに限らないことは言うまでもなく、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、エチルジメチルアミン、上記脂肪族ジアミン等の各種ジアミンに対応する脂肪族モノアミン、またピペリジン、メチルピペリジン、テトラメチルピペリジン等のピペリジン化合物、ピリジン、ピコリン等のピリジン化合物、モルホリン、メチルモルホリン、チオモルホリン等のモルホリン化合物、イミダゾール、メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物、上記脂環式ジアミンに対応するモノアミン等の脂環式モノアミン、上記複素環式ジアミンに対応する複素環式モノアミン、上記芳香族ジアミンに対応する芳香族モノアミン等のモノアミンの他、例えば、ジエチレントリアミン、N,N’,N’’-トリメチルジエチレントリアミン、N,N,N’,N’’,N’’-ペンタメチルジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、N,N’-ビス[(ジメチルアミノ)エチル]-N,N’-ジメチルエチレンジアミン、ヘキサメチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン等のアミノ基を3つ以上有するポリアミンも用いることができる。
 上記の中でも、より高いイオン伝導度を得る観点から、アミノ基として第三級アミノ基を有する三級アミンであることが好ましく、二つの第三級アミノ基を有する三級ジアミンであることがより好ましく、二つの第三級アミノ基を両末端に有する三級ジアミンが更に好ましく、第三級アミノ基を両末端に有する脂肪族三級ジアミンがより更に好ましい。上記のアミン化合物において、三級アミノ基を両末端に有する脂肪族三級ジアミンとしては、テトラメチルエチレンジアミン、テトラエチルエチレンジアミン、テトラメチルジアミノプロパン、テトラエチルジアミノプロパンが好ましく、入手の容易性等も考慮すると、テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチルジアミノプロパンが好ましい。
 また、ヘテロ原子として窒素原子を含む、アミノ基以外の基、例えばニトロ基、アミド基等の基を有する化合物も、これと同様の効果が得られる。
 本実施形態の製造方法において、錯化剤としてはヘテロ原子として上記の窒素原子を含む化合物の他、酸素原子を含む化合物も好ましい。
 酸素原子を含む化合物としては、酸素原子を含む基としてエーテル基及びエステル基から選ばれる1種以上の官能基を有する化合物が好ましく、その中でも特にエーテル基を有する化合物が好ましい。すなわち、酸素原子を含む錯化剤としては、エーテル化合物が特に好ましい。
 エーテル化合物としては、例えば、脂肪族エーテル、脂環式エーテル、複素環式エーテル、芳香族エーテル等のエーテル化合物が挙げられ、単独で、又は複数種を組み合わせて用いることができる。
 より具体的には、脂肪族エーテルとしては、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、tert-ブチルメチルエーテル等のモノエーテル;ジメトキシメタン、ジメトキシエタン、ジエトキシメタン、ジエトキシエタン等のジエーテル;ジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグリム)、トリエチレンオキサイドグリコールジメチルエーテル(トリグリム)等のエーテル基を3つ以上有するポリエーテル;またジエチレングリコール、トリエチレングリコール等の水酸基を含有するエーテル等も挙げられる。
 脂肪族エーテルの炭素数は、好ましくは2以上、より好ましくは3以上、更に好ましくは4以上であり、上限として好ましくは10以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは6以下である。
また、脂肪族エーテル中の脂肪族炭化水素基の炭素数は、好ましくは1以上であり、上限として好ましくは6以下、より好ましくは4以下、更に好ましくは3以下である。
 脂環式エーテルとしては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジメトキシテトラヒドロフラン、シクロペンチルメチルエーテル、ジオキサン、ジオキソラン等が挙げられ、また、複素環式エーテルとしては、フラン、ベンゾフラン、ベンゾピラン、ジオキセン、ジオキシン、モルホリン、メトキシインドール、ヒドロキシメチルジメトキシピリジン等が挙げられる。
 脂環式エーテル、複素環式エーテルの炭素数は、好ましくは3以上、より好ましくは4以上であり、上限として好ましくは16以下、より好ましくは14以下である。
 また、芳香族エーテルとしては、メチルフェニルエーテル(アニソール)、エチルフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、ジフェニルエーテル、ベンジルフェニルエーテル、ナフチルエーテル等が挙げられる。
 芳香族エーテルの炭素数は、好ましくは7以上、より好ましくは8以上であり、上限として好ましくは16以下、より好ましくは14以下、更に好ましくは12以下である。
 本実施形態で用いられるエーテル化合物は、アルキル基、アルケニル基、アルコキシル基、水酸基、シアノ基等の置換基、ハロゲン原子により置換されたものであってもよい。
 上記のエーテル化合物の中でも、より高いイオン伝導度を得る観点から、脂肪族エーテルが好ましく、ジメトキシエタン、テトラヒドロフランがより好ましい。
 エステル化合物としては、例えば、脂肪族エステル、脂環式エステル、複素環式エステル、芳香族エステル等のエステル化合物が挙げられ、単独で、又は複数種を組み合わせて用いることができる。
 より具体的には、脂肪族エステルとしては、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸トリエチル等の蟻酸エステル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル等の酢酸エステル;プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸ブチル等のプロピオン酸エステル、シュウ酸ジメチル、シュウ酸ジエチル等のシュウ酸エステル;マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル等のマロン酸エステル;コハク酸ジメチル、コハク酸ジエチル等のコハク酸エステルが挙げられる。
 脂肪族エステルの炭素数は、好ましくは2以上、より好ましくは3以上、更に好ましくは4以上であり、上限として好ましくは10以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは7以下である。また、脂肪族エステル中の脂肪族炭化水素基の炭素数は、好ましくは1以上、より好ましくは2以上であり、上限として好ましくは6以下、より好ましくは4以下、更に好ましくは3以下である。
 脂環式エステルとしては、シクロヘキサンカルボン酸メチル、シクロヘキサンカルボン酸エチル、シクロヘキサンジカルボン酸ジメチルシクロヘキサンジカルボン酸ジブチル、シクロヘキセンジカルボン酸ジブチル等が挙げられ、また、複素環式エステルとしては、ピリジンカルボン酸メチル、ピリジンカルボン酸エチル、ピリジンカルボン酸プロピル、ピリミジンカルボン酸メチル、ピリミジンカルボン酸エチル、またアセトラクトン、プロピオラクトン、ブチロラクトン、バレロラクトン等のラクトン類等が挙げられる。
 脂環式エステル、複素環式エステルの炭素数は、好ましくは3以上、より好ましくは4以上であり、上限として好ましくは16以下、より好ましくは14以下である。
 芳香族エステルとしては、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、安息香酸ブチル等の安息香酸エステル;ジメチルフタレート、ジエチルフタレート、ジブチルフタレート、ブチルベンジルフタレート、ジシクロヘキシルフタレート等のフタル酸エステル;トリメチルトリメリテート、トリエチルトリメリテート、トリプロピルトリメリテート、トリブチルトリメリテート、トリオクチルトリメリテート等のトリメリット酸エステル等が挙げられる。
 芳香族エステルの炭素数は、好ましくは8以上、より好ましくは9以上であり、上限として好ましくは16以下、より好ましくは14以下、更に好ましくは12以下である。
 本実施形態で用いられるエステル化合物は、アルキル基、アルケニル基、アルコキシル基、水酸基、シアノ基等の置換基、ハロゲン原子により置換されたものであってもよい。
 上記のエステル化合物の中でも、より高いイオン伝導度を得る観点から、脂肪族エステルが好ましく、酢酸エステルがより好ましく、特に酢酸エチルが好ましい。
 錯化剤の添加量は、錯体を効率的に形成させる観点から、原料含有物に含まれるリチウム原子の合計モル量に対する、錯化剤の添加量のモル比が、好ましくは0.1以上2.0以下であり、より好ましくは0.5以上1.5以下であり、さらに好ましくは0.8以上1.2以下であり、最も好ましくは1.0である。
(混合)
 本実施形態の製造方法は、上記の固体電解質原料と、錯化剤とを混合する。
 本実施形態において、固体電解質原料及び錯化剤を混合する形態は固体状、液状のいずれであってもよいが、固体電解質原料は固体を含んでおり、錯化剤は液状であるため、通常液状の錯化剤中に固体の固体電解質原料が存在する形態で混合する。また、原料と錯化剤を混合する際、必要に応じてさらに溶媒を混合してもよい。以下、原料及び錯化剤の混合について説明する箇所においては、特に断りが無い場合、錯化剤には、必要に応じて添加する溶媒も含まれるものとする。
 固体電解質原料と錯化剤とを混合する方法に特段の制限はなく、固体電解質原料及び錯化剤を混合できる装置に、固体電解質原料及び錯化剤を投入して混合すればよい。例えば、錯化剤を槽内に供給し、撹拌翼を作動させた後に、固体電解質原料を徐々に加えていくと、固体電解質原料の良好な混合状態が得られ、原料の分散性が向上するため、好ましい。
 ただし、固体電解質原料としてハロゲン単体を用いる場合、固体電解質原料が固体ではない場合があり、具体的には常温常圧下において、フッ素及び塩素は気体、臭素は液体となる。このような場合、例えば固体電解質原料が液体の場合は、他の固体の固体電解質原料とは別に錯化剤とともに槽内に供給すればよく、また固体電解質原料が気体の場合は、錯化剤に固体の固体電解質原料を加えたものに吹き込むように供給すればよい。
