WO2024024824A1 - 改質硫化物固体電解質及びその製造方法並びに電極合材及びリチウムイオン電池 - Google Patents

改質硫化物固体電解質及びその製造方法並びに電極合材及びリチウムイオン電池 Download PDF

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solid electrolyte
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sulfide solid
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敬太 瀬田
智幸 奥山
隆太 森田
健治 森山
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出光興産株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a modified sulfide solid electrolyte, a method for producing the same, an electrode mixture, and a lithium ion battery.
  • Sulfide solid electrolytes have long been known as solid electrolytes used in solid electrolyte layers, and sulfide solid electrolytes are primarily desired to have improved ionic conductivity, and furthermore, when used in lithium ion batteries. There is also a growing demand for improvements in battery performance. As methods for improving these performances, for example, techniques of coating the surface of a solid electrolyte, techniques of using a composition containing a solid electrolyte and an organic compound, etc. are being considered.
  • Patent Document 1 proposes a method for producing a composite solid electrolyte in which the surface of a sulfide-based solid electrolyte is coated with a predetermined halogenated hydrocarbon compound as a coating material in order to improve ionic conductivity.
  • Patent Document 3 discloses a solid electrolyte composition containing a dispersion medium such as a ketone compound and an alcohol compound as a solid electrolyte composition capable of producing an all-solid-state secondary battery exhibiting excellent battery capacity.
  • Patent Document 5 describes an all-solid-state secondary battery that suppresses the growth of lithium dendrites, makes short circuits less likely to occur, and suppresses a drop in battery voltage at a high level.
  • a technique using a solid electrolyte composition containing an organic compound having an ionic monovalent halogen atom is disclosed.
  • Patent Document 6 in a sulfide solid electrolyte containing lithium element, phosphorus element, and sulfur element, and also containing an ester compound of carboxylic acid and alcohol, the ester compound is applied to the surface of the conductive sulfide.
  • the sulfide solid electrolyte is bound or adsorbed to improve the cycle characteristics of a solid battery, and the sulfide solid electrolyte is manufactured by wet-pulverizing a slurry containing a lithium ion conductive sulfide, an organic solvent, and an ester compound. It is disclosed that it can be obtained by a method.
  • Patent Document 7 discloses a technique for improving ionic conductivity by coating a sulfide-based solid electrolyte using a predetermined organic compound having a halogen element as a functional group as a coating agent.
  • No. 8 discloses a technique for improving ionic conductivity and moldability by incorporating a phosphorus compound such as a phosphoric acid ester.
  • JP2020-87633A JP 2017-147173 Publication International Publication No. 2019/151373 pamphlet Japanese Patent Application Publication No. 2017-157300 JP2019-067523A International Publication No. 2020/203231 pamphlet JP2020-087633A JP2020-166994A
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a modified sulfide solid electrolyte and a material that have excellent coating suitability when applied as a paste and can efficiently exhibit excellent battery performance.
  • the purpose of the present invention is to provide a manufacturing method thereof, and also to provide an electrode composite material and a lithium ion battery that exhibit excellent battery performance.
  • the modified sulfide solid electrolyte according to the present invention is A sulfide solid electrolyte having a BET specific surface area of 10 m 2 /g or more and containing a lithium atom, a sulfur atom, a phosphorus atom, and a halogen atom, and at least one compound selected from the following compounds (1) to (6); modified sulfide solid electrolyte, including It is.
  • the method for producing a modified sulfide solid electrolyte according to the present invention includes: A sulfide solid electrolyte having a BET specific surface area of 10 m 2 /g or more and containing a lithium atom, a sulfur atom, a phosphorus atom, and a halogen atom, and at least one compound selected from the following compounds (1) to (6); mixing with an organic solvent; A method for producing a modified sulfide solid electrolyte, comprising: removing the organic solvent; It is.
  • the electrode composite material according to the present invention is An electrode mixture comprising the modified sulfide solid electrolyte according to the present invention and an electrode active material, It is. Furthermore, the lithium ion battery according to the present invention includes: A lithium ion battery comprising at least one of the modified sulfide solid electrolyte according to the present invention and the electrode composite material according to the present invention, It is.
  • a modified sulfide solid electrolyte that has excellent coating suitability when applied as a paste and can efficiently exhibit excellent battery performance, and a method for producing the same.
  • An electrode mixture and a lithium ion battery that exhibit battery performance can be provided.
  • 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 “ ⁇ ” are values that can be combined arbitrarily, and the values in the examples are used as the upper and lower limits. You can also do that.
  • Patent Documents 1 to 8 techniques for coating or containing a certain compound on the surface of a sulfide solid electrolyte have long existed.
  • the technology is used to improve ionic conductivity and improve cycle characteristics by increasing the affinity of active materials and sulfide solid electrolytes used in negative electrodes, positive electrodes, etc. when manufacturing lithium ion batteries.
  • the challenge is to improve battery performance, such as improving battery performance.
  • a paste is prepared by mixing a solid electrolyte, other prescribed components, and a solvent, and the paste is applied to form a separator layer. , to form an electrode mixture layer.
  • a solid electrolyte constituting these layers, and it is effective to use a solid electrolyte with a large specific surface area to improve the density.
  • Patent Documents 1 to 8 many methods have been studied to improve ionic conductivity and battery performance. However, with the practical application of lithium-ion batteries rapidly progressing, we focused on mass production and noticed that no consideration had been given to methods for improving performance in the manufacturing process, such as paste coating suitability.
  • the present inventors while following the technology of coating the surface of a sulfide solid electrolyte with a certain compound disclosed in Patent Documents 1 to 8, focused on the compound to be coated on the surface and continued intensive research. Even when a sulfide solid electrolyte has a large surface area of 10 m 2 /g or more, by attaching a certain compound to its surface, it has excellent coating suitability and efficient application when applied as a paste.
  • the sulfide solid electrolyte can exhibit excellent battery performance.
  • the predetermined compound used in the present invention to the surface of the sulfide solid electrolyte, even if the sulfide solid electrolyte has a large specific surface area of 10 m 2 /g or more, it can be applied as a paste.
  • the fact that it has the effect of improving engineering aptitude is a surprising phenomenon that has not been recognized at all until now.
  • solid electrolyte means an electrolyte that maintains a solid state at 25° C. under a nitrogen atmosphere.
  • the “sulfide solid electrolyte” obtained by the manufacturing method of this embodiment is a solid electrolyte that contains lithium atoms, sulfur atoms, phosphorus atoms, and halogen atoms, and has ionic conductivity due to the lithium atoms.
  • Sulfide solid electrolyte includes both a crystalline sulfide solid electrolyte having a crystal structure and an amorphous sulfide solid electrolyte.
  • a crystalline sulfide solid electrolyte is a solid electrolyte in which a peak derived from the solid electrolyte is observed in the X-ray diffraction pattern in powder X-ray diffraction (XRD) measurement. It does not matter whether or not there is a peak derived from the raw material.
  • the crystalline sulfide solid electrolyte includes a crystal structure derived from a solid electrolyte, and even if part of it is a crystal structure derived from the solid electrolyte, the entire crystal structure is not derived from the solid electrolyte. It's okay, it's something. If the crystalline sulfide solid electrolyte has an X-ray diffraction pattern as described above, it means that a part of the crystalline sulfide solid electrolyte contains an amorphous sulfide solid electrolyte (also referred to as a "glass component"). It's okay to leave it alone. Therefore, the crystalline sulfide solid electrolyte includes so-called glass ceramics obtained by heating an amorphous solid electrolyte (glass component) to a temperature equal to or higher than the crystallization temperature.
  • an amorphous sulfide solid electrolyte (glass component) is a halo pattern whose X-ray diffraction pattern in powder X-ray diffraction (XRD) measurement is substantially free of peaks other than material-derived peaks. This means that it does not matter whether or not there is a peak derived from the raw material of the solid electrolyte.
  • XRD powder X-ray diffraction
  • the modified sulfide solid electrolyte according to the first form of this embodiment is A sulfide solid electrolyte having a BET specific surface area of 10 m 2 /g or more and containing a lithium atom, a sulfur atom, a phosphorus atom, and a halogen atom, and at least one compound selected from the following compounds (1) to (6); modified sulfide solid electrolyte, including It is.
  • the sulfide solid electrolyte containing lithium atoms, sulfur atoms, phosphorus atoms, and halogen atoms can be obtained by conventional methods, for example, using lithium sulfide, diphosphorus pentasulfide, lithium halide, elemental halogen, etc. as raw materials.
  • a typical example is a sulfide solid electrolyte. That is, the modified sulfide solid electrolyte of the present embodiment comprises a sulfide solid electrolyte having a large BET specific surface area of 10 m 2 /g or more by the conventional method, and specific compounds of the above compounds (1) to (6). It includes.
  • sulfide is contained in the amount necessary to ensure the density of the solid electrolyte in the layer in order to achieve the desired battery performance.
  • the coating performance of the resulting paste was significantly reduced, and it was extremely difficult to efficiently form a positive electrode, negative electrode, and electrolyte layer.
  • the sulfide solid electrolyte of this embodiment has dramatically improved coating suitability by containing the conventional sulfide solid electrolyte and specific compounds (1) to (6). Because of its high quality, it can be called a ⁇ modified sulfide solid electrolyte.''
  • the specific compounds (1) to (6) used in the modified sulfide solid electrolyte of this embodiment are all compounds containing heteroatoms such as oxygen atoms, halogen atoms, sulfur atoms, phosphorus atoms, and boron atoms. They have one thing in common.
  • the modified sulfide solid electrolyte of the present embodiment requires the use of compounds having specific structures, such as the above compounds (1) to (6), among compounds containing heteroatoms. By using such a compound, it is possible to exhibit excellent coating suitability when applied as a paste and to efficiently exhibit excellent battery performance.
  • the sulfide solid electrolyte containing the above compounds (1) to (6) has a lower oil absorption amount than the sulfide solid electrolyte that does not contain the above compounds (1) to (6).
  • Confirmed by example It is natural to think that the reduction in oil absorption is due to the above compounds (1) to (6) adhering to the surface of the sulfide solid electrolyte and blocking at least part of the pores of the sulfide solid electrolyte. . It is generally known that improvement in coating suitability is related to oil absorption as well as specific surface area. It is presumed that the adhesion of the above compounds (1) to (6) to the surface of the sulfide solid electrolyte reduces oil absorption and improves coating suitability.
  • the details of the manner in which they are attached that is, whether it is physical adhesion or chemical adhesion, are also unknown.
  • the heteroatoms contained in the above compounds (1) to (6) are the lithium atoms constituting the sulfide solid electrolyte, It is likely that it is a chemical adhesion that combines with halogen atoms etc. and adheres to the surface, but considering the speculations mentioned above, even if it is a chemical adhesion, it is not a physical adhesion. It is also thought that the oil absorption amount will be reduced and the coating suitability will be improved.
  • the modified sulfide solid electrolyte according to the second form of the present embodiment has the following features in the first form:
  • the compound (1) is a compound represented by the following general formula (1), That is what it is.
  • R 11 and R 12 each independently represent an organic group or a single bond
  • X 11 represents an oxygen atom, a sulfur atom, a group represented by the general formula (1a) or a single bond
  • n 11 represents 0 or 1.
  • R 11a and R 12a each independently represent an organic group.
  • any of the compounds (1) to (6) can be used without any particular restriction, that is, excellent coating suitability can be obtained.
  • the above compound (1) be attached to a moderate amount.
  • Appropriate adhesion improves battery performance by improving coating suitability due to the effect of reducing oil absorption, while suppressing the decline in ionic conductivity and reducing the effect of improving battery performance due to improved coating suitability.
  • the compound (1) is preferably a compound having a specific structure as shown in the above general formula (1). This is because it is thought that an appropriate state of chemical or physical adhesion can be obtained by appropriate steric hindrance.
  • the modified sulfide solid electrolyte according to the third embodiment of the present invention has the following features in the first or second embodiment:
  • the compound (2) is a compound represented by the following general formula (2), That is what it is.
  • R 21 and R 22 each independently represent an organic group or a single bond, X 21 represents an oxygen atom, a sulfur atom, or a single bond, and n 21 represents 0 or 1.
  • a compound having an acetyl group at least at one end which is represented by the above general formula (2) as compound (2), oil absorption can be reduced and excellent coating suitability can be obtained. This makes it easier for the batteries to be used, and more efficient battery performance can be obtained.
  • the modified sulfide solid electrolyte according to the fourth embodiment of the present invention includes the following in any one of the first to third embodiments:
  • the compound (3) is a compound represented by the following general formula (3), That is what it is.
  • R 31 represents an organic group or a single bond
  • X 31 and X 32 each independently represent a fluorine atom or a bromine atom.
  • Compound (3) is a compound having two or more halogen-containing groups represented by -CH 2 It can be said that it is a compound having a halogen-containing group represented by -CH 2 X (X represents a fluorine atom or a bromine atom).
  • X represents a fluorine atom or a bromine atom.
  • compound (3) by employing a compound having a halogen-containing group at both ends, which is represented by the above general formula (3) as compound (3), oil absorption can be reduced and excellent coating suitability can be obtained. This makes it easier to maintain battery life, and more efficiently achieves superior battery performance.
  • the modified sulfide solid electrolyte according to the fifth aspect of the present embodiment has the following features in any one of the first to fourth aspects:
  • the compound (4) is at least one compound selected from a compound represented by the following general formula (4-1) and a compound represented by the following general formula (4-2), That is what it is.
  • R 411 , R 412 and R 413 each independently represent an organic group or a single bond
  • X 411 represents a hydrogen atom or a thiol group
  • n 411 represents an integer of 0 to 3.
  • at least one of R 411 , R 412 and R 413 is an organic group.
  • R 421 , R 422 and R 423 each independently represent an organic group.
  • Compound (4) is a thiol compound, that is, a compound having a thiol group, and in particular, a compound represented by the above general formula (4) having a thiol group at at least one terminal (thiol group at one or both terminals).
  • a compound having the following properties oil absorption is reduced, excellent coating suitability is easily obtained, and excellent battery performance can be obtained more efficiently.
  • the modified sulfide solid electrolyte according to the sixth form of the present embodiment in any one of the first to fifth forms above, is at least one selected from a compound represented by the following general formula (5-1), a compound represented by the following general formula (5-2), and a compound represented by the following general formula (5-3). is a compound of That is what it is.
  • R 511 , R 512 and R 513 each independently represent an organic group.
  • R 521 , R 522 and R 523 each independently represent an organic group
  • R 531 , R 532 , R 535 and R 536 each independently represent an organic group.
  • R 533 and R 534 each independently represent a single bond or an organic group
  • X 531 represents a single bond or an oxygen atom.
  • at least one of R 533 and R 534 is an organic group, and R 533 and R 534 may be bonded to each other to form a condensed ring.
  • Compound (5) is a metal-free phosphorus compound (however, it is a compound that does not contain an oxygen atom that forms a single bond with a phosphorus atom), and includes the above general formulas (5-1), (5-2), and By employing the metal-free phosphorus compound represented by (5-3), oil absorption is reduced, excellent coating suitability is easily obtained, and excellent battery performance can be obtained more efficiently.
  • the modified sulfide solid electrolyte according to the seventh aspect of the present embodiment has the following features in any one of the first to sixth aspects:
  • the molecular weight of the compound (5) is 3000 or less, That is what it is.
  • oil absorption is reduced, excellent coating suitability is easily obtained, and excellent battery performance can be obtained more efficiently.
  • the modified sulfide solid electrolyte according to the eighth aspect of the present embodiment has the following features in any one of the first to seventh aspects:
  • the compound (6) is a compound represented by the following general formula (6), That is what it is.
  • R 61 , R 62 and R 63 each independently represent an organic group.
  • Compound (6) is a metal-free boron compound, and in particular, by employing the metal-free boron compound represented by the above general formula (6), oil absorption can be reduced and excellent coating suitability can be obtained. This makes it easier and more efficient to obtain excellent battery performance.
  • the modified sulfide solid electrolyte according to the ninth aspect of the present embodiment has the following features in any one of the first to eighth aspects:
  • the content of the compound is 0.03 parts by mass or more and 25 parts by mass or less based on 100 parts by mass of the sulfide solid electrolyte. That is what it is.
  • the method for producing a modified sulfide solid electrolyte according to the tenth aspect of the present embodiment includes: A sulfide solid electrolyte having a BET specific surface area of 10 m 2 /g or more and containing a lithium atom, a sulfur atom, a phosphorus atom, and a halogen atom, and at least one compound selected from the following compounds (1) to (6); mixing with an organic solvent; removing the organic solvent; including, That is what it is.
  • the manufacturing method of the modified sulfide solid electrolyte of this embodiment is not particularly limited as long as it contains compounds (1) to (6); According to the method for producing a modified sulfide solid electrolyte according to the tenth embodiment, the compounds (1) to (6) can be present so as to adhere to the surface of the sulfide solid electrolyte, considering its characteristics. , the modified sulfide solid electrolyte of the present embodiment can be produced more efficiently because it has excellent coating suitability and efficiently exhibits excellent battery performance.
  • a solution or slurry mixture can be obtained, but the modified sulfide solid electrolyte cannot be used as is. This includes removing the organic solvent from the solution or slurry.
  • the organic solvent used in the manufacturing method of the tenth aspect is At least one solvent selected from aliphatic hydrocarbon solvents, alicyclic hydrocarbon solvents, aromatic hydrocarbon solvents, ether solvents, ester solvents, and nitrile solvents, That is what it is.
  • the organic solvent By using the above-mentioned solvent as the organic solvent, it is possible to promote the adhesion of the compounds (1) to (6) to the surface of the sulfide solid electrolyte, making it easier to improve the coating suitability.
  • the electrode mixture according to the twelfth aspect of the present embodiment includes the modified sulfide solid electrolyte of any one of the first to ninth aspects, and an electrode active material. That is what it is.
  • a lithium ion battery according to a thirteenth embodiment of the present invention includes the modified sulfide solid electrolyte of any one of the first to ninth embodiments and the electrode active material of the twelfth embodiment. including at least one That is what it is.
  • the modified sulfide solid electrolyte of the present embodiment has excellent coating suitability when applied as a paste, and can efficiently exhibit excellent battery performance. Therefore, since the electrode mixture containing the modified sulfide solid electrolyte of this embodiment also has excellent coating suitability, lithium ion batteries can be efficiently manufactured, and the resulting lithium ion batteries have excellent coating properties. It has battery performance.
  • the modified sulfide solid electrolyte of this embodiment is A sulfide solid electrolyte having a BET specific surface area of 10 m 2 /g or more and containing a lithium atom, a sulfur atom, a phosphorus atom, and a halogen atom, and at least one compound selected from the following compounds (1) to (6); including; It is.
  • a compound represented by the following general formula (1) is preferably mentioned. Oil absorption is reduced, excellent coating suitability is easily obtained, and excellent battery performance can be obtained more efficiently.
  • R 11 and R 12 each independently represent an organic group or a single bond
  • X 11 represents an oxygen atom, a sulfur atom, a group represented by the general formula (1a) or a single bond
  • n 11 indicates 0 or 1.
  • R 11a and R 12a each independently represent an organic group.
  • the organic group for R 11 is a divalent group
  • the organic group for R 12 is a monovalent group when n 11 is 0, and a divalent group when n 11 is 1.
  • Examples of organic groups for R 11 and R 12 include aliphatic groups, alicyclic groups, aromatic groups, and heterocyclic groups, with aliphatic and aromatic groups being preferred.
  • Examples of monovalent aliphatic groups include alkyl groups, alkenyl groups, and alkynyl groups, which reduce oil absorption, make it easier to obtain excellent coating suitability, and more efficiently obtain excellent battery performance. From the above, an alkyl group and an alkenyl group are preferable, and an alkyl group is more preferable. From the same viewpoint, the number of carbon atoms in the monovalent aliphatic group is preferably 1 or more, more preferably 2 or more, even more preferably 3 or more, and the upper limit is preferably 20 or less, more preferably 16 or less. , more preferably 12 or less.
  • Such monovalent aliphatic groups include methyl groups, ethyl groups, various propyl groups, various butyl groups, various pentyl groups, various hexyl groups, various heptyl groups, various octyl groups, various nonyl groups, various decyl groups, Preferred representative examples include various undecyl groups and various dodecyl groups.
  • "various" means including linear, branched, and isomers thereof; for example, in the case of various propyl groups, linear and branched saturated with 3 carbon atoms Includes aliphatic groups such as 1-propyl group, 2-propyl group, and 1-methylethyl group.
  • the aliphatic group may be linear or branched, but is preferably linear.
  • Examples of the divalent aliphatic group include a group having as a bond the portion of the monovalent aliphatic group excluding one hydrogen atom, that is, an alkanediyl group, an alkenediyl group, and an alkynediyl group. From the viewpoint of reducing oil absorption, easily obtaining excellent coating suitability, and more efficiently obtaining excellent battery performance, alkanediyl groups and alkenediyl groups are preferred, and alkanediyl groups are more preferred.
  • the number of carbon atoms in the divalent aliphatic group is preferably 1 or more, and the upper limit is preferably 12 or less, more preferably 8 or less, still more preferably 4 or less, even more preferably 3 or less. Other aspects are the same as those for the above monovalent aliphatic group.
  • the aliphatic group may have at least a portion of its hydrogen atoms substituted with a halogen atom, a hydroxyl group, an amino group, or the like.
  • Monovalent alicyclic groups include cycloalkyl groups, cycloalkenyl groups, and cycloalkynyl groups, which reduce oil absorption, make it easier to obtain excellent coating suitability, and more efficiently improve battery performance. From the viewpoint of obtaining the following, a cycloalkyl group and a cycloalkenyl group are preferable, and a cycloalkyl group is more preferable. From the same viewpoint, the number of carbon atoms in the monovalent alicyclic group is preferably 3 or more, more preferably 4 or more, and the upper limit is preferably 20 or less, more preferably 16 or less, and even more preferably 12 or less. It is.
  • Examples of the alicyclic group include those containing multiple alicyclic rings, such as a bonded polyalicyclic structure such as bicyclohexyl; two or more alicyclic groups fused together such as hexahydronaphthalene, octahydronaphthalene, and decahydronaphthalene.
  • Preferable examples include a group having a structure obtained by removing one hydrogen atom from a basic structure such as a bridged cyclic structure such as norbornane, norbornene, adamantane, tricyclodecane, or pinene as a bond.
  • basic structures having a double bond in an alicyclic ring include basic structures such as pentalene and azulene.
  • a structure in which any one of the above basic structures of a single alicyclic ring, basic structures of a plurality of alicyclic rings, and basic structures of aromatic rings described below are bonded or condensed is also preferably mentioned as the basic structure.
  • the one hydrogen atom may be a hydrogen atom of an alicyclic group, or a substituent such as an alkyl group connected to an alicyclic group (substituents will be described later). ) may be a hydrogen atom.
  • the basic structure of an alicyclic group in the alicyclic group exemplified above, even if a carbon atom is substituted with a heteroatom such as a nitrogen atom, an oxygen atom, a sulfur atom, or a phosphorus atom, it has a heterocyclic ring. good.
  • the basic structures of the alicyclic groups are merely representative and preferred examples, and the present invention is not limited to these.
  • the alicyclic group based on the above basic structure may be bonded with an aromatic group or a heterocyclic group, which will be described later, or may be condensed.
  • the aliphatic group is preferably an alkyl group or an alkenyl group, and the number of carbon atoms is preferably 1 or more, and the upper limit is preferably 12 or less, more preferably 8 or less, still more preferably 6 or less, and even more preferably 4 or less.
  • Examples of the divalent alicyclic group include a group having, as a bond, a portion of the monovalent alicyclic group from which one hydrogen atom has been removed.
  • the one hydrogen atom may be a hydrogen atom of an alicyclic ring, or a hydrogen atom of a substituent such as an alkyl group connected to an alicyclic ring.
  • aromatic group examples include monocyclic aromatic compounds such as benzene, toluene, and styrene; biphenyl, diphenylmethane (benzylbenzene), diphenylethane (bibenzyl), methylizine trisphenol, and Bonded polycyclic aromatic compounds such as phenylcyclohexane; naphthalene, phenanthrene, anthracene, pyrene, triphenylene, tetracene, pentacene, etc. in which multiple aromatic rings are condensed, and indene, indacene, acenaphthene in which aromatic rings and alicyclic rings are condensed. , dihydronaphthalene, tetrahydronaphthalene, biphenylene, fluorene, fluoranthene, and other condensed polycyclic aromatic compounds.
  • monocyclic aromatic compounds such as benzene, toluene, and st
  • the one hydrogen atom may be a hydrogen atom of an aromatic ring (including the above-mentioned fused polycycles, etc.), or a hydrogen atom of an aromatic ring (including the above-mentioned fused polycycles, etc.). etc.) may be a hydrogen atom of a substituent such as an alkyl group (substituents will be described later). From the viewpoint of reducing oil absorption, making it easier to obtain excellent coating suitability, and more efficiently obtaining excellent battery performance, alkyl groups, etc. connected to aromatic rings (including the above-mentioned condensed polycycles, etc.) A group in which one hydrogen atom is removed from the hydrogen atoms of the substituent is preferable.
  • the aromatic group is preferably an aromatic group whose basic structure is a monocyclic aromatic compound, and a moiety in which one hydrogen atom is removed from an aromatic ring such as a phenyl group, methylphenyl group, or vinylphenyl group is preferable.
  • Groups having as a bond groups having as a bond a portion of an alkyl group connected to an aromatic ring such as a benzyl group, a phenylethyl group, and a phenylpropyl group with one hydrogen atom removed; preferred examples include a benzyl group, a phenyl group; More preferred are groups having as a bond a portion of an alkyl group connected to an aromatic ring with one hydrogen atom removed, such as an ethyl group or a phenylpropyl group.
  • the number of carbon atoms in the monovalent aromatic group is preferably 6 or more, more preferably 7 or more, and the upper limit is preferably 36 or less, more preferably 24 or less, still more preferably 12 or less, even more preferably 10 or less. It is.
  • the basic structure of an aromatic group is that in the basic structure exemplified above, the carbon atom of the aromatic ring (including the above fused polycycles, etc.) is substituted with a heteroatom such as a nitrogen atom, oxygen atom, sulfur atom, or phosphorus atom. may have a heterocyclic ring.
  • the basic structures of the aromatic groups are merely representative and preferred examples, and the present invention is not limited to these.
  • the above-mentioned alicyclic group or a heterocyclic group described below may be bonded or condensed to an aromatic group based on the above-mentioned basic structure.
  • the hydrogen atoms of the aromatic ring are halogen atoms such as fluorine atoms, hydroxyl groups, amino groups, or substituents such as the above-mentioned aliphatic groups. It may be replaced.
  • the aliphatic group is preferably an alkyl group or an alkenyl group, more preferably an alkyl group, and the number of carbon atoms is preferably 1 or more, and the upper limit is preferably 12 or less, more preferably 8 or less, and even more preferably 6. Below, it is still more preferably 4 or less.
  • the substituent is preferably an aliphatic group, more preferably an alkyl group.
  • divalent aromatic group examples include a group having as a bond the portion of the above monovalent aromatic group excluding one hydrogen atom.
  • the one hydrogen atom may be a hydrogen atom of an aromatic ring, or a hydrogen atom of a substituent such as an alkyl group connected to the aromatic ring.
  • heterocyclic group examples include saturated or unsaturated monocyclic oxygen-containing heterocyclic compounds such as oxetane, tetrahydrofuran, dihydrofuran, furan, dioxolane, tetrahydropyran, and pyran; pyrrolidine, pyrroline, imidazolidine, imidazoline, Saturated or unsaturated monocyclic nitrogen-containing heterocyclic compounds such as imidazole, piperidine, pyridine, piperazine, pyridazine, pyrimidine, pyrazine, and triazine; Ring sulfur-containing heterocyclic compounds; saturated or unsaturated monocyclic oxygen-nitrogen heterocyclic compounds such as tetrahydroxazole, oxazole, oxadiazole, succinimide, morpholine, oxazine; tetrahydrothiazole, thiazole, thiomorpho Saturated or unsaturated or unsaturated or unsaturated or
  • saturated or unsaturated fused polycyclic oxygen-containing heterocyclic compounds such as benzofuran, octahydrobenzofuran, benzopyran, benzodioxane, dibenzofuran, xanthene, dibenzodioxin; indoline, indole, indolizine, benzimidazole, azaindole , decahydroquinoline, quinoline, quinosaline, carbazole, acridine, phenazine, azaadamantane, and other saturated or unsaturated fused polycyclic nitrogen-containing heterocyclic compounds; benzothiophene, benzothiopyran, dodecahydrodibenzothiophene, hexahydrodibenzothiophene , saturated or unsaturated fused polycyclic sulfur-containing heterocyclic compounds such as dibenzothiophene; fused polycyclic oxygen-nitrogen heterocyclic compounds such as furo
  • the number of carbon atoms in the monovalent heterocyclic group is preferably 3 or more, more preferably 4 or more, and the upper limit is preferably 36 or less, more preferably 24 or less, and even more preferably 18 or less.
  • polycyclic heterocyclic compounds include fused polycyclic compounds, but these are only representative and preferred examples. Needless to say, it can be done.
  • the above-mentioned heterocyclic group may include those in which, for example, the above-mentioned alicyclic group or aromatic group is bonded or condensed.
  • the one hydrogen atom may be a hydrogen atom of a heterocyclic ring, or a substituent such as an alkyl group (substituent) connected to a heterocyclic ring.
  • the group will be described later.
  • the hydrogen atoms of the heterocyclic group may be substituted with a halogen atom such as a fluorine atom, a hydroxyl group, an amino group, or a substituent such as the above aliphatic group.
  • the aliphatic group is preferably an alkyl group or an alkenyl group, more preferably an alkyl group, and the number of carbon atoms is preferably 1 or more, and the upper limit is preferably 12 or less, more preferably 8 or less, and even more preferably 6. Below, it is still more preferably 4 or less.
  • divalent heterocyclic group examples include a group having, as a bond, a portion of the above monovalent heterocyclic group excluding one hydrogen atom.
  • the one hydrogen atom may be a hydrogen atom of a heterocyclic group, or a hydrogen atom of a substituent such as an alkyl group connected to the heterocyclic group.
  • X 11 represents an oxygen atom, a sulfur atom, a group represented by the above general formula (1a), or a single bond. From the viewpoint of reducing oil absorption, easily obtaining excellent coating suitability, and more efficiently obtaining excellent battery performance, X 11 is an oxygen atom, a group single bond represented by the above general formula (1a) is preferred.
  • R 11a and R 12a each independently represent an organic group. Examples of the organic groups for R 11a and R 12a include aliphatic groups, alicyclic groups, aromatic groups, and hetero groups that are explained as monovalent organic groups among the organic groups explained as the organic groups for R 11 and R 12 above. Examples include cyclic groups, of which aliphatic groups are preferred.
  • the number of carbon atoms in the aliphatic group is preferably 1 or more, and the upper limit is preferably 20 or less, more preferably 16 or less, still more preferably 12 or less, even more preferably 4 or less, and methyl group is particularly preferred. .
  • n11 represents 0 or 1, and is preferably 0 from the viewpoint of reducing oil absorption, easily obtaining excellent coating suitability, and more efficiently obtaining excellent battery performance.
  • R 11 , R 12 , X 11 , and n 11 in the above general formula (1) include, when X 11 is a single bond, R 11 is a single bond, and R 12 is an aliphatic group; It is preferable that n 11 is 0, and the aliphatic group of R 12 is preferably an alkyl group, and the number of carbon atoms in the alkyl group is as described above.
  • Such a compound (1) is typically , heptanal (in general formula (1), R 11 and X 11 are single bonds, n 11 is 0, and R 12 is a hexyl group), hexanal (in general formula (1), R 11 and X 11 is a single bond, n 11 is 0, and R 12 is a pentyl group.), undecanal (in general formula (1 ) , R 11 and and R 12 is a decyl group) are preferably mentioned. It goes without saying that a compound having a structure similar to this can also provide similar effects.
  • R 11 , R 12 , X 11 , and n 11 in the above general formula (1) when X 11 is an oxygen atom, R 11 is an aliphatic group, and R 12 is an aromatic group. and n 11 is preferably 0, the aliphatic group for R 11 is preferably an alkyl group, and the number of carbon atoms in the alkyl group is as described above.
