JP5838954B2 - Method for producing sulfide solid electrolyte - Google Patents
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Description
本発明は、硫化物固体電解質の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a sulfide solid electrolyte.
リチウムイオン二次電池は、従来の二次電池よりもエネルギー密度が高く、高電圧で作動させることができる。そのため、小型軽量化を図りやすい二次電池として携帯電話等の情報機器に使用されており、近年、電気自動車用やハイブリッド自動車用等、大型の動力用としての需要も高まっている。 Lithium ion secondary batteries have a higher energy density than conventional secondary batteries and can be operated at a high voltage. For this reason, it is used as a secondary battery that can be easily reduced in size and weight in information equipment such as a mobile phone, and in recent years, there is an increasing demand for large motive power such as for electric vehicles and hybrid vehicles.
リチウムイオン二次電池は、正極層及び負極層と、これらの間に配置された電解質層とを有し、電解質層に用いられる電解質としては、例えば非水系の液体状や固体状の物質等が知られている。液体状の電解質(以下において、「電解液」という。)が用いられる場合には、電解液が正極層や負極層の内部へと浸透しやすい。そのため、正極層や負極層に含有されている活物質と電解液との界面が形成されやすく、性能を向上させやすい。ところが、広く用いられている電解液は可燃性であるため、安全性を確保するためのシステムを搭載する必要がある。一方、難燃性である固体状の電解質(以下において、「固体電解質」という。)を用いると、上記システムを簡素化できる。それゆえ、固体電解質を含有する層(以下において、「固体電解質層」という。)が備えられる形態のリチウムイオン二次電池(以下において、「全固体電池」ということがある。)の開発が進められている。 A lithium ion secondary battery has a positive electrode layer and a negative electrode layer, and an electrolyte layer disposed between them. Examples of the electrolyte used for the electrolyte layer include non-aqueous liquid and solid substances. Are known. When a liquid electrolyte (hereinafter referred to as “electrolytic solution”) is used, the electrolytic solution easily penetrates into the positive electrode layer and the negative electrode layer. Therefore, an interface between the active material contained in the positive electrode layer or the negative electrode layer and the electrolytic solution is easily formed, and the performance is easily improved. However, since the widely used electrolyte is flammable, it is necessary to mount a system for ensuring safety. On the other hand, when a solid electrolyte that is flame retardant (hereinafter referred to as “solid electrolyte”) is used, the above system can be simplified. Therefore, development of a lithium ion secondary battery (hereinafter, sometimes referred to as “all-solid battery”) in a form provided with a layer containing a solid electrolyte (hereinafter referred to as “solid electrolyte layer”) proceeds. It has been.
このようなリチウムイオン二次電池に関する技術として、例えば特許文献1には、Li2S、P2S5、及びLiIを含有する原料組成物を非晶質化することにより合成した非晶質の硫化物固体電解質材料を、結晶化温度以上の温度で熱処理し、ガラスセラミックスである硫化物固体電解質材料を得る硫化物固体電解質材料の製造方法が開示されている。そして、この特許文献1の明細書には、非晶質の硫化物固体電解質材料を合成する際に湿式メカニカルミリングを用いることが好ましい旨、開示されている。また、特許文献2には、硫化物固体電解質材料の粗粒材料にエーテル化合物を添加し、粗粒材料を粉砕処理により微粒化する微粒化工程を有する硫化物固体電解質材料の製造方法が開示されている。そして、この特許文献2の明細書には、粗粒材料にI含有化合物が含有されていても良い旨、開示されているほか、微粒化工程の後に、微粒化した材料を結晶化温度以上の温度で加熱する熱処理工程を有していても良い旨、開示されている。また、特許文献3には、炭化水素系溶媒を用いた湿式メカニカルミリングを経て硫化物固体電解質を作製する際に、炭化水素系溶媒にエーテル類を添加しても良い旨、開示されているほか、溶媒1kgに対する原料(合計量)の添加量は0.1〜0.3kgであることが特に好ましい旨、開示されている。また、特許文献4には、Cl及びBrの少なくとも一方を含有する硫化物固体電解質材料を製造する際に、エーテル類を含む液体を用いる湿式メカニカルミリングを行っても良い旨、開示されているほか、合成した硫化物固体電解質材料を加熱処理して結晶質の硫化物固体電解質材料を得ても良い旨、開示されている。 