 本実施形態の製造方法は、固体電解質原料と錯化剤とを混合することを含むことを特徴とする。すなわち、固体電解質原料と錯化剤とは混合すれば足り、粉砕までは要しないから、ボールミル、ビーズミル等の媒体式粉砕機等の、一般に粉砕機と称される固体電解質原料の粉砕を目的として用いられる機器を用いない方法でも製造できる。本実施形態の製造方法では、固体電解質原料と錯化剤とを単に混合するだけで、原料含有物に含まれる固体電解質原料と錯化剤とが混合され、錯体、すなわち電解質前駆体が形成し得る。なお、錯体を得るための混合時間を短縮したり、微粉化したりするために、原料と錯化剤との混合物を粉砕機によって粉砕してもよいが、既述のように粉砕機は用いないことが好ましい。
 他方、電解質前駆体は粉砕機により粉砕してもよい。
 固体電解質原料と錯化剤とを混合する装置としては、例えば槽内に撹拌翼を備える機械撹拌式混合機が挙げられる。機械撹拌式混合機は、高速撹拌型混合機、双腕型混合機等が挙げられ、固体電解質原料と錯化剤との混合物中の固体電解質原料の均一性を高め、より高いイオン伝導度を得る観点から、高速撹拌型混合機が好ましく用いられる。また、高速撹拌型混合機としては、垂直軸回転型混合機、水平軸回転型混合機等が挙げられ、どちらのタイプの混合機を用いてもよい。
 機械撹拌式混合機において用いられる撹拌翼の形状としては、アンカー型、ブレード型、アーム型、リボン型、多段ブレード型、二連アーム型、ショベル型、二軸羽型、フラット羽根型、C型羽根型等が挙げられ、固体電解質原料の均一性を高め、より高いイオン伝導度を得る観点から、ショベル型、フラット羽根型、C型羽根型等が好ましい。また、機械撹拌式混合機においては攪拌対象を混合機外部に排出してから再び混合機内部に戻す循環ラインを設置することが好ましい。これにより、ハロゲン化リチウム等の比重が重い原料が沈降、また滞留することなく撹拌され、より均一な混合が可能となる。
 循環ラインの設置個所は特に限定されないが、混合機の底から排出して混合機の上部に戻すような箇所に設置されることが好ましい。こうすることで、沈降しやすい固体電解質原料を循環による対流に乗せて均一に撹拌しやすくなる。さらに、戻り口が撹拌対象の液面下に位置していることが好ましい。こうすることで、撹拌対象が液跳ねして混合機内部の壁面に付着することを抑制することができる。
 固体電解質原料と錯化剤とを混合する際の温度条件としては、特に制限はなく、例えば-30~100℃、好ましくは-10~50℃、より好ましくは室温(23℃)程度(例えば室温±5℃程度)である。また混合時間は、0.1~150時間程度、より均一に混合し、より高いイオン伝導度を得る観点から、好ましくは1~120時間、より好ましくは4~100時間、更に好ましくは8~80時間である。
 固体電解質原料と錯化剤とを混合することで、上記の固体電解質原料等と錯化剤とにより錯体が形成する。錯体は、より具体的には、固体電解質原料に含まれるリチウム原子、硫黄原子、リン原子及びハロゲン原子と錯化剤との作用により、これらの原子が錯化剤を介して及び/又は介さずに直接互いに結合したものと考えられる。すなわち、本実施形態の製造方法において、固体電解質原料と錯化剤とを混合して得られる錯体は、錯化剤、リチウム原子、硫黄原子、リン原子及びハロゲン原子により構成されるものともいえる。
 本実施形態において得られる錯体は、液体である錯化剤に対して完全に溶解するものではなく、通常、固体であるため、錯体及び必要に応じて添加される溶媒中に錯体が懸濁した懸濁液が得られる。したがって、本実施形態の固体電解質の製造方法は、いわゆる液相法における不均一系に相当する。
(溶媒)
 本実施形態において、固体電解質原料及び錯化剤を混合する際、さらに溶媒を加えてもよい。
 液体である錯化剤中において固体である錯体が形成される際、錯体が錯化剤に溶解しやすいものであると、成分の分離が生じる場合がある。そこで、錯体が溶解しない溶媒を使用することで、電解質前駆体中の成分の溶出を抑えることができる。また、溶媒を用いて固体電解質原料及び錯化剤を混合することで、錯体形成が促進され、各主成分をより満遍なく存在させることができ、固体電解質原料の分散状態、とりわけハロゲン原子の分散状態が均一に保たれた電解質前駆体が得られるので、結果として高いイオン伝導度が得られるという効果が発揮されやすくなる。
 本実施形態の固体電解質の製造方法は、いわゆる不均一法であり、錯体は、液体である錯化剤に対して完全に溶解せず析出することが好ましい。溶媒を加えることによって錯体の溶解性を調整することができる。特にハロゲン原子は錯体から溶出しやすいため、溶媒を加えることによってハロゲン原子の溶出を抑えて所望の錯体が得られる。その結果、固体電解質原料、とりわけハロゲン原子を含む固体電解質原料等の成分が均一に分散した電解質前駆体を経て、高いイオン伝導度を有する硫化物固体電解質が得られやすくなる。
 このような性状を有する溶媒としては、溶解度パラメータが10以下の溶媒が好ましく挙げられる。本明細書において、溶解度パラメータは、各種文献、例えば「化学便覧」(平成16年発行、改定5版、丸善株式会社)等に記載されており、以下の数式(1)により算出される値δ((cal/cm1/2)であり、ヒルデブランドパラメータ、SP値とも称される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001

(数式(1)中、ΔHはモル発熱であり、Rは気体定数であり、Tは温度であり、Vはモル体積である。)
 溶解度パラメータが10以下の溶媒を用いることにより、上記の錯化剤に比べて相対的に固体電解質原料、中でもハロゲン原子、ハロゲン化リチウム等のハロゲン原子を含む原料、更には錯体を構成するハロゲン原子を含む成分(例えば、ハロゲン化リチウムと錯化剤とが結合した集合体)等が溶解しにくい状態とすることができる。そのため、錯体中において特にハロゲン原子を定着させやすくなり、得られる電解質前駆体、更には固体電解質中に良好な分散状態でハロゲン原子が存在することとなり、高いイオン伝導度を有する固体電解質が得られやすくなる。すなわち、本実施形態で用いられる溶媒は、錯体が溶解しない性質を有することが好ましい。これと同様の観点から、溶媒の溶解度パラメータは、好ましくは9.5以下、より好ましくは9.0以下、更に好ましくは8.5以下である。
 本実施形態で用いられる溶媒としては、より具体的には、固体電解質の製造において従来用いられてきた溶媒を広く採用することが可能であり、例えば、脂肪族炭化水素溶媒、脂環族炭化水素溶媒、芳香族炭化水素溶媒等の炭化水素溶媒;アルコール系溶媒、エステル系溶媒、アルデヒド系溶媒、ケトン系溶媒、片側の炭素数が4以上のエーテル系溶媒、炭素原子とヘテロ原子を含む溶媒等の炭素原子含む溶媒;等が挙げられ、これらの中から、好ましくは溶解度パラメータが上記範囲であるものから、適宜選択して用いればよい。
 より具体的には、ヘキサン(7.3)、ペンタン(7.0)、2-エチルヘキサン、ヘプタン(7.4)、オクタン(7.5)、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン等の脂肪族炭化水素溶媒;シクロヘキサン(8.2)、メチルシクロヘキサン等の脂環族炭化水素溶媒;ベンゼン、トルエン(8.8)、キシレン(8.8)、メシチレン、エチルベンゼン(8.8)、tert-ブチルベンゼン、トリフルオロメチルベンゼン、ニトロベンゼン、クロロベンゼン(9.5)、クロロトルエン(8.8)、ブロモベンゼン等の芳香族炭化水素溶媒;エタノール(12.7)、ブタノール(11.4)等のアルコール系溶媒;ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド(10.3)、ジメチルホルムアミド(12.1)等のアルデヒド系溶媒、アセトン(9.9)、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒;ジブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル(8.4)、tert-ブチルメチルエーテル、アニソール等のエーテル系溶媒;アセトニトリル(11.9)、ジメチルスルホキシド、二硫化炭素等の炭素原子とヘテロ原子を含む溶媒等が挙げられる。なお、上記例示における括弧内の数値はSP値である。
 また、上記例示はあくまで一例であり、例えば異性体を有するものは全ての異性体も含み得る。また、ハロゲン原子で置換されたもの、脂環族炭化水素溶媒、芳香族炭化水素溶媒であれば、例えばアルキル基等の脂肪族基等で置換されたもの等も含み得る。
 これらの溶媒の中でも、脂肪族炭化水素溶媒、脂環族炭化水素溶媒、芳香族炭化水素溶媒、エーテル系溶媒が好ましく、より安定して高いイオン伝導度を得る観点から、ヘプタン、シクロヘキサン、トルエン、エチルベンゼン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジメトキシエタン、シクロペンチルメチルエーテル、tert-ブチルメチルエーテル、アニソールがより好ましく、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテルが更に好ましく、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテルがより更に好ましく、特にシクロヘキサンが好ましい。本実施形態で用いられる溶媒は、好ましくは上記例示した有機溶媒であり、上記の錯化剤と異なる有機溶媒である。本実施形態においては、これらの溶媒を単独で、又は複数種を組み合わせて用いてもよい。
〔乾燥〕
 本実施形態の製造方法は、上記の電解質前駆体含有物を得ることの後、電解質前駆体含有物を乾燥することを含んでもよい。
 錯化剤を除去することにおいて、電解質前駆体含有物を乾燥して得られる電解質前駆体を、高沸点溶媒中で加熱することにより、より直接的に電解質前駆体を加熱することができるため、錯化剤をより効率的に分離し、除去することが可能となる。
 乾燥の方法としては、ガラスフィルター等を用いたろ過、デカンテーションによる固液分離、また遠心分離機等を用いた固液分離が挙げられる。固液分離は、具体的には、前記懸濁液を容器に移し、固体が沈殿した後に、上澄みとなる錯化剤及び必要に応じて添加される溶媒を除去するデカンテーション、また例えばポアサイズが10~200μm程度、好ましくは20~150μmのガラスフィルターを用いたろ過が容易である。
 また、乾燥機等を用いて、加熱により乾燥することもできる。電解質前駆体含有物の乾燥は、加圧下、常圧下及び減圧下のいずれの圧力条件によって行ってもよく、常圧下又は減圧下で行うことが好ましい。特により低温で乾燥することを考慮すると、真空ポンプ等を用いて減圧下、さらには真空下で乾燥することが好ましい。