  • the aromatic group for R12 is preferably an aromatic group whose basic structure is a monocyclic aromatic compound, in which an aliphatic group (preferably an alkyl group) is connected to the aromatic ring, and the aliphatic group (preferably an alkyl group) is connected to the aromatic ring.
  • a group having one hydrogen atom removed from the group) as a bond is more preferable, and among these, a benzyl group, a phenylethyl group, and a phenylpropyl group are preferable, and a benzyl group is more preferable.
  • Such a compound (1) is typically benzyloxyacetaldehyde (in the general formula (1), X 11 is an oxygen atom, R 11 is a methylene group, n 11 is 0, and R 12 is a benzyl group) are preferably mentioned. It goes without saying that a compound having a structure similar to this can also provide similar effects.
  • R 11 , R 12 , X 11 , and n 11 in the above general formula (1) when X 11 is the above general formula (1a), R 11 and R 12 are aliphatic groups. , n 11 is preferably 0, and regarding X 11 , R 11a and R 12a in the above general formula (1a) are preferably an aliphatic group.
  • the aliphatic group of R 11 is preferably an alkyl group, and the number of carbon atoms is preferably 1 or more, and the upper limit is preferably 20 or less, more preferably 16 or less, still more preferably 12 or less, and even more preferably 4.
  • the following are preferred, and methyl group is particularly preferred.
  • the aliphatic group for R12 is preferably an alkyl group, more preferably an alkyl group with a branched chain, and among the alkyl groups with a branched chain, a tertiary alkyl group (i.e., one carbon atom with three carbon atoms) is preferred. It is preferably an alkyl group having a structure in which atoms are connected.
  • the number of carbon atoms in the aliphatic group of R12 is preferably 3 or more, more preferably 4 or more, and the upper limit is preferably 20 or less, more preferably 16 or less, still more preferably 12 or less, even more preferably 6 or less. It is. Further, the aliphatic groups of R 11a and R 12a in the above general formula (1a) are preferably an alkyl group, and the number of carbon atoms is preferably 1 or more, and the upper limit is preferably 20 or less, more preferably 16 or less, and even more preferably is 12 or less, more preferably 4 or less, and methyl group is particularly preferred.
  • the above compound (1) can be used alone or in combination.
  • a compound represented by the following general formula (2) is preferably mentioned. The amount of oil absorption is reduced, it becomes easier to obtain excellent coating suitability, and excellent battery performance can be obtained more efficiently.
  • R 21 and R 22 each independently represent an organic group or a single bond
  • X 21 represents an oxygen atom, a sulfur atom, or a single bond
  • n 21 represents 0 or 1.
  • the organic groups of R 21 and R 22 are divalent organic groups, and among the organic groups explained as the organic groups of R 11 and R 12 above, divalent aliphatic groups, alicyclic groups, aromatic groups, and Examples include heterocyclic groups, and divalent aliphatic groups are preferred.
  • the divalent aliphatic group, alicyclic group, aromatic group, and heterocyclic group are the same as those explained as the organic group for R 11 and R 12 above.
  • a preferred combination of R 21 , R 22 , and X 21 in the above general formula (2) is that one of R 21 and R 22 is an aliphatic group, the other is a single bond, and X 21 is a single bond.
  • the aliphatic group of either R 21 or R 22 is preferably an alkanediyl group.
  • the number of carbon atoms in the alkanediyl group is the same as the number of carbon atoms in the divalent aliphatic group of R 11 and R 12 , that is, it is preferably 1 or more, and the upper limit is preferably 12 or less, more preferably 8 or less, and It is preferably 4 or less, and even more preferably 3 or less.
  • X 21 represents an oxygen atom, a sulfur atom, or a single bond. From the viewpoint of reducing oil absorption, easily obtaining excellent coating suitability, and more efficiently obtaining excellent battery performance, X 21 is preferably a single bond. Further, n 21 represents 0 or 1. From the viewpoint of reducing oil absorption, easily obtaining excellent coating suitability, and more efficiently obtaining excellent battery performance, n21 is preferably 0.
  • Such a compound (2) is typically acetylacetone (in general formula (2), R 21 and X 21 are single bonds, R 22 is a methylene group, and n 21 is 1). ) are preferred. Further, as such a compound (2), benzyloxyacetone (in general formula (2), X 21 is an oxygen atom, R 21 is a methylene group, R 22 is a benzyl group, and n 21 is 0) is also preferably mentioned. It goes without saying that compounds having structures similar to these can also provide similar effects.
  • the above compound (2) can be used alone or in combination.
  • the compound (3) used in the modified sulfide solid electrolyte of the present embodiment has two or more halogen-containing groups represented by -CH 2 X (X represents a fluorine atom or a bromine atom) and an organic group. It is a compound with As the compound (3), a compound represented by the following general formula (3) is preferably mentioned. Oil absorption is reduced, excellent coating suitability is easily obtained, and excellent battery performance can be obtained more efficiently.
  • R 31 represents an organic group or a single bond
  • X 31 and X 32 each independently represent a fluorine atom or a bromine atom.
  • the organic group for R 31 is a divalent organic group, and among the organic groups explained as the organic groups for R 11 and R 12 above, a divalent aliphatic group, an alicyclic group, an aromatic group, and a heterocyclic group. are mentioned, and divalent aliphatic groups are preferred.
  • examples of the divalent aliphatic group include a group having a moiety other than one hydrogen atom as a bond in the monovalent aliphatic group, that is, an alkane.
  • examples include diyl group, alkenediyl group, and alkynediyl group. From the viewpoint of reducing oil absorption, easily obtaining excellent coating suitability, and more efficiently obtaining excellent battery performance, alkanediyl groups and alkenediyl groups are preferred, and alkanediyl groups are more preferred.
  • the number of carbon atoms in the divalent aliphatic group is preferably 1 or more, and the upper limit is preferably 20 or less, more preferably 16 or less, still more preferably 12 or less, even more preferably 10 or less.
  • the aliphatic group may be linear or branched, but is preferably linear. Others are the same as the aliphatic groups of R 11 and R 12 above.
  • R31 may be the above-mentioned organic group or a single bond, but it reduces oil absorption, makes it easier to obtain excellent coating suitability, and more efficiently obtains excellent battery performance. From this point of view, the above organic group is preferable.
  • X 31 and X 32 each independently represent a fluorine atom or a bromine atom, and X 31 and X 32 may be the same or different. From the viewpoint of efficiently obtaining excellent battery performance, it is preferable that they are the same. Further, either a fluorine atom or a bromine atom may be used, but from the same viewpoint, a bromine atom is preferable.
  • Such compounds (3) typically include 1,3-dibromopropane (in general formula (3), R 31 is a methylene group, and X 31 and X 32 are bromine atoms), 1, 4-dibromobutane (in general formula (3), R 31 is a methylene group, X 31 and X 32 are bromine atoms), 1,6-dibromohexane (in general formula (3), R 31 is 1, 4-butanediyl group, X 31 and X 32 are bromine atoms), 1,10-dibromodecane (in general formula (3 ) , R 31 is 1,8 - octanediyl group, Preferred examples include dibromoalkanes such as atoms. Like these compounds, dihalogenated alkyl in which one bromine atom is bonded to both terminal carbon atoms as a halogen atom is particularly preferred. It goes without saying that a compound having a structure similar to this can also provide similar effects.
  • the above compound (3) can be used alone or in combination.
  • the compound (4) used in the modified sulfide solid electrolyte of this embodiment is a thiol compound.
  • Preferable examples of compound (4) include compounds represented by the following general formulas (4-1) and (4-2). The amount of oil absorption is reduced, it becomes easier to obtain excellent coating suitability, and excellent battery performance can be obtained more efficiently.
  • R 411 , R 412 and R 413 each independently represent an organic group or a single bond
  • X 411 represents a hydrogen atom or a thiol group
  • n 411 represents an integer from 0 to 3.
  • at least one of R 411 , R 412 and R 413 is an organic group.
  • R 421 , R 422 and R 423 each independently represent an organic group.
  • the organic groups of R 411 , R 412 and R 413 are divalent organic groups, and among the organic groups explained as the organic groups of R 11 and R 12 above, divalent aliphatic groups, alicyclic groups, aromatic Examples include group groups and heterocyclic groups, with divalent aliphatic groups being preferred.
  • the number of carbon atoms in the divalent aliphatic groups R 411 and R 413 is preferably from the viewpoint of reducing oil absorption, easily obtaining excellent coating suitability, and more efficiently obtaining excellent battery performance.
  • the upper limit is preferably 24 or less, more preferably 20 or less, still more preferably 16 or less, even more preferably 12 or less.
  • the number of carbon atoms in the divalent aliphatic group of R 412 is preferably 1 or more, and the upper limit is preferably 8 or less, more preferably 6 or less, still more preferably 4 or less, and even more preferably is 2 or less.
  • the plurality of R 42s may be the same or different, and are preferably the same.
  • the aliphatic group may be linear or branched, but is preferably linear. Others are the same as the aliphatic groups of R 11 and R 12 above. Furthermore, regarding the divalent alicyclic group, aromatic group, and heterocyclic group that can be the organic group of R 411 , R 412 , and R 413 , the alicyclic group, aromatic group, and heterocyclic group in the organic group of R 11 and R 12 above, It is the same as that explained as a heterocyclic group.
  • R 411 , R 412 and R 413 may be the above-mentioned single bonds, but from the viewpoint of reducing oil absorption, easily obtaining excellent coating suitability, and more efficiently obtaining excellent battery performance, Preferably, at least one is the above organic group.
  • X411 represents a hydrogen atom or a thiol group, which may be either. Preferably, it is an atom. That is, compound (4) may be a monothiol compound having one thiol group or a dithiol compound having two thiol groups, and a monothiol compound is preferable. Further, n 411 represents an integer from 0 to 3, and from the same point of view, it is preferably 0 or 1, and more preferably 0.
  • the organic group of R 421 is a divalent organic group, and among the organic groups explained as the organic groups of R 11 and R 12 above, a divalent aliphatic group, an alicyclic group, an aromatic group, and a heterocyclic group.
  • a divalent aliphatic group and an aromatic group are preferred, and a divalent aromatic group is more preferred.
  • the divalent aliphatic group, alicyclic group, aromatic group, and heterocyclic group are the same as those explained as the organic group for R 11 and R 12 above.
  • the number of carbon atoms in the divalent aliphatic group of R421 is preferably 1 or more, from the viewpoint of reducing oil absorption, easily obtaining excellent coating suitability, and more efficiently obtaining excellent battery performance. More preferably, it is 2 or more, and the upper limit is preferably 12 or less, more preferably 8 or less, and still more preferably 4 or less.
  • R 422 and R 423 are monovalent organic groups, and among the organic groups explained as the organic groups R 11 and R 12 above, monovalent aliphatic groups, aliphatic groups, Examples include cyclic groups, aromatic groups and heterocyclic groups, with monovalent aliphatic groups being preferred.
  • the monovalent aliphatic group, alicyclic group, aromatic group, and heterocyclic group are the same as those explained as the organic group for R 11 and R 12 above.
  • the number of carbon atoms in the monovalent aliphatic groups of R 422 and R 423 is preferably from the viewpoint of reducing oil absorption, easily obtaining excellent coating suitability, and more efficiently obtaining excellent battery performance.
  • the upper limit is preferably 12 or less, more preferably 8 or less, still more preferably 4 or less, even more preferably 2 or less.
  • the plurality of R 422 or R 423 may be the same or different, and are preferably the same.
  • the aliphatic groups of R 421 , R 422 and R 423 may be linear or branched, but are preferably linear. Others are the same as the aliphatic groups of R 11 and R 12 above. Furthermore, regarding the monovalent or divalent alicyclic group, aromatic group, and heterocyclic group that can be the organic group of R 421 , R 422 , and R 423 , the alicyclic group, aromatic These are the same as those explained as group groups and heterocyclic groups.
  • a typical compound represented by the above general formula (4-1) is 1-dodecanethiol (in general formula (4-1), R 411 is a single bond, n 411 is 0 , R 413 is a 1,12 - dodecanediyl group, and , R 413 is a 1,10-decanediyl group, and X 411 is a thiol group).
  • 3-mercaptopropyltrimethoxysilane in the general formula (4-2), R 421 is a 1,3-propanediyl group, R 423 is a methyl group, n 421 is 0, and n 422 is 3.
  • R 421 is a 1,3-propanediyl group
  • R 423 is a methyl group
  • n 421 is 0, and n 422 is 3.
  • the above compound (4) can be used alone or in combination, and the compound represented by the above general formula (4-1) and the general formula (4) can be used alone or in combination. At least one compound selected from the compounds shown in -2) can be used.
  • the compound represented by the above general formula (4-1) may be used alone, or two types of compounds represented by the above general formula (4-1) may be used in combination, or the above general formula ( The same applies to the compound represented by 4-2).
  • the compound represented by the above general formula (4-1) may be used alone or in combination with a plurality of compounds represented by the general formula (4-2), either alone or in combination.
  • the compound (5) used in the modified sulfide solid electrolyte of the present embodiment is a metal-free phosphorus compound (provided that it is a compound that does not contain an oxygen atom that forms a single bond with a phosphorus atom).
  • Compound (5) may be a phosphorus compound that does not contain a metal atom, provided that it does not contain an oxygen atom that forms a single bond with a phosphorus atom. That is, compound (5) does not include compounds in which a hydrocarbon group is bonded to a phosphorus atom via oxygen, for example, a compound in which an alkoxy group or various organic groups is bonded to a phosphorus atom via an ether bond.
  • Preferable examples of compound (5) include compounds represented by the following general formula (5-1). The amount of oil absorption is reduced, it becomes easier to obtain excellent coating suitability, and excellent battery performance can be obtained more efficiently.
  • R 511 , R 512 and R 513 each independently represent an organic group.
  • the organic groups of R 511 , R 512 and R 513 are monovalent organic groups, and among the organic groups explained as the organic groups of R 11 and R 12 above, monovalent aliphatic groups, alicyclic groups, aromatic groups Examples include group groups and heterocyclic groups, with monovalent aliphatic groups being preferred.
  • the monovalent aliphatic group, alicyclic group, aromatic group, and heterocyclic group are the same as those explained as the organic group for R 11 and R 12 above.
  • the number of carbon atoms in the monovalent aliphatic groups of R 511 , R 512 and R 513 is determined from the viewpoint of reducing oil absorption, making it easier to obtain excellent coating suitability, and more efficiently obtaining excellent battery performance. , preferably 1 or more, more preferably 2 or more, still more preferably 3 or more, and the upper limit is preferably 20 or less, more preferably 16 or less, still more preferably 12 or less, even more preferably 10 or less.
  • the aliphatic group may be linear or branched, but is preferably linear. Others are the same as the aliphatic groups of R 11 and R 12 above.
  • the monovalent alicyclic group, aromatic group, and heterocyclic group that can be the organic group of R 511 , R 512 , and R 513 , the alicyclic group, aromatic group, and heterocyclic group in the organic group of R 11 and R 12 above, It is the same as that explained as a heterocyclic group.
  • R 511 , R 512 and R 513 may be an organic group having an oxygen atom, for example, the above-mentioned monovalent aliphatic group, alicyclic group, aromatic group, heterocyclic group It may be a group having a group selected from.
  • the monovalent organic group having an oxygen atom interposed therebetween is preferably a group having an oxygen atom and an aliphatic group.
  • the compound (5) represented by the general formula (5-1) is typically tri-n-octylphosphine oxide (R 511 , R 512 and R 513 in the general formula (5-1)). is a 1-octyl group.) are preferably mentioned. It goes without saying that a compound having a structure similar to this can also provide similar effects.
  • Preferable examples of the compound (5) include compounds represented by the following general formula (5-2).
  • R 521 , R 522 and R 523 each independently represent an organic group.
  • the organic groups of R 511 , R 512 and R 513 are monovalent organic groups, and among the organic groups explained as the organic groups of R 11 and R 12 above, monovalent aliphatic groups, alicyclic groups, aromatic groups Examples include group groups and heterocyclic groups, with monovalent aliphatic groups and aromatic groups being preferred.
  • the monovalent aliphatic group, alicyclic group, aromatic group, and heterocyclic group are the same as those explained as the organic group for R 11 and R 12 above.
  • the number of carbon atoms in the monovalent aliphatic groups of R 521 , R 522 and R 523 is determined from the viewpoint of reducing oil absorption, making it easier to obtain excellent coating suitability, and more efficiently obtaining excellent battery performance. , preferably 1 or more, more preferably 2 or more, still more preferably 3 or more, and the upper limit is preferably 20 or less, more preferably 16 or less, still more preferably 12 or less, even more preferably 10 or less.
  • the aliphatic group may be linear or branched, but is preferably linear. Others are the same as the aliphatic groups of R 11 and R 12 above.
  • the monovalent aromatic groups for R 521 , R 522 and R 523 include aromatic groups whose basic structure is a monocyclic aromatic compound. is preferable, and phenyl group is especially preferable.
  • R 521 , R 522 and R 523 may be an organic group having an oxygen atom, for example, the above-mentioned monovalent aliphatic group, alicyclic group, aromatic group, heterocyclic group It may be a group having a group selected from.
  • the monovalent organic group having an oxygen atom interposed therebetween is preferably a group having an oxygen atom and an aliphatic group.
  • the compound (5) represented by the general formula (5-2) is typically tri-n-octylphosphine (in the general formula (5-2), R 521 , R 522 and R 523 are 1-octyl group) and triphenylphosphine (in general formula (5-2), R 521 , R 522 and R 523 are phenyl groups). It goes without saying that a compound having a structure similar to this can also provide similar effects.
  • Preferable examples of the compound (5) include compounds represented by the following general formula (5-3).
  • R 531 , R 532 , R 535 and R 536 each independently represent an organic group.
  • R 533 and R 534 each independently represent a single bond or an organic group, and X 531 represents a single bond or an oxygen atom. Further, at least one of R 533 and R 534 is an organic group, and R 533 and R 534 may be bonded to each other to form a condensed ring.
  • the organic groups of R 531 , R 532 , R 535 and R 536 are monovalent organic groups, and among the organic groups explained as the organic groups of R 11 and R 12 above, monovalent aliphatic groups, alicyclic groups group, aromatic group, and heterocyclic group, monovalent aliphatic group and aromatic group are preferable, and monovalent aromatic group is more preferable.
  • the monovalent aliphatic group, alicyclic group, aromatic group, and heterocyclic group are the same as those explained as the organic group for R 11 and R 12 above.
  • the basic structure of the monovalent aromatic groups of R 531 , R 532 , R 535 and R 536 is a monocyclic aromatic compound among the aromatic groups explained as the aromatic groups of R 11 and R 12 above.
  • Aromatic groups are preferred, and phenyl groups are particularly preferred.
  • R 531 , R 532 , R 535 and R 536 may be an organic group having an oxygen atom, for example, the monovalent aliphatic group, alicyclic group, aromatic group, It may also be a group having a group selected from heterocyclic groups.
  • the monovalent organic group having an oxygen atom interposed therebetween is preferably a group having an oxygen atom and an aliphatic group, or a group having an oxygen atom and an aromatic group.
  • the organic groups of R 533 and R 534 are divalent organic groups, and among the organic groups explained as the organic groups of R 11 and R 12 above, divalent aliphatic groups, alicyclic groups, aromatic groups, and Examples include heterocyclic groups, preferably divalent aliphatic groups and aromatic groups, and more preferably divalent aromatic groups.
  • the divalent aliphatic group, alicyclic group, aromatic group, and heterocyclic group are the same as those explained as the organic group for R 11 and R 12 above.
  • the number of carbon atoms in the divalent aliphatic groups of R 533 and R 534 is preferably from the viewpoint of reducing oil absorption, easily obtaining excellent coating suitability, and more efficiently obtaining excellent battery performance.
  • the number is 1 or more, more preferably 2 or more, even more preferably 3 or more, and the upper limit is preferably 16 or less, more preferably 12 or less, still more preferably 8 or less, even more preferably 6 or less.
  • the aliphatic group may be linear or branched, but is preferably linear. Others are the same as the aliphatic groups of R 11 and R 12 above.
  • divalent aromatic groups for R 533 and R 534 divalent aromatic groups can be adopted from among the aromatic groups explained as the aromatic groups for R 11 and R 12 above, and the above monovalent aromatic groups can be used.
  • the monocyclic aromatic compounds mentioned above may be employed from groups having as bonding hands the moiety obtained by removing two hydrogen atoms from the basic structure of the ring aromatic compound, bonded polycyclic aromatic compound, or fused polycyclic aromatic compound. It is a group having as a bond the part obtained by removing two hydrogen atoms from the basic structure of a compound or a fused polycyclic aromatic compound.
  • At least one of R 533 and R 534 is an organic group.
  • R 533 and R 534 may be bonded to each other to form a condensed ring.
  • X 531 becomes a single bond.
  • the condensed ring in this case include the condensed rings explained in the alicyclic group, aromatic group, and heterocyclic group of R 11 and R 12 above.
  • R 533 , X 531 , and R 534 may be bonded to each other to form a condensed ring.
  • the condensed ring in this case include the oxygen-containing condensed polycyclic heterocyclic compound described in the heterocyclic group of R 11 and R 12 above.
  • the compound (5) represented by the general formula (5-3) is typically 1,4-bis(diphenylphosphino)butane (in the general formula (5-3), R 531 , R 532 , R 535 and R 536 are phenyl groups, R 533 is 1,4-butanediyl group, R 534 and X 531 are single bonds), bis[(2-diphenylphosphino)phenyl] ether (In general formula (5-3), R 531 , R 532 , R 535 and R 536 are phenyl groups, R 533 and R 534 are benzenediyl groups, and X 531 is an oxygen atom.), 4 ,5-bis(diphenylphosphino)-9,9-dimethylxanthene (in general formula (5-3), R 531 , R 532 , R 535 and R 536 are phenyl groups, and R 533 and are xanthene-4 ,5-diyl group, R 534 and
  • R 533 is a dihydrobenzopyran group
  • R 534 is a phenyl group
  • R 533 and R 534 are condensed with each other to form xanthene- It can be said that it forms a 4,5-diyl group.) are preferably mentioned. It goes without saying that a compound having a structure similar to this can also provide similar effects.
  • the above compound (5) can be used alone or in combination, and the compound represented by the above general formula (5-1), the general formula (5) At least one compound selected from the compound represented by -2) and the compound represented by general formula (5-3) can be used.
  • the compound represented by the above general formula (5-1) may be used alone, or two types of compounds represented by the above general formula (5-1) may be used in combination, or the above general formula ( The same applies to the compounds represented by 5-2) and (5-3).
  • the compound represented by the above general formula (5-1) may be used alone or in combination with a plurality of compounds represented by the general formula (5-2), and the compound represented by the general formula (5-2) may be used alone or in combination.
  • the molecular weight of the compound (5) is preferably 3000 or less, more preferably 2000 or less, from the viewpoint of reducing oil absorption, easily obtaining excellent coating suitability, and more efficiently obtaining excellent battery performance. More preferably it is 1500 or less, even more preferably 1000 or less.
  • the compound (6) used in the modified sulfide solid electrolyte of this embodiment is a metal-free boron compound.
  • Compound (6) may be any boron compound that does not contain metal.
  • a compound represented by the following general formula (6) is preferably mentioned. The amount of oil absorption is reduced, it becomes easier to obtain excellent coating suitability, and excellent battery performance can be obtained more efficiently.
  • R 61 , R 62 and R 63 each independently represent an organic group.
  • the organic groups of R 61 , R 62 and R 63 are monovalent organic groups, and among the organic groups explained as the organic groups of R 11 and R 12 above, monovalent aliphatic groups, alicyclic groups, aromatic Examples include group groups and heterocyclic groups, with monovalent aliphatic groups being preferred.
  • the monovalent aliphatic group, alicyclic group, aromatic group, and heterocyclic group are the same as those explained as the organic group for R 11 and R 12 above.
  • the number of carbon atoms in the monovalent aliphatic groups of R 61 , R 62 and R 63 is determined from the viewpoint of reducing oil absorption, making it easier to obtain excellent coating suitability, and more efficiently obtaining excellent battery performance. , preferably 1 or more, more preferably 2 or more, still more preferably 4 or more, even more preferably 6 or more, and the upper limit is preferably 28 or less, more preferably 24 or less, still more preferably 20 or less, and even more Preferably it is 18 or less.
  • the aliphatic group may be linear or branched, but is preferably linear. Others are the same as the aliphatic groups for R 11 and R 12 above.
  • R 61 , R 62 and R 63 are organic groups having an oxygen atom.
  • the organic group via an oxygen atom include a group having a group selected from the above-mentioned monovalent aliphatic group, alicyclic group, aromatic group, and heterocyclic group via an oxygen atom.
  • the monovalent organic group having an oxygen atom interposed therebetween is preferably a group having an oxygen atom and an aliphatic group, and particularly preferably a group having an oxygen atom and an alkyl group, that is, an alkoxy group.
  • the number of carbon atoms in the aliphatic group is the same as the preferred number of carbon atoms in the monovalent aliphatic groups R 61 , R 62 and R 63 above.
  • the compound (6) represented by the general formula (6) is typically tri-n-octyl borate (in the general formula (6), R 61 , R 62 and R 63 are octyloxy groups). ), and tri-n-octadecyl borate (in general formula (6), R 61 , R 62 and R 63 are octadecyloxy groups) are preferred. It goes without saying that a compound having a structure similar to this can also provide similar effects.
  • the above compound (6) can be used alone or in combination.
  • Compounds (1) to (4) and (6) like the above compound (5), have a predetermined molecular weight from the viewpoint of easily obtaining excellent coating suitability and more efficiently obtaining excellent battery performance. It is preferable that the compound has the following. Specifically, the molecular weight of compounds (1) to (4) and (6) is preferably 3000 from the viewpoint of easily obtaining excellent coating suitability and more efficiently obtaining excellent battery performance. Below, it is more preferably 2000 or less, still more preferably 1500 or less, even more preferably 1000 or less.
  • the content of the compound having a molecular weight of 3000 or less is preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, even more preferably 99% by mass or more, and even more preferably 100% by mass, that is, the total amount has a number average molecular weight It is even more preferable that the compound is 3000 or less.
  • At least one compound selected from compounds (1) to (6) relative to the total amount of at least one compound selected from compounds (1) to (6) contained in the modified sulfide solid electrolyte
  • the content of the compound whose molecular weight exceeds 3000 is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, even more preferably 1% by mass or less, and even more preferably 0% by mass, that is, the molecular weight is It is even more preferred that no compounds are included that have a molecular weight of more than 3,000.
  • the content of compounds (1) to (6) contained in the modified sulfide solid electrolyte may vary depending on the type of compound used, so it cannot be determined unconditionally, but it is preferably based on 100 parts by mass of the sulfide solid electrolyte. is 0.03 parts by mass or more, more preferably 0.05 parts by mass, even more preferably 0.1 parts by mass or more, even more preferably 0.5 parts by mass, and the upper limit is preferably 25 parts by mass or less, more preferably is 20 parts by mass or less. Within the above range, the coating suitability when coating as a paste can be efficiently improved, and excellent battery performance can be obtained more efficiently.
  • each of the compounds (1) to (6) can be used in combination of multiple types, such as using the above compounds (1) to (6) alone or combining multiple types of compounds corresponding to compound (1). , or two or more compounds selected from compounds (1) to (6) can be used in combination.
  • the sulfide solid electrolyte that can be used in this embodiment contains lithium atoms, sulfur atoms, phosphorus atoms, and halogen atoms, and can be used without particular restrictions as long as it has a BET specific surface area of 10 m 2 /g or more.
  • a commercially available product can be used as it is, or it can be manufactured and used.
  • a method for producing and using a sulfide solid electrolyte that can be used in this embodiment will be described.
  • the sulfide solid electrolyte that can be used in this embodiment can be manufactured by mixing two or more raw materials selected from compounds containing at least one of lithium atoms, sulfur atoms, phosphorus atoms, and halogen atoms. obtained by the method.
  • the raw material two or more compounds selected from compounds containing at least one of a lithium atom, a sulfur atom, a phosphorus atom, and a halogen atom can be employed.
  • Compounds that can be used as raw materials include at least one atom of a lithium atom, a sulfur atom, a phosphorus atom, and a halogen atom.
  • Lithium halides such as lithium chloride; alkali metal halides such as sodium halides such as sodium iodide, sodium fluoride, sodium chloride, and sodium bromide; diphosphorus trisulfide (P 2 S 3 ), diphosphorus pentasulfide ( phosphorus sulfide such as 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 ), thiophosphoryl iodide ( At least two types of atoms selected from the above four types of atoms, such as
  • Compounds other than those mentioned above that can be used as raw materials include, for example, compounds containing at least one type of atom selected from the above four types of atoms and also containing atoms other than the four types of atoms, more specifically, lithium oxide, Lithium compounds such as 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, tin sulfide (SnS, SnS 2 ), sulfide Metal sulfides such as aluminum and zinc sulfide; phosphoric acid compounds such as sodium phosphate and lithium phosphate; aluminum halides, silicon halides, germanium halides, arsenic halides, selenium halides, tin halides, antimony halides
  • halogen atoms chlorine atoms, bromine atoms, and iodine atoms are preferable, and bromine atoms and iodine atoms are more preferable.
  • these atoms may be used alone or in combination. That is, taking lithium halide as an example, lithium bromide may be used alone, lithium iodide may be used alone, or lithium bromide and lithium iodide may be used in combination. .
  • compounds that can be used as raw materials include, among the above, lithium sulfide; phosphorus sulfide such as diphosphorus trisulfide (P 2 S 3 ) and diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ); fluorine ( Elemental halogens such as F 2 ), chlorine (Cl 2 ), bromine (Br 2 ), and iodine (I 2 ); lithium halides such as lithium fluoride, lithium chloride, lithium bromide, and lithium iodide; preferred are sulfurized Among phosphorus, diphosphorus pentasulfide is preferred; among halogens, chlorine (Cl 2 ), bromine (Br 2 ), and iodine (I 2 ) are preferred; among lithium halides, lithium chloride, lithium bromide, and lithium iodide are preferred. preferable.
  • Preferred combinations of compounds that can be used as 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 and lithium chloride are preferable, and chlorine, bromine and iodine are preferable as simple halogens.
  • the lithium sulfide is preferably in the form of particles.
  • the average particle diameter (D 50 ) of the lithium sulfide particles is preferably 10 ⁇ m or more and 2000 ⁇ m or less, more preferably 30 ⁇ m or more and 1500 ⁇ m or less, and even more preferably 50 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter (D 50 ) is the particle diameter that reaches 50% of the total when a particle diameter distribution integration curve is drawn, and is accumulated sequentially from the smallest particle diameter
  • the volume distribution is , for example, is an average particle size that can be measured using 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 is determined from the viewpoint of obtaining higher chemical stability, and from the viewpoint of obtaining PS 4 fraction. From the viewpoint of obtaining high ionic conductivity, it is preferably 60 mol% or more, more preferably 65 mol% or more, even more preferably 68 mol% or more, and the upper limit is preferably 80 mol% or less, more preferably 78 mol% or less, More preferably, it is 76 mol% or less.
  • the content of lithium sulfide and diphosphorus pentasulfide relative to the total of these is preferably 60 mol% or more, more preferably is 65 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, and the upper limit is preferably 100 mol% or less, more preferably 90 mol% or less, still more preferably 80 mol% or less.
  • the proportion of lithium bromide is preferably 1 mol% or more, more preferably 20 mol% or more, still more preferably 40 mol% or more, even more preferably 50 mol% or more, and the upper limit is preferably 99 mol% or less, more preferably 90 mol%.
  • the content is more preferably 80 mol% or less, even more preferably 70 mol% or less.
  • 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%, more 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 (1), more preferably to satisfy formula (2) below, even more preferably to satisfy formula (3) below, and even more preferably to satisfy formula (4) below. 2 ⁇ 2 ⁇ + ⁇ 100...(1) 4 ⁇ 2 ⁇ + ⁇ 80...(2) 6 ⁇ 2 ⁇ + ⁇ 50...(3) 6 ⁇ 2 ⁇ + ⁇ 30...(4)
  • Two or more raw materials selected from compounds containing at least one of lithium atoms, sulfur atoms, phosphorus atoms, and halogen atoms can be mixed using a mixer, for example. Moreover, it can also be carried out using a stirrer, a pulverizer, etc. This is because even if a stirrer is used, mixing of the raw materials may occur, and if a pulverizer is used, the raw materials will be crushed, but mixing will also occur at the same time.
  • the sulfide solid electrolyte used in this embodiment is produced by stirring, mixing, pulverizing, or It can also be said that it can be performed by a combination of any of these processes.
  • stirrer and mixer examples include a mechanical stirrer mixer that is equipped with stirring blades in a reaction tank and is capable of stirring (mixing by stirring or agitation mixing).
  • examples of the mechanical stirring type mixer include a high speed stirring type mixer, a double-arm type mixer, and the like.
  • high-speed stirring type mixer examples 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 type mixers include blade type, arm type, anchor type, paddle type, full zone type, ribbon type, multi-stage blade type, double arm type, shovel type, biaxial vane type, Examples include flat blade type, C-type blade type, etc., and from the viewpoint of promoting the reaction of raw materials more efficiently, shovel type, flat blade type, C-type blade type, anchor type, paddle type, full zone type, etc. are preferable. Anchor type, paddle type, and full zone type are more preferred.