As a technology related to such a lithium ion secondary battery, for example, Patent Document 1 discloses an amorphous material synthesized by amorphizing a raw material composition containing Li 2 S, P 2 S 5 , and LiI. A method for producing a sulfide solid electrolyte material is disclosed in which a sulfide solid electrolyte material is heat-treated at a temperature equal to or higher than a crystallization temperature to obtain a sulfide solid electrolyte material that is glass ceramics. The specification of Patent Document 1 discloses that wet mechanical milling is preferably used when an amorphous sulfide solid electrolyte material is synthesized. Patent Document 2 discloses a method for producing a sulfide solid electrolyte material having an atomization step of adding an ether compound to a coarse particle material of a sulfide solid electrolyte material and atomizing the coarse particle material by a pulverization process. ing. In addition, in the specification of Patent Document 2, it is disclosed that the I-containing compound may be contained in the coarse-grained material. In addition, after the atomization step, the atomized material is brought to a temperature equal to or higher than the crystallization temperature. It is disclosed that a heat treatment step of heating at a temperature may be included. Patent Document 3 discloses that ethers may be added to a hydrocarbon-based solvent when producing a sulfide solid electrolyte via wet mechanical milling using a hydrocarbon-based solvent. In addition, it is disclosed that the amount of the raw material (total amount) added to 1 kg of the solvent is particularly preferably 0.1 to 0.3 kg. Patent Document 4 discloses that wet mechanical milling using a liquid containing ethers may be performed when producing a sulfide solid electrolyte material containing at least one of Cl and Br. Further, it is disclosed that a crystalline sulfide solid electrolyte material may be obtained by heat-treating the synthesized sulfide solid electrolyte material.
ハロゲンを含む硫化物固体電解質は、結晶化することによってイオン伝導性能を高めることが可能になる。また、粒子径を小さくした(微粒子化した)硫化物固体電解質を用いることにより、全固体電池の反応抵抗を低減させることが可能になる。それゆえ、結晶化した微粒子状の固体電解質を用いることにより、全固体電池の性能を高めることが可能になると考えられる。特許文献1に開示されている技術によれば、結晶化した硫化物固体電解質を得ることができる。しかしながら、この結晶化した硫化物固体電解質を微粒子化すると、イオン伝導性能を高める結晶構造が壊れてガラス化し、結果としてイオン伝導性能が大幅に低下するという問題があった。かかる問題は、特許文献1に開示されている技術と、特許文献3及び特許文献4に開示されている技術とを単に組み合わせても、解決することが困難であった。 The sulfide solid electrolyte containing halogen can enhance ion conduction performance by crystallization. Further, by using a sulfide solid electrolyte having a reduced particle size (fine particles), it becomes possible to reduce the reaction resistance of the all-solid battery. Therefore, it is considered that the performance of the all-solid battery can be improved by using the crystallized particulate solid electrolyte. According to the technique disclosed in Patent Document 1, a crystallized sulfide solid electrolyte can be obtained. However, when the crystallized sulfide solid electrolyte is made into fine particles, there is a problem in that the crystal structure that enhances ion conduction performance is broken and vitrified, resulting in a significant decrease in ion conduction performance. Such a problem is difficult to solve by simply combining the technique disclosed in Patent Document 1 and the techniques disclosed in Patent Document 3 and Patent Document 4.
そこで本発明は、イオン伝導性能を向上させた微粒子状の硫化物固体電解質を製造することが可能な硫化物固体電解質の製造方法を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the manufacturing method of the sulfide solid electrolyte which can manufacture the particulate sulfide solid electrolyte which improved the ion conduction performance.