 乾燥のための温度条件としては、溶媒の沸点以上の温度で行えばよい。使用する錯化剤、溶媒の種類に応じてかわり得るため、具体的な温度条件については一概には言えないが、好ましくは5℃以上、より好ましくは10℃以上、更に好ましくは15℃以上であり、上限として好ましくは110℃以下、より好ましくは85℃以下、更に好ましくは70℃以下である。
 また、圧力条件としては、既述のように常圧下又は減圧下とすることが好ましく、減圧下とする場合は、具体的には、好ましくは85kPa以下、より好ましくは80kPa以下、更に好ましくは70kPa以下であり、下限としては真空(0Kpa)でもよく、圧力の調整の容易さを考慮すると、好ましくは1kPa以上、より好ましくは2kPa以上、更に好ましくは3kPa以上である。
 本実施形態の製造方法においては、乾燥を行う場合、上記固液分離を行った後、加熱しながら乾燥を行ってもよい。
 また、本実施形態の製造方法において、乾燥することは行ってもよいし、行わなくてもよい。すなわち、本実施形態の製造方法において、高沸点溶媒中で加熱することの加熱対象は、電解質前駆体含有物であってもよいし、乾燥することにより得られる電解質前駆体であってもよい。そして、既述のように、より直接的に電解質前駆体を加熱することができることから、加熱対象としては電解質前駆体が好ましい。
〔溶媒中で加熱すること〕
 本実施形態の製造方法は、
 前記電解質前駆体含有物を得ることに次いで前記錯化剤の沸点よりも高い沸点を有する溶媒中で加熱すること、
を含む。
 電解質前駆体含有物を得ることにおいて得られる電解質前駆体含有物、さらには上記乾燥を行った場合は電解質前駆体を、高沸点溶媒中で加熱することで、電解質前駆体から錯化剤を除去する、すなわち固体電解質原料等と錯化剤とにより形成した錯体から錯化剤を除去することにより、硫化物固体電解質が得られる。この事象は、錯体(電解質前駆体)を分解することとなるため、「錯分解」とも、また錯体(電解質前駆体)から錯化剤を脱離させることから「脱錯」とも称し得る事象である。
(錯化剤の沸点よりも高い沸点を有する溶媒)
 本実施形態の製造方法において用いられる、錯化剤の沸点よりも高い沸点を有する溶媒(高沸点溶媒)としては、電解質前駆体に含まれる錯化剤の沸点よりも高い沸点を有する溶媒であれば特に制限はない。ただし、既述のように、ヘテロ原子を有する溶媒は、固体電解質原料と錯体を形成しやすいという性質を有することを考慮すると、高沸点溶媒はヘテロ原子を含まない炭化水素溶媒であることが好ましい。
 炭化水素溶媒としては、上記の電解質前駆体含有物を得ることにおいて用いられ得る溶媒として例示した有機溶媒から錯化剤の沸点より高い沸点を有する溶媒を選択して用いればよく、好ましくは脂肪族炭化水素溶媒、脂環族炭化水素溶媒、芳香族炭化水素溶媒、より好ましくは脂肪族炭化水素溶媒、脂環族炭化水素溶媒である。
 高沸点溶媒の炭素数としては、錯化剤の沸点よりも高い沸点を有しやすいことを考慮すると、好ましくは8以上、より好ましくは9以上であり、上限として好ましくは24以下、より好ましくは20以下、更に好ましくは16以下の脂肪族炭化水素溶媒が挙げられる。
 高沸点溶媒として好ましく用いられる脂肪族炭化水素溶媒としては、例えばオクタン、2-エチルヘキサン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン等の脂肪族炭化水素溶媒が挙げられる。なお、これらの例示はあくまで一例であり、2-エチルヘキサンはオクタンの異性体となるが、このように異性体を有するものについては全ての異性体も含み得る。また、パーフルオロオクタン等のハロゲン原子で置換されたもの等も含み得る。
 また、高沸点溶媒として好ましく用いられる脂環族炭化水素溶媒としては、例えば、トリメチルシクロペンタン(C8、105℃)、メチルエチルシクロペンタン(C8、149℃)、プロピルシクロペンタン(C8、不明)、ブチルシクロペンタン(C9、157℃)等のシクロペンタン系炭化水素溶媒;ジメチルシクロヘキサン(C8、118~120℃)、エチルシクロヘキサン(C8、130~132℃)、プロピルシクロヘキサン(C9、155℃)、イソプロピルシクロヘキサン(C9、155℃)、ブチルシクロヘキサン(C10、178-180℃)、等のシクロヘキサン系炭化水素溶媒;メチルシクロヘプタン(C8、145℃)、エチルシクロヘプタン(C9、145℃)等のシクロヘプタン系炭化水素溶媒;シクロオクタン(C8、151℃)、ジメチルシクロオクタン(C10、158~159℃)等のシクロオクタン系炭化水素溶媒;シクロノナン、シクロデカン等が代表的に好ましく挙げられる。なお、これらの例示はあくまで一例であり、例えばプロピルシクロヘキサンに対するイソプロピルシクロヘキサン等の異性体を有するものは全ての異性体も含み得る。また、ハロゲン原子で置換されたもの、脂環族炭化水素溶媒であれば、例えばアルキル基等の脂肪族基等で置換されたもの等も含み得る。
 高沸点溶媒は、上記例示した中から、一種単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いることもできる。
(加熱)
 本実施形態の製造方法では、電解質前駆体含有物、また上記乾燥を行った場合は電解質前駆体(以下、これらをまとめて「電解質前駆体含有物等」とも称する。)を高沸点溶媒中で加熱する。これにより、電解質前駆体から錯化剤を除去することができる。
 高沸点溶媒の加熱条件としては、錯化剤が流動しやすくなり、電解質前駆体から分離し、除去される程度に加熱すれば特に制限はない。
 高沸点溶媒の加熱温度としては、圧力条件によってもかわり得るため一概にはいえないので、錯化剤の沸点を基準とすると、錯化剤の沸点に対して、好ましくは-50℃以上であり、より効率的に錯化剤を除去する観点から、好ましくは0℃(すなわち錯化剤の沸点)以上、より好ましくは0℃(すなわち錯化剤の沸点)超である。またより安定して錯化剤を除去する観点から、錯化剤の沸点に対して、好ましくは1℃以上、より好ましくは3℃以上、更に好ましくは5℃以上、より更に好ましくは10℃以上である。
 上記の高沸点溶媒の加熱条件において、錯化剤の沸点超とすることは、より効率的な錯化剤の除去の観点から有効である。錯化剤の沸点超に加熱することで、既述のように、高沸点溶媒を錯化剤の沸点超に加熱することで、錯化剤は揮発することになるため、電解質前駆体から分離しやすくなるからである。
 また、高沸点溶媒の加熱条件としては、高沸点溶媒を沸騰させることが好ましい。すなわち、高沸点溶媒は、高沸点溶媒の沸点以上とすることが好ましい。高沸点溶媒を沸騰させることで、既述のように、錯化剤が電解質前駆体から分離されやすくなるだけでなく、高沸点溶媒が沸騰して生成する高沸点溶媒の気体とともに系外に排出されるため、速やかな分離が促進する。
 高沸点溶媒の加熱条件について、既述のように圧力条件によってもかわり得るため一概にはいえないが、好ましくは60℃以上、より好ましくは65℃以上、更に好ましくは70℃以上、より更に好ましくは75℃以上であり、上限として好ましくは130℃以下、より好ましくは120℃以下、更に好ましくは115℃以下である。上記温度範囲で加熱すると、効率的に錯化剤の除去を行うことができる。
 高沸点溶媒の加熱条件について、圧力条件としては、好ましくは100kPa以下、より好ましくは85kPa以下、更に好ましくは70kPa以下であり、下限としては真空(0Kpa)でもよく、圧力の調整の容易さを考慮すると、好ましくは1kPa以上、より好ましくは2kPa以上、更に好ましくは3kPa以上である。圧力条件が上記範囲内であると、加熱条件をマイルドにすることができ、装置の大型化を抑制することができる。
(加熱する方法)
 電解質前駆体含有物等を高沸点溶媒中で加熱する方法としては、高沸点溶媒中で加熱できていれば特に制限はなく、例えば電解質前駆体含有物等を、加熱した高沸点溶媒中に供給してもよいし、高沸点溶媒中に電解質前駆体含有物等を供給した後、加熱してもよい。
 また、例えば加熱用の高沸点溶媒とは別に高沸点溶媒を用意して、電解質前駆体含有物等を、別に用意した高沸点溶媒と混合した混合物として、この混合物を、電解質前駆体含有物等の加熱に用いる高沸点溶媒に加えてもよい。
 この場合、電解質前駆体含有物等の加熱に用いる高沸点溶媒を加熱したものに、混合物を加えてもよいし、沸騰したものに混合物を加えてもよい。また、混合物を、電解質前駆体含有物等の加熱に用いる高沸点溶媒に加えた後に加熱してもよいし、加熱して沸騰させてもよい。いずれの場合も、より効率的に錯化剤を除去する観点から、加熱に用いる高沸点溶媒は、沸騰させることが好ましい。
 電解質前駆体含有物等と、別に用意した高沸点溶媒との混合物における、電解質前駆体の含有量は、混合物全量基準で、好ましくは1質量%以上、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは10質量%以上、より更に好ましくは20質量%以上であり、上限として好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下である。含有量が上記範囲内であると、混合物の扱いが容易となり、加熱に用いる高沸点溶媒に加えやすくなる。
 加熱用の高沸点溶媒とは別に用意する高沸点溶媒(電解質前駆体を含む混合物の形成に用いられる高沸点溶媒)としては、上記の加熱用の高沸点溶媒として例示した溶媒から適宜選択して使用すればよく、加熱用の高沸点溶媒と同じ種類の溶媒を用いてもよいし、異なる種類の溶媒を用いてもよい。より効率的に、不純物が少なく品質が高く、イオン伝導度が高い硫化物固体電解質を得る観点から、同じ種類の溶媒を用いることが好ましい。同じ種類の溶媒を用いると、溶媒の分離精製処理による再循環使用も容易となる。
 本実施形態の製造方法において、電解質前駆体含有物に含まれる電解質前駆体の供給量1gに対する、加熱用の高沸点溶媒の使用量は、好ましくは20mL以上、より好ましくは100mL以上、更に好ましくは150mL以上であり、上限として好ましくは2000mL以下、より好ましくは1500mL以下、更に好ましくは1000mL以下である。加熱用の高沸点溶媒の使用量が上記範囲内であると、より効率的に、不純物が少なく品質が高く、イオン伝導度が高い硫化物固体電解質が得られ、また溶媒の廃棄処理も容易となる。
 加熱用の高沸点溶媒は、それ自体も加熱されるため、その一部が揮発して減少する場合がある。他方、加熱用の高沸点溶媒の使用量は電解質前駆体の供給量に対して一定以上の量とすることが好ましいともいえる。本実施形態の製造方法において、加熱に際して高沸点溶媒が減少する場合、高沸点溶媒を追加することが好ましい。高沸点溶媒を追加することで、減少した高沸点溶媒を補充することができ、またより効率的に、不純物が少なく品質が高く、イオン伝導度が高い硫化物固体電解質が得られる。