  • the rotation speed of the stirring blade may be adjusted as appropriate depending on the volume of the fluid in the reaction tank, the temperature, the shape of the stirring blade, etc., and there is no particular restriction, but it is usually 5 rpm or more and 400 rpm or less. From the viewpoint of promoting the reaction of raw materials more efficiently, the speed is preferably 10 rpm or more and 300 rpm or less, more preferably 15 rpm or more and 250 rpm or less, and even more preferably 20 rpm or more and 200 rpm or less.
  • the temperature conditions when mixing using a mixer for example, usually -30 to 120°C, preferably -10 to 100°C, more preferably 0 to 80°C, still more preferably 10 to 60°C. It is.
  • the mixing time is usually 0.1 to 500 hours, preferably 1 to 450 hours, more preferably 10 to 425 hours, even more preferably 20 to 400 hours, from the viewpoint of making the dispersion state of the raw materials more uniform and promoting the reaction. time, more preferably 40 to 375 hours.
  • the method of mixing accompanied by pulverization using a pulverizer is a method that has been conventionally employed as a solid phase method (mechanical milling method).
  • a media type crusher using a crushing medium can be used.
  • Media-type pulverizers are broadly classified into container-driven pulverizers and media agitation-type pulverizers. Examples of the container-driven pulverizer include a stirring tank, a pulverizing tank, a ball mill, a bead mill, etc. that are a combination of these.
  • media agitation type crushers include impact type crushers such as cutter mills, hammer mills, and pin mills; tower type crushers such as tower mills; stirring tank type crushers such as attritors, aquamizers, and sand grinders; visco mills, Examples include various types of pulverizers such as a flow tank type pulverizer such as a pearl mill; a flow tube type pulverizer; an annular type pulverizer such as a coball mill; a continuous dynamic type pulverizer; and a single-screw or multi-screw kneader.
  • impact type crushers such as cutter mills, hammer mills, and pin mills
  • tower type crushers such as tower mills
  • stirring tank type crushers such as attritors, aquamizers, and sand grinders
  • visco mills examples include various types of pulverizers such as a flow tank type pulverizer such as a pearl mill; a flow tube type pulverizer; an
  • ball mills and bead mills which are exemplified as container-driven crushers, are preferable, and planetary type ones are particularly preferable.
  • crushers can be selected as appropriate depending on the desired scale, etc.
  • container-driven crushers such as ball mills and bead mills can be used, and for large scale or mass production In the case of grinding, other types of grinders may be used.
  • a wet pulverizer that can handle wet pulverization is preferable.
  • Typical wet mills include wet bead mills, wet ball mills, and wet vibration mills, which allow the grinding conditions to be adjusted freely and are suitable for processing smaller particle sizes.
  • a wet bead mill is used.
  • dry pulverizers such as dry media pulverizers such as dry bead mills, dry ball mills, and dry vibration mills, and dry non-media pulverizers such as jet mills can also be used.
  • a flow-through type pulverizer when the object to be mixed is in a liquid state or a slurry state, a flow-through type pulverizer can be used, which is capable of circulation operation where it is circulated as necessary.
  • a pulverizer of a type that circulates between a pulverizer for pulverizing slurry (pulverizing mixer) and a temperature holding tank (reaction container) can be mentioned.
  • the size of the beads and balls used in the ball mill and bead mill may be appropriately selected depending on the desired particle size, processing amount, etc.
  • the diameter of the beads is usually 0.05 mm ⁇ or more, preferably 0.1 mm ⁇ or more, More preferably, it is 0.3 mm ⁇ or more, and the upper limit is usually 5.0 mm ⁇ or less, preferably 3.0 mm ⁇ or less, and more preferably 2.0 mm ⁇ or less.
  • the diameter of the ball is usually 2.0 mm ⁇ or more, preferably 2.5 mm ⁇ or more, more preferably 3.0 mm ⁇ or more, and the upper limit is usually 20.0 mm ⁇ or less, preferably 15.0 mm ⁇ or less, more preferably 10.0 mm ⁇ or less.
  • the material include metals such as stainless steel, chrome steel, and tungsten carbide; ceramics such as zirconia and silicon nitride; and minerals such as agate.
  • the rotation speed varies depending on the scale of processing, so it cannot be generalized, but it is usually 10 rpm or more, preferably 20 rpm or more, more preferably 50 rpm or more, and the upper limit is The speed is usually 1,000 rpm or less, preferably 900 rpm or less, more preferably 800 rpm or less, and still more preferably 700 rpm or less.
  • the crushing time in this case varies depending on the scale of the treatment, so it cannot be generalized, but it is usually 0.5 hours or more, preferably 1 hour or more, more preferably 5 hours or more, and still more preferably 10 hours or more.
  • the upper limit is usually 100 hours or less, preferably 72 hours or less, more preferably 48 hours or less, and even more preferably 36 hours or less.
  • solvent In the above mixing, a solvent can be added to the above raw materials.
  • various solvents that are broadly called organic solvents can be used.
  • solvent it is possible to use a wide range of solvents that have been conventionally used in the production of solid electrolytes, such as hydrocarbons such as aliphatic hydrocarbon solvents, alicyclic hydrocarbon solvents, and aromatic hydrocarbon solvents. Examples include solvents.
  • Examples of aliphatic hydrocarbons include hexane, pentane, 2-ethylhexane, heptane, octane, decane, undecane, dodecane, and tridecane
  • examples of alicyclic hydrocarbons include cyclohexane and methylcyclohexane.
  • Examples of the aromatic hydrocarbon solvent include benzene, toluene, xylene, mesitylene, ethylbenzene, tert-butylbenzene, trifluoromethylbenzene, and nitrobenzene.
  • examples include solvents containing atoms other than carbon atoms and hydrogen atoms, such as heteroatoms such as nitrogen atoms, oxygen atoms, sulfur atoms, and halogen atoms.
  • solvents have the property of easily forming complexes with compounds containing lithium atoms, phosphorus atoms, sulfur atoms, and halogen atoms used as raw materials (hereinafter, such solvents are referred to as "complexing agents"). ), it has the property of making it easier for halogen atoms to remain within the structure of the sulfide solid electrolyte, so it is useful in that higher ionic conductivity can be obtained.
  • Preferred examples of such complexing agents include, for example, ether solvents and ester solvents that contain an oxygen atom as a heteroatom, as well as alcohol solvents, aldehyde solvents, and ketone solvents.
  • ether solvents include dimethyl ether, diethyl ether, tert-butyl methyl ether, dimethoxymethane, dimethoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether (diglyme), triethylene oxide glycol dimethyl ether (triglyme), and aliphatic ethers such as diethylene glycol and triethylene glycol; Alicyclic ethers such as ethylene oxide, propylene oxide, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, dimethoxytetrahydrofuran, cyclopentyl methyl ether, dioxane; heterocyclic ethers such as furan, benzofuran, benzopyran; methyl phenyl ether (anisole), ethyl phenyl ether, dibenzyl Aromatic ethers such as ether and diphenyl ether are preferred.
  • ester solvents include methyl formate, ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, isopropyl acetate; methyl propionate, ethyl propionate, dimethyl oxalate, diethyl oxalate, dimethyl malonate, diethyl malonate, and succinic acid.
  • Aliphatic esters such as dimethyl and diethyl succinate; alicyclic esters such as methyl cyclohexanecarboxylate, ethyl cyclohexanecarboxylate, and dimethyl cyclohexanedicarboxylate; methyl pyridinecarboxylate, methyl pyrimidinecarboxylate, acetolactone, propiolactone, butyrolactone , heterocyclic esters such as valerolactone; and aromatic esters such as methyl benzoate, ethyl benzoate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, butylbenzyl phthalate, dicyclohexyl phthalate, trimethyl trimellitate, and triethyl trimellitate.
  • Preferred examples include alcohol solvents such as ethanol and butanol; aldehyde solvents such as formaldehyde, acetaldehyde, and dimethylformamide; and ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone.
  • alcohol solvents such as ethanol and butanol
  • aldehyde solvents such as formaldehyde, acetaldehyde, and dimethylformamide
  • ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone.
  • the solvent containing a nitrogen atom as a hetero atom examples include solvents containing a group containing a nitrogen atom such as an amino group, an amide group, a nitro group, and a nitrile group.
  • a solvent having an amino group aliphatic amines such as ethylenediamine, diaminopropane, dimethylethylenediamine, diethylethylenediamine, dimethyldiaminopropane, tetramethyldiaminomethane, tetramethylethylenediamine (TMEDA), and tetramethyldiaminopropane (TMPDA); Alicyclic amines such as cyclopropanediamine, cyclohexanediamine, bisaminomethylcyclohexane; Heterocyclic amines such as isophoronediamine, piperazine, dipiperidylpropane, dimethylpiperazine; phenyldiamine, tolylenediamine,
  • the solvent containing a halogen atom as a hetero atom include chloroform, carbon tetrachloride, dichloromethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, trifluoromethylbenzene, chlorotoluene, and bromobenzene.
  • the solvent containing a sulfur atom dimethyl sulfoxide, carbon disulfide, etc. are preferably mentioned.
  • the amount of the solvent used is preferably 100 mL or more, more preferably 200 mL or more, even more preferably 250 mL or more, even more preferably 300 mL or more, and the upper limit is preferably It is 3000 mL or less, more preferably 2500 mL or less, even more preferably 2000 mL or less, even more preferably 1550 mL or less.
  • the amount of the solvent used is within the above range, the raw materials can be reacted efficiently.
  • the method may include drying the fluid (usually slurry) obtained by the mixing after the mixing.
  • a complexing agent is used as a solvent
  • the complexing agent is removed from the complex containing the complexing agent, and when a complexing agent and a solvent are used together, the complexing agent is removed from the complex containing the complexing agent.
  • a sulfide solid electrolyte can be obtained by removing the agent and the solvent, or by removing the solvent when a solvent other than the complexing agent is used. The obtained sulfide solid electrolyte exhibits ionic conductivity due to lithium atoms.
  • Drying can be performed on the fluid obtained by mixing at a temperature depending on the type of solvent. For example, it can be carried out at a temperature equal to or higher than the boiling point of the complexing agent.
  • drying under reduced pressure using a vacuum pump or the like is usually 5 to 100°C, preferably 10 to 85°C, more preferably 15 to 70°C, and even more preferably about room temperature (23°C) (for example, about room temperature ⁇ 5°C). (vacuum drying) to volatilize the complexing agent and the solvent used if necessary.
  • Drying may be performed by filtration of the fluid using a glass filter or the like, solid-liquid separation by decantation, or solid-liquid separation using a centrifuge or the like.
  • a solvent other than the complexing agent is used, a sulfide solid electrolyte can be obtained by solid-liquid separation.
  • drying may be performed under the above-mentioned temperature conditions to remove the complexing agent taken into the complex.
  • solid-liquid separation involves transferring a fluid to a container, precipitating the sulfide (or the complex if it contains a complexing agent (which can also be referred to as a precursor of a sulfide solid electrolyte), and then removing the supernatant. Decantation to remove the complexing agent and solvent, and filtration using a glass filter with a pore size of about 10 to 200 ⁇ m, preferably 20 to 150 ⁇ m, are easy.
  • Drying may be performed after mixing and before the hydrogen treatment described below, or after the hydrogen treatment.
  • the sulfide solid electrolyte obtained by performing the above mixing will basically become an amorphous sulfide solid electrolyte (glass component) unless it is mixed by pulverization using a pulverizer to the extent that it crystallizes. .
  • the sulfide solid electrolyte obtained by performing the above mixing may be an amorphous sulfide solid electrolyte (glass component) or a crystalline sulfide solid electrolyte. You can choose.
  • a crystalline sulfide solid electrolyte can be obtained by heating the amorphous sulfide solid electrolyte obtained by the above mixing.
  • amorphous components glass components are formed on the surface of the powder as a result of processing such as pulverization as described below.
  • sulfide solid electrolytes containing amorphous components include amorphous sulfide solid electrolytes, and crystalline sulfide solid electrolytes with sulfide solids on the surface of which amorphous components are formed. Also includes electrolytes.
  • heating may be further included.
  • an amorphous sulfide solid electrolyte (glass component) is obtained by the above mixing, a crystalline sulfide solid electrolyte can be obtained by heating, and a crystalline sulfide solid electrolyte can also be obtained. In this case, a crystalline sulfide solid electrolyte with improved crystallinity can be obtained.
  • a complexing agent is used as a solvent during mixing, a complex containing the complexing agent is formed, but heating without drying as described above also removes the complexing agent from the complex. Upon removal, a sulfide solid electrolyte is obtained, which can be made either amorphous or crystalline depending on the heating conditions.
  • the heating temperature is determined according to the structure of the crystalline sulfide solid electrolyte obtained by heating the amorphous sulfide solid electrolyte.
  • the amorphous sulfide solid electrolyte is subjected to differential thermal analysis (DTA) using a differential thermal analyzer (DTA apparatus) under the temperature increasing condition of 10°C/min, and the lowest temperature side is Starting from the temperature at the top of the exothermic peak observed in , the range may be preferably 5°C or less, more preferably 10°C or less, and even more preferably 20°C or less, and there is no particular restriction on the lower limit, but The temperature at the top of the exothermic peak observed on the lowest temperature side may be about ⁇ 40° C. or higher. By setting the temperature within this range, an amorphous sulfide solid electrolyte can be obtained more efficiently and reliably.
  • DTA differential thermal analysis
  • DTA apparatus differential thermal analyzer
  • the heating temperature for obtaining the amorphous sulfide solid electrolyte cannot be unconditionally defined as it varies depending on the structure of the crystalline sulfide solid electrolyte to be obtained, but is usually preferably 135° C. or lower.
  • the temperature is more preferably 130°C or lower, even more preferably 125°C or lower, and although there is no particular restriction on the lower limit, it is preferably 90°C or higher, more preferably 100°C or higher, and still more preferably 105°C or higher.
  • the heating temperature can be determined according to the structure of the crystalline sulfide solid electrolyte.
  • the heating temperature is preferably higher than the above-mentioned heating temperature for obtaining the solid electrolyte.
  • the heating temperature is preferably higher than the above-mentioned heating temperature for obtaining the amorphous sulfide solid electrolyte.
  • DTA differential thermal analysis
  • the temperature may be within the range, and the upper limit is not particularly limited, but may be about 40°C or less. By setting the temperature within this range, a crystalline sulfide solid electrolyte can be obtained more efficiently and reliably.
  • the heating temperature for obtaining a crystalline sulfide solid electrolyte cannot be unconditionally defined because it varies depending on the composition and structure of the crystalline sulfide solid electrolyte to be obtained, but it is usually preferably 130°C or higher. , more preferably 135°C or higher, still more preferably 140°C or higher, and although there is no particular upper limit, the temperature is preferably 600°C or lower, more preferably 550°C or lower, and still more preferably 500°C or lower.
  • the heating time is not particularly limited as long as the desired amorphous sulfide solid electrolyte or crystalline sulfide solid electrolyte can be obtained, but for example, 1 minute or more is preferable, and 10 minutes or more is preferable. More preferably, 30 minutes or more is even more preferable, and even more preferably 1 hour or more. 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.
  • the heating is preferably performed in an inert gas atmosphere (eg, nitrogen atmosphere, argon atmosphere) or a reduced pressure atmosphere (particularly in a vacuum).
  • an inert gas atmosphere containing a certain concentration of hydrogen may be used. This is because deterioration (for example, oxidation) of the crystalline sulfide 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.
  • a horizontal dryer having a heating means and a feeding mechanism, a horizontal vibrating fluidized dryer, etc. can be used, and the selection may be made depending on the processing amount to be heated.
  • the sulfide solid electrolyte used in this embodiment may be a commercially available product or a manufactured product.
  • the sulfide solid electrolyte obtained by the above method is an amorphous (glass component), crystalline sulfide solid electrolyte containing lithium atoms, sulfur atoms, phosphorus atoms, and halogen atoms, and is preferably used in this embodiment. Used as a sulfide solid electrolyte.
  • the sulfide solid electrolyte used in this embodiment has a BET specific surface area of 10 m 2 /g or more. Despite having such a large specific surface area, the modified sulfide solid electrolyte of this embodiment has excellent coating suitability when applied as a paste, and efficiently exhibits excellent battery performance. The higher the BET specific surface area of the sulfide solid electrolyte, the more superior the effect can be demonstrated. From this viewpoint, the BET specific surface area is preferably 12 m 2 /g or more, more preferably 15 m 2 /g or more, and even more preferably 20 m 2 /g or more.
  • the BET specific surface area is a specific surface area measured using krypton as an adsorbate in accordance with JIS Z 8830:2013 (method for measuring the specific surface area of powder (solid) by gas adsorption).
  • the amorphous sulfide solid electrolyte obtained by the above method contains lithium atoms, sulfur atoms, phosphorus atoms, and halogen atoms, and typical examples include Li 2 SP 2 S 5 -LiI, It is composed of lithium sulfide, phosphorus sulfide and lithium halide, such as Li 2 S-P 2 S 5 -LiCl, Li 2 S-P 2 S 5 -LiBr, Li 2 S-P 2 S 5 -LiI-LiBr, etc.
  • Solid electrolytes that further contain other atoms such as oxygen atoms and silicon atoms, such as Li 2 S-P 2 S 5 -Li 2 O-LiI, Li 2 S-SiS 2 -P 2 S 5 -LiI, etc. Solid electrolytes are preferred. 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 Preferred examples include solid electrolytes composed of lithium sulfide, phosphorus sulfide, and lithium halide, such as 5 -LiI-LiBr. The types of atoms constituting the amorphous sulfide solid electrolyte can be confirmed using, for example, an inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometer.
  • ICP inductively coupled plasma
  • 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 can be, for example, within the range of 0.01 ⁇ m to 500 ⁇ m, or 0.1 to 200 ⁇ m.
  • Li 4-x Ge 1-x P x S 4 -based thio-LISICON Region II crystal structure (Kanno et al., Journal of The Electrochemical Society, 148 (7) A742-746 (200 1) Reference ), crystal structures similar to Li 4-x Ge 1-x P x S 4 -based thio-LISICON Region II (see Solid State Ionics, 177 (2006), 2721-2725), etc. Can be mentioned.
  • 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 have the above-mentioned thiolisicone region II type crystal structure, or may have it as the main crystal, but more From the viewpoint of obtaining high ionic conductivity, it is preferable to have it as the main crystal.
  • the crystalline sulfide solid electrolyte obtained by the manufacturing method of this embodiment should not contain crystalline Li 3 PS 4 ( ⁇ -Li 3 PS 4 ) from the viewpoint of obtaining higher ionic conductivity. is preferred.
  • Li 4-x Ge 1-x P x S 4- based thiolysicone region II The diffraction peaks of the (thio-LISICON Region II ) type crystal structure
  • crystalline Li 3 PS 4 ( ⁇ -Li 3 PS 4 ) is not included.
  • only a very small peak can be detected compared to the diffraction peak of the thiolisicone region type II crystal structure.
  • the crystal structure represented by the above compositional formula Li 7-x PS 6-x Ha x (Ha is Cl or Br, x is preferably 0.2 to 1.8) is preferably cubic, and CuK ⁇ radiation In X-ray diffraction measurements using It has a peak that appears at the 0° position.
  • a crystal structure basically having a structural skeleton of Li 7 PS 6 is also called an argyrodite crystal structure. Note that these peak positions may be different within a range of ⁇ 0.5°.
  • 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 sulfide solid electrolyte can be, for example, within the range of 0.01 ⁇ m to 500 ⁇ m, or 0.1 to 200 ⁇ m.
  • the modified sulfide solid electrolyte of this embodiment has a BET specific surface area of 10 m 2 /g or more, and has a large specific surface area.
  • the BET specific surface area of the sulfide solid electrolyte is preferably 12 m 2 /g or more, and preferably 15 m 2 /g or more, from the viewpoint that the higher the BET specific surface area of the sulfide solid electrolyte, the more the superiority of the effect can be demonstrated. It is more preferable that the area is 20 m 2 /g or more.
  • the upper limit is 100 m 2 /g or less, preferably 75 m 2 /g or less, more preferably 50 m 2 /g or less. Even if lithium halide adheres to the surface, it does not have a large effect on the BET specific surface area of the sulfide solid electrolyte, and the BET specific surface area of the sulfide solid electrolyte used in this embodiment and the modified sulfide The BET specific surface area of the solid electrolyte is substantially the same.
  • the BET specific surface area of the modified sulfide solid electrolyte will naturally be 10 m 2 /g or more. Become.
  • the oil absorption amount of the modified sulfide solid electrolyte of this embodiment is usually 1.10 mL/ml due to the effects of compounds (1) to (6) attached to the surface. g or less, and furthermore, 1.00 mL/g or less, 0.90 mL/g or less, 0.85 mL/g or less, and 0.80 mL/g or less.
  • the modified sulfide solid electrolyte of this embodiment has a large BET specific surface area, it has a small oil absorption amount, so when it is made into a paste, it is possible to suppress the increase in viscosity of the paste, and it is possible to suppress the increase in the viscosity of the paste.
  • the paste has excellent coating suitability, and since there is no need to use a solvent or the like to suppress an increase in the viscosity of the paste, it becomes easier to obtain excellent battery performance.
  • oil absorption is measured by using 1 g of the modified sulfide solid electrolyte as a sample, adding 1 drop of butyl butyrate in a mortar, etc., stirring with a spatula, and continuing the operation until the sample becomes paste-like. The total amount of butyl butyrate added repeatedly was defined as the oil absorption (mL/g).
  • the ionic conductivity of the modified sulfide solid electrolyte of this embodiment is usually 0.5 mS/cm or more, and further 1.0 mS/cm or more, 1.5 mS/cm or more, 2.0 mS/cm or more, It has an extremely high ionic conductivity of 2.5 mS/cm or more, and a lithium battery with excellent battery performance can be obtained.
  • the modified sulfide solid electrolyte of the present embodiment has excellent coating suitability and can be used for manufacturing batteries without using a solvent or the like, so it can efficiently exhibit excellent battery performance. In addition, it has high ionic conductivity and excellent battery performance, so it is suitably used in batteries.
  • the modified 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 method for producing the modified sulfide solid electrolyte of this embodiment is as follows: A sulfide solid electrolyte having a BET specific surface area of 10 m 2 /g or more and containing a lithium atom, a sulfur atom, a phosphorus atom, and a halogen atom, and at least one compound selected from the following compounds (1) to (6); mixing with an organic solvent; removing the organic solvent; It is a manufacturing method including.
  • the modified sulfide solid electrolyte of this embodiment is It is preferable to manufacture by the manufacturing method of.
  • Compound (6) Metal-free boron compound
  • X represents a fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, or iodine atom
  • the atom is preferably a fluorine atom or a bromine atom.
  • the sulfide solid electrolyte having a BET specific surface area of 10 m 2 /g or more and containing lithium atoms, sulfur atoms, phosphorus atoms, and halogen atoms used in the manufacturing method of the present embodiment is the modified sulfide solid electrolyte of the present embodiment.
  • the same sulfide solid electrolytes described as those that can be used in the electrolyte are employed. Therefore, as the sulfide solid electrolyte, a commercially available product may be used, or one manufactured by the above-mentioned sulfide solid electrolyte method may be used.
  • Examples of the organic solvent used in the manufacturing method of this embodiment include the solvents described as those that can be used in the method for manufacturing the sulfide solid electrolyte. From the viewpoint of promoting the mixing of the sulfide solid electrolyte and the heteropolycyclic compound and efficiently obtaining a modified sulfide solid electrolyte containing the sulfide solid electrolyte and the heteropolycyclic compound, From the viewpoint of promoting the adhesion of compounds to the sulfide solid electrolyte, among the above solvents, aliphatic hydrocarbon solvents, alicyclic hydrocarbon solvents, aromatic hydrocarbon solvents, and ether solvents exemplified as complexing agents, Ester solvents and nitrile solvents are preferred, and aromatic hydrocarbon solvents are more preferred. In the manufacturing method of this embodiment, the organic solvent can be used alone or in combination of two or more of these.
  • the sulfide solid electrolyte, the heteropolycyclic compound, and the organic solvent are mixed by the same method as "mixing" in the method for manufacturing the sulfide solid electrolyte. It can be carried out.
  • the organic solvent can be removed by the same method as “drying” in the method for producing the sulfide solid electrolyte. Furthermore, in the manufacturing method of this embodiment, “heating” in the method for manufacturing the sulfide solid electrolyte described above may be performed.
  • the electrode composite material of this embodiment includes an electrode composite material containing the modified sulfide solid electrolyte of the present embodiment described above and an electrode active material, and an electrode composite material containing the modified sulfide solid electrolyte of the above-mentioned another form and an electrode active material. It is an electrode composite material containing a substance.
  • 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.
  • the negative electrode active material is 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 with 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.
  • negative electrode active materials include 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, and oxides of these metals.
  • 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, and oxides of these metals.
  • examples include alloys with metallic lithium.
  • the electrode active material used in this embodiment 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 composite material of this embodiment may also contain other components such as a conductive material and a binder. That is, in addition to the above-mentioned modified sulfide solid electrolyte and electrode active material, the electrode composite material of this embodiment may include other components such as a conductive material and a binder. Other components such as a conductive agent and a binder may be added to the modified sulfide solid electrolyte and electrode active material in mixing the modified sulfide solid electrolyte and electrode active material. They may be used in combination.
  • artificial graphite, graphite carbon fiber, resin sintered carbon, pyrolytic vapor grown carbon, coke, mesocarbon microbeads, furfuryl alcohol resin sintered carbon are used as conductive materials, from the viewpoint of improving battery performance by improving electronic conductivity.
  • polyacene, pitch-based carbon fiber, vapor-grown carbon fiber, natural graphite, non-graphitizable carbon, and other carbon-based materials are used as conductive materials, from the viewpoint of improving battery performance by improving electronic conductivity.
  • the binder is not particularly limited as long as it can provide functions such as binding properties and flexibility, and examples thereof 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 modified sulfide solid electrolyte in the electrode mixture is preferably 99.5:0.5 to 40 in order to improve battery performance and take production efficiency into consideration. :60, 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 manufacturing 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 1% by mass or more. 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.
  • the lithium ion battery of this embodiment includes at least one selected from the modified sulfide solid electrolyte of this embodiment described above and the electrode composite material described above, and the modified sulfide solid electrolyte of another form described above and the above-mentioned modified sulfide solid electrolyte. It is a lithium ion battery containing at least one selected from electrode composite materials.
  • the lithium ion battery of this embodiment uses any one of the above-described modified sulfide solid electrolyte of this embodiment, an electrode mixture containing the same, another form of modified sulfide solid electrolyte, and an electrode mixture containing the same. There is no particular restriction on its configuration as long as it includes the configuration of a commonly used lithium ion battery.
  • the lithium ion battery of this embodiment preferably includes, for example, a positive electrode layer, a negative electrode layer, an electrolyte layer, and a current collector.
  • the electrode mixture of this embodiment is preferably used as the positive electrode layer and the negative electrode layer, and the modified sulfide solid electrolyte of this embodiment or another modified sulfide solid electrolyte is preferably used as the electrolyte layer. It is preferable that it be used.
  • 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.
  • amorphous sulfide solid electrolyte was heated at 140°C under vacuum for 2 hours to obtain a crystalline sulfide solid electrolyte (heating temperature for obtaining a crystalline sulfide solid electrolyte (this example) (140°C) is sometimes referred to as the "crystallization temperature").
  • Example 1 Weighed and added 3 g of the crystalline sulfide solid electrolyte obtained in the above production example to a Schlenk (capacity: 100 mL) containing a stirrer under a nitrogen atmosphere, and added 22 g of toluene and stirred to form a slurry fluid. .
  • heptanal compound 1, in general formula (1), R 11 and X 11 are single bonds, n 11 is 0 and R 12 is a hexyl group
  • Example 1 a modified sulfide solid electrolyte was produced in the same manner as in Example 1, except that the types of compounds were changed to compounds 2 to 19 and 23 to 25 shown in Table 1.
  • the oil absorption and ionic conductivity of the obtained modified sulfide solid electrolyte were measured based on the following methods. Furthermore, the rate of decrease in oil absorption was calculated based on the method below. The measurement results and calculation results are shown in Table 1.
  • Comparative examples 1 to 3 A modified sulfide solid electrolyte was produced in the same manner as in Example 1, except that the types of compounds were changed to Compounds 20 to 22 shown in Table 1.
  • the oil absorption and ionic conductivity of the obtained modified sulfide solid electrolyte were measured based on the following methods. Furthermore, the rate of decrease in oil absorption was calculated based on the method below. The measurement results and calculation results are shown in Table 1.
  • Comparative example 4 The oil absorption and ionic conductivity of the sulfide solid electrolyte obtained in the above production example were measured based on the following method. Furthermore, the rate of decrease in oil absorption was calculated based on the method below. The measurement results and calculation results are shown in Table 1. The oil absorption amount of the sulfide solid electrolyte was 1.03 mL/g.
  • the specific surface area was measured by the BET method using krypton (Kr) adsorption using a gas adsorption amount measuring device.
  • the ionic conductivity was measured as follows. A circular pellet 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 was molded from a sulfide solid electrolyte to serve as a sample. Electrode terminals were taken from the top and bottom of the sample, and measurement was performed at 25° C. by the AC impedance method (frequency range: 1 MHz to 100 Hz, amplitude: 10 mV) to obtain a Cole-Cole plot.
  • AC impedance method frequency range: 1 MHz to 100 Hz, amplitude: 10 mV
  • Compound 2 (corresponds to compound (1)): undecanal, in the general formula (1), R 11 and X 11 are single bonds, n 11 is 0, and R 12 is a decyl group.
  • the structural formula is as follows.
  • Compound 5 (corresponds to compound (3)): 1,3-dibromopropane, in the general formula (3), R 31 is a methylene group, and X 31 and X 32 are bromine atoms.
  • R 31 is a methylene group, and X 31 and X 32 are bromine atoms.
  • the structural formula is as follows.
  • Compound 8 (corresponds to compound (3)): 1,10-dibromodecane, in the general formula (3), R 31 is a 1,8-octanediyl group, and X 31 and X 32 are bromine atoms.
  • the structural formula is as follows.
  • Compound 12 (corresponds to compound (5)): tri-n-octylphosphine oxide, in the general formula (5-1), R 511 , R 512 and R 513 are 1-octyl groups.
  • the structural formula is as follows.
  • Compound 15 (corresponds to compound (5)): 1,4-bis(diphenylphosphino)butane, in the general formula (5-3), R 531 , R 532 , R 535 and R 536 are phenyl groups. 533 is a 1,4-butanediyl group, and R 534 and X 531 are a single bond.
  • the structural formula is as follows.
  • Compound 16 (corresponds to compound (5)): bis[(2-diphenylphosphino)phenyl]ether, in the general formula (5-3), R 531 , R 532 , R 535 and R 536 are phenyl groups , R 533 and R 534 are benzenediyl groups, and X 531 is an oxygen atom.
  • the structural formula is as follows.
  • Compound 24 (corresponds to compound (1)): hexanal, in general formula (1), R 11 and X 11 are single bonds, n 11 is 0, and R 12 is a pentyl group.
  • the structural formula is as follows.
  • ⁇ Compound 25 (corresponds to compound (2)): benzyloxyacetone (molecular weight: 164.20), in the general formula (2), X 21 is an oxygen atom, R 21 is a methylene group, and R 22 is a benzyl group, and n21 is 0.
  • the structural formula is as follows.
  • the modified sulfide solid electrolyte of this embodiment has an oil absorption of 1.10 mL/g or less, and the reduction rate of oil absorption is 13% or more in all cases, so the specific surface area is 10 m It was confirmed that despite the large oil absorption amount of 2 /g or more, the oil absorption amount was small and the coating suitability was excellent. It was also confirmed that the ionic conductivity was 0.80 mS/cm or more. Although the inclusion of compounds (1) to (6) tends to reduce the ionic conductivity by coating the surface, the specific surface area can be reduced to 10 m 2 / It was found that although it is large at more than g, it has a small oil absorption and excellent coating suitability.
  • the sulfide solid electrolyte of Comparative Example 4 which is not mixed with the above compounds (1) to (6) and does not contain these compounds, is the sulfide solid electrolyte prepared in the production example, and is different from the conventional sulfide solid electrolyte. That is what it is. It was confirmed that the sulfide solid electrolyte of Comparative Example 4 with a specific surface area of 40 m 2 /g had a high oil absorption of 0.99 mL/g and was inferior in coating suitability.
  • the oil absorption amount was as large as about 1.1 to 1.2 mL/g, and the ionic conductivity was lower than the oil absorption amount commensurate with the decrease. No reduction effect was observed. From the above results, the method for producing a modified sulfide solid electrolyte of the present embodiment has the effect of reducing oil absorption and improving coating suitability for those with a large specific surface area of 10 m 2 /g or more. It was confirmed that it is suitable for obtaining
  • the modified sulfide solid electrolyte of this embodiment has excellent coating suitability when applied as a paste and can efficiently exhibit excellent battery performance even if it is a sulfide solid electrolyte with a large specific surface area. It is something. Furthermore, since the modified sulfide solid electrolyte of this embodiment has high ionic conductivity, it can be used in batteries, especially in information-related equipment and communication equipment such as personal computers, video cameras, and mobile phones. It is suitable for use in batteries that