本発明者らは、鋭意検討の結果、硫化物固体電解質を微粒子化してから加熱して結晶化することにより、イオン伝導性能を向上させた微粒子状の硫化物固体電解質を製造することが可能になることを知見した。さらに、本発明者らは、鋭意検討の結果、結晶化前に湿式メカニカルミリングにより微粒化する際に、硫化物固体電解質の濃度を所定の範囲にすることにより、イオン伝導性能を向上させた微粒子状の硫化物固体電解質を製造しやすくなることを知見した。本発明は、これらの知見に基づいて完成させた。 As a result of intensive studies, the inventors have made it possible to produce a particulate sulfide solid electrolyte with improved ion conduction performance by making the sulfide solid electrolyte into fine particles and then heating and crystallizing. I found out that Furthermore, as a result of intensive studies, the inventors have made fine particles whose ion conduction performance has been improved by making the concentration of the sulfide solid electrolyte within a predetermined range when atomized by wet mechanical milling before crystallization. It has been found that it is easier to produce a solid sulfide solid electrolyte. The present invention has been completed based on these findings.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明は、ハロゲンを含む硫化物固体電解質の粗粒原料を合成する合成工程と、合成された粗粒原料を、レーザー回折・散乱法に基づく粒子径分布測定装置によって測定した体積基準の粒子径分布において、微粒子側からの累積50体積%に相当するメジアン径D50が5μm以下になるまで微粒子化する微粒子化工程と、微粒子化された硫化物固体電解質を結晶化する結晶化工程と、を有する、硫化物固体電解質の製造方法である。
In order to solve the above problems, the present invention takes the following means. That is,
The present invention provides a synthesis step for synthesizing a coarse raw material of a sulfide solid electrolyte containing halogen, and a volume-based particle size obtained by measuring the synthesized coarse raw material with a particle size distribution measuring device based on a laser diffraction / scattering method. In the distribution, a micronization step for micronizing until the median diameter D 50 corresponding to 50% by volume cumulative from the microparticles side becomes 5 μm or less, and a crystallization step for crystallizing the micronized sulfide solid electrolyte A method for producing a sulfide solid electrolyte.
微粒子化された硫化物固体電解質を加熱して結晶化させることにより、イオン伝導度が高い微粒子状の硫化物固体電解質を製造することが可能になる。したがって、本発明によれば、イオン伝導性能を向上させた微粒子状の硫化物固体電解質を製造することが可能な硫化物固体電解質の製造方法を提供することができる。 By heating and crystallizing the finely divided sulfide solid electrolyte, it is possible to produce a finely divided sulfide solid electrolyte having high ion conductivity. Therefore, according to this invention, the manufacturing method of the sulfide solid electrolyte which can manufacture the particulate sulfide solid electrolyte which improved the ion conduction performance can be provided.
また、上記本発明において、微粒子化工程が、湿式のメディア型粉砕処理により微粒子化する工程であり、湿式のメディア型粉砕処理に用いる溶媒、添加剤、及び、粗粒原料の合計質量に占める粗粒原料の質量の割合Xが、0.1≦X≦0.35であることが好ましい。
ここに、メディアとは、例えば、ボールミル等をいう。湿式粉砕処理で、Xを0.1≦X≦0.35に制御することにより、イオン伝導性能を向上させた微粒子状の硫化物固体電解質を製造しやすくなる。
Further, in the present invention, the micronization step is a step of micronizing by a wet media type pulverization treatment, and the total amount of the solvent, additive, and coarse raw material used in the wet media type pulverization treatment is occupied. The mass ratio X of the granule raw material is preferably 0.1 ≦ X ≦ 0.35.
Here, the media refers to, for example, a ball mill. By controlling X to 0.1 ≦ X ≦ 0.35 by wet pulverization, it becomes easy to produce a particulate sulfide solid electrolyte with improved ion conduction performance.