 高沸点溶媒を追加する方法には特に制限はなく、既述のように、例えば高沸点溶媒を単独で追加してもよいし、また追加する高沸点溶媒と、電解質前駆体含有物とを混合した混合物として追加してもよい。
(錯化剤の含有量)
 上記溶媒中で加熱をすることにより、電解質前駆体から錯化剤を除去することができ、電解質前駆体は非晶性硫化物固体電解質となるが、電解質前駆体から全ての錯化剤が除去されず、結果として非晶性硫化物固体電解質に錯化剤が残存する場合がある。この場合、硫化物固体電解質に含まれる錯化剤の含有量は、0質量%、すなわち錯化剤は全く含まれないことが好ましいが、効率的にイオン伝導度が高い硫化物固体電解質を得る観点から、通常20質量%以下、さらには17.5質量%以下、15質量%以下、10質量%以下であり、下限としては0.1質量%以上程度である。
 また、錯化剤と同様に、高沸点溶媒も残存し得る。この場合の高沸点溶媒の含有量も、上記錯化剤の含有量の数値範囲と同じである。
(恒率乾燥期間及び減率乾燥期間)
 本実施形態の製造方法の溶媒中で加熱をすることにおいて、電解質前駆体の温度及び錯化剤の除去の状況から2つの期間に分類できる。
 一つめは、電解質前駆体の粉末の全表面が錯化剤に覆われており、電解質前駆体の表面及び中心温度が同一に保たれており、電解質前駆体に含まれる錯化剤の量が時間とともに直線的に減少する、恒率乾燥期間である。恒率乾燥期間で、電解質前駆体に含まれる錯化剤は限界含有率に達することとなり、錯化剤の含有量は通常25質量%程度まで減少する。
 二つ目は、恒率乾燥期間の後、電解質前駆体の表面温度が高沸点溶媒の温度まで上昇し、粉末の中心温度も徐々に上昇し、最終的に高沸点溶媒の温度に近づく、減率乾燥期間である。減率乾燥期間では、電解質前駆体に含まれる錯化剤は、平衡含有率に達することとなり、これ以上、この温度では錯化剤の含有量は減少しない。減率乾燥期間を経た電解質前駆体に含まれる錯化剤の含有量は、上記の硫化物固体電解質に含まれる錯化剤の含有量として説明した数値範囲まで減少する。
 本実施形態の製造方法において、溶媒中で加熱することにあたっては高沸点溶媒中で加熱して行うことが好ましいが、溶媒中で加熱することの一部を高沸点溶媒中で加熱して行ってもよい。溶媒中で加熱することの一部を高沸点溶媒中で加熱して行う場合、少なくとも恒率乾燥期間において、高沸点溶媒中で加熱を行うことが好ましい。
 恒率乾燥期間の時間について、電解質前駆体に含まれる錯化剤の種類及び含有量によりかわり得るため一概にはいえないが、溶媒中で加熱することを開始してから、通常10分以上、好ましくは45分以上であり、上限としては通常1時間30分以下、より好ましくは1時間15分である。
 また、減率乾燥期間の時間は、通常10分以上、好ましくは45分以上であり、上限としては通常6時間以下、好ましくは5時間以下、より好ましくは4時間以下である。
〔加熱すること〕
 本実施形態の製造方法は、上記の溶媒中で加熱することの後、さらに溶媒中で加熱することにおける加熱温度よりも高い温度で加熱することを含むことができる。上記の溶媒中で加熱することにより、電解質前駆体から非晶性の硫化物固体電解質が得られる。結晶性硫化物固体電解質を得ようとする場合は、さらに溶媒中で加熱することにおける加熱温度よりも高い温度で加熱(以下、「後加熱」とも称する。)することにより非晶性硫化物固体電解質を結晶性硫化物固体電解質とすることができる。
 また、上記の溶媒中で加熱することにより得られる非晶性硫化物固体電解質には、錯化剤及び高沸点溶媒が残存し得る。さらに後加熱することにより、非晶性硫化物固体電解質に残存する錯化剤及び高沸点溶媒の含有量が低下するため、硫化物系固体電解質の品質が向上し、高いイオン伝導度が得られやすくなる。その他、上記溶媒中で加熱することで、非晶性硫化物固体電解質とならず、電解質前駆体のまま残存する場合もある。この場合、後加熱することにより、電解質前駆体から、錯化剤を除去することができ、非晶性硫化物固体電解質を経て結晶性硫化物固体電解質が得られる。
 加熱温度は、溶媒中で加熱することにおける加熱温度よりも高い温度とすれば特に制限はなく、例えば、電解質前駆体から錯化剤を除去して得られた非晶性硫化物固体電解質を加熱して得られる結晶性固体電解質の構造に応じて加熱温度を決定すればよく、具体的には、当該非晶性固体電解質を、示差熱分析装置(DTA装置)を用いて、10℃/分の昇温条件で示差熱分析(DTA)を行い、最も低温側で観測される発熱ピークのピークトップの温度を起点に、好ましくは5℃以上、より好ましくは10℃以上、更に好ましくは20℃以上の範囲とすればよく、上限としては特に制限はないが、40℃以下程度とすればよい。このような温度範囲とすることで、より効率的かつ確実に結晶性固体電解質が得られるだけでなく、硫化物固体電解質に残存する錯化剤及び高沸点溶媒の含有量を低減することができ、かつ電解質前駆体の含有量を低減することで、硫化物固体電解質の純度を向上させることもできる。
 加熱温度としては、得られる結晶性固体電解質の構造に応じてかわるため一概に規定することはできないが、通常、130℃以上が好ましく、140℃以上がより好ましく、150℃以上が更に好ましく、上限としては特に制限はないが、好ましくは300℃以下、より好ましくは280℃以下、更に好ましくは250℃以下である。
 加熱時間は、所望の結晶性固体電解質が得られる時間であれば特に制限されるものではないが、例えば、1分間以上が好ましく、10分以上がより好ましく、30分以上が更に好ましく、1時間以上がより更に好ましい。また、加熱時間の上限は特に制限されるものではないが、24時間以下が好ましく、10時間以下がより好ましく、5時間以下が更に好ましく、3時間以下がより更に好ましい。
 加熱することは、常圧で行うこともできるが、加熱温度を低減するため、減圧雰囲気下、さらには真空雰囲気下で行うこともできる。
 圧力条件としては、減圧雰囲気下で加熱する場合は、好ましくは85kPa以下、より好ましくは80kPa以下、更に好ましくは70kPa以下であり、下限としては真空(0Kpa)でもよく、圧力の調整の容易さを考慮すると、好ましくは1kPa以上、より好ましくは2kPa以上、更に好ましくは3kPa以上である。圧力条件が上記範囲内であると、加熱条件をマイルドにすることができ、装置の大型化を抑制することができる。
 また、加熱は、不活性ガス雰囲気(例えば、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気)、で行なうことが好ましい。結晶性固体電解質の劣化(例えば、酸化)を防止できるからである。
 加熱の方法は、特に制限されるものではないが、例えば、ホットプレート、真空加熱装置、アルゴンガス雰囲気炉、焼成炉を用いる方法等を挙げることができる。また、工業的には、加熱手段と送り機構を有する横型乾燥機、横型振動流動乾燥機等を用いることもでき、加熱する処理量に応じて選択すればよい。
 後加熱は、高沸点溶媒中で実施することも可能である。上記溶媒中で加熱することにおける加熱温度に比べて、後加熱(結晶化)における加熱温度は高い。そのため、溶媒中で加熱することによる錯化剤を除去した後、圧力を不活性ガス等で復圧することで所定の温度で沸騰状態での加熱が可能となる。これにより、溶媒中で加熱することと、後加熱による結晶化と、を同一装置で連続的に実施することができるため、非常に効率的な加熱の方法となる。
(非晶性硫化物固体電解質)
 本実施形態の製造方法により得られる硫化物固体電解質は、既述のように所望に応じて非晶性硫化物固体電解質、結晶性硫化物固体電解質のいずれかとなる。
 本実施形態の製造方法により得られる非晶性硫化物固体電解質としては、リチウム原子、硫黄原子、リン原子及びハロゲン原子を含んでおり、代表的なものとしては、例えば、LiS-P-LiI、LiS-P-LiCl、LiS-P-LiBr、LiS-P-LiI-LiBr等の、硫化リチウムと硫化リンとハロゲン化リチウムとから構成される固体電解質;更に酸素原子、珪素原子等の他の原子を含む、例えば、LiS-P-LiO-LiI、LiS-SiS-P-LiI等の固体電解質が好ましく挙げられる。より高いイオン伝導度を得る観点から、LiS-P-LiI、LiS-P-LiCl、LiS-P-LiBr、LiS-P-LiI-LiBr等の、硫化リチウムと硫化リンとハロゲン化リチウムとから構成される固体電解質が好ましい。
 非晶性硫化物固体電解質を構成する原子の種類は、例えば、ICP発光分光分析装置により確認することができる。
 本実施形態の製造方法により得られる非晶性硫化物固体電解質が、少なくともLiS-Pを有するものである場合、LiSとPとのモル比は、より高いイオン伝導度を得る観点から、65~85:15~35が好ましく、70~80:20~30がより好ましく、72~78:22~28が更に好ましい。
 本実施形態の製造方法により得られる非晶性硫化物固体電解質が、例えば、LiS-P-LiI-LiBrである場合、硫化リチウム及び五硫化二リンの含有量の合計は、60~95モル%が好ましく、65~90モル%がより好ましく、70~85モル%が更に好ましい。また、臭化リチウムとヨウ化リチウムとの合計に対する臭化リチウムの割合は、1~99モル%が好ましく、20~90モル%がより好ましく、40~80モル%が更に好ましく、50~70モル%が特に好ましい。
 本実施形態の製造方法により得られる非晶性硫化物固体電解質において、リチウム原子、硫黄原子、リン原子及びハロゲン原子の配合比(モル比)は、1.0~1.8:1.0~2.0:0.1~0.8:0.01~0.6が好ましく、1.1~1.7:1.2~1.8:0.2~0.6:0.05~0.5がより好ましく、1.2~1.6:1.3~1.7:0.25~0.5:0.08~0.4が更に好ましい。また、ハロゲン原子として、臭素及びヨウ素を併用する場合、リチウム原子、硫黄原子、リン原子、臭素、及びヨウ素の配合比(モル比)は、1.0~1.8:1.0~2.0:0.1~0.8:0.01~0.3:0.01~0.3が好ましく、1.1~1.7:1.2~1.8:0.2~0.6:0.02~0.25:0.02~0.25がより好ましく、1.2~1.6:1.3~1.7:0.25~0.5:0.03~0.2:0.03~0.2がより好ましく、1.35~1.45:1.4~1.7:0.3~0.45:0.04~0.18:0.04~0.18が更に好ましい。リチウム原子、硫黄原子、リン原子及びハロゲン原子の配合比(モル比)を上記範囲内とすることにより、後述するチオリシコンリージョンII型結晶構造を有する、より高いイオン伝導度の固体電解質が得られやすくなる。
 非晶性硫化物固体電解質の形状としては、特に制限はないが、例えば、粒子状を挙げることができる。