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Abstract

比表面積が大きい硫化物固体電解質であっても、ペーストとして塗工する際の塗工適性に優れ、かつ効率的に優れた電池性能を発現し得る、BET比表面積が10m/g以上であり、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硫化物固体電解質と、所定の化合物(1)~(6)から選ばれる少なくとも一の化合物と、を含む、改質硫化物固体電解質及びその製造方法、またこれを用いた電極合材及びリチウムイオン電池を提供する。

Description

改質硫化物固体電解質及びその製造方法並びに電極合材及びリチウムイオン電池
 本発明は、改質硫化物固体電解質及びその製造方法並びに電極合材及びリチウムイオン電池に関する。
 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。中でもエネルギー密度が高いという観点から、リチウムイオン電池が注目を浴びている。
 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ため、短絡時の温度上昇を抑制する安全装置の取付、短絡防止のための構造、材料面での改善が必要となる。これに対して、電解液を固体電解質にかえて、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として、従来から硫化物固体電解質が知られており、硫化物固体電解質には第一にイオン伝導度の向上が望まれており、さらにリチウムイオン電池に用いた場合の電池性能の向上も求められるようになっている。これらの性能を向上させる手法として、例えば固体電解質の表面を被覆する技術、固体電解質と有機化合物とを含む組成物として用いる技術等が検討されている。
 例えば、特許文献1には、イオン伝導度を向上させるため、硫化物系固体電解質の表面を、所定のハロゲン化炭化水素化合物をコーティング材として被覆した複合固体電解質の製造方法が提案されている。特許文献2には、リチウムイオン電池を製造する際の負極、正極等に用いられる活物質と硫化物固体電解質の親和性を高めてサイクル特性を向上させるため、当該固体電解質の表面にC=O結合を有する化合物、S=O結合を有する化合物により被膜を形成した固体電解質組成物が開示されている。特許文献3には、優れた電池容量を示す全固体二次電池を製造し得る固体電解質組成物として、ケトン化合物、アルコール化合物等の分散媒体を含む固体電解質組成物が開示されている。
 また例えば、特許文献4には、良好なサイクル特性を実現させるため、フッ素原子及びP=O又はC=Oを含有する含フッ素化合物を含有させた固体電解質組成物が開示されている。特許文献5には、リチウムデンドライトの成長を抑制し、短絡が発生しにくく、電池電圧の低下を高いレベルで抑制できる全固体二次電池として、固体電解質層として、無機固体電解質とフッ素以外の非イオン性の1価のハロゲン原子を有する有機化合物とを含む固体電解質組成物を用いる技術が開示されている。
 さらに、例えば特許文献6には、リチウム元素、リン元素及び硫黄元素を含み、かつカルボン酸とアルコールとのエステル化合物も含有する硫化物固体電解質において、当該エステル化合物が当該伝導性硫化物の表面に結合ないし吸着しており、固体電池のサイクル特性を向上し得ること、また当該硫化物固体電解質が、リチウムイオン伝導性硫化物と有機溶媒とエステル化合物とを含むスラリーを湿式粉砕する工程を有する製造方法により得られることが開示されている。また、特許文献7には、ハロゲン元素を官能基として有する所定の有機化合物をコーティング剤として用いて、硫化物系固体電解質を被覆することで、イオン伝導度を向上させる技術が開示され、特許文献8には、リン酸エステル等のリン化合物を含有させることで、イオン電導性と成形性を向上させる技術が開示されている。
 このように、近年リチウムイオン電池の実用化に向けて、単に硫化物固体電解質自体のイオン伝導度を向上させるだけにとどまらず、それ以外の性能、例えば固体電解質をリチウムイオン電池に適用する際の性能等の向上まで、要望が多様化している。そして、そのような要望に対応するため、固体電解質の表面を被覆する技術、固体電解質と有機化合物とを含む組成物とする技術等が検討されている状況にある。
特開2020-87633号公報 特開2017-147173号公報 国際公開第2019/151373号パンフレット 特開2017-157300号公報 特開2019-067523号公報 国際公開第2020/203231号パンフレット 特開2020-087633号公報 特開2020-166994号公報
 本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、ペーストとして塗工する際の塗工適性に優れ、かつ効率的に優れた電池性能を発現し得る、改質硫化物固体電解質及びその製造方法を提供すること、また優れた電池性能を発現する電極合材及びリチウムイオン電池を提供することを目的とする。
 本発明に係る改質硫化物固体電解質は、
 BET比表面積が10m/g以上であり、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硫化物固体電解質と、下記の化合物(1)~(6)から選ばれる少なくとも一の化合物と、を含む、改質硫化物固体電解質、
である。
 化合物(1)ホルミル基(CH(=O)-)を有する化合物
 化合物(2)1つ以上のアセチル基(CHC(=O)-)を有する化合物
 化合物(3)2つ以上の-CHX(Xは、フッ素原子又は臭素原子を示す。)で示されるハロゲン含有基と有機基とを有する化合物
 化合物(4)チオール化合物
 化合物(5)金属非含有リン化合物(ただし、リン原子と単結合する酸素原子を含まない化合物である。)
 化合物(6)金属非含有ホウ素化合物
 本発明に係る改質硫化物固体電解質の製造方法は、
 BET比表面積が10m/g以上であり、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硫化物固体電解質と、下記の化合物(1)~(6)から選ばれる少なくとも一の化合物と、有機溶媒と、を混合すること、
 前記有機溶媒を除去すること、を含む改質硫化物固体電解質の製造方法、
である。
 化合物(1)ホルミル基(CH(=O)-)を有する化合物
 化合物(2)1つ以上のアセチル基(CHC(=O)-)を有する化合物
 化合物(3)2つ以上の-CHX(Xは、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子を示す。)で示されるハロゲン含有基と有機基とを有する化合物
 化合物(4)チオール化合物
 化合物(5)金属非含有リン化合物(ただし、リン原子と単結合する酸素原子を含まない化合物である。)
 化合物(6)金属非含有ホウ素化合物
 本発明に係る電極合材は、
 上記本発明に係る改質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。
 また、本発明に係るリチウムイオン電池は、
 上記本発明に係る改質硫化物固体電解質及び上記本発明に係る電極合材の少なくとも一方を含む、リチウムイオン電池、
である。
 本発明によれば、ペーストとして塗工する際の塗工適性に優れ、かつ効率的に優れた電池性能を発現し得る、改質硫化物固体電解質及びその製造方法を提供すること、また優れた電池性能を発現する電極合材及びリチウムイオン電池を提供することができる。
 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合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。
(本発明に至るために本発明者が得た知見)
 本発明者らは、上記の課題を解決す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。
 特許文献1~8のように、硫化物固体電解質の表面に何らかの化合物を被覆させる、又は含有させる技術は従来から存在している。特許文献1~8では、当該技術を用いて、イオン伝導度を向上させる、リチウムイオン電池を製造する際の負極、正極等に用いられる活物質と硫化物固体電解質の親和性を高めてサイクル特性を向上させる、といった電池性能の向上を課題としている。
 ところで、リチウムイオン電池(「全固体電池」とも称される。)は、その製造過程において、固体電解質、その他の所定成分及び溶媒を混合したペーストを調製し、当該ペーストを塗工してセパレータ層、電極合材層を形成する。これらの層の性能向上のためには、これらの層を構成する固体電解質の密度を向上させることが必要となり、当該密度の向上には比表面積の大きい固体電解質を用いることが有効である。
 固体電解質として比表面積の大きいものを用いたいという要望があるところ、固体電解質の比表面積が大きいと、ペーストの粘度が高くなり、塗工適性が著しく低下するといった製造上の問題が生じる。他方、溶媒を多量に用いてペーストの粘度を低くすることで、ペーストの塗工適性を向上させることも可能であるが、乾燥時間が長くなるという問題、また層を構成する固体電解質の密度の低下による電池性能の低下といった問題が発生する。そのため、ペーストの塗工適性と、高い電池性能を得ることとは、二律背反の関係にある。このように、比表面積が10m/g以上と大きい硫化物固体電解質は、既述のように、ペーストにすると粘度が高くなり、塗工適性の低下が顕著となるだけでなく、ペーストの粘度を低くするには多量の溶媒が必要となるため、乾燥時間の長期化、密度低下による電池性能の低下も顕著となる。
 特許文献1~8のように、イオン伝導度、電池性能の向上を課題とする手法は多数研究されてきている。しかし、リチウムイオン電池の実用化が急速に進みつつある状況下、量産化に着目して、ペーストの塗工適性等の製造過程における性能を向上させる手法について何ら検討されていないことに着目した。
 本発明者らは、特許文献1~8に開示される硫化物固体電解質の表面に何らかの化合物を被覆させる技術を踏襲しながら、表面に被覆させる化合物に着目し鋭意研究を続けてきたところ、比表面積として10m/g以上と大きいものである硫化物固体電解質であっても、その表面に所定の化合物を付着させることにより、ペーストとして塗工する際の塗工適性に優れ、かつ効率的に優れた電池性能を発現し得る硫化物固体電解質となり得ることを見出すに至った。本発明で用いられる所定の化合物を硫化物固体電解質の表面に付着させることで、比表面積として10m/g以上と大きいものである硫化物固体電解質であってもペーストとして塗工する際の塗工適性に優れるという効果が得られることは、これまで全く認知されていない、驚くべき事象である。
 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。本実施形態の製造方法により得られる「硫化物固体電解質」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。
 「硫化物固体電解質」には結晶構造を有する結晶性硫化物固体電解質と、非晶性硫化物固体電解質と、の両方が含まれる。本明細書において、結晶性硫化物固体電解質とは、粉末X線回折(XRD)測定においてX線回折パターンに、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材料である。すなわち、結晶性硫化物固体電解質は、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、ものである。そして、結晶性硫化物固体電解質は、上記のようなX線回折パターンを有していれば、その一部に非晶性硫化物固体電解質(「ガラス成分」とも称される。)が含まれていてもよいものである。したがって、結晶性硫化物固体電解質には、非晶性固体電解質(ガラス成分)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、非晶性硫化物固体電解質(ガラス成分)とは、粉末X線回折(XRD)測定においてX線回折パターンが実質的に材料由来のピーク以外のピークが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ことを意味する。
 上記結晶性及び非晶性の区別は、本実施形態において、硫化物固体電解質、改質硫化物固体電解質のいずれにも適用される。
(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改質硫化物固体電解質は、
 BET比表面積が10m/g以上であり、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硫化物固体電解質と、下記の化合物(1)~(6)から選ばれる少なくとも一の化合物と、を含む、改質硫化物固体電解質、
である。
 化合物(1)ホルミル基(CH(=O)-)を有する化合物
 化合物(2)1つ以上のアセチル基(CHC(=O)-)を有する化合物
 化合物(3)2つ以上の-CHX(Xは、フッ素原子又は臭素原子を示す。)で示されるハロゲン含有基と有機基とを有する化合物
 化合物(4)チオール化合物
 化合物(5)金属非含有リン化合物(ただし、リン原子と単結合する酸素原子を含まない化合物である。)
 化合物(6)金属非含有ホウ素化合物
 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硫化物固体電解質としては、従来法で得られる、例えば原料として硫化リチウム、五硫化二リン、ハロゲン化リチウム、単体ハロゲン等を原料として用いて得られる、硫化物固体電解質が典型的に挙げられる。すなわち、本実施形態の改質硫化物固体電解質は、従来法によるBET比表面積が10m/g以上と比表面積が大きい硫化物固体電解質と、上記化合物(1)~(6)の特定の化合物と、を含むものである。
 従来のBET比表面積が10m/g以上と比表面積が大きい硫化物固体電解質では、所定の電池性能を発現するために、層中の固体電解質の密度を確保するのに必要な含有量で含有させたペーストは塗布性能が著しく低下し、効率的に正極、負極、電解質層を形成することは極めて困難であった。本実施形態の硫化物固体電解質は、従来の硫化物固体電解質と、特定の化合物(1)~(6)とを含有させることで、塗工適性は劇的に向上している、すなわち「改質」していることから、「改質硫化物固体電解質」と称すべきものとなっている。
 本実施形態の改質硫化物固体電解質において用いられる上記特定の化合物(1)~(6)は、いずれも酸素原子、ハロゲン原子、硫黄原子、リン原子、ホウ素原子のようなヘテロ原子を含む化合物である点で共通するものである。本実施形態の改質硫化物固体電解質は、ヘテロ原子を含む化合物の中でも、上記化合物(1)~(6)という特定の構成を有する化合物を用いることを要する。このような化合物を用いることで、ペーストとして塗工する際の塗工適性に優れ、かつ効率的に優れた電池性能を発現し得るという効果が発現する。
 本実施形態の改質硫化物固体電解質において、上記化合物(1)~(6)がどのように含有されているかは定かではないが、これらの化合物はその構造を保持したまま、硫化物固体電解質の表面に付着しているものと推察される。
 上記化合物(1)~(6)を含有させた硫化物固体電解質は、上記化合物(1)~(6)を含有させない硫化物固体電解質に比べて吸油量がより低くなっていることが、実施例により確認されている。吸油量の低減は、上記化合物(1)~(6)が硫化物固体電解質の表面に付着し当該硫化物固体電解質が有する細孔の少なくとも一部を塞ぐことによるものと考えるのが自然である。一般に塗工適性の向上には、比表面積と同様に、吸油量が関係することが知られている。上記化合物(1)~(6)が硫化物固体電解質の表面に付着することで、吸油量は低減することとなり、塗工適性が向上するものと推察される。
 硫化物固体電解質の表面における上記化合物(1)~(6)の付着について、いかなる態様により付着しているか、すなわち物理的な付着なのか、化学的な付着なのかについての詳細も不明である。しかし、酸素原子等のヘテロ原子はリチウム原子、ハロゲン原子等と結合しやすい性状を有するため、上記化合物(1)~(6)に含まれるヘテロ原子が、硫化物固体電解質を構成するリチウム原子、ハロゲン原子等と結合し、表面に付着する、すなわち化学的な付着である可能性が高いが、既述の推察を考慮すれば、化学的な付着であっても、物理的な付着であっても、吸油量は低減し、塗工適性は向上するものと考えられる。
 本実施形態の改質硫化物固体電解質は、付着が上記のいずれであったとしても、その表面に上記化合物(1)~(6)が付着していれば、吸油量が低減しやすく、その結果として塗工適性は向上し、電池性能の向上を図ることができると考えられる。
 本実施形態の第二の形態に係る改質硫化物固体電解質は、上記第一の形態において、
 前記化合物(1)が、下記一般式(1)で示される化合物である、
というものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007

(一般式(1)中、R11及びR12は各々独立に有機基又は単結合を示し、X11は酸素原子、硫黄原子、一般式(1a)で示される基又は単結合を示し、n11は0又は1を示す。一般式(1a)において、R11a及びR12aは各々独立に有機基を示す。)
 既述のように、本実施形態の改質硫化物固体電解質において、化合物(1)~(6)であれば特に制限なく使用し得る、すなわち優れた塗工適性が得られる。化合物(1)は、ホルミル基(CH(=O)-)を有する化合物であり、化合物の少なくとも一つの末端にホルミル基を有する化合物であるといえる。このような化合物の中でも、化合物(1)として上記一般式(1)で示される、1又は2つのホルミル基(CH(=O)-)を有する化合物を採用することにより、吸油量は低減し、優れた塗工適性が得られやすくなり、かつより効率的に優れた電池性能が得られる。
 上記化合物(1)の付着は、適度な付着であることが好ましいと考えられる。適度な付着であると、吸油量の低減効果により塗工適性が向上することで電池性能が向上し、他方イオン伝導度の低下を抑制し、塗工適性の向上による電池性能の向上効果の低減を抑制できるからである。そのためには、化合物(1)としては上記一般式(1)で示されるような特定の構成を有する化合物であることが好ましい。適度な立体障害により、適度な化学的又は物理的な付着の状態が得られると考えられるからである。
 本実施形態の第三の形態に係る改質硫化物固体電解質は、上記第一又は第二の形態において、
 前記化合物(2)が、下記一般式(2)で示される化合物である、
というものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
(一般式(2)中、R21及びR22は各々独立に有機基又は単結合を示し、X21は酸素原子、硫黄原子又は単結合を示し、n21は0又は1を示す。)
 化合物(2)は、1つ以上のアセチル基(CHC(=O)-)を有する化合物であり、化合物の少なくとも一つの末端にアセチル基を有する化合物であるといえる。このような化合物の中でも、化合物(2)として上記一般式(2)で示される、少なくとも片末端にアセチル基を有する化合物を採用することにより、吸油量は低減し、優れた塗工適性が得られやすくなり、かつより効率的に優れた電池性能が得られる。
 また、化合物(2)として上記一般式(2)に示される特定の構造を有する化合物を採用することで、上記化合物(1)でも説明したように、適度な立体障害により、適度な化学的又は物理的な付着の状態が得られると考えられる。そのため、吸油量は低減し、優れた塗工適性が得られやすくなり、かつより効率的に優れた電池性能が得られる。
 本実施形態の第四の形態に係る改質硫化物固体電解質は、上記第一~第三のいずれか一の形態において、
 前記化合物(3)が、下記一般式(3)で示される化合物である、
というものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009

(一般式(3)中、R31は有機基又は単結合を示し、X31及びX32は各々独立にフッ素原子又は臭素原子を示す。)
 化合物(3)は、2つ以上の-CHX(Xは、フッ素原子又は臭素原子を示す。)で示されるハロゲン含有基と有機基とを有する化合物であり、有機基の少なくとも二つの末端に-CHX(Xは、フッ素原子又は臭素原子を示す。)で示されるハロゲン含有基を有する化合物であるといえる。このような化合物の中でも、化合物(3)として上記一般式(3)で示される、両末端にハロゲン含有基を有する化合物を採用することにより、吸油量は低減し、優れた塗工適性が得られやすくなり、かつより効率的に優れた電池性能が得られる。
 また、化合物(3)として上記一般式(3)に示される特定の構造を有する化合物を採用することで、上記化合物(1)でも説明したように、適度な立体障害により、適度な化学的又は物理的な付着の状態が得られると考えられるため、吸油量は低減し、優れた塗工適性が得られやすくなり、かつより効率的に優れた電池性能が得られる。
 本実施形態の第五の形態に係る改質硫化物固体電解質は、上記第一~第四のいずれか一の形態において、
 前記化合物(4)が、下記一般式(4-1)で示される化合物及び下記一般式(4-2)で示される化合物から選ばれる少なくとも一種の化合物である、
というものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010

(一般式(4-1)中、R411、R412及びR413は各々独立に有機基又は単結合を示し、X411は水素原子又はチオール基を示し、n411は0~3の整数を示す。ただし、R411、R412及びR413の少なくとも一つは有機基である。一般式(4-2)中、R421、R422及びR423は各々独立に有機基を示す。n421、n422は0~3の整数を示し、n421及びn422はn421+n422=3を満たす。)
 化合物(4)は、チオール化合物、すなわちチオール基を有する化合物であり、中でも、上記一般式(4)で示される、少なくとも一つの末端にチオール基を有する化合物(一つの末端又は両末端にチオール基を有する化合物)を採用することにより、吸油量は低減し、優れた塗工適性が得られやすくなり、かつより効率的に優れた電池性能が得られる。
 また、化合物(4)として上記一般式(4)に示される特定の構造を有する化合物を採用することで、上記化合物(1)でも説明したように、適度な立体障害により、適度な化学的又は物理的な付着の状態が得られると考えられるため、吸油量は低減し、優れた塗工適性が得られやすくなり、かつより効率的に優れた電池性能が得られる。
 本実施形態の第六の形態に係る改質硫化物固体電解質は、上記第一~第五のいずれか一の形態において、
 前記化合物(5)が、下記一般式(5-1)で示される化合物、下記一般式(5-2)で示される化合物及び下記一般式(5-3)で示される化合物から選ばれる少なくとも一種の化合物である、
というものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011

(一般式(5-1)中、R511、R512及びR513は各々独立に有機基を示す。一般式(5-2)中、R521、R522及びR523は各々独立に有機基を示す。一般式(5-3)中、R531、R532、R535及びR536は各々独立に有機基を示す。R533及びR534は、各々独立に単結合又は有機基を示し、X531は単結合又は酸素原子を示す。また、R533及びR534の少なくとも一つは有機基であり、R533とR534とは互いに結合して縮合環を形成してもよい。)
 化合物(5)は、金属非含有リン化合物(ただし、リン原子と単結合する酸素原子を含まない化合物である。)であり、中でも、上記一般式(5-1)、(5-2)及び(5-3)で示される金属非含有リン化合物を採用することにより、吸油量は低減し、優れた塗工適性が得られやすくなり、かつより効率的に優れた電池性能が得られる。
 また、化合物(5)として上記一般式(5-1)、(5-2)及び(5-3)に示される特定の構造を有する化合物を採用することで、上記化合物(1)でも説明したように、適度な立体障害により、適度な化学的又は物理的な付着の状態が得られると考えられるため、吸油量は低減し、優れた塗工適性が得られやすくなり、かつより効率的に優れた電池性能が得られる。
 本実施形態の第七の形態に係る改質硫化物固体電解質は、上記第一~第六のいずれか一の形態において、
 前記化合物(5)の分子量が、3000以下である、
というものである。
 化合物(5)の分子量が、3000以下であると、吸油量は低減し、優れた塗工適性が得られやすくなり、かつより効率的に優れた電池性能が得られる。
 本実施形態の第八の形態に係る改質硫化物固体電解質は、上記第一~第七のいずれか一の形態において、
 前記化合物(6)が、下記一般式(6)で示される化合物である、
というものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012