また、微粒子化工程が、湿式のメディア型粉砕処理により微粒子化する工程であり、湿式のメディア型粉砕処理に用いる溶媒、添加剤、及び、粗粒原料の合計質量に占める粗粒原料の質量の割合Xが、0.1≦X≦0.35である上記本発明において、微粒子化工程は、遊星型ボールミル機が用いられる工程であり、且つ、下記式(1)で定義される、粗粒原料の単位重量当たりの総粉砕エネルギーEが、400kJ・sec/g以上2000kJ・sec/g以下の範囲内で、微粒子化する工程であることが好ましい。湿式粉砕処理における、粗粒原料の単位重量当たりの総粉砕エネルギーEを400kJ・sec/g以上2000kJ・sec/g以下とすることにより、イオン伝導性能を向上させた微粒子状の硫化物固体電解質を製造しやすくなる。
E=1/2nmv2/s・t …式(1)
(nはメディアの数(個)、mはメディア1個当たりの重量(kg)、vはメディアの速度(m/s)、sは粗粒原料の量(g)、tは処理時間(秒)である。)
Further, the micronization step is a step of micronization by a wet media type pulverization process, and the mass of the coarse raw material in the total mass of the solvent, additive, and coarse raw material used in the wet media type pulverization process In the present invention in which the ratio X is 0.1 ≦ X ≦ 0.35, the micronization step is a step in which a planetary ball mill is used, and coarse particles defined by the following formula (1) The total pulverization energy E per unit weight of the raw material is preferably in the range of 400 kJ · sec / g to 2000 kJ · sec / g. A finely divided sulfide solid electrolyte having improved ion conduction performance by setting the total pulverization energy E per unit weight of the coarse-grain raw material in the wet pulverization treatment to 400 kJ · sec / g or more and 2000 kJ · sec / g or less. Easy to manufacture.
E = 1/2 nmv 2 / s · t Equation (1)
(N is the number of media (pieces), m is the weight (kg) per media, v is the speed of the media (m / s), s is the amount of coarse raw material (g), and t is the processing time (seconds) ).)
本発明によれば、イオン伝導性能を向上させた微粒子状の硫化物固体電解質を製造することが可能な硫化物固体電解質の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the sulfide solid electrolyte which can manufacture the particulate sulfide solid electrolyte which improved the ion conduction performance can be provided.
以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されない。 The present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the form shown below is an illustration of this invention and this invention is not limited to the form shown below.
図1は、本発明の硫化物固体電解質の製造方法(以下において、「本発明の製造方法」という。)を説明する図である。図1に示した本発明の製造方法は、合成工程(S1)と、微粒子化工程(S2)と、結晶化工程(S3)と、を有している。 FIG. 1 is a diagram for explaining a method for producing a sulfide solid electrolyte of the present invention (hereinafter referred to as “the production method of the present invention”). The manufacturing method of the present invention shown in FIG. 1 includes a synthesis step (S1), a fine particle formation step (S2), and a crystallization step (S3).
合成工程(以下において、「S1」ということがある。)は、ハロゲンを含む硫化物固体電解質の粗粒原料(以下において、単に「粗粒原料」ということがある。)を合成する工程である。S1は、粗粒原料(後述する微粒子化工程で微粒子化される前の材料)を合成可能であれば、その形態は特に限定されず、湿式メカニカルミリング等の公知の方法によって粗粒原料を合成する工程、とすることができる。S1で合成される粗粒原料に含まれ得るハロゲンとしては、F、Cl、Br、I等を例示することができる。S1は、例えば、Li2Sと、A(Aは、P、Si、Ge、Al及びBからなる群より選択された少なくとも1種である。)の硫化物と、ハロゲン含有化合物(F含有化合物、Cl含有化合物、Br含有化合物、及び、I含有化合物からなる群より選択された少なくとも1種。)と、を含有する原料組成物を用いて、粗粒原料を合成する工程、とすることができる。これらの中でも、イオン伝導性能を向上させた硫化物固体電解質を得られやすくする観点から、I含有化合物を含有する原料組成物を用いて、Iを含有する硫化物固体電解質(例えば、モル標記でxLiI・(100−x)0.75Li2S・0.25P2S5(10≦x≦30))の粗粒原料を合成する工程、とすることが好ましい。 The synthesis step (hereinafter, sometimes referred to as “S1”) is a step of synthesizing a coarse-grain raw material of a sulfide solid electrolyte containing halogen (hereinafter, sometimes simply referred to as “coarse-grain raw material”). . The form of S1 is not particularly limited as long as it can synthesize a coarse raw material (a material before being microparticulated in the micronization step described later), and the coarse raw material is synthesized by a known method such as wet mechanical milling. And a process of performing. Examples of the halogen that can be contained in the coarse raw material synthesized in S1 include F, Cl, Br, and I. S1 is, for example, Li 2 S, a sulfide of A (A is at least one selected from the group consisting of P, Si, Ge, Al, and B), and a halogen-containing compound (F-containing compound). And at least one selected from the group consisting of a Cl-containing compound, a Br-containing compound, and an I-containing compound)). it can. Among these, from the viewpoint of making it easy to obtain a sulfide solid electrolyte with improved ion conduction performance, using a raw material composition containing an I-containing compound, a sulfide solid electrolyte containing I (for example, in terms of moles) xLiI · (100-x) 0.75Li 2 S · 0.25P 2 S 5 (10 ≦ x ≦ 30)) a step of synthesizing a coarse raw materials, it is preferable to.