 粒子状の非晶性硫化物固体電解質の平均粒径(D50)としては、例えば、0.01μm以上、さらには0.03μm以上、0.05μm以上、0.1μm以上であり、上限としては5μm以下、さらには3.0μm以下、1.5μm以下、1.0μm以下、0.5μm以下である。このように、本実施形態の製造方法により得られる硫化物固体電解質は、従来錯化剤の除去、結晶化のための加熱の際に用いられていたジャケット型のヒータ(振動乾燥機等)を使用していないことから、一次粒子の凝集による二次粒子の生成が抑制されるため、平均粒子径は上記範囲の小さいものとなる。
 よって、本実施形態の製造方法においては、粉砕(微粒化)処理を行わなくてもよい。
(結晶性硫化物固体電解質)
 本実施形態の製造方法により得られる結晶性硫化物固体電解質は、非晶質硫化物固体電解質を結晶化温度以上に加熱して得られる、いわゆるガラスセラミックスであってもよく、その結晶構造としては、LiPS結晶構造、Li結晶構造、LiPS結晶構造、Li11結晶構造、2θ=20.2°近傍及び23.6°近傍にピークを有する結晶構造(例えば、特開2013-16423号公報)等が挙げられる。
 Li4-xGe1-x系チオリシコンリージョンII(thio-LISICON Region II)型結晶構造(Kannoら、Journal of The Electrochemical Society,148(7)A742-746(2001)参照)、Li4-xGe1-x系チオリシコンリージョンII(thio-LISICON Region II)型と類似の結晶構造(Solid State Ionics,177(2006),2721-2725参照)等も挙げられる。本実施形態の製造方法により得られる結晶性硫化物固体電解質の結晶構造は、より高いイオン伝導度が得られる点で、上記の中でもチオリシコンリージョンII型結晶構造であることが好ましい。ここで、「チオリシコンリージョンII型結晶構造」は、Li4-xGe1-x系チオリシコンリージョンII(thio-LISICON Region II)型結晶構造、Li4-xGe1-x系チオリシコンリージョンII(thio-LISICON Region II)型と類似の結晶構造のいずれかであることを示す。
 本実施形態の製造方法で得られる結晶性硫化物固体電解質は、上記チオリシコンリージョンII型結晶構造を含むものであってもよいし、主結晶として含むものであってもよいが、より高いイオン伝導度を得る観点から、主結晶として含むものであることが好ましい。本明細書において、「主結晶として含む」とは、結晶構造のうち対象となる結晶構造の割合が80%以上であることを意味し、90%以上であることが好ましく、95%以上であることがより好ましい。また、本実施形態の製造方法により得られる結晶性硫化物固体電解質は、より高いイオン伝導度を得る観点から、結晶性LiPS(β-LiPS)を含まないものであることが好ましい。
 CuKα線を用いたX線回折測定において、LiPS結晶構造の回折ピークは、例えば2θ=17.5°、18.3°、26.1°、27.3°、30.0°付近に現れ、Li結晶構造の回折ピークは、例えば2θ=16.9°、27.1°、32.5°付近に現れ、LiPS結晶構造の回折ピークは、例えば2θ=15.3°、25.2°、29.6°、31.0°付近に現れ、Li11結晶構造の回折ピークは、例えば2θ=17.8°、18.5°、19.7°、21.8°、23.7°、25.9°、29.6°、30.0°付近に現れ、Li4-xGe1-x系チオリシコンリージョンII(thio-LISICON Region II)型結晶構造の回折ピークは、例えば2θ=20.1°、23.9°、29.5°付近に現れ、Li4-xGe1-x系チオリシコンリージョンII(thio-LISICON Region II)型と類似の結晶構造の回折ピークは、例えば2θ=20.2、23.6°付近に現れる。なお、これらのピーク位置については、±0.5°の範囲内で前後していてもよい。
 上記のLiPSの構造骨格を有し、Pの一部をSiで置換してなるアルジロダイト型結晶構造を有する結晶性硫化物固体電解質も好ましく挙げられる。
 アルジロダイト型結晶構造の組成式としては、例えば組成式Li7-x1-ySi及びLi7+x1-ySi(xは-0.6~0.6、yは0.1~0.6)で示される結晶構造が挙げられる。この組成式で示されるアルジロダイト型結晶構造は、立方晶又は斜方晶、好ましくは立方晶で、CuKα線を用いたX線回折測定において、主に2θ=15.5°、18.0°、25.0°、30.0°、31.4°、45.3°、47.0°、及び52.0°の位置に現れるピークを有する。
 アルジロダイト型結晶構造の組成式としては、組成式Li7-x-2yPS6-x-yCl(0.8≦x≦1.7、0<y≦-0.25x+0.5)も挙げられる。この組成式で示されるアルジロダイト型結晶構造は、好ましくは立方晶で、CuKα線を用いたX線回折測定において、主に2θ=15.5°、18.0°、25.0°、30.0°、31.4°、45.3°、47.0°、及び52.0°の位置に現れるピークを有する。
 また、アルジロダイト型結晶構造の組成式としては、組成式Li7-xPS6-xHa(HaはClもしくはBr、xが好ましくは0.2~1.8)も挙げられる。この組成式で示されるアルジロダイト型結晶構造は、好ましくは立方晶で、CuKα線を用いたX線回折測定において、主に2θ=15.5°、18.0°、25.0°、30.0°、31.4°、45.3°、47.0°、及び52.0°の位置に現れるピークを有する。
 なお、これらのピーク位置については、±0.5°の範囲内で前後していてもよい。
 上記除去することの後、さらに加熱することにより結晶性硫化物固体電解質に含まれる錯化剤の含有量は、上記非晶性硫化物固体電解質に含まれる錯化剤の含有量よりも減少する。
 結晶性硫化物固体電解質に含まれる錯化剤の含有量は、0質量%、すなわち錯化剤は全く含まれないことが好ましいが、効率的にイオン伝導度が高い硫化物固体電解質を得る観点から、通常10質量%以下、さらには8質量%以下、5質量%以下、3質量%以下、1質量%以下であり、下限としては0.01質量%以上程度である。
 また、錯化剤と同様に、高沸点溶媒も残存し得る。この場合の高沸点溶媒の含有量も、上記錯化剤の含有量の数値範囲と同じである。
 本明細書において、硫化物固体電解質に含まれる錯化剤、高沸点溶媒の含有量は、実施例等で得られた粉末を、水及びペンタノールの混合液に溶解させたものを、ガスクロマトグラフィー装置(GC)を用いて測定し、錯化剤及び高沸点溶媒を絶対検量線で定量した(GC検量線法)。
 結晶性硫化物固体電解質の形状としては、特に制限はないが、例えば、粒子状を挙げることができる。
 粒子状の結晶性固体電解質の平均粒径(D50)としては、例えば、0.01μm以上、さらには0.03μm以上、0.05μm以上、0.1μm以上であり、上限としては5μm以下、さらには3.0μm以下、1.5μm以下、1.0μm以下、0.5μm以下である。このように、本実施形態の製造方法により得られる硫化物固体電解質は、従来錯化剤の除去の際に用いられていたジャケット型のヒータ(振動乾燥機等)を使用していないことから、一次粒子の凝集による二次粒子の生成が抑制されるため、平均粒子径は上記範囲の小さいものとなる。
 よって、本実施形態の製造方法においては、粉砕(微粒化)処理を行わなくてもよい。
 また、本実施形態の製造方法により得られる硫化物固体電解質の比表面積は、通常10m/g以上、さらには15m/g以上、20m/g以上、25m/g以上となる。上限としては特に制限はなく、例えば50m/g以下程度である。本明細書において、比表面積は、BET法(気体吸着法)により測定される値であり、気体として窒素を用いてもよいし(窒素法)、クリプトンを用いてもよく(クリプトン法)、比表面積の大きさに応じて適宜選択して測定される。
[硫化物固体電解質]
 本実施形態の硫化物固体電解質は、
 リチウム原子、リン原子、硫黄原子、ハロゲン原子、錯化剤及び前記錯化剤の沸点よりも高い沸点を有する溶媒を含み、
 レーザー回折散乱式粒度分布測定による粒径分布が、0.5μm以下のピーク位置と0.5μm超のピーク位置とにピークを有し、
 前記0.5μm以下のピーク位置のピークの容積割合が、前記0.5μm超のピーク位置のピークの容積割合よりも小さい、
というものである。
 本実施形態の硫化物固体電解質は、上記の本実施形態の硫化物固体電解質の製造方法により製造し得るものであり、より効率的に製造する観点から、上記の本実施形態の硫化物固体電解質の製造方法により製造することが好ましい。すなわち、本実施形態の硫化物固体電解質は、イオン伝導度が向上した硫化物固体電解質となる。
 本実施形態の硫化物固体電解質は、リチウム原子、リン原子、硫黄原子及びハロゲン原子を含むものである。これらの原子は、上記の本実施形態の製造方法で用いられる原料含有物に含まれる固体電解質原料に由来するものである。
 また、本実施形態の硫化物固体電解質は、錯化剤及び前記錯化剤の沸点よりも高い沸点を有する溶媒(高沸点溶媒)を含むものである。錯化剤及び高沸点溶媒は、製造過程で使用される錯化剤及び高沸点溶媒であり、本実施形態の製造方法により得られる硫化物固体電解質の特徴ともいえる。
 錯化剤及び前記錯化剤の沸点よりも高い沸点を有する溶媒については、上記本実施形態の製造方法において説明したものと同じである。また、本実施形態の硫化物固体電解質に含まれる錯化剤及び高沸点溶媒の含有量も上記の通りである。
(粒度分布のピーク)
 本実施形態の硫化物固体電解質は、
 レーザー回折散乱式粒度分布測定による粒径分布が、0.5μm以下のピーク位置と0.5μm超のピーク位置とにピークを有し、
 前記0.5μm以下のピーク位置のピークの容積割合が、前記0.5μm超のピーク位置のピークの容積割合よりも小さい、
という、粒径分布についての特徴を有する。本明細書において、レーザー回折散乱式粒度分布測定による粒径分布は、体積基準で測定される粒径分布である。
 既述のように、このような粒径分布の特徴、すなわち粒径分布について二つのピークを有し、粒径が小さいピークの容積割合が大きいという特徴は、従来の液相法(不均一法)により製造して得られる硫化物固体電解質では確認できない、高沸点溶媒において加熱して、錯化剤を除去して得られる硫化物固体電解質に特有の特徴といえる。
 本実施形態の硫化物固体電解質は、非晶性硫化物固体電解質、結晶性硫化物固体電解質のいずれであってもよい。本実施形態の硫化物固体電解質がなり得る非晶性硫化物固体電解質及び結晶性硫化物固体電解質としては、上記の本実施形態の製造方法により得られるものとして説明した、非晶性硫化物固体電解質及び結晶性硫化物固体電解質が好ましく挙げられる。
 結晶性硫化物固体電解質としては、チオリシコンリージョンII型結晶構造、又はアルジロダイト型結晶構造を有するものであると、高いイオン伝導度が得られる。