(一般式(6)中、R61、R62及びR63は各々独立に有機基を示す。)
 化合物(6)は、金属非含有ホウ素化合物であり、中でも、上記一般式(6)で示される金属非含有ホウ素化合物を採用することにより、吸油量は低減し、優れた塗工適性が得られやすくなり、かつより効率的に優れた電池性能が得られる。
 また、化合物(6)として上記一般式(6)に示される特定の構造を有する化合物を採用することで、上記化合物(1)でも説明したように、適度な立体障害により、適度な化学的又は物理的な付着の状態が得られると考えられるため、吸油量は低減し、優れた塗工適性が得られやすくなり、かつより効率的に優れた電池性能が得られる。
 本実施形態の第九の形態に係る改質硫化物固体電解質は、上記第一~第八のいずれか一の形態において、
 前記化合物の含有量が、前記硫化物固体電解質100質量部に対して0.03質量部以上25質量部以下である、
というものである。
 化合物(1)~(6)の含有量が、前記硫化物固体電解質100質量部に対して0.03質量部以上25質量部以下であると、これらの化合物が適度に硫化物固体電解質の表面に分散して付着して吸油量を低減するとともに、イオン伝導度を適正に保つことができるため、塗工適性が向上しやすく、また効率的に優れた電池性能を発現しやすくなる。化合物の含有量は、改質硫化物固体電解質を製造する際に用いる化合物の使用量が分かれば、当該使用量がそのまま含有量となる。
 本実施形態の第十の形態に係る改質硫化物固体電解質の製造方法は、
 BET比表面積が10m/g以上であり、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硫化物固体電解質と、下記の化合物(1)~(6)から選ばれる少なくとも一の化合物と、有機溶媒と、を混合すること、
 前記有機溶媒を除去すること、
を含む、
というものである。
 化合物(1)ホルミル基(CH(=O)-)を有する化合物
 化合物(2)1つ以上のアセチル基(CHC(=O)-)を有する化合物
 化合物(3)2つ以上の-CHX(Xは、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子を示す。)で示されるハロゲン含有基と有機基とを有する化合物
 化合物(4)チオール化合物
 化合物(5)金属非含有リン化合物(ただし、リン原子と単結合する酸素原子を含まない化合物である。)
 化合物(6)金属非含有ホウ素化合物
 既述のように、本実施形態の改質硫化物固体電解質は、化合物(1)~(6)を含有するものとなれば、その製造方法は特に制限されるものではないが、本実施形態の第十の形態に係る改質硫化物固体電解質の製造方法によれば、その特徴からみて化合物(1)~(6)が硫化物固体電解質の表面に付着するように存在するものとなり得るため、塗工適性に優れ、効率的に優れた電池性能を発現するものとなり、そのような本実施形態の改質硫化物固体電解質をより効率的に製造することが可能となる。
 硫化物固体電解質と、化合物(1)~(6)と、有機混合と、の混合により、溶液状又はスラリー状の混合物が得られるが、このままでは改質硫化物固体電解質を使用することはできないため、当該溶液又はスラリーより有機溶媒を除去することが含まれる。
 本実施形態の第十一の形態に係る改質硫化物固体電解質の製造方法は、前記第十の形態の製造方法において用いられる有機溶媒が、
 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、エーテル溶媒、エステル溶媒及びニトリル溶媒から選ばれる少なくとも一種の溶媒である、
というものである。
 有機溶媒として、前記溶媒を用いることにより、化合物(1)~(6)の硫化物固体電解質の表面への付着を促進することができ、塗工適性を向上させやすくなる。
 本実施形態の第十二の形態に係る電極合材は、前記第一~第九のいずれか一の形態の改質硫化物固体電解質等と、電極活物質と、を含む、
というものである。
 また、本実施形態の第十三の形態に係るリチウムイオン電池は、前記第一~第九のいずれか一の形態の改質硫化物固体電解質等及び前記第十二の形態の電極活物質の少なくとも一方を含む、
というものである。
 既述のように、本実施形態の改質硫化物固体電解質は、ペーストとして塗工する際の塗工適性に優れ、かつ効率的に優れた電池性能を発現し得る、というものである。そのため、本実施形態の改質硫化物固体電解質を含む電極合材も塗工適性に優れるものであることから、効率的にリチウムイオン電池を製造することができ、得られるリチウムイオン電池は優れた電池性能を有するものとなる。
〔改質硫化物固体電解質〕
 本実施形態の改質硫化物固体電解質は、
 BET比表面積が10m/g以上であり、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硫化物固体電解質と、下記の化合物(1)~(6)から選ばれる少なくとも一の化合物と、を含むもの、
である。
 化合物(1)ホルミル基(CH(=O)-)を有する化合物
 化合物(2)1つ以上のアセチル基(CHC(=O)-)を有する化合物
 化合物(3)2つ以上の-CHX(Xは、フッ素原子又は臭素原子を示す。)で示されるハロゲン含有基と有機基とを有する化合物
 化合物(4)チオール化合物
 化合物(5)金属非含有リン化合物(ただし、リン原子と単結合する酸素原子を含まない化合物である。)
 化合物(6)金属非含有ホウ素化合物
 以下、本実施形態の改質硫化物固体電解質が含む、化合物(1)~(6)から説明する。
(化合物(1))
 本実施形態の改質硫化物固体電解質で用いられる化合物(1)は、ホルミル基(CH(=O)-)を有する化合物である。化合物(1)としては、下記一般式(1)で示される化合物が好ましく挙げられる。吸油量が低減し、優れた塗工適性が得られやすくなり、かつより効率的に優れた電池性能が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
 一般式(1)中、R11及びR12は各々独立に有機基又は単結合を示し、X11は酸素原子、硫黄原子、一般式(1a)で示される基又は単結合を示し、n11は0又は1を示す。一般式(1a)において、R11a及びR12aは各々独立に有機基を示す。
 R11の有機基は2価の基であり、R12の有機基はn11が0の場合は1価の基、n11が1の場合は2価の基となる。R11及びR12は有機基としては、脂肪族基、脂環基、芳香族基及び複素環基が挙げられ、中でも脂肪族及び芳香族基が好ましい。
(脂肪族基)
 1価の脂肪族基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基が挙げられ、吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、アルキル基、アルケニル基が好ましく、アルキル基がより好ましい。
 これと同様の観点から、1価の脂肪族基の炭素数としては、好ましくは1以上、より好ましくは2以上、更に好ましくは3以上であり、上限として好ましくは20以下、より好ましくは16以下、更に好ましくは12以下である。
 このような1価の脂肪族基としては、メチル基、エチル基、各種プロピル基、各種ブチル基、各種ペンチル基、各種ヘキシル基、各種ヘプチル基、各種オクチル基、各種ノニル基、各種デシル基、各種ウンデシル基、各種ドデシル基等が代表的に好ましく挙げられる。本明細書において、「各種」は、直鎖状、分岐状、及びこれらの異性体までを含むことを意味し、例えば各種プロピル基であれば、炭素数3の直鎖状及び分岐状の飽和脂肪族基である1-プロピル基、2-プロピル基、1-メチルエチル基が含まれる。
 脂肪族基は、直鎖状でも、分岐状でもよいが、直鎖状であることが好ましい。
 2価の脂肪族基としては、上記1価の脂肪族基において、1つの水素原子を除いた部分を結合手として有する基、すなわちアルカンジイル基、アルケンジイル基、アルキンジイル基が挙げられる。吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、アルカンジイル基、アルケンジイル基が好ましく、アルカンジイル基がより好ましい。
 2価の脂肪族基の炭素数は、好ましくは1以上であり、上限として好ましくは12以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは4以下、より更に好ましくは3以下である。その他については、上記1価の脂肪族基と同様である。
 また、脂肪族基は、水素原子の少なくとも一部がハロゲン原子、水酸基、アミノ基等により置換されたものであってもよい。
(脂環基)
 1価の脂環基としては、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、シクロアルキニル基が挙げられ、吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、シクロアルキル基、シクロアルケニル基が好ましく、シクロアルキル基がより好ましい。
 これと同様の観点から、1価の脂環基の炭素数としては、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20以下、より好ましくは16以下、更に好ましくは12以下である。
 脂環基としては、複数の脂環を含むものも挙げられ、例えばビシクロヘキシルのような結合多脂環構造;ヘキサヒドロナフタレン、オクタヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン等の2以上の脂環が縮合した構造;ノルボルナン、ノルボルネン、アダマンタン、トリシクロデカン、ピネンのような橋かけ環式構造;等の基本構造から1つの水素原子を除いた部分を結合手として有する基も好ましく挙げられる。これらの他、脂環内に二重結合を有する基本構造として、ペンタレン、アズレン等の基本構造も挙げられる。
 さらに、上記の単数の脂環の基本構造、複数の脂環の基本構造、及び後述する芳香族環の基本構造のいずれかが結合、縮合した構造も、基本構造として好ましく挙げられる。
 脂環基の上記基本構造から除く1つの水素原子について、当該1つの水素原子は脂環の水素原子であってもよいし、脂環に接続するアルキル基等の置換基(置換基については後述する。)の水素原子であってもよい。
 脂環基の基本構造としては、上記の例示した脂環基において、炭素原子が窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子等のヘテロ原子に置換された、複素環を有するものであってもよい。
 また、脂環基の基本構造の例示はあくまで代表的に好ましいものを例示したものであり、これらに限られるものではない。例えば、上記基本構造に基づく脂環基に、後述する芳香族基、複素環基が結合したもの、また縮合したものも含まれ得る。
 上記の例示した脂環基、また基本構造において、水素原子の少なくとも一部がフッ素原子等のハロゲン原子、水酸基、アミノ基、また上記脂肪族基等の置換基で置換されたものであってもよい。この場合、脂肪族基としてはアルキル基、アルケニル基が好ましく、炭素数としては好ましくは1以上であり、上限として好ましくは12以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは6以下、より更に好ましくは4以下である。
 2価の脂環基としては、上記1価の脂環基において、1つの水素原子を除いた部分を結合手として有する基が挙げられる。ここで、当該1つの水素原子としては、脂環の水素原子であってもよいし、脂環に接続するアルキル基等の置換基の水素原子であってもよい。
(芳香族基)
 1価の芳香族基としては、ベンゼン、トルエン、スチレン等の単環芳香族化合物;複数の芳香環が結合した、ビフェニル、ジフェニルメタン(ベンジルベンゼン)、ジフェニルエタン(ビベンジル)、メチリジントリスフェノール、トリフェニルシクロヘキサン等の結合多環芳香族化合物;複数の芳香環が縮合した、ナフタレン、フェナントレン、アントラセン、ピレン、トリフェニレン、テトラセン、ペンタセン等、また芳香環と脂環とが縮合した、インデン、インダセン、アセナフテン、ジヒドロナフタレン、テトラヒドロナフタレン、ビフェニレン、フルオレン、フルオランテン等の縮合多環芳香族化合物;等の基本構造から1つの水素原子を除いた部分を結合手として有する基が好ましく挙げられる。
 芳香族基の上記基本構造から除く1つの水素原子について、当該1つの水素原子は芳香環(上記縮合多環等も含む。)の水素原子であってもよいし、芳香環(上記縮合多環等も含む。)に接続するアルキル基等の置換基(置換基については後述する。)の水素原子であってもよい。吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、芳香環(上記縮合多環等も含む。)に接続するアルキル基等の置換基の水素原子から1つの水素原子を除いた基が好ましい。
 芳香族基としては、上記の中でも、単環芳香族化合物を基本構造とする芳香族基が好ましく、フェニル基、メチルフェニル基、ビニルフェニル基等の芳香環の水素原子を1つ除いた部分を結合手として有する基;ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等の芳香環に接続するアルキル基の水素原子を1つ除いた部分を結合手として有する基;が好ましく挙げられ、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等の芳香環に接続するアルキル基の水素原子を1つ除いた部分を結合手として有する基がより好ましい。
 1価の芳香族基の炭素数としては、好ましくは6以上、より好ましくは7以上であり、上限として好ましくは36以下、より好ましくは24以下、更に好ましくは12以下、より更に好ましくは10以下である。
 芳香族基の基本構造としては、上記の例示した基本構造において、芳香環(上記縮合多環等も含む。)の炭素原子が窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子等のヘテロ原子に置換された、複素環を有するものであってもよい。
 また、芳香族基の基本構造の例示はあくまで代表的に好ましいものを例示したものであり、これらに限られるものではない。例えば、上記基本構造に基づく芳香族基に、上記の脂環基、また後述する複素環基が結合したもの、また縮合したものも含まれ得る。
 上記の例示した基本構造において、芳香環(上記縮合多環等も含む。)の水素原子の少なくとも一部がフッ素原子等のハロゲン原子、水酸基、アミノ基、また上記脂肪族基等の置換基で置換されたものであってもよい。この場合、脂肪族基としてはアルキル基、アルケニル基が好ましく、アルキル基がより好ましく、炭素数としては好ましくは1以上であり、上限として好ましくは12以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは6以下、より更に好ましくは4以下である。
 芳香環(上記縮合多環等も含む。)の水素原子の少なくとも一部が置換される場合、置換基としては上記の中でも脂肪族基が好ましく、アルキル基がより好ましい。
 2価の芳香族基としては、上記1価の芳香族基において、1つの水素原子を除いた部分を結合手として有する基が挙げられる。ここで、当該1つの水素原子としては、芳香族環の水素原子であってもよいし、芳香族環に接続するアルキル基等の置換基の水素原子であってもよい。
(複素環基)
 1価の複素環基としては、オキセタン、テトラヒドロフラン、ジヒドロフラン、フラン、ジオキソラン、テトラヒドロピラン、ピラン等の飽和又は不飽和の単環の含酸素複素環式化合物;ピロリジン、ピロリン、イミダゾリジン、イミダゾリン、イミダゾール、ピペリジン、ピリジン、ピペラジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、トリアジン等の飽和又は不飽和の単環の含窒素複素環式化合物;チエタン、テトラヒドロチオフェン、チオフェン、チアン、チオピラン等の飽和又は不飽和の単環の含硫黄複素環式化合物;テトラヒドロオキサゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、スクシンイミド、モルフォリン、オキサジン等の飽和又は不飽和の単環の含酸素-窒素複素環式化合物;テトラヒドロチアゾール、チアゾール、チオモルフォリン、チアジン等の飽和又は不飽和の単環の含窒素-硫黄複素環式化合物;オキサチオラン、スルフォラン、チオキサン、ジオキソオキサチアン等の飽和の単環の含酸素-硫黄複素環式化合物;等の単環の複素環式化合物の基本構造から1つの水素原子を除いた部分を結合手として有する単環の複素環基が挙げられる。
 また例えば、ベンゾフラン、オクタヒドロベンゾフラン、ベンゾピラン、ベンゾジオキサン、ジベンゾフラン、キサンテン、ジベンゾジオキシン等の飽和又は不飽和の縮合多環の含酸素複素環式化合物;インドリン、インドール、インドリジン、ベンゾイミダゾール、アザインドール、デカヒドロキノリン、キノリン、キノサリン、カルバゾール、アクリジン、フェナジン、アザアダマンタンの等の飽和又は不飽和の縮合多環の含窒素複素環式化合物;ベンゾチオフェン、ベンゾチオピラン、ドデカヒドロジベンゾチオフェン、ヘキサヒドロジベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン等の飽和又は不飽和の縮合多環の含硫黄複素環式化合物;フロピロール、ベンゾオキサゾール、ベンゾオキサジン、ジヒドロベンゾオキサジンフェノキサジン等の縮合多環の含酸素-窒素複素環式化合物;ベンゾチアゾール、ベンゾチアジアゾール、フェノチアジン等の縮合多環の含窒素-硫黄複素環式化合物;フェニルチオクロメンオン、フェノキサチイン等の結合多環又は縮合多環の含酸素-硫黄複素環式化合物;等の多環の複素環式化合物の基本構造から1つの水素原子を除いた部分を結合手として有する多環の複素環基が挙げられる。
 1価の複素環基の炭素数としては、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36以下、より好ましくは24以下、更に好ましくは18以下である。
 多環の複素環式化合物として、縮合多環のものを中心に例示しているが、あくまで代表的に好ましいものを例示したものであり、例えば結合多環の複素環式化合物が基本構造として含まれることはいうまでもない。また、上記複素環基に、例えば上記の脂環基、芳香族基が結合したもの、また縮合したものも含まれ得る。
 複素環基の上記基本構造から除く1つの水素原子について、当該1つの水素原子は複素環式環の水素原子であってもよいし、複素環式環に接続するアルキル基等の置換基(置換基については後述する。)の水素原子であってもよい。
 上記の例示した基本構造において、複素環基の水素原子の少なくとも一部がフッ素原子等のハロゲン原子、水酸基、アミノ基、また上記脂肪族基等の置換基で置換されたものであってもよい。この場合、脂肪族基としてはアルキル基、アルケニル基が好ましく、アルキル基がより好ましく、炭素数としては好ましくは1以上であり、上限として好ましくは12以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは6以下、より更に好ましくは4以下である。
 2価の複素環基としては、上記1価の複素環基において、1つの水素原子を除いた部分を結合手として有する基が挙げられる。ここで、当該1つの水素原子としては、複素環基の水素原子であってもよいし、複素環基に接続するアルキル基等の置換基の水素原子であってもよい。
 X11は酸素原子、硫黄原子、上記一般式(1a)で示される基又は単結合を示す。吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、X11は酸素原子、、上記一般式(1a)で示される基単結合が好ましい。
 一般式(1a)において、R11a及びR12aは各々独立に有機基を示す。R11a及びR12aの有機基としては、上記R11及びR12の有機基として説明した有機基のうち、1価の有機基として説明した、脂肪族基、脂環基、芳香族基及び複素環基が挙げられ、中でも脂肪族基が好ましい。また、脂肪族基の炭素数は、好ましくは1以上であり、上限として好ましくは20以下、より好ましくは16以下、更に好ましくは12以下、より更に好ましくは4以下であり、特にメチル基が好ましい。
 n11は0又は1を示し、吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、0であることが好ましい。
 上記一般式(1)におけるR11、R12、X11、n11について好ましい組合せとしては、X11が単結合である場合、R11は単結合であり、R12は脂肪族基であり、n11は0であることが好ましく、R12の脂肪族基としてはアルキル基が好ましく、アルキル基の炭素数は、既述のとおりである
 このような化合物(1)としては、代表的には、ヘプタナール(一般式(1)において、R11及びX11が単結合であり、n11が0であり、R12がヘキシル基である。)、ヘキサナール(一般式(1)において、R11及びX11が単結合であり、n11が0であり、R12がペンチル基である。)、ウンデカナール(一般式(1)において、R11及びX11が単結合であり、n11が0であり、R12がデシル基である。)が好ましく挙げられる。なお、これに準ずる構造を有する化合物も同様の効果が得られることはいうまでもない。
 また、上記一般式(1)におけるR11、R12、X11、n11について好ましい組合せとしては、X11が酸素原子である場合、R11は脂肪族基であり、R12は芳香族基であり、n11は0であることが好ましく、R11の脂肪族基としてはアルキル基が好ましく、アルキル基の炭素数は、既述のとおりである。R12の芳香族基としては、単環芳香族化合物を基本構造とする芳香族基が好ましく、芳香環に、脂肪族基(好ましくはアルキル基)が接続し、当該脂肪族基(好ましくはアルキル基)の水素原子を1つ除いた部分を結合手として有する基がより好ましく、中でもベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基が好ましく、ベンジル基がより好ましい。
 このような化合物(1)としては、代表的には、ベンジルオキシアセトアルデヒド(一般式(1)において、X11が酸素原子であり、R11がメチレン基であり、n11が0であり、R12がベンジル基である。)が好ましく挙げられる。なお、これに準ずる構造を有する化合物も同様の効果が得られることはいうまでもない。
 また、上記一般式(1)におけるR11、R12、X11、n11について好ましい組合せとしては、X11が上記一般式(1a)である場合、R11及びR12は脂肪族基であり、n11は0であることが好ましく、X11について、上記一般式(1a)におけるR11a及びR12aは脂肪族基であることが好ましい。
 ここで、R11の脂肪族基としてはアルキル基が好ましく、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20以下、より好ましくは16以下、更に好ましくは12以下、より更に好ましくは4以下であり、特にメチル基が好ましい。R12の脂肪族基としてはアルキル基が好ましく、分岐鎖を有するアルキル基であることがより好ましく、分岐鎖を有するアルキル基の中でも第三級アルキル基(すなわち、一の炭素原子に三つの炭素原子が接続する構造を有するアルキル基である。)であることが好ましい。
 R12の脂肪族基の炭素数としては、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20以下、より好ましくは16以下、更に好ましくは12以下、より更に好ましくは6以下である。また、上記一般式(1a)におけるR11a及びR12aの脂肪族基としてはアルキル基が好ましく、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20以下、より好ましくは16以下、更に好ましくは12以下、より更に好ましくは4以下であり、特にメチル基が好ましい。
 本実施形態の改質硫化物固体電解質においては、上記化合物(1)を単独で、又は複数種を組み合わせて用いることができる。
(化合物(2))
 本実施形態の改質硫化物固体電解質で用いられる化合物(2)は、1つ以上のアセチル基(CHC(=O)-)を有する化合物である。化合物(2)としては、下記一般式(2)で示される化合物が好ましく挙げられる。吸油量が低減し、優れた塗工適性が得られやすくなり、かつより効率的に優れた電池性能が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
 一般式(2)中、R21及びR22は各々独立に有機基又は単結合を示し、X21は酸素原子、硫黄原子又は単結合を示し、n21は0又は1を示す。
 R21及びR22の有機基は、2価の有機基であり、上記R11及びR12の有機基として説明した有機基のうち、2価の脂肪族基、脂環基、芳香族基及び複素環基が挙げられ、2価の脂肪族基が好ましい。2価の脂肪族基、脂環基、芳香族基及び複素環基については、上記R11及びR12の有機基として説明したものと同じである。
 上記一般式(2)におけるR21、R22、X21について好ましい組合せとしては、R21及びR22のいずれか一方が脂肪族基であり、他方が単結合であり、X21は単結合であることが好ましく、R21及びR22のいずれか一方の脂肪族基としてはアルカンジイル基が好ましい。
 アルカンジイル基の炭素数は、R11及びR12の2価の脂肪族基の炭素数として説明した内容、すなわち好ましくは1以上であり、上限として好ましくは12以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは4以下、より更に好ましくは3以下である。
 X21は酸素原子、硫黄原子又は単結合を示す。吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、X21は単結合が好ましい。
 また、n21は0又は1を示す。吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、n21は0であることが好ましい。
 このような化合物(2)としては、代表的には、アセチルアセトン(一般式(2)において、R21及びX21が単結合であり、R22がメチレン基であり、n21が1である。)が好ましく挙げられる。また、このような化合物(2)としては、ベンジルオキシアセトン(一般式(2)において、X21が酸素原子であり、R21がメチレン基であり、R22がベンジル基であり、n21が0である。)も好ましく挙げられる。なお、これらに準ずる構造を有する化合物も同様の効果が得られることはいうまでもない。
 本実施形態の改質硫化物固体電解質においては、上記化合物(2)を単独で、又は複数種を組み合わせて用いることができる。
(化合物(3))
 本実施形態の改質硫化物固体電解質で用いられる化合物(3)は、2つ以上の-CHX(Xは、フッ素原子又は臭素原子を示す。)で示されるハロゲン含有基と有機基とを有する化合物である。化合物(3)としては、下記一般式(3)で示される化合物が好ましく挙げられる。吸油量が低減し、優れた塗工適性が得られやすくなり、かつより効率的に優れた電池性能が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
 一般式(3)中、R31は有機基又は単結合を示し、X31及びX32は各々独立にフッ素原子又は臭素原子を示す。
 R31の有機基は、2価の有機基であり、上記R11及びR12の有機基として説明した有機基のうち、2価の脂肪族基、脂環基、芳香族基及び複素環基が挙げられ、2価の脂肪族基が好ましい。
 2価の脂肪族基としては、R11及びR12の2価の脂肪族基と同じく、上記1価の脂肪族基において、1つの水素原子を除いた部分を結合手として有する基、すなわちアルカンジイル基、アルケンジイル基、アルキンジイル基が挙げられる。吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、アルカンジイル基、アルケンジイル基が好ましく、アルカンジイル基がより好ましい。
 2価の脂肪族基の炭素数は、好ましくは1以上であり、上限として好ましくは20以下、より好ましくは16以下、更に好ましくは12以下、より更に好ましくは10以下である。
 脂肪族基は、直鎖状でも、分岐状でもよいが、直鎖状であることが好ましい。その他については、上記R11及びR12の脂肪族基と同様である。
 また、R31の有機基となり得る2価の脂環基、芳香族基及び複素環基については、上記R11及びR12の有機基における脂環基、芳香族基及び複素環基として説明したものと同じである。
 R31は上記有機基であってもよいし、単結合であってもよいが、吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、上記有機基であることが好ましい。
 X31及びX32は各々独立にフッ素原子又は臭素原子を示し、X31及びX32は同じでも異なっていてもよく、吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、同じであることが好ましい。
 また、フッ素原子、臭素原子のいずれであってもよいが、これと同様の観点から、臭素原子が好ましい。
 このような化合物(3)としては、代表的には、1,3-ジブロモプロパン(一般式(3)において、R31がメチレン基、X31及びX32が臭素原子である。)、1,4-ジブロモブタン(一般式(3)において、R31がメチレン基、X31及びX32が臭素原子である。)、1,6-ジブロモヘキサン(一般式(3)において、R31が1,4-ブタンジイル基、X31及びX32が臭素原子である。)、1,10-ジブロモデカン(一般式(3)において、R31が1,8-オクタンジイル基、X31及びX32が臭素原子である。)等のジブロモアルカンが好ましく挙げられる。これらの化合物のように、両末端の炭素原子にハロゲン原子として臭素原子が一つ結合した、ジハロゲン化アルキルが特に好ましい。なお、これに準ずる構造を有する化合物も同様の効果が得られることはいうまでもない。
 本実施形態の改質硫化物固体電解質においては、上記化合物(3)を単独で、又は複数種を組み合わせて用いることができる。
(化合物(4))
 本実施形態の改質硫化物固体電解質で用いられる化合物(4)は、チオール化合物である。化合物(4)としては、下記一般式(4-1)及び一般式(4-2)で示される化合物が好ましく挙げられる。吸油量が低減し、優れた塗工適性が得られやすくなり、かつより効率的に優れた電池性能が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
 一般式(4-1)中、R411、R412及びR413は各々独立に有機基又は単結合を示し、X411は水素原子又はチオール基を示し、n411は0~3の整数を示す。ただし、R411、R412及びR413の少なくとも一つは有機基である。
 一般式(4-2)中、R421、R422及びR423は各々独立に有機基を示す。n421、n422は0~3の整数を示し、n421及びn422はn421+n422=3を満たす。
 R411、R412及びR413の有機基は、2価の有機基であり、上記R11及びR12の有機基として説明した有機基のうち、2価の脂肪族基、脂環基、芳香族基及び複素環基が挙げられ、2価の脂肪族基が好ましい。
 R411及びR413の2価の脂肪族基の炭素数は、吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、好ましくは1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、より更に好ましくは12以下である。
 これと同様の観点から、R412の2価の脂肪族基の炭素数は、好ましくは1以上であり、上限として好ましくは8以下、より好ましくは6以下、更に好ましくは4以下、より更に好ましくは2以下である。また、複数のR42が存在する場合(n411が2~3の整数である場合)、複数のR412は同じでも異なっていてもよく、同じであることが好ましい。
 脂肪族基は、直鎖状でも、分岐状でもよいが、直鎖状であることが好ましい。その他については、上記R11及びR12の脂肪族基と同様である。
 また、R411、R412及びR413の有機基となり得る2価の脂環基、芳香族基及び複素環基については、上記R11及びR12の有機基における脂環基、芳香族基及び複素環基として説明したものと同じである。
 R411、R412及びR413は上記単結合であってもよいが、吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、少なくとも一つは上記の有機基であることが好ましい。
 X411は水素原子又はチオール基を示し、いずれであってもよく、吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、水素原子であることが好ましい。すなわち、化合物(4)はチオール基を1つ有するモノチオール化合物であってもよいし、チオール基を2つ有するジチオール化合物であってもよく、モノチオール化合物が好ましい。
 また、n411は0~3の整数を示し、これと同様の観点から、0、1であることが好ましく、0であることがより好ましい。
 R421の有機基は、2価の有機基であり、上記R11及びR12の有機基として説明した有機基のうち、2価の脂肪族基、脂環基、芳香族基及び複素環基が挙げられ、2価の脂肪族基、芳香族基が好ましく、2価の芳香族基がより好ましい。2価の脂肪族基、脂環基、芳香族基及び複素環基については、上記R11及びR12の有機基として説明したものと同じである。
 R421の2価の脂肪族基の炭素数は、吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、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12以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは4以下である。
 また、一般式(4-2)について、R422及びR423は1価の有機基であり、上記R11及びR12の有機基として説明した有機基のうち、1価の脂肪族基、脂環基、芳香族基及び複素環基が挙げられ、1価の脂肪族基が好ましい。1価の脂肪族基、脂環基、芳香族基及び複素環基については、上記R11及びR12の有機基として説明したものと同じである。
 R422及びR423の1価の脂肪族基の炭素数は、吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、好ましくは1以上であり、上限として好ましくは12以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは4以下、より更に好ましくは2以下である。
 また、複数のR422又はR423が存在する場合(n421が1又は2の整数である場合)、複数のR422又はR423は同じでも異なっていてもよく、同じであることが好ましい。
 R421、R422及びR423の脂肪族基は、直鎖状でも、分岐状でもよいが、直鎖状であることが好ましい。その他については、上記R11及びR12の脂肪族基と同様である。