湿式メカニカルミリングによりS1で粗粒原料を合成する場合、例えば直径1mm以上10mm以下のボールを用いることができ、湿式メカニカルミリングの時間は例えば10時間以上100時間以下とすることができる。また、溶媒としては、例えば炭化水素系溶媒を用いることができる。S1で使用可能な炭化水素系溶媒としては、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカンや、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素のほか、シクロヘキサン等の環状炭化水素等を例示することができる。 In the case of synthesizing a coarse raw material in S1 by wet mechanical milling, for example, a ball having a diameter of 1 mm or more and 10 mm or less can be used, and the wet mechanical milling time can be set, for example, by 10 hours or more and 100 hours or less. As the solvent, for example, a hydrocarbon solvent can be used. Examples of hydrocarbon solvents that can be used in S1 include hexane, heptane, octane, nonane, decane, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene, and cyclic hydrocarbons such as cyclohexane. .
また、湿式メカニカルミリングによりS1で粗粒原料を合成する場合、合成後の乾燥条件は、溶媒の揮発温度以上且つ粗粒原料の結晶化温度未満とする。結晶化温度は原料の組成によって異なるが、例えば、130℃以上250℃以下の範囲内、好ましくは160℃以上220℃以下の範囲内、更に好ましくは170℃以上200℃以下の範囲内である。合成後の乾燥時間は、例えば、10分以上24時間以下とすることができる。粗粒原料を乾燥させる際には、ホットプレート、乾燥炉、電気炉等を適宜用いることができる。 Further, when the coarse raw material is synthesized in S1 by wet mechanical milling, the drying conditions after the synthesis are set to be equal to or higher than the volatile temperature of the solvent and lower than the crystallization temperature of the coarse raw material. The crystallization temperature varies depending on the composition of the raw material, but is, for example, in the range of 130 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, preferably in the range of 160 ° C. or higher and 220 ° C. or lower, and more preferably in the range of 170 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. The drying time after synthesis can be, for example, 10 minutes to 24 hours. When drying coarse raw materials, a hot plate, a drying furnace, an electric furnace, or the like can be used as appropriate.
微粒子化工程(以下において、「S2」ということがある。)は、S1で合成された粗粒原料を微粒子化する工程である。S2は、粗粒原料を微粒子化することが可能であればその形態は特に限定されず、公知の方法で粗粒原料を微粒子化する工程、とすることができる。S2では、例えば、ビーズミルやボールミル等のメディア型粉砕のほか、ジェット粉砕やキャビテーション粉砕等によって粗粒原料を微粒子化することができる。微粒子化の条件(粉砕条件)は、粗粒原料を所望の粒子径に粉砕することができるように設定する。例えば、遊星型ボールミルを用いる場合、粗粒原料、溶媒、添加物、及び、粉砕用ボールを加え、所定の回転数及び時間で粉砕処理を行う。遊星型ボールミルを用いる場合、S2における粉砕用ボールのボール径(φ)は特に限定されない。粉砕用ボールのハンドリングを容易にする等の観点から、粉砕用ボールのボール径は0.05mm以上とすることができ、0.1mm以上とすることが好ましい。また、粉砕用ボールの材質は、不純物の少ない硫化物固体電解質が得られるものであれば特に限定されず、例えばジルコニア製やアルミナ製とすることができる。また、粗粒原料を所望の粒子径に粉砕しやすい形態にする等の観点から、粉砕用ボールのボール径は5mm以下とすることができ、1mm以下とすることが好ましい。また、遊星型ボールミルを行う際の台盤回転数は、例えば、毎分100回転以上400回転以下とすることが好ましく、毎分150回転以上300回転以下とすることがより好ましい。また、遊星型ボールミルを行う際の処理時間は、例えば、1時間以上100時間以下とすることができる。 