 本実施形態の硫化物固体電解質の平均粒径(D50)は、上記の本実施形態の製造方法により得られる硫化物固体電解質の性状として記載したとおりであり、例えば、0.01μm以上、さらには0.03μm以上、0.05μm以上、0.1μm以上であり、上限としては5μm以下、さらには3.0μm以下、1.5μm以下、1.0μm以下、0.5μm以下である。正極、負極及び電解質層に用いることを考慮すると、好ましくは0.03μm以上、より好ましくは0.05μm以上、更に好ましくは0.1μm以上であり、上限として好ましくは5.0μm以下、より好ましくは1.0μm以下、更に好ましくは0.5μm以下である。
 また、本実施形態の硫化物固体電解質の比表面積は、上記の本実施形態の製造方法により得られる硫化物固体電解質の性状として記載したとおりである。
(用途)
 本実施形態の硫化物固体電解質は、イオン伝導度が高く、優れた電池性能を有しているため、電池に好適に用いられる。
 本実施形態の硫化物固体電解質は、正極層に用いてもよく、負極層に用いてもよく、電解質層に用いてもよい。なお、各層は、公知の方法により製造することができる。
 また、上記電池は、正極層、電解質層及び負極層の他に集電体を使用することが好ましく、集電体は公知のものを用いることができる。例えば、Au、Pt、Al、Ti、又は、Cu等のように、上記の固体電解質と反応するものをAu等で被覆した層が使用できる。
〔電極合材〕
 本実施形態の硫化物固体電解質を用いた電極合材は、上記の本実施形態の硫化物固体電解質と、電極活物質と、を含む電極合材である。
(電極活物質)
 電極活物質としては、電極合材が正極、負極のいずれに用いられるかに応じて、各々正極活物質、負極活物質が採用される。
 正極活物質としては、負極活物質との関係で、イオン伝導度を発現させる原子として採用される原子、好ましくはリチウム原子に起因するリチウムイオンの移動を伴う電池化学反応を促進させ得るものであれば特に制限なく用いることができる。このようなリチウムイオンの挿入脱離が可能な正極活物質としては、酸化物系正極活物質、硫化物系正極活物質等が挙げられる。
 酸化物系正極活物質としてはLMO(マンガン酸リチウム)、LCO(コバルト酸リチウム)、NMC(ニッケルマンガンコバルト酸リチウム)、NCA(ニッケルコバルトアルミ酸リチウム)、LNCO(ニッケルコバルト酸リチウム)、オリビン型化合物(LiMeNPO、Me=Fe、Co、Ni、Mn)等のリチウム含有遷移金属複合酸化物が好ましく挙げられる。
 硫化物系正極活物質としては、硫化チタン(TiS)、硫化モリブデン(MoS)、硫化鉄(FeS、FeS)、硫化銅(CuS)、硫化ニッケル(Ni)等が挙げられる。
 また、上記正極活物質の他、セレン化ニオブ(NbSe)等も使用可能である。
 正極活物質は、一種単独で、又は複数種を組み合わせて用いることが可能である。
 負極活物質としては、イオン伝導度を発現させる原子として採用される原子、好ましくはリチウム原子と合金を形成し得る金属、その酸化物、当該金属とリチウム原子との合金等の、好ましくはリチウム原子に起因するリチウムイオンの移動を伴う電池化学反応を促進させ得るものであれば特に制限なく用いることができる。このようなリチウムイオンの挿入脱離が可能な負極活物質としては、電池分野において負極活物質として公知のものを制限なく採用することができる。
 このような負極活物質としては、例えば、金属リチウム、金属インジウム、金属アルミ、金属ケイ素、金属スズ等の金属リチウム又は金属リチウムと合金を形成し得る金属、これら金属の酸化物、またこれら金属と金属リチウムとの合金等が挙げられる。
 電極活物質は、その表面がコーティングされた、被覆層を有するものであってもよい。
 被覆層を形成する材料としては、硫化物固体電解質においてイオン伝導度を発現する原子、好ましくはリチウム原子の窒化物、酸化物、又はこれらの複合物等のイオン伝導体が挙げられる。具体的には、窒化リチウム(LiN)、LiGeOを主構造とする、例えばLi4-2xZnGeO等のリシコン型結晶構造を有する伝導体、LiPO型の骨格構造を有する例えばLi4-xGe1-x等のチオリシコン型結晶構造を有する伝導体、La2/3-xLi3xTiO等のペロブスカイト型結晶構造を有する伝導体、LiTi(PO等のNASICON型結晶構造を有する伝導体等が挙げられる。
 また、LiTi3-y(0<y<3)、LiTi12(LTO)等のチタン酸リチウム、LiNbO、LiTaO等の周期表の第5族に属する金属の金属酸リチウム、またLiO-B-P系、LiO-B-ZnO系、LiO-Al-SiO-P-TiO系等の酸化物系の伝導体等が挙げられる。
 被覆層を有する電極活物質は、例えば電極活物質の表面に、被覆層を形成する材料を構成する各種原子を含む溶液を付着させ、付着後の電極活物質を好ましくは200℃以上400℃以下で焼成することにより得られる。
 ここで、各種原子を含む溶液としては、例えばリチウムエトキシド、チタンイソプロポキシド、ニオブイソプロポキシド、タンタルイソプロポキシド等の各種金属のアルコキシドを含む溶液を用いればよい。この場合、溶媒としては、エタノール、ブタノール等のアルコール系溶媒、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素溶媒等を用いればよい。
 また、上記の付着は、浸漬、スプレーコーティング等により行えばよい。
 焼成温度としては、製造効率及び電池性能の向上の観点から、上記200℃以上400℃以下が好ましく、より好ましくは250℃以上390℃以下であり、焼成時間としては、通常1分~10時間程度であり、好ましくは10分~4時間である。
 被覆層の被覆率としては、電極活物質の表面積を基準として好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、更に好ましくは100%、すなわち全面が被覆されていることが好ましい。また、被覆層の厚さは、好ましくは1nm以上、より好ましくは2nm以上であり、上限として好ましくは30nm以下、より好ましくは25nm以下である。
 被覆層の厚さは、透過型電子顕微鏡(TEM)による断面観察により、被覆層の厚さを測定することができ、被覆率は、被覆層の厚さと、元素分析値、BET比表面積と、から算出することができる。
(その他の成分)
 本実施形態の硫化物固体電解質を用いた電極合材は、上記の硫化物固体電解質、電極活物質の他、例えば導電材、結着剤等のその他成分を含んでもよい。すなわち、本実施形態の電極合材の製造方法は、上記の硫化物固体電解質、電極活物質の他、例えば導電材、結着剤等のその他成分を用いてもよい。導電剤、結着剤等のその他成分は、上記の硫化物固体電解質と、電極活物質と、を混合することにおいて、これらの硫化物固体電解質及び電極活物質に、さらに加えて混合して用いればよい。
 導電材としては、電子伝導性の向上により電池性能を向上させる観点から、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、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、難黒鉛化性炭素等の炭素系材料が挙げられる。
 結着剤を用いることで、正極、負極を作製した場合の強度が向上する。
 結着剤としては、結着性、柔軟性等の機能を付与し得るものであれば特に制限はなく、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系ポリマー、ブチレンゴム、スチレン-ブタジエンゴム等の熱可塑性エラストマー、アクリル樹脂、アクリルポリオール樹脂、ポロビニルアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、シリコーン樹脂等の各種樹脂が例示される。
 電極合材における、電極活物質と硫化物固体電解質との配合比(質量比)としては、電池性能を向上させ、かつ製造効率を考慮すると、好ましくは99.5:0.5~40:60、より好ましくは99:1~50:50、更に好ましくは98:2~60:40である。
 導電材を含有する場合、電極合材中の導電材の含有量は特に制限はないが、電池性能を向上させ、かつ製造効率を考慮すると、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは1質量%以上、更に好ましくは1.5質量%以上であり、上限として好ましくは10質量%以下、好ましくは8質量%以下、更に好ましくは5質量%以下である。
 また、結着剤を含有する場合、電極合材中の結着剤の含有量は特に制限はないが、電池性能を向上させ、かつ製造効率を考慮すると、好ましくは1質量%以上、より好ましくは3質量%以上、更に好ましくは5質量%以上であり、上限として好ましくは20質量%以下、好ましくは15質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。
〔リチウムイオン電池〕
 本実施形態の硫化物固体電解質を用いたリチウムイオン電池は、上記の本実施形態の硫化物固体電解質及び上記の電極合材から選ばれる少なくとも一方を含む、リチウムイオン電池である。
 本実施形態の硫化物固体電解質を用いたリチウムイオン電池は、上記の本実施形態の硫化物固体電解質、これを含む電極合材を含むものであれば、その構成については特に制限はなく、汎用されるリチウムイオン電池の構成を有するものであればよい。
 本実施形態の硫化物固体電解質を用いたリチウムイオン電池としては、例えば正極層、負極層、電解質層、また集電体を備えたものであることが好ましい。正極層及び負極層としては本実施形態の硫化物固体電解質を用いた電極合材が用いられるものであることが好ましく、また電解質層としては本実施形態の硫化物固体電解質が用いられるものであることが好ましい。
 また、集電体は公知のものを用いればよい。例えば、Au、Pt、Al、Ti、又は、Cu等のように、上記の固体電解質と反応するものをAu等で被覆した層が使用できる。
 次に実施例により、本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら制限されるものではない。
(粉末XRD回折の測定)
 粉末X線回折(XRD)測定は以下のようにして実施した。
 実施例及び比較例で得られた硫化物固体電解質の粉末を、直径20mm、深さ0.2mmの溝に充填し、ガラスで均して試料とした。この試料を、XRD用カプトンフィルムで密閉し、空気に触れさせずに、以下の条件で測定した。
測定装置:D2 PHASER、ブルカー(株)製
   管電圧:30kV
   管電流:10mA
   X線波長:Cu-Kα線(1.5418Å)
   光学系:集中法
   スリット構成:ソーラースリット4°、発散スリット1mm、Kβフィルター(Ni板)使用
   検出器:半導体検出器
   測定範囲:2θ=10-60deg