 また、R421、R422及びR423の有機基となり得る1価又は2価の脂環基、芳香族基及び複素環基については、上記R11及びR12の有機基における脂環基、芳香族基及び複素環基として説明したものと同じである。
 このような化合物(4)として、上記一般式(4-1)で示される化合物として代表的には、1-ドデカンチオール(一般式(4-1)において、R411が単結合、n411が0、R413が1,12-ドデカンジイル基であり、X411が水素原子である。)、1,10-デカンジチオール(一般式(4-1)において、R411が単結合、n411が0、R413が1,10-デカンジイル基であり、X411がチオール基である。)が好ましく挙げられる。また、上記一般式(4-2)で示される化合物として代表的には、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン(一般式(4-2)において、R421が1,3-プロパンジイル基、R423がメチル基であり、n421が0、n422が3である。)が好ましく挙げられる。
なお、これに準ずる構造を有する化合物も同様の効果が得られることはいうまでもない。
 本実施形態の改質硫化物固体電解質においては、上記化合物(4)を単独で、又は複数種を組み合わせて用いることができ、上記一般式(4-1)で示される化合物及び一般式(4-2)で示される化合物から選ばれる少なくとも一種の化合物を用いることができる。例えば、上記一般式(4-1)で示される化合物を単独で用いてもよいし、上記一般式(4-1)で示される化合物の二種を組み合わせて用いてもよく、上記一般式(4-2)で示される化合物も同様である。また、例えば上記一般式(4-1)で示される化合物を単独又は複数種と一般式(4-2)で示される化合物を単独又は複数種とを組み合わせて用いてもよい。
(化合物(5))
 本実施形態の改質硫化物固体電解質で用いられる化合物(5)は、金属非含有リン化合物(ただし、リン原子と単結合する酸素原子を含まない化合物である。)である。化合物(5)は、金属原子を含有しないリン化合物であればよく、ただし、リン原子と単結合する酸素原子を含まない化合物である。すなわち、化合物(5)には、リン原子に酸素を介して炭化水素基が結合する、例えばリン原子にアルコキシ基、あるいはエーテル結合を介して各種有機基等が結合するような化合物は含まれない。
 化合物(5)としては、下記一般式(5-1)で示される化合物が好ましく挙げられる。吸油量が低減し、優れた塗工適性が得られやすくなり、かつより効率的に優れた電池性能が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
 一般式(5-1)中、R511、R512及びR513は各々独立に有機基を示す。
 R511、R512及びR513の有機基は、1価の有機基であり、上記R11及びR12の有機基として説明した有機基のうち、1価の脂肪族基、脂環基、芳香族基及び複素環基が挙げられ、1価の脂肪族基が好ましい。1価の脂肪族基、脂環基、芳香族基及び複素環基については、上記R11及びR12の有機基として説明したものと同じである。
 R511、R512及びR513の1価の脂肪族基の炭素数は、吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、好ましくは1以上、より好ましくは2以上、更に好ましくは3以上であり、上限として好ましくは20以下、より好ましくは16以下、更に好ましくは12以下、より更に好ましくは10以下である。
 脂肪族基は、直鎖状でも、分岐状でもよいが、直鎖状であることが好ましい。その他については、上記R11及びR12の脂肪族基と同様である。
 また、R511、R512及びR513の有機基となり得る1価の脂環基、芳香族基及び複素環基については、上記R11及びR12の有機基における脂環基、芳香族基及び複素環基として説明したものと同じである。
 また、R511、R512及びR513は、酸素原子を有する有機基であってもよく、例えば酸素原子を介して、上記1価の脂肪族基、脂環基、芳香族基、複素環基から選択される基を有する基であってもよい。この場合、酸素原子を介して有する1価の有機基としては、酸素原子と脂肪族基とを有する基が好ましい。
 このような一般式(5-1)で示される化合物(5)としては、代表的には、トリ-n-オクチルホスフィンオキシド(一般式(5-1)において、R511、R512及びR513が1-オクチル基である。)が好ましく挙げられる。なお、これに準ずる構造を有する化合物も同様の効果が得られることはいうまでもない。
 化合物(5)としては、下記一般式(5-2)で示される化合物が好ましく挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
 一般式(5-2)中、R521、R522及びR523は各々独立に有機基を示す。
 R511、R512及びR513の有機基は、1価の有機基であり、上記R11及びR12の有機基として説明した有機基のうち、1価の脂肪族基、脂環基、芳香族基及び複素環基が挙げられ、1価の脂肪族基、芳香族基が好ましい。1価の脂肪族基、脂環基、芳香族基及び複素環基については、上記R11及びR12の有機基として説明したものと同じである。
 R521、R522及びR523の1価の脂肪族基の炭素数は、吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、好ましくは1以上、より好ましくは2以上、更に好ましくは3以上であり、上限として好ましくは20以下、より好ましくは16以下、更に好ましくは12以下、より更に好ましくは10以下である。
 脂肪族基は、直鎖状でも、分岐状でもよいが、直鎖状であることが好ましい。その他については、上記R11及びR12の脂肪族基と同様である。
 R521、R522及びR523の1価の芳香族基としては、上記R11及びR12の芳香族基として説明した芳香族基のうち、単環芳香族化合物を基本構造とする芳香族基が好ましく、中でもフェニル基が好ましい。
 また、R521、R522及びR523は、酸素原子を有する有機基であってもよく、例えば酸素原子を介して、上記1価の脂肪族基、脂環基、芳香族基、複素環基から選択される基を有する基であってもよい。この場合、酸素原子を介して有する1価の有機基としては、酸素原子と脂肪族基とを有する基が好ましい。
 このような一般式(5-2)で示される化合物(5)としては、代表的には、トリ-n-オクチルホスフィン(一般式(5-2)において、R521、R522及びR523が1-オクチル基である。)、トリフェニルホスフィン(一般式(5-2)において、R521、R522及びR523がフェニル基である。)が好ましく挙げられる。なお、これに準ずる構造を有する化合物も同様の効果が得られることはいうまでもない。
 化合物(5)としては、下記一般式(5-3)で示される化合物が好ましく挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
 一般式(5-3)中、R531、R532、R535及びR536は各々独立に有機基を示す。R533及びR534は、各々独立に単結合又は有機基を示し、X531は単結合又は酸素原子を示す。また、R533及びR534の少なくとも一つは有機基であり、R533とR534とは互いに結合して縮合環を形成してもよい。
 R531、R532、R535及びR536の有機基は、1価の有機基であり、上記R11及びR12の有機基として説明した有機基のうち、1価の脂肪族基、脂環基、芳香族基及び複素環基が挙げられ、1価の脂肪族基、芳香族基が好ましく、1価の芳香族基がより好ましい。1価の脂肪族基、脂環基、芳香族基及び複素環基については、上記R11及びR12の有機基として説明したものと同じである。
 R531、R532、R535及びR536の1価の芳香族基としては、上記R11及びR12の芳香族基として説明した芳香族基のうち、単環芳香族化合物を基本構造とする芳香族基が好ましく、中でもフェニル基が好ましい。
 また、R531、R532、R535及びR536は、酸素原子を有する有機基であってもよく、例えば酸素原子を介して、上記1価の脂肪族基、脂環基、芳香族基、複素環基から選択される基を有する基であってもよい。この場合、酸素原子を介して有する1価の有機基としては、酸素原子と脂肪族基とを有する基、酸素原子と芳香族基とを有する基が好ましい。
 R533及びR534の有機基は、2価の有機基であり、上記R11及びR12の有機基として説明した有機基のうち、2価の脂肪族基、脂環基、芳香族基及び複素環基が挙げられ、2価の脂肪族基、芳香族基が好ましく、2価の芳香族基がより好ましい。2価の脂肪族基、脂環基、芳香族基及び複素環基については、上記R11及びR12の有機基として説明したものと同じである。
 R533及びR534の2価の脂肪族基の炭素数は、吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、好ましくは1以上、より好ましくは2以上、更に好ましくは3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12以下、更に好ましくは8以下、より更に好ましくは6以下である。
 脂肪族基は、直鎖状でも、分岐状でもよいが、直鎖状であることが好ましい。その他については、上記R11及びR12の脂肪族基と同様である。
 R533及びR534の2価の芳香族基としては、上記R11及びR12の芳香族基として説明した芳香族基のうち、2価の芳香族基を採用することができ、上記の単環芳香族化合物、結合多環芳香族化合物、縮合多環芳香族化合物の基本構造から2つの水素原子を除いた部分を結合手として有する基から採用すればよく、好ましくは上記の単環芳香族化合物、縮合多環芳香族化合物の基本構造から2つの水素原子を除いた部分を結合手として有する基である。
 R533及びR534の少なくとも一つは有機基である。
 R533とR534とは互いに結合して縮合環を形成してもよい。この場合は、X531は単結合となる。この場合の縮合環としては、上記R11及びR12の脂環基、芳香族基及び複素環基において説明した、縮合環が挙げられる。
 また、X531が酸素原子の場合、R533とX531とR534とは互いに結合して縮合環を形成してもよい。この場合の縮合環としては、上記R11及びR12の複素環基において説明した、酸素を含む縮合多環の複素環式化合物が挙げられる。
 このような一般式(5-3)で示される化合物(5)としては、代表的には、1,4-ビス(ジフェニルホスフィノ)ブタン(一般式(5-3)において、R531、R532、R535及びR536がフェニル基であり、R533が1,4-ブタンジイル基であり、R534及びX531が単結合である。)、ビス〔(2-ジフェニルホスフィノ)フェニル〕エーテル(一般式(5-3)において、R531、R532、R535及びR536がフェニル基であり、R533及びR534がベンゼンジイル基であり、X531が酸素原子である。)、4,5-ビス(ジフェニルホスフィノ)-9,9-ジメチルキサンテン(一般式(5-3)において、R531、R532、R535及びR536がフェニル基であり、R533及びがキサンテン-4,5-ジイル基、R534及びX531が単結合である。また、R533がジヒドロベンゾピラン基であり、R534がフェニル基であり、R533とR534とが互いに縮合してキサンテン-4,5-ジイル基を形成しているともいえる。)が好ましく挙げられる。なお、これに準ずる構造を有する化合物も同様の効果が得られることはいうまでもない。
 本実施形態の改質硫化物固体電解質においては、上記化合物(5)を単独で、又は複数種を組み合わせて用いることができ、上記一般式(5-1)で示される化合物、一般式(5-2)で示される化合物及び一般式(5-3)で示される化合物から選ばれる少なくとも一種の化合物を用いることができる。例えば、上記一般式(5-1)で示される化合物を単独で用いてもよいし、上記一般式(5-1)で示される化合物の二種を組み合わせて用いてもよく、上記一般式(5-2)、(5-3)で示される化合物も同様である。また、例えば上記一般式(5-1)で示される化合物を単独又は複数種と一般式(5-2)で示される化合物を単独又は複数種とを組み合わせて用いてもよく、一般式(5-2)で示される化合物と一般式(5-3)で示される化合物とについて、また一般式(5-1)で示される化合物と一般式(5-3)で示される化合物とについても同様である。
 化合物(5)の分子量は、吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、好ましくは3000以下、より好ましくは2000以下、更に好ましくは1500以下、より更に好ましくは1000以下である。
(化合物(6))
 本実施形態の改質硫化物固体電解質で用いられる化合物(6)は、金属非含有ホウ素化合物である。化合物(6)は、金属を含有しないホウ素化合物であればよい化合物である。化合物(6)としては、下記一般式(6)で示される化合物が好ましく挙げられる。吸油量が低減し、優れた塗工適性が得られやすくなり、かつより効率的に優れた電池性能が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
 一般式(6)中、R61、R62及びR63は各々独立に有機基を示す。
 R61、R62及びR63の有機基は、1価の有機基であり、上記R11及びR12の有機基として説明した有機基のうち、1価の脂肪族基、脂環基、芳香族基及び複素環基が挙げられ、1価の脂肪族基が好ましい。1価の脂肪族基、脂環基、芳香族基及び複素環基については、上記R11及びR12の有機基として説明したものと同じである。
 R61、R62及びR63の1価の脂肪族基の炭素数は、吸油量を低減させて、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、好ましくは1以上、より好ましくは2以上、更に好ましくは4以上、より更に好ましくは6以上であり、上限として好ましくは28以下、より好ましくは24以下、更に好ましくは20以下であり、より更に好ましくは18以下である。
 脂肪族基は、直鎖状でも、分岐状でもよいが、直鎖状であることが好ましい。その他については、上記R11及びR12の脂肪族基と同様である。
 また、R61、R62及びR63は、酸素原子を有する有機基であることも好ましい。酸素原子を介する有機基としては、例えば酸素原子を介して、上記1価の脂肪族基、脂環基、芳香族基、複素環基から選択される基を有する基が挙げられる。この場合、酸素原子を介して有する1価の有機基としては、酸素原子と脂肪族基とを有する基が好ましく、特に酸素原子とアルキル基とを有する基、すなわちアルコキシ基が好ましい。脂肪族基の炭素数は、上記R61、R62及びR63の1価の脂肪族基の好ましい炭素数と同じである。
 このような一般式(6)で示される化合物(6)としては、代表的には、ホウ酸トリn-オクチル(一般式(6)において、R61、R62及びR63がオクチルオキシ基である。)、ホウ酸トリn-オクタデシル(一般式(6)において、R61、R62及びR63がオクタデシルオキシ基である。)が好ましく挙げられる。なお、これに準ずる構造を有する化合物も同様の効果が得られることはいうまでもない。
 本実施形態の改質硫化物固体電解質においては、上記化合物(6)を単独で、又は複数種を組み合わせて用いることができる。
 化合物(1)~(4)及び(6)は、上記化合物(5)と同様に、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、所定の分子量を有する化合物であることが好ましい。具体的には、化合物(1)~(4)及び(6)について、優れた塗工適性が得られやすく、かつより効率的に優れた電池性能を得る観点から、その分子量は、好ましくは3000以下、より好ましくは2000以下、更に好ましくは1500以下、より更に好ましくは1000以下である。
 改質硫化物固体電解質に含まれる化合物(1)~(6)から選ばれる少なくとも一の化合物の全量に対する、化合物(1)~(6)から選ばれる少なくとも一の化合物であって、その分子量が3000以下である化合物の含有量は、好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上、更に好ましくは99質量%以上であり、より更に好ましくは100質量%、すなわちその全量が数平均分子量が3000以下である化合物であることがより更に好ましい。
 逆に、改質硫化物固体電解質に含まれる化合物(1)~(6)から選ばれる少なくとも一の化合物の全量に対する、化合物(1)~(6)から選ばれる少なくとも一の化合物であって、その分子量が3000超である化合物の含有量は、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下、更に好ましくは1質量%以下であり、より更に好ましくは0質量%、すなわちその分子量が3000超である化合物は含まれないことがより更に好ましい。
 改質硫化物固体電解質に含まれる化合物(1)~(6)の含有量は、使用する化合物の種類によってかわり得るため一概にはいえないものの、硫化物固体電解質100質量部に対して、好ましくは0.03質量部以上、より好ましくは0.05質量部、更に好ましくは0.1質量部以上、より更に好ましくは0.5質量部であり、上限として好ましくは25質量部以下、より好ましくは20質量部以下である。上記範囲内であると、ペーストとして塗工する際の塗工適性を効率よく向上させることができ、かつより効率的に優れた電池性能が得られる。
 また、本実施形態の改質硫化物固体電解質において、上記化合物(1)~(6)から選ばれる少なくとも一の化合物が用いられる。すなわち、上記化合物(1)~(6)を単独で、また化合物(1)に該当する複数種の化合物を組み合わせるといったように、化合物(1)~(6)の各化合物において複数種を組み合わせて、また化合物(1)~(6)から選ばれる二種以上の化合物を組み合わせて用いることができる。
(硫化物固体電解質の製造)
 次に、本実施形態の改質硫化物固体電解質を形成する硫化物固体電解質について説明する。本実施形態で用いられ得る硫化物固体電解質は、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、BET比表面積が10m/g以上のものであれば特に制限なく用いることが可能であり、市販品をそのまま用いることもできるし、製造して用いることもできる。
 本実施形態において用いられ得る硫化物固体電解質を製造して用いる場合について、その製造方法を説明する。本実施形態において用いられ得る硫化物固体電解質は、例えば、リチウム原子、硫黄原子、リン原子及びハロゲン原子の少なくとも一の原子を含む化合物から選ばれる二種以上の原料を混合することを含む、製造方法により得られる。
(原料)
 原料としては、リチウム原子、硫黄原子、リン原子、ハロゲン原子の少なくとも一つの原子を含む化合物から選ばれる二種以上の化合物を採用し得る。
 原料として用い得る化合物は、リチウム原子、硫黄原子、リン原子、ハロゲン原子の少なくとも一つの原子を含むものであり、より具体的には、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;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などのハロゲン化アルカリ金属;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。
 上記以外の原料として用い得る化合物としては、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化合物、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;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。
 本実施形態においては、より容易に高いイオン伝導度を有する硫化物固体電解質を得る観点から、ハロゲン原子の中でも塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が好ましく、臭素原子、ヨウ素原子がより好ましい。また、これらの原子は単独で、又は複数種を組み合わせて用いてもよい。すなわち、ハロゲン化リチウムを例にとると、臭化リチウムを単独で用いてもよいし、ヨウ化リチウムを単独で用いてもよいし、臭化リチウムとヨウ化リチウムとを組み合わせて用いてもよい。
 また、同様の観点から、原料に用い得る化合物としては、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;が好ましく、硫化リンの中でも五硫化二リンが好ましく、ハロゲン単体の中でも塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)が好ましく、ハロゲン化リチウムの中でも塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウムが好ましい。
 原料に用い得る化合物の組合せとしては、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合せ、硫化リチウム、五硫化二リン及びハロゲン単体の組合せが好ましく、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、塩化リチウムが好ましく、ハロゲン単体としては塩素、臭素及びヨウ素が好ましい。
 本実施形態でリチウム原子を含む化合物として硫化リチウムが用いられる場合、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、10μm以上2000μm以下であることが好ましく、30μm以上1500μm以下であることがより好ましく、50μm以上1000μm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%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。
 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を得る観点、またPS分率を向上させてた高いイオン伝導度を得る観点から、好ましくは60mol%以上、より好ましくは65mol%以上、更に好ましくは68mol%以上であり、上限として好ましくは80mol%以下、より好ましくは78mol%以下、更に好ましくは76mol%以下である。
 硫化リチウム、五硫化二リン、ハロゲン化リチウム、必要に応じて用いられる他の原料を用いる場合の、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、好ましくは60mol%以上、より好ましくは65mol%以上、更に好ましくは70mol%以上であり、上限として好ましくは100mol%以下、より好ましくは90mol%以下、更に好ましくは80mol%以下である。
 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合せて用いる場合、PS分率を向上させて、また高いイオン伝導度を得る観点から、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、好ましくは1mol%以上、より好ましくは20mol%以上、更に好ましくは40mol%以上、より更に好ましくは50mol%以上であり、上限として好ましくは99mol%以下、より好ましくは90mol%以下、更に好ましくは80mol%以下、より更に好ましくは70mol%以下である。
 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(1)を満たすことが好ましく、下記式(2)を満たすことがより好ましく、下記式(3)を満たすことが更に好ましく、下記式(4)を満たすことが更により好ましい。
   2≦2α+β≦100…(1)
   4≦2α+β≦80 …(2)
   6≦2α+β≦50 …(3)
   6≦2α+β≦30 …(4)
(混合)
 リチウム原子、硫黄原子、リン原子及びハロゲン原子の少なくとも一つの原子を含む化合物から選ばれる二種以上の原料を混合は、例えば当該原料を混合機を用いて行うことができる。また、撹拌機、粉砕機等を用いて行うこともできる。
 撹拌機を用いても原料の混合は起こり得るし、粉砕機を用いると原料の粉砕が生じることとなるが、同時に混合も生じるからである。すなわち、本実施形態で用いられる硫化物固体電解質は、リチウム原子、硫黄原子、リン原子及びハロゲン原子の少なくとも一つの原子を含む化合物から選ばれる二種以上の原料を、撹拌、混合、粉砕、又はこれらのいずれかを組合せた処理により行うことができる、ともいえる。
 撹拌機、混合機としては、例えば反応槽内に撹拌翼を備えて撹拌(撹拌による混合、撹拌混合とも称し得る。)ができる機械撹拌式混合機が挙げられる。機械撹拌式混合機としては、高速撹拌型混合機、双腕型混合機等が挙げられる。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、ブレード型、アーム型、アンカー型、パドル型、フルゾーン型、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、より効率的に原料の反応を促進させる観点から、ショベル型、フラット羽根型、C型羽根型、アンカー型、パドル型、フルゾーン型等が好ましく、アンカー型、パドル型、フルゾーン型がより好ましい。
 機械撹拌式混合機を用いる場合、撹拌翼の回転数は、反応槽内の流体の容量、温度、撹拌翼の形状等に応じて適宜調整すればよく特に制限はないが、通常5rpm以上400rpm以下程度とすればよく、より効率的に原料の反応を促進させる観点から、10rpm以上300rpm以下が好ましく、15rpm以上250rpm以下がより好ましく、20rpm以上200rpm以下が更に好ましい。
 混合機を用いて混合する際の温度条件としては、特に制限はなく、例えば通常-30~120℃、好ましくは-10~100℃、より好ましくは0~80℃、更に好ましくは10~60℃である。また混合時間は、通常0.1~500時間、原料の分散状態をより均一とし、反応を促進させる観点から、好ましくは1~450時間、より好ましくは10~425時間、更に好ましくは20~400時間、より更に好ましくは40~375時間である。
 粉砕機を用いて、粉砕を伴う混合を行う方法は、従来より固相法(メカニカルミリング法)として採用されてきた方法である。粉砕機としては、例えば、粉砕媒体を用いた媒体式粉砕機を用いることができる。
 媒体式粉砕機は、容器駆動式粉砕機、媒体撹拌式粉砕機に大別される。容器駆動式粉砕機としては、撹拌槽、粉砕槽、あるいはこれらを組合せたボールミル、ビーズミル等が挙げられる。また、媒体撹拌式粉砕機としては、カッターミル、ハンマーミル、ピンミル等の衝撃式粉砕機;タワーミルなどの塔型粉砕機;アトライター、アクアマイザー、サンドグラインダー等の撹拌槽型粉砕機;ビスコミル、パールミル等の流通槽型粉砕機;流通管型粉砕機;コボールミル等のアニュラー型粉砕機;連続式のダイナミック型粉砕機;一軸又は多軸混練機などの各種粉砕機が挙げられる。中でも、得られる硫化物の粒径の調整のしやすさ等を考慮すると、容器駆動式粉砕機として例示したボールミル、ビーズミルが好ましく、中でも遊星型のものが好ましい。
 これらの粉砕機は、所望の規模等に応じて適宜選択することができ、比較的小規模であれば、ボールミル、ビーズミル等の容器駆動式粉砕機を用いることができ、また大規模、又は量産化の場合には、他の形式の粉砕機を用いてもよい。
 また、後述するように、混合の際に溶媒等の液体を伴う液状態、又はスラリー状態である場合は、湿式粉砕に対応できる湿式粉砕機であることが好ましい。
 湿式粉砕機としては、湿式ビーズミル、湿式ボールミル、湿式振動ミル等が代表的に挙げられ、粉砕操作の条件を自由に調整でき、より小さい粒径のものに対応しやすい点で、ビーズを粉砕メディアとして用いる湿式ビーズミルが好ましい。また、乾式ビーズミル、乾式ボールミル、乾式振動ミル等の乾式媒体式粉砕機、ジェットミル等の乾式非媒体粉砕機等の乾式粉砕機を用いることもできる。
 また、混合の対象物が液状態、スラリー状態である場合、必要に応じて循環させる循環運転が可能である、流通式の粉砕機を用いることもできる。具体的には、スラリーを粉砕する粉砕機(粉砕混合機)と、温度保持槽(反応容器)との間で循環させるような形態の粉砕機が挙げられる。
 上記ボールミル、ビーズミルで用いられるビーズ、ボールのサイズは、所望の粒径、処理量等に応じて適宜選択すればよく、例えばビーズの直径として、通常0.05mmφ以上、好ましくは0.1mmφ以上、より好ましくは0.3mmφ以上、上限として通常5.0mmφ以下、好ましくは3.0mmφ以下、より好ましくは2.0mmφ以下である。またボールの直径として、通常2.0mmφ以上、好ましくは2.5mmφ以上、より好ましくは3.0mmφ以上、上限として通常20.0mmφ以下、好ましくは15.0mmφ以下、より好ましくは10.0mmφ以下である。
 また、材質としては、例えば、ステンレス、クローム鋼、タングステンカーバイド等の金属;ジルコニア、窒化ケイ素等のセラミックス;メノウ等の鉱物が挙げられる。
 また、ボールミル、ビーズミルを用いる場合、回転数としては、その処理する規模に応じてかわるため一概にはいえないが、通常10rpm以上、好ましくは20rpm以上、より好ましくは50rpm以上であり、上限としては通常1,000rpm以下、好ましくは900rpm以下、より好ましくは800rpm以下、更に好ましくは700rpm以下である。
 また、この場合の粉砕時間としては、その処理する規模に応じてかわるため一概にはいえないが、通常0.5時間以上、好ましくは1時間以上、より好ましくは5時間以上、更に好ましくは10時間以上であり、上限としては通常100時間以下、好ましくは72時間以下、より好ましくは48時間以下、更に好ましくは36時間以下である。
 使用する媒体(ビーズ、ボール)のサイズ、材質、またロータの回転数、及び時間等を選定することにより、混合、撹拌、粉砕、これらのいずれかを組合せた処理を行うことができ、得られる硫化物の粒径等の調整を行うことができる。
(溶媒)
 上記の混合にあたり、上記の原料に、溶媒を加えて混合することができる。溶媒としては、広く有機溶媒と称される各種溶媒等を用いることができる。
 溶媒としては、固体電解質の製造において従来より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が挙げられる。
 脂肪族炭化水素としては、例えば、ヘキサン、ペンタン、2-エチルヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン等が挙げられ、脂環族炭化水素としては、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等が挙げられ、芳香族炭化水素溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、tert-ブチルベンゼン、トリフルオロメチルベンゼン、ニトロベンゼン等が挙げられる。
 また、上記炭化水素溶媒の他、炭素原子、水素原子以外の原子、例えば窒素原子、酸素原子、硫黄原子、ハロゲン原子等のヘテロ原子を含む溶媒も挙げられる。このような溶媒は原料として用いられるリチウム原子、リン原子、硫黄原子及びハロゲン原子を含む化合物等と錯体を形成しやすいという性状を有しており(以下、このような溶媒を「錯化剤」とも称する。)、ハロゲン原子を硫化物固体電解質の構造内にとどめやすくさせるという性状を有するため、より高いイオン伝導度が得られる点で有用である。このような錯化剤としては、ヘテロ原子として酸素原子を含む、例えばエーテル溶媒、エステル溶媒の他、アルコール溶媒、アルデヒド溶媒、ケトン溶媒も好ましく挙げられる。
 エーテル溶媒としては、例えばジメチルエーテル、ジエチルエーテル、tert-ブチルメチルエーテル、ジメトキシメタン、ジメトキシエタン、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)、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脂肪族エーテル;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、ジオキサン等の脂環式エーテル;フラン、ベンゾフラン、ベンゾピラン等の複素環式エーテル;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等の芳香族エーテルが好ましく挙げられる。
 エステル溶媒としては、例えば蟻酸メチル、蟻酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル;プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、シュウ酸ジメチル、シュウ酸ジエチル、マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、コハク酸ジメチル、コハク酸ジエチル等の脂肪族エステル;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等の脂環式エステル;ピリジンカルボン酸メチル、ピリミジンカルボン酸メチル、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複素環式エステル;安息香酸メチル、安息香酸エチル、ジメチルフタレート、ジエチルフタレート、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、トリメチルトリメリテート、トリエチルトリメリテート等の芳香族エステルが好ましく挙げられる。
 また、エタノール、ブタノール等のアルコール溶媒;ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ジメチルホルムアミド等のアルデヒド溶媒;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン溶媒等が好ましく挙げられる。
 ヘテロ原子として窒素原子を含む溶媒としては、アミノ基、アミド基、ニトロ基、ニトリル基等の窒素原子を含む基を有する溶媒が挙げられる。
 例えば、アミノ基を有する溶媒としては、エチレンジアミン、ジアミノプロパン、ジメチルエチレンジアミン、ジエチルエチレンジアミン、ジメチルジアミノプロパン、テトラメチルジアミノメタン、テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)、テトラメチルジアミノプロパン(TMPDA)等の脂肪族アミン;シクロプロパンジアミン、シクロヘキサンジアミン、ビスアミノメチルシクロヘキサン等の脂環式アミン;イソホロンジアミン、ピペラジン、ジピペリジルプロパン、ジメチルピペラジン等の複素環式アミン;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、メチルフェニレンジアミン、ジメチルナフタレンジアミン、ジメチルフェニレンジアミン、テトラメチルフェニレンジアミン、テトラメチルナフタレンジアミン等の芳香族アミンが好ましく挙げられる。
 アセトニトリル、アクリロニトリル等のニトリル溶媒;ジメチルホルムアミド、ニトロベンゼン、ジメチルアセトアミド等の窒素原子を含む溶媒も好ましく挙げられる。
 ヘテロ原子としてハロゲン原子を含む溶媒として、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロメタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリフルオロメチルベンゼン、クロロトルエン、ブロモベンゼン等が好ましく挙げられる。
 また、硫黄原子を含む溶媒としては、ジメチルスルホキシド、二硫化炭素等が好ましく挙げられる。
 溶媒を用いる場合、溶媒の使用量は、原料の合計量1kgに対して、好ましくは100mL以上、より好ましくは200mL以上、更に好ましくは250mL以上、より更に好ましくは300mL以上であり、上限として好ましくは3000mL以下、より好ましくは2500mL以下、更に好ましくは2000mL以下、より更に好ましくは1550mL以下である。溶媒の使用量が上記範囲内であると、効率よく原料を反応させることができる。
(乾燥)
 溶媒を用いて混合を行った場合は、混合を行った後、混合により得られた流体(通常、スラリー)を乾燥することを含んでもよい。溶媒として錯化剤を用いた場合は、錯化剤を含む錯体から当該錯化剤を除去することにより、錯化剤と溶媒とを併用した場合は、錯化剤を含む錯体から当該錯化剤を除去し、かつ溶媒を除去することにより、また錯化剤以外の溶媒を用いた場合は当該溶媒を除去することにより、硫化物固体電解質が得られる。得られた硫化物固体電解質は、リチウム原子に起因するイオン伝導度を発現するものである。
 乾燥は、混合により得られた流体を、溶媒の種類に応じた温度で行うことができる。例えば、錯化剤の沸点以上の温度で行うことができる。
 また、通常5~100℃、好ましくは10~85℃、より好ましくは15~70℃、より更に好ましくは室温(23℃)程度(例えば室温±5℃程度)で真空ポンプ等を用いて減圧乾燥(真空乾燥)して、錯化剤及び必要に応じて用いられる溶媒を揮発させて行うことができる。
 乾燥は、流体を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により行ってもよい。錯化剤以外の溶媒を用いた場合には、固液分離によって硫化物固体電解質が得られる。また、溶媒として錯化剤を用いた場合には、固液分離を行った後、上記の温度条件による乾燥を行い、錯体内に取り込まれた錯化剤を除去すればよい。
 固液分離は、具体的には、流体を容器に移し、硫化物(あるいは錯化剤を含む場合は錯体(硫化物固体電解質の前駆体とも称し得るものである。)が沈殿した後に、上澄みとなる錯化剤、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。
 乾燥は、混合を行った後、後述する水素処理することの前に行ってもよいし、水素処理することを行った後に行ってもよい。
 上記混合を行って得られる硫化物固体電解質、また溶媒を用いた場合は上記乾燥により溶媒を除去して得られる硫化物固体電解質は、リチウム原子に起因するイオン伝導度を発現するものである。
 上記混合を行って得られる硫化物固体電解質は、例えば結晶化する程度に粉砕機を用いて粉砕による混合を行わない限り、基本的には非晶性の硫化物固体電解質(ガラス成分)となる。
 上記混合を行って得られる硫化物固体電解質は、非晶性の硫化物固体電解質(ガラス成分)であってもよいし、結晶性の硫化物固体電解質であってもよく、所望に応じて適宜選択することができる。結晶性の硫化物固体電解質を製造する場合、上記混合により得られる非晶性の硫化物固体電解質を加熱することで、結晶性の硫化物固体電解質とすることができる。
 硫化物固体電解質としては、結晶性の硫化物固体電解質の粉末の粒径を調整するために、例えば後述する粉砕等の処理を施した結果、その表面に非晶性の成分(ガラス成分)が形成した結晶性の硫化物固体電解質も含まれ得る。よって、非晶性成分を含む硫化物固体電解質には、非晶性の硫化物固体電解質、また結晶性の硫化物固体電解質であって、その表面に非晶性の成分が形成した硫化物固体電解質も含まれる。
(加熱)
 結晶性の硫化物固体電解質を製造する場合、さらに加熱することを含んでもよい。上記混合することにより非晶性の硫化物固体電解質(ガラス成分)が得られた場合は、加熱することにより結晶性の硫化物固体電解質が得られ、また結晶性の硫化物固体電解質が得られた場合は、より結晶化度を向上させた結晶性の硫化物固体電解質が得られる。
 また、混合を行う際に溶媒として錯化剤を用いた場合は、錯化剤を含む錯体が形成しているが、上記の乾燥を行わずに加熱することによっても、錯体より錯化剤を除去し、硫化物固体電解質が得られ、加熱の条件によって、非晶性のものとすることもできるし、結晶性のものとすることもできる。
 加熱温度は、例えば、非晶性の硫化物固体電解質を得る場合、該非晶性の硫化物固体電解質を加熱して得られる結晶性の硫化物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、該非晶性の硫化物固体電解質を、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℃以下、より好ましくは10℃以下、更に好ましくは20℃以下の範囲とすればよく、下限としては特に制限はないが、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-40℃以上程度とすればよい。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非晶性の硫化物固体電解質が得られる。非晶性の硫化物固体電解質を得るための加熱温度としては、得られる結晶性の硫化物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、135℃以下が好ましく、130℃以下がより好ましく、125℃以下が更に好ましく、下限としては特に制限はないが、好ましくは90℃以上、より好ましくは100℃以上、更に好ましくは105℃以上である。
 また、非晶性の硫化物固体電解質を加熱して結晶性の硫化物固体電解質を得る場合、結晶性の硫化物固体電解質の構造に応じて加熱温度を決定すればよく、非晶性の硫化物固体電解質を得るための上記加熱温度よりも高いことが好ましく、具体的には、該非晶性の硫化物固体電解質を、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の硫化物固体電解質が得られる。結晶性の硫化物固体電解質を得るための加熱温度としては、得られる結晶性の硫化物固体電解質の組成、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、135℃以上がより好ましく、140℃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600℃以下、より好ましくは550℃以下、更に好ましくは500℃以下である。
 加熱時間は、所望の非晶性の硫化物固体電解質、結晶性の硫化物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。
 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)、または減圧雰囲気(特に真空中)で行なうことが好ましい。例えば一定濃度の水素を含む不活性ガス雰囲気でもよい。結晶性の硫化物固体電解質の劣化(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。
(硫化物固体電解質)
 既述のように、本実施形態で用いられる硫化物固体電解質は、市販品を用いても、製造したものを用いてもよい。
 上記の方法により得られる硫化物固体電解質は、リチウム原子、硫黄原子、リン原子及びハロゲン原子を含む、非晶性(ガラス成分)、結晶性の硫化物固体電解質であり、好適に本実施形態における硫化物固体電解質として用いられる。
(BET比表面積)
 本実施形態で用いられる硫化物固体電解質の比表面積はBET比表面積が10m/g以上のものである。本実施形態の改質硫化物固体電解質は、このように比表面積が大きいものであるにもかかわらず、ペーストとして塗工する際の塗工適性に優れ、かつ効率的に優れた電池性能を発現するという効果を奏するものであり、硫化物固体電解質のBET比表面積は高ければ高いほど、当該効果の優位性をより示すことが可能となる。このような観点から、BET比表面積は12m/g以上のものが好ましく、15m/g以上のものがより好ましく、20m/g以上のものが更に好ましい。同様の観点から上限としては特に制限はないが、現実的には100m/g以下、好ましくは75m/g以下、より好ましくは50m/g以下である。
 本明細書において、BET比表面積は、JIS Z 8830:2013(ガス吸着による粉体(固体)の比表面積測定方法)に準拠し、吸着質としてクリプトンを用いて測定される比表面積である。
(非晶性硫化物固体電解質)
 上記の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み、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、硫化リン及びハロゲン化リチウムとから構成される固体電解質;さらに酸素原子、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く挙げられる。
 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、誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析装置により確認することができる。
 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)は、例えば、0.01μm~500μm、0.1~200μmの範囲内を例示できる。
(結晶性硫化物固体電解質)
 上記の方法により得られる結晶性硫化物固体電解質は、非晶性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。
 また、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。また、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型結晶構造を有するものであってもよいし、主結晶として有する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、主結晶として有するものであることが好ましい。本明細書において、「主結晶として有する」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。
 上記したとおり、本実施形態においてチオリシコンリージョンII型結晶構造が得られる場合には、結晶性LiPS(β-LiPS)を含まないものであることが好ましい。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、結晶性LiPSに見られる2θ=17.5°、26.1°の回折ピークを有しないか、有している場合であってもチオリシコンリージョンII型結晶構造の回折ピークに比べて極めて小さいピークが検出される程度である。
 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。上記の組成式Li7-x-2yPS6-x-yCl(0.8≦x≦1.7、0<y≦-0.25x+0.5)で示される結晶構造は、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、上記の組成式Li7-xPS6-xHa(HaはClもしくはBr、xが好ましくは0.2~1.8)で示される結晶構造は、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。これらのLiPSの構造骨格を基本的に有する結晶構造は、アルジロダイト型結晶構造とも称される。
 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。
 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。粒子状の結晶性硫化物固体電解質の平均粒径(D50)は、例えば、0.01μm~500μm、0.1~200μmの範囲内を例示できる。
(改質硫化物固体電解質の性状)
 本実施形態の改質硫化物固体電解質は、使用される硫化物固体電解質と同様に、BET比表面積が10m/g以上となり、大きい比表面積を有するものとなる。硫化物固体電解質のBET比表面積は高ければ高いほど、当該効果の優位性をより示すことが可能となる観点から、BET比表面積は12m/g以上のものが好ましく、15m/g以上のものがより好ましく、20m/g以上のものが更に好ましい。同様の観点から上限としては特に制限はないが、現実的には100m/g以下、好ましくは75m/g以下、より好ましくは50m/g以下である。
 ハロゲン化リチウムがその表面に付着しても、硫化物固体電解質のBET比表面積には大きな影響を及ぼすことはなく、本実施形態で用いられる硫化物固体電解質のBET比表面積と、改質硫化物固体電解質のBET比表面積とは、実質的に同じである。よって、既述のように、硫化物固体電解質としては、BET比表面積が10m/g以上のものを用いれば、自ずと改質硫化物固体電解質のBET比表面積も10m/g以上のものとなる。
 本実施形態の改質硫化物固体電解質の吸油量は、BET比表面積は上記のように大きいものとなるが、表面に付着する化合物(1)~(6)の効果により、通常1.10mL/g以下と小さいものとなり、更に1.00mL/g以下、0.90mL/g以下、0.85mL/g以下、0.80mL/g以下となる。本実施形態の改質硫化物固体電解質は、BET比表面積は大きいにもかかわらず、吸油量を小さいことから、ペーストとした際にペーストの粘度の上昇を抑制することが可能となり、塗工する際の塗工適性に優れたものとなり、またペーストの粘度の上昇を抑制するために溶媒等を用いる必要がないため、優れた電池性能が得られやすくなる。
 本明細書において、吸油量は、改質硫化物固体電解質1gを試料とし、乳鉢等において酪酸ブチルを1滴添加してはスパチュラで撹拌する操作を行い、試料がペースト状になるまで当該操作を繰り返し、添加した酪酸ブチルの合計量を吸油量(mL/g)とした。ここで、「ペースト状」は、JIS K5101-13-1:2004(顔料試験方法-第13部:吸油量-第1節:精製あまに油法)の「7.2 測定」に規定される「割れたり,ぼろぼろになったりせず広げることができ,かつ,測定板に軽く付着する程度のもの」の状態を意味する。
 また、本実施形態の改質硫化物固体電解質のイオン伝導度は、通常0.5mS/cm以上であり、更に1.0mS/cm以上、1.5mS/cm以上、2.0mS/cm以上、2.5mS/cm以上であり、極めて高いイオン伝導度を有するものとなり、電池性能に優れたリチウム電池が得られる。
(用途)
 本実施形態の改質硫化物固体電解質は、塗工適性に優れ、溶媒等を用いなくても電池の製造に供することができることから、効率的に優れた電池性能を発現し得るものである。また、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。
 本実施形態の改質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。
〔改質硫化物固体電解質の製造方法〕
 本実施形態の改質硫化物固体電解質の製造方法は、
 BET比表面積が10m/g以上であり、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硫化物固体電解質と、下記の化合物(1)~(6)から選ばれる少なくとも一の化合物と、有機溶媒と、を混合すること、
 前記有機溶媒を除去すること、
を含む、製造方法である。本実施形態の製造方法によれば、上記本実施形態の改質硫化物固体電解質を効率的に製造することが可能である、すなわち、本実施形態の改質硫化物固体電解質は、本実施形態の製造方法により製造することが好ましい。
 化合物(1)ホルミル基(CH(=O)-)を有する化合物
 化合物(2)1つ以上のアセチル基(CHC(=O)-)を有する化合物
 化合物(3)2つ以上の-CHX(Xは、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子を示す。)で示されるハロゲン含有基と有機基とを有する化合物
 化合物(4)チオール化合物
 化合物(5)金属非含有リン化合物(ただし、リン原子と単結合する酸素原子を含まない化合物である。)
 化合物(6)金属非含有ホウ素化合物
 化合物(3)の2つ以上の-CHX(Xは、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子を示す。)で示されるハロゲン含有基と有機基とを有する化合物について、Xのハロゲン原子は、好ましくはフッ素原子又は臭素原子である。
 本実施形態の製造方法において用いられるBET比表面積が10m/g以上であり、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硫化物固体電解質は、上記本実施形態の改質硫化物固体電解質において用いられ得るものとして説明した硫化物固体電解質と同じものが採用される。よって、当該硫化物固体電解質としては、市販品を用いてもよいし、上記硫化物固体電解質の方法により製造したものを用いることができる。
 本実施形態の製造方法において用いる有機溶媒としては、例えば、上記硫化物固体電解質を製造する方法において用いられ得るものとして説明した溶媒が例示される。硫化物固体電解質と、複素多環式化合物との混合を促進し、硫化物固体電解質と複素多環式化合物とを含む改質硫化物固体電解質を効率的に得る観点、さらには複素多環式化合物の硫化物固体電解質への付着を促進させる観点から、上記の溶媒の中でも、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、また錯化剤として例示したエーテル溶媒、エステル溶媒、ニトリル溶媒が好ましく挙げられ、芳香族炭化水素溶媒がより好ましい。
 本実施形態の製造方法において、有機溶媒としては、これらの中から単独で、又は複数種を組合わせて用いることができる。
 本実施形態の製造方法において、硫化物固体電解質と、複素多環式化合物と、有機溶媒と、を混合する方法については、上記硫化物固体電解質を製造する方法における「混合」と同様の方法により行うことができる。
 有機溶媒を除去することについては、上記硫化物固体電解質を製造する方法における「乾燥」と同様の方法により行うことができる。
 また、本実施形態の製造方法においては、上記硫化物固体電解質を製造する方法における「加熱」することを行ってもよい。
〔電極合材〕
 本実施形態の電極合材は、上記の本実施形態の改質硫化物固体電解質と、電極活物質と、を含む電極合材、また上記の別形態の改質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。
 本実施形態で用い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)
 本実施形態の電極合材は、上記の改質硫化物固体電解質、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は、上記の改質硫化物固体電解質、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、上記の改質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、これらの改質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、電極活物質と改質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〕
 本実施形態のリチウムイオン電池は、上記の本実施形態の改質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、また上記の別形態の改質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。
 本実施形態のリチウムイオン電池は、上記の本実施形態の改質硫化物固体電解質、これを含む電極合材、また別形態の改質硫化物固体電解質、これを含む電極合材のいずれか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改質硫化物固体電解質、別形態の改質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。
製造例:硫化物固体電解質の作製
 撹拌子入りシュレンク(容量:100mL)に、窒素雰囲気下、硫化リチウム0.59g、五硫化二リン0.95g、臭化リチウム0.19g、ヨウ化リチウム0.28gを導入した。撹拌子を回転させた後、錯化剤のテトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)20mLを加え、12時間撹拌を継続し、得られた錯体含有物を真空下で乾燥(室温:23℃)して粉末の錯体を得た。次いで、錯体の粉末を真空下で120℃で加熱を2時間行い、非晶性の硫化物固体電解質を得た。更に、非晶性の硫化物固体電解質を真空下で140℃で加熱を2時間行い、結晶性の硫化物固体電解質を得た(結晶性の硫化物固体電解質を得るための加熱温度(本例では140℃)を「結晶化温度」と称することがある。)。
 得られた非晶性の硫化物固体電解質、結晶性の硫化物固体電解質のBET比表面積を測定したところ、いずれも40m/gであった。
実施例1
 撹拌子入りシュレンク(容量:100mL)に、窒素雰囲気下、上記製造例で得られた結晶性の硫化物固体電解質を3g秤量して加え、トルエン22gを加えて撹拌し、スラリー状の流体とした。当該スラリー状の流体に、更にホルミル基(CH(=O)-)を有する化合物(1)として、ヘプタナール(化合物1、一般式(1)において、R11及びX11が単結合であり、n11が0であり、R12がヘキシル基である。)を0.3g(結晶性硫化物固体電解質100質量部に対して10質量%の10質量部)の割合となるような有量で加え、10分撹拌した後、真空乾燥によりトルエンを留去し、改質硫化物固体電解質を得た。
 得られた改質硫化物固体電解質について、下記の方法に基づき、吸油量、イオン伝導度を測定した。また下記の方法に基づき、吸油量の減少率を算出した。測定結果及び算出結果について、第1表に示す。
実施例2~22
 実施例1において、化合物の種類を、第1表に示される化合物2~19及び23~25とした以外は、実施例1と同様にして、改質硫化物固体電解質を作製した。
 得られた改質硫化物固体電解質について、下記の方法に基づき、吸油量、イオン伝導度を測定した。また下記の方法に基づき、吸油量の減少率を算出した。測定結果及び算出結果について、第1表に示す。
比較例1~3
 実施例1において、化合物の種類を、第1表に示される化合物20~22とした以外は、実施例1と同様にして、改質硫化物固体電解質を作製した。
 得られた改質硫化物固体電解質について、下記の方法に基づき、吸油量、イオン伝導度を測定した。また下記の方法に基づき、吸油量の減少率を算出した。測定結果及び算出結果について、第1表に示す。
比較例4
 上記製造例で得られた硫化物固体電解質について、下記の方法に基づき、吸油量、イオン伝導度を測定した。また下記の方法に基づき、吸油量の減少率を算出した。測定結果及び算出結果について、第1表に示す。硫化物固体電解質の吸油量は、1.03mL/gであった。
(比表面積の測定)
 ガス吸着量測定装置を用いて、クリプトン(Kr)吸着によるBET法により、比表面積を測定した。
(吸油量の測定)
 実施例及び比較例で得られた固体電解質1gを試料とし、メノウ乳鉢において、スポイトを用いて酪酸ブチルを1滴添加してはスパチュラで撹拌する操作を行い、試料がペースト状になるまで当該操作を繰り返し、添加した酪酸ブチルの合計量を吸油量(mL/g)とした。
(吸油量の減少率)
 上記(吸油量の測定)と同様にして、製造例で得られた硫化物固体電解質の吸油量を測定した。硫化物固体電解質の吸油量Aと、上記(吸油量の測定)による実施例及び比較例で得られた硫化物固体電解質の吸油量Bと、を用いて、以下の式により算出される数値を吸油量の減少率とした。
   吸油量の減少率=(吸油量A-吸油量B)/吸油量A×100(%)
(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。
 硫化物固体電解質から、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:1MHz~100Hz、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
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000021
 第1表に示される化合物の詳細は、以下の通りである。
・化合物1(化合物(1)に該当する。):ヘプタナール、一般式(1)において、R11及びX11が単結合であり、n11が0であり、R12がヘキシル基である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
・化合物2(化合物(1)に該当する。):ウンデカナール、一般式(1)において、R11及びX11が単結合であり、n11が0であり、R12がデシル基である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
・化合物3(化合物(1)に該当する。):ベンジルオキシアセトアルデヒド、一般式(1)において、X11が酸素原子であり、R11がメチレン基であり、n11が0であり、R12がベンジル基である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
・化合物4(化合物(2)に該当する。):アセチルアセトン、一般式(2)において、R21及びX21が単結合であり、R22がメチレン基である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
・化合物5(化合物(3)に該当する。):1,3-ジブロモプロパン、一般式(3)において、R31がメチレン基、X31及びX32が臭素原子である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
・化合物6(化合物(3)に該当する。):1,4-ジブロモブタン、一般式(3)において、R31がメチレン基、X31及びX32が臭素原子である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
・化合物7(化合物(3)に該当する。):1,6-ジブロモヘキサン、一般式(3)において、R31が1,4-ブタンジイル基、X31及びX32が臭素原子である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
・化合物8(化合物(3)に該当する。):1,10-ジブロモデカン、一般式(3)において、R31が1,8-オクタンジイル基、X31及びX32が臭素原子である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
・化合物9(化合物(4)に該当する。):1-ドデカンチオール、一般式(4-1)において、R411が単結合、n411が0、R413が1,12-ドデカンジイル基であり、X411が水素原子である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
・化合物10(化合物(4)に該当する。):1,10-デカンジチオール、一般式(4-1)において、R411が単結合、n411が0、R413が1,10-デカンジイル基であり、X411がチオール基である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
・化合物11(化合物(4)に該当する。):3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、一般式(4-2)において、R421が1,3-プロパンジイル基、R423がメチル基であり、n421が0、n422が3である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
・化合物12(化合物(5)に該当する。):トリ-n-オクチルホスフィンオキシド、一般式(5-1)において、R511、R512及びR513が1-オクチル基である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
・化合物13(化合物(5)に該当する。):トリ-n-オクチルホスフィン、一般式(5-2)において、R521、R522及びR523が1-オクチル基である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
・化合物14(化合物(5)に該当する。):トリフェニルホスフィン、一般式(5-2)において、R521、R522及びR523がフェニル基である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
・化合物15(化合物(5)に該当する。):1,4-ビス(ジフェニルホスフィノ)ブタン、一般式(5-3)において、R531、R532、R535及びR536がフェニル基であり、R533が1,4-ブタンジイル基であり、R534及びX531が単結合である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
・化合物16(化合物(5)に該当する。):ビス〔(2-ジフェニルホスフィノ)フェニル〕エーテル、一般式(5-3)において、R531、R532、R535及びR536がフェニル基であり、R533及びR534がベンゼンジイル基であり、X531が酸素原子である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000037
・化合物17(化合物(5)に該当する。):4,5-ビス(ジフェニルホスフィノ)-9,9-ジメチルキサンテン、一般式(5-3)において、R531、R532、R535及びR536がフェニル基であり、R533及びがキサンテン-4,5-ジイル基、R534及びX531が単結合である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000038
・化合物18:ホウ酸トリn-オクチル、一般式(6)において、R61、R62及びR63がオクチルオキシ基である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000039
・化合物19:ホウ酸トリn-オクタデシル、一般式(6)において、R61、R62及びR63がオクタデシルオキシ基である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000040
・化合物20:ジメチルオキサレートである。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000041
・化合物21:1,2-ジメトキシエタンである。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000042
・化合物22:ジメチレングリコールジメチルエーテルである。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000043
・化合物23(化合物(1)に該当する。):2-〔(tert-ブチルジメチルシリル)オキシ〕アセトアルデヒド、一般式(1)において、R11がメチル基、R12がtert-ブチル基(1,1-ジメチルエチル基)であり、X11が一般式(1a)で示される基であり、一般式(1a)中、R11a及びR12aはメチル基であり、n11は0である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000044
・化合物24(化合物(1)に該当する。):ヘキサナール、一般式(1)において、R11及びX11が単結合であり、n11が0であり、R12がペンチル基である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000045
・化合物25(化合物(2)に該当する。):ベンジルオキシアセトン(分子量:164.20)、一般式(2)において、X21が酸素原子であり、R21がメチレン基であり、R22がベンジル基であり、n21が0である。構造式は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000046
 実施例より、本実施形態の改質硫化物固体電解質は、吸油量が1.10mL/g以下であり、吸油量の減少率はいずれも13%以上となっていることから、比表面積が10m/g以上と大きいにもかかわらず、吸油量が小さく、塗工適性に優れたものであることが確認された。また、イオン伝導度も0.80mS/cm以上であることも確認された。化合物(1)~(6)を含有させることにより、その表面が被覆されることで、イオン伝導度は低減する傾向を示すものの、その低減する傾向をできるだけ抑制しながら、比表面積が10m/g以上と大きいにもかかわらず、吸油量が小さく、塗工適性に優れるという優れた性能を有するものであることが分かった。
 一方、上記化合物(1)~(6)と混合せず、これらの化合物を含まない比較例4の硫化物固体電解質は、製造例で作製した硫化物固体電解質であり、従来の硫化物固体電解質そのものである。比較例4の比表面積が40m/gの硫化物固体電解質は、吸油量が0.99mL/gと高く、塗工適性に劣るものであることが確認された。また、化合物(1)~(6)に該当しない化合物を用いた比較例1~3では、吸油量が1.1~1.2mL/g程度と大きく、イオン伝導度が低下に見合う吸油量の低減効果は見られなかった。
 以上の結果から、本実施形態の改質硫化物固体電解質の製造方法は、比表面積が10m/g以上と大きいものについて、吸油量を低減させて、塗工適性を向上させる効果を発現し得るため、好適であることが確認された。
 本実施形態の改質硫化物固体電解質は、比表面積が大きい硫化物固体電解質であっても、ペーストとして塗工する際の塗工適性に優れ、かつ効率的に優れた電池性能を発現し得るものである。また、本実施形態の改質硫化物固体電解質は、高いイオン伝導度を有していることから、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 (13)