   ステップ幅、スキャンスピード:0.05deg、0.05deg/秒
(イオン伝導度の測定)
 本実施例において、イオン伝導度の測定は、以下のようにして行った。
 実施例及び比較例で得られた結晶性固体電解質から、直径10mm(断面積S:0.785cm)、高さ(L)0.1~0.3cmの円形ペレットを成形して試料とした。その試料の上下から電極端子を取り、25℃において交流インピーダンス法により測定し(周波数範囲:5MHz~0.5Hz、振幅:10mV)、Cole-Coleプロットを得た。高周波側領域に観測される円弧の右端付近で、-Z’’(Ω)が最小となる点での実数部Z’(Ω)を電解質のバルク抵抗R(Ω)とし、以下式に従い、イオン伝導度σ(S/cm)を計算した。
     R=ρ(L/S)
    σ=1/ρ
(比表面積の測定)
 ガス吸着量測定装置を用いて、窒素吸着によるBET法により、比表面積を測定した。
(硫化物固体電解質に含まれる錯化剤及び溶媒の含有量の測定)
 硫化物固体電解質に含まれる錯化剤及び溶媒の含有量は、ガスクロマトグラフィー装置(GC)を用いて測定した。測定の概要は、水及びペンタノールの混合物(混合物中のペンタノールの含有量:90容量%)で分解された硫化物固体電解質等の粉末をGCで測定し、錯化剤及び溶媒を絶対検量線で定量する、というものである。
 まず、試料0.1gを精秤しバイアル瓶に入れる。バイアル瓶に水及びペンタノールの混合物を10ml入れ、試料を完全に分解し溶解させる。溶解された試料をGC用バイアル瓶に約1.5ml入れ、蓋をかぶせてクリンパーで止める。GCのオートサンプラーにセットし測定する。検量線は、使用する溶媒を0.5g秤量し、水及びペンタノールの混合物50ml(10000μg/ml相当)で定容する。これを希釈して、2500,1000,250,25,2.5μg/mlに調整して(標準液)GC測定し、ピーク面積と標準液の濃度から、最小二乗法により検量線を作成する。試料液のGCピーク面積値を検量線にあてはめ、下記式に従い、試料液中の濃度を算出した。
 硫化物固体電解質等の粉末中の錯化剤、溶媒の含有量(質量%)=[検量線より求めた濃度(μg/ml)×試料溶解に使用した水及びペンタノールの混合物量(10ml)]÷試料量(g)
(粒径分布の測定)
 レーザー回折/散乱式粒径分布測定装置(「Partica LA-950(型番)」、株式会社堀場製作所製)を用いて測定した。具体的には、脱水処理されたトルエン(和光純薬製、特級)とターシャリーブチルアルコール(和光純薬製、特級)を93.8:6.2の質量比で混合したものを分散媒として用いた。装置のフローセル内に分散媒を50mL注入し、循環させた後、測定対象の粉末を添加して超音波処理した後、粒径分布を測定した。
 また、平均粒径(D50)は、上記粒径分布の積算曲線を描いた時に粒子径の最も小さい粒子から順次積算して全体の50%(体積基準)に達するところの粒子径とした。
(錯体重量比率の測定)
 熱重量測定装置(TG装置)を用いて重量減少割合により錯体質量比率の測定を行った。各実施例及び比較例における測定対象となる粉末(試料)は、溶剤除去のための前処理として80℃で1時間の真空乾燥を行った。前処理の後、試料20mgを、窒素気流下にて室温(23℃)から600℃まで10℃/分で昇温した。その処理前後での重量変化から以下の数式にて算出される数値を粉末中の錯体重量比率とした。
 錯体重量比率(重量%)=(加熱前重量-加熱後重量)/加熱前重量×100
(実施例1)
 1リットルの撹拌翼付き反応槽に、窒素雰囲気下で硫化リチウム13.19g、五硫化二リン21.26g、臭化リチウム4.15g及びヨウ化リチウム6.40gを導入した。これに、錯化剤としてテトラメチルエチレンジアミン(TMEDA、沸点:120℃)100mL、溶媒としてシクロヘキサン800mLを加え、撹拌翼を作動させて、30℃、72時間撹拌による混合を行った。循環運転可能なビーズミル(「ラボスターミニLMZ015(商品名)」、アシザワ・ファインテック株式会社製)に、ジルコニアボール(直径:0.5mmφ)を456g(粉砕室に対するビーズ充填率:80%)仕込み、上記反応槽と粉砕室との間を、ポンプ流量:550mL/min、周速:8m/s、ミルジャケット温度:20℃の条件で循環させながら、60分の粉砕を行い、電解質前駆体(錯体)のスラリーを得た。次いで、得られたスラリーを、直ちに真空下で室温(23℃)にて乾燥し、電解質前駆体(錯体)の粉末を得た。得られた粉末について、上記の方法により錯体重量比率を測定したところ、53重量%となった。
 得られた電解質前駆体の粉末を、振動乾燥機(中央化工機株式会社製)で、70℃で5時間の真空乾燥処理をして、恒率乾燥を行った。得られた粉末について、上記の方法により錯体重量比率を測定したところ、22重量%となった。この粉末3.5gを、225mLのノルマルデカン(沸点:174℃)と混合し、電解質前駆体のノルマルデカンスラリーを調製した。
 次いで、温度計及び撹拌機を備える500mLのフラスコ内に、200mLのノルマルデカン(沸点:174℃)を高沸点溶媒として入れて、真空ポンプと減圧コントローラにてフラスコ内を減圧に制御し、オイルバスに浸して加熱することにより、8kPaにて100℃で沸騰状態になった。続いて、上記の電解質前駆体のノルマルデカンスラリーをフラスコ内に徐々に加えて、フラスコ内の液レベルを一定とした。さらに、ノルマルデカンを徐々に加えてこの状態を1時間保持した後、110℃に加熱して(フラスコ内の圧力は13kPaであり、ノルマルデカンは沸騰状態となった。)、この状態を1時間保持して減率乾燥を行うことで、錯化剤の除去を行った。この際、フラスコ内で揮発した高沸点溶媒及び錯化剤は、循環式冷却器で冷却し、回収した。
 上記の錯化剤の除去を行った後、フラスコ内の温度を110℃から20℃/時間の昇温速度で160℃まで昇温し(フラスコ内の圧力は窒素で徐々に復圧して68kPaとした。)、結晶化を行った。なお、減率乾燥と同様に、フラスコ内の液レベルを一定に保つため、必要に応じてノルマルデカンをフラスコ内に供給した。
 その後、ノルマルデカンを真空条件90℃で1時間乾燥して、得られた粉末について、上記の方法により錯体重量比率を測定したところ、4重量%となった。
 結晶化後に得られた粉末について、XRD測定を行ったところ、X線回折スペクトルでは主に2θ=20.2°、23.6°に結晶化ピークが検出され、チオリシコンリージョンII型結晶構造を有する結晶性硫化物固体電解質であることが確認された。その結果を図1に示す。イオン伝導度を測定したところ、2.4(mS/cm)であり、比表面積は31(m/g)となった。また、結晶性硫化物固体電解質に含まれる錯化剤及びデカンの含有量は、各々0.8質量%、0.03質量%となった。
 また、結晶化後の結晶性硫化物固体電解質について走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察した。走査型電子顕微鏡(SEM)による写真を図2に示す。
 また、上記錯化剤の除去前の粉末(電解質前駆体の粉末)及び錯化剤の除去における恒率乾燥後の粉末についても、XRD測定を行った。錯化剤を除去における恒率乾燥後に得られた粉末のX線回折スペクトルでは、電解質前駆体の粉末及び原料由来のピークはなく、ハローパターンを示しており、非晶性硫化物固体電解質であることが確認された。上記電解質前駆体の粉末、及び恒率乾燥後の粉末のXRD測定の結果を図1に示す。また、錯化剤の除去前の粉末(電解質前駆体の粉末)のXRD測定の結果は図3に、結晶性硫化物固体電解質のXRD測定の結果は図4及び5にも示す。
(実施例2)
 実施例1と同様に、フラスコ内でノルマルデカンを90℃に加熱して(圧力は5kPaであり、ノルマルデカンは沸騰状態となった。)、続いてノルマルデカンスラリーを徐々に添加し、この状態を1時間保持し、次いで110℃に加熱して(フラスコ内圧力を13kPaに復圧して、ノルマルデカンは沸騰状態となった。)、この状態を1時間保持して、減率乾燥を行うことで、錯化剤の除去を行った。この際、フラスコ内で揮発した高沸点溶媒及び錯化剤は、循環式冷却器で冷却し、回収した。また、フラスコ内の液レベルを一定に保つため、必要に応じてノルマルデカンをフラスコ内に供給した。
 上記の錯化剤の除去を行った後、ノルマルデカンを真空条件90℃で1時間乾燥して、得られた粉末について、上記の方法により錯体重量比率を測定したところ、12重量%となった。
 さらに、錯化剤の除去を行った後の粉末をラボシュレンクに移し、真空ポンプで排気しながら(真空雰囲気下で)160℃で2時間加熱して結晶化を行い、結晶性硫化物固体電解質の粉末を得た。
 得られた結晶性硫化物固体電解質の粉末について、XRD測定を行ったところ、X線回折スペクトルでは主に2θ=20.2°、23.6°に結晶化ピークが検出され、チオリシコンリージョンII型結晶構造を有する結晶性硫化物固体電解質であることが確認された。その結果を図4に示す。また、減率乾燥後の粉末のXRD測定も行った。その結果を図4に示す。
(実施例3)
 実施例2において、電解質前駆体(錯体)粉末(錯体重量比率:53重量%)を用い、恒率乾燥を、80℃に加熱して(圧力は4kPaであり、ノルマルデカンは沸騰状態となった。)、この状態を1時間保持して行った。その後、実施例2と同様にして、減率乾燥までを実施した。その後、ノルマルデカンを真空条件90℃で1時間乾燥して、得られた粉末について、上記の方法により錯体重量比率を測定したところ、8.5重量%となった。
 さらに、得られた粉末を、ラボシュレンクに移し、真空ポンプで排気しながら(真空雰囲気下で)110℃で2時間の加熱を行い、粉末を得た。得られた粉末について、上記の方法により錯体重量比率を測定したところ、6.4重量%となった。
 また、加熱を行って得られた粉末について、XRD測定を行ったところ、X線回折スペクトルでは主に2θ=20.2°、23.6°にわずかにチオリシコンリージョンII型結晶構造を有することによる結晶化ピークが検出されたが、ハローパターンを有する非晶性硫化物固体電解質であることが確認された。これらの結果を図5に示す。また、減率乾燥後の粉末のXRD測定も行った。その結果を図5に示す。
(実施例4)
 実施例3の錯化剤を除去して得られた粉末を、ラボシュレンクに移し、真空ポンプで排気しながら(真空雰囲気下で)160℃で2時間加熱して結晶化を行い、粉末を得た。得られた粉末について、上記の方法により錯体重量比率を測定したところ、2.3重量%となった。
 さらに、XRD測定を行ったところ、X線回折スペクトルでは主に2θ=20.2°、23.6°に結晶化ピークが検出され、チオリシコンリージョンII型結晶構造を有する結晶性硫化物固体電解質であることが確認された。その結果を図5に示す。