  1.  BET比表面積が10m/g以上であり、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硫化物固体電解質と、下記の化合物(1)~(6)から選ばれる少なくとも一の化合物と、を含む、改質硫化物固体電解質。
     化合物(1)ホルミル基(CH(=O)-)を有する化合物
     化合物(2)1つ以上のアセチル基(CHC(=O)-)を有する化合物
     化合物(3)2つ以上の-CHX(Xは、フッ素原子又は臭素原子を示す。)で示されるハロゲン含有基と有機基とを有する化合物
     化合物(4)チオール化合物
     化合物(5)金属非含有リン化合物(ただし、リン原子と単結合する酸素原子を含まない化合物である。)
     化合物(6)金属非含有ホウ素化合物
  2.  前記化合物(1)が、下記一般式(1)で示される化合物である請求項1に記載の改質硫化物固体電解質。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001

    (一般式(1)中、R11及びR12は各々独立に有機基又は単結合を示し、X11は酸素原子、硫黄原子、一般式(1a)で示される基又は単結合を示し、n11は0又は1を示す。一般式(1a)において、R11a及びR12aは各々独立に有機基を示す。)
  3.  前記化合物(2)が、下記一般式(2)で示される化合物である請求項1又は2に記載の改質硫化物固体電解質。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002

    (一般式(2)中、R21及びR22は各々独立に有機基又は単結合を示し、X21は酸素原子、硫黄原子又は単結合を示し、n21は0又は1を示す。)
  4.  前記化合物(3)が、下記一般式(3)で示される化合物である請求項1~3のいずれか1項に記載の改質硫化物固体電解質。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003

    (一般式(3)中、R31は有機基又は単結合を示し、X31及びX32は各々独立にフッ素原子又は臭素原子を示す。)
  5.  前記化合物(4)が、下記一般式(4-1)で示される化合物及び下記一般式(4-2)で示される化合物から選ばれる少なくとも一種の化合物である請求項1~4のいずれか1項に記載の改質硫化物固体電解質。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004

    (一般式(4-1)中、R411、R412及びR413は各々独立に有機基又は単結合を示し、X411は水素原子又はチオール基を示し、n411は0~3の整数を示す。ただし、R411、R412及びR413の少なくとも一つは有機基である。
     一般式(4-2)中、R421、R422及びR423は各々独立に有機基を示す。n421、n422は0~3の整数を示し、n421及びn422はn421+n422=3を満たす。)
  6.  前記化合物(5)が、下記一般式(5-1)で示される化合物、下記一般式(5-2)で示される化合物及び下記一般式(5-3)で示される化合物から選ばれる少なくとも一種の化合物である請求項1~5のいずれか1項に記載の改質硫化物固体電解質。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005

    (一般式(5-1)中、R511、R512及びR513は各々独立に有機基を示す。一般式(5-2)中、R521、R522及びR523は各々独立に有機基を示す。一般式(5-3)中、R531、R532、R535及びR536は各々独立に有機基を示す。R533及びR534は、各々独立に単結合又は有機基を示し、X531は単結合又は酸素原子を示す。また、R533及びR534の少なくとも一つは有機基であり、R533とR534とは互いに結合して縮合環を形成してもよい。)
  7.  前記化合物(5)の分子量が、3000以下である請求項1~6のいずれか1項に記載の改質硫化物固体電解質。
  8.  前記化合物(6)が、下記一般式(6)で示される化合物である請求項1~7のいずれか1項に記載の改質硫化物固体電解質。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006

    (一般式(6)中、R61、R62及びR63は各々独立に有機基を示す。)
  9.  前記化合物の含有量が、前記硫化物固体電解質100質量部に対して0.03質量部以上25質量部以下である請求項1~8のいずれか1項に記載の改質硫化物固体電解質。
  10.  BET比表面積が10m/g以上であり、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硫化物固体電解質と、下記の化合物(1)~(6)から選ばれる少なくとも一の化合物と、有機溶媒と、を混合すること、
     前記有機溶媒を除去すること、
    を含む改質硫化物固体電解質の製造方法。
     化合物(1)ホルミル基(CH(=O)-)を有する化合物
     化合物(2)1つ以上のアセチル基(CHC(=O)-)を有する化合物
     化合物(3)2つ以上の-CHX(Xは、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子を示す。)で示されるハロゲン含有基と有機基とを有する化合物
     化合物(4)チオール化合物
     化合物(5)金属非含有リン化合物
     化合物(6)金属非含有ホウ素化合物
  11.  前記有機溶媒が、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、エーテル溶媒、エステル溶媒及びニトリル溶媒から選ばれる少なくとも一種の溶媒である、請求項10に記載の改質硫化物固体電解質の製造方法。
  12.  請求項1~9のいずれか1項に記載の改質硫化物固体電解質と、電極活物質と、を含む電極合材。
  13.  請求項1~9のいずれか1項に記載の改質硫化物固体電解質及び請求項12に記載の電極合材の少なくとも一方を含む、リチウムイオン電池。
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