 得られた結晶性硫化物固体電解質のイオン伝導度を測定したところ、1.5(mS/cm)となった。また、結晶性硫化物固体電解質に含まれる錯化剤及びデカンの含有量は、各々0.8質量%、0.03質量%となった。
(比較例1)
 実施例1と同様にして、電解質前駆体の粉末(錯体重量比率:53重量%)を得た。得られた粉末を、225mLのヘプタン(沸点:98℃)と混合し、電解質前駆体のヘプタンスラリーを調製した。次いで、温度計及び撹拌機を備える500mLのフラスコ内に、200mLのヘプタン(沸点:98℃)を溶媒として入れて、57kPaにて80℃で沸騰状態になった。更に加熱しながら、電解質前駆体のヘプタンスラリーをフラスコ内に徐々に加えて、圧力を常圧まで復圧して100℃まで昇温し(ヘプタンは沸騰状態となった。)、この状態を2時間保持して、錯化剤の除去を行った。この際、フラスコ内で揮発した溶媒及び錯化剤は、循環式冷却器で冷却し、回収した。また、フラスコ内の液レベルを一定に保つため、必要に応じてヘプタンをフラスコ内に供給し、錯化剤の除去として恒率乾燥を行った。その後、ヘプタンを真空条件80℃で1時間乾燥して、得られた粉末について、上記の方法により錯体重量比率を測定したところ、22重量%となった。
 得られた粉末を、ラボシュレンクに移し、真空ポンプで排気しながら(真空雰囲気下で)110℃で2時間加熱して、減率乾燥を行って、粉末を得た。
 恒率乾燥の粉末、減率乾燥後の粉末について、XRD測定を行ったところ、多種の不純物によるピークが確認された。これらの結果を図3に示す。
(比較例2)
 比較例1で得られた粉末を、さらにラボシュレンクで、真空ポンプで排気しながら(真空雰囲気下で)160℃で2時間加熱して結晶化を行い、粉末を得た。
 結晶化を行い得られた粉末について、XRD測定を行ったところ、X線回折スペクトルでは主に2θ=20.2°、23.6°に結晶化ピークがわずかに検出され、チオリシコンリージョンII型結晶構造を有するといえそうなものではあったが、多種の不純物によるピークも確認された。その結果を図3に示す。
(比較例3)
 実施例1と同様にして、電解質前駆体(錯体)の粉末を得た。得られた粉末について、上記の方法により錯体重量比率を測定したところ、53重量%となった。
 得られた粉末を、さらに110℃、減圧下で6時間乾燥を行い、次いで減圧下160℃で2時間の加熱により結晶化を行い、結晶性の粉末を得た。
 得られた結晶性の粉末について走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察した。走査型電子顕微鏡(SEM)による写真を図6に示す。
(比較例4)
 3リットルの撹拌翼付き反応槽に、比較例3で得られた結晶性の粉末を100g導入し、ヘプタン2144mLとジイソプロピルエーテル(DiPE)138mLを加え10分撹拌し、スラリーを得た。得られたスラリーを、循環運転可能なマイクロビーズミル(「MAXナノ・ゲッター(商品名)」、アシザワ・ファインテック株式会社製)を用いて所定条件(ビーズ直径:0.05mmφ、ビーズ使用量:1573g(粉砕室に対するビーズ充填量:65%)、ポンプ流量:1000mL/min、周速6m/s)でパス運転により3分解砕処理を行った。
 さらに、上記マイクロビーズミルにより粉砕処理したスラリーを真空下で室温(23℃)にて乾燥して、粉砕した粉末を得た。
 実施例1及び2で得られた結晶性硫化物固体電解質の粉末、比較例3で得られた結晶化した後の粉末、及び比較例4で得られた粉末について、上記の方法により粒度分布を測定した。その測定結果を図7に示す。
 図7の結果によれば、実施例1及び2の粉末は、0.5μm以下のピーク位置と0.5μm超のピーク位置とにピークを有し、0.5μm以下のピーク位置のピークの容積割合が、0.5μm超のピーク位置のピークの容積割合よりも小さいものであることが確認された。他方、比較例3の結晶化した後の粉末は、実施例1の粉末と同様に二つのピークを有するものであるが、0.5μm以下のピーク位置のピークの容積割合が、0.5μm超のピーク位置のピークの容積割合よりも大きいものであることが確認された。
 また、図7の結果から、実施例1及び2の粉末は、0.5μm以下のピーク位置のピークの形状が、0.5μm超のピーク位置のピークの形状よりも鋭く、0.5μm以下のピーク位置のピークの半値幅が、0.5μm超のピーク位置のピークの半値幅よりも小さいことも確認された。
 また図7より、比較例3の粉末を粉砕(微粒化)処理して得られた比較例4の粉末は、実施例1及び2の粉末と同様の粒度分布を有するものであることが確認された。このことから、実施例1の粉末は、粉砕(微粒化)処理しなくても、従来の液相法(不均一法)で粉砕(微粒化)処理をしなければ得られなかった粒度分布を有するものであることが分かった。
 また、上記の粒度分布の測定から、実施例1及び2の粉末の平均粒径(D50)は、各々0.15μm及び0.12μmとなり、比較例3の粉末の平均粒径(D50)は3.0μm、比較例4の粉末の平均粒径(D50)は0.15μmとなった。
 比較例3の粉末の平均粒径(D50)が、実施例1及び2の粉末の平均粒径(D50)に比べて極めて大きいことは、実施例1で得られた結晶性硫化物固体電解質は、凝集はほとんど生じていないこと(図2)、また比較例3の結晶化した粉末は、凝集が多く生じて二次粒子が生成していること(図6)、からも裏付けられる。
(実施例5)
 実施例1と同様にして、電解質前駆体(錯体)の粉末(錯体重量比率は53重量%であった。)を得た。
 得られた電解質前駆体(粉末)3.5gを、225mLのノルマルデカン(沸点:174℃)と混合し、電解質前駆体のノルマルデカンスラリーを調製した。フラスコ内でノルマルデカンを80℃に加熱して(圧力は4kPaであり、ノルマルデカンは沸騰状態となった。)、続いてノルマルデカンスラリーを徐々に添加し、この状態を1時間保持し、恒率乾燥を行った。この際、フラスコ内で揮発した高沸点溶媒及び錯化剤は、循環式冷却器で冷却し、回収した。また、フラスコ内の液レベルを一定に保つため、必要に応じてノルマルデカンをフラスコ内に供給して、この状態を保持してスラリーを得た。
 次に得られた本スラリーを回収して、フラスコ内でノルマルデカンを110℃に加熱して(圧力は13kPaであり、ノルマルデカンは沸騰状態となった。)、続いて本スラリーを徐々に添加し、1時間保持することで、減率乾燥を行った。なお、フラスコ内の液レベルは同様に一定として実施した。
 さらに、本スラリーを回収して、フラスコ内でノルマルデカンを160℃に加熱して(圧力は68kPaであり、ノルマルデカンは沸騰状態となった。)、続いて本スラリーを徐々に添加し、1時間保持することで、結晶化を行った。なお、フラスコ内の液レベルは同様に一定として実施した。
 その後、ノルマルデカンを真空条件90℃で1時間乾燥して、得られた粉末について、上記の方法により錯体重量比率を測定したところ、2.7重量%となった。
 結晶化後に得られた粉末について、XRD測定を行ったところ、X線回折スペクトルでは主に2θ=20.2°、23.6°に結晶化ピークが検出され、チオリシコンリージョンII型結晶構造を有する結晶性硫化物固体電解質であることが確認された。その結果を図8に示す。イオン伝導度を測定したところ、1.3(mS/cm)であった。
 本実施形態の硫化物固体電解質の製造方法によれば、イオン伝導度が高い硫化物固体電解質を効率的に製造することができる。また、高沸点溶媒の使用量を増やすだけで、錯化剤を除去し得る量を増やすことができるため、容易に量産化に対応することもできる。
 本実施形態の製造方法により得られる、本実施形態の硫化物固体電解質は、電池に、とりわけ、パソコン、ビデオカメラ、及び携帯電話等の情報関連機器や通信機器等に用いられる電池に好適に用いられる。

Claims (16)

  1.  リチウム原子、リン原子、硫黄原子及びハロゲン原子を含む原料含有物と、錯化剤とを混合して、電解質前駆体含有物を得ること、
     次いで前記錯化剤の沸点よりも高い沸点を有する溶媒中で加熱すること、
    を含む、硫化物固体電解質の製造方法。
  2.  前記溶媒の加熱温度を、前記錯化剤の沸点超とする、請求項1に記載の硫化物固体電解質の製造方法。
  3.  前記溶媒中で加熱することにおいて、前記溶媒を沸騰させる、請求項1又は2に記載の硫化物固体電解質の製造方法。
  4.  前記錯化剤の沸点よりも高い沸点を有する溶媒を別に用意して、前記電解質前駆体含有物を、前記別に用意した溶媒と混合した混合物として、前記加熱に用いる溶媒に加える、請求項3に記載の硫化物固体電解質の製造方法。
  5.  前記電解質前駆体含有物に含まれる電解質前駆体の供給量1gに対する前記溶媒の使用量が、20mL以上2000mL以下である請求項1~4のいずれか1項に記載の硫化物固体電解質の製造方法。
  6.  前記電解質前駆体含有物を乾燥することを含む請求項1~5のいずれか1項に記載の硫化物固体電解質の製造方法。
  7.  前記乾燥することが、常圧下又は減圧下で、5℃以上110℃以下で行われる請求項6に記載の硫化物固体電解質の製造方法。
  8.  前記溶媒中で加熱することの後、さらに前記溶媒中で加熱することにおける加熱温度よりも高い温度で加熱することを含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の硫化物固体電解質の製造方法。
  9.  前記錯化剤が、アミノ基を有する化合物である請求項1~8のいずれか1項に記載の硫化物固体電解質の製造方法。
  10.  前記錯化剤が、分子中に少なくとも二つの第三級アミノ基を有する化合物である請求項1~9のいずれか1項に記載の硫化物固体電解質の製造方法。
  11.  前記溶媒が、ヘテロ原子を含まない炭化水素溶媒である請求項1~10のいずれか1項に記載の硫化物固体電解質の製造方法。
  12.  前記溶媒が、脂肪族炭化水素溶媒及び脂環族炭化水素溶媒から選ばれる少なくとも一種の有機溶媒である請求項1~11のいずれか1項に記載の硫化物固体電解質の製造方法。
  13.  前記有機溶媒の炭素数が、8以上である請求項12に記載の硫化物固体電解質の製造方法。
  14.  前記溶媒中で加熱することの後、粉砕処理を行わない、請求項1~13のいずれか1項に記載の硫化物固体電解質の製造方法。
  15.  前記溶媒中で加熱することにおいて、前記電解質前駆体含有物に含まれる電解質前駆体から錯化剤を除去する、請求項1~14のいずれか1項に記載の硫化物固体電解質の製造方法。
  16.  前記硫化物固体電解質が、チオリシコンリージョンII型結晶構造を有する、請求項1~15のいずれか1項に記載の硫化物固体電解質の製造方法。

     
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