The micronization step (hereinafter sometimes referred to as “S2”) is a step of micronizing the coarse raw material synthesized in S1. The form of S2 is not particularly limited as long as the coarse raw material can be made into fine particles, and can be a step of making the coarse raw material into fine particles by a known method. In S2, for example, in addition to media-type pulverization such as a bead mill and a ball mill, coarse raw materials can be made into fine particles by jet pulverization or cavitation pulverization. The conditions for pulverization (pulverization conditions) are set so that the coarse raw material can be pulverized to a desired particle diameter. For example, when a planetary ball mill is used, a coarse raw material, a solvent, an additive, and a grinding ball are added, and the grinding process is performed at a predetermined rotation speed and time. When a planetary ball mill is used, the ball diameter (φ) of the grinding balls in S2 is not particularly limited. From the viewpoint of facilitating handling of the grinding balls, the ball diameter of the grinding balls can be 0.05 mm or more, preferably 0.1 mm or more. The material of the ball for grinding is not particularly limited as long as a sulfide solid electrolyte with few impurities can be obtained. For example, it can be made of zirconia or alumina. Further, from the viewpoint of making the coarse raw material easy to grind into a desired particle diameter, the ball diameter of the grinding balls can be 5 mm or less, and preferably 1 mm or less. Further, the rotation speed of the base plate when performing the planetary ball mill is, for example, preferably 100 to 400 revolutions per minute, and more preferably 150 to 300 revolutions per minute. Moreover, the processing time at the time of performing a planetary ball mill can be 1 hour or more and 100 hours or less, for example.
本発明の製造方法において、微粒子状の硫化物固体電解質を得やすい形態にする等の観点から、S2は、湿式のメディア型粉砕処理であることが好ましい。そして、下記式(1)で定義される、湿式のメディア型粉砕処理における粗粒原料の単位重量当たりの総粉砕エネルギーEが、50kJ・sec/g以上4000kJ・sec/g以下であることが好ましく、400kJ・sec/g以上2000kJ・sec/g以下であることがより好ましく、450kJ・sec/g以上2000kJ・sec/g以下であることが特に好ましい。
E=1/2nmv2/s・t …式(1)
式(1)において、nはメディアの数(個)、mはメディア1個当たりの重量(kg)、vはメディアの速度(m/s)、sは粗粒原料の量(g)、tは処理時間(秒)である。式(1)は、メディア(例えばビーズ、ボール)の運動エネルギーが、全て粗粒原料の粉砕に用いられたと仮定した場合の総粉砕エネルギーを示している。
なお、メディアの速度vは、メディア型粉砕処理の種類に応じて、適宜求めることができる。例えば遊星型ボールミルである場合、メディアの速度vは下記式(2)で求めることができる。
v=dπRα/1000/60 …式(2)
式(2)において、dはポット(容器)の直径(mm)、Rは台盤回転数(rpm)、αは自公転比である。
In the production method of the present invention, S2 is preferably a wet media-type pulverization treatment from the viewpoint of easily obtaining a particulate sulfide solid electrolyte. The total pulverization energy E per unit weight of the coarse raw material in the wet media type pulverization treatment defined by the following formula (1) is preferably 50 kJ · sec / g or more and 4000 kJ · sec / g or less. 400 kJ · sec / g to 2000 kJ · sec / g, more preferably 450 kJ · sec / g to 2000 kJ · sec / g.
E = 1/2 nmv 2 / s · t Equation (1)
In the formula (1), n is the number of media (pieces), m is the weight (kg) per media, v is the speed of the media (m / s), s is the amount of coarse raw material (g), t Is the processing time (seconds). Formula (1) shows the total pulverization energy when it is assumed that the kinetic energy of the media (for example, beads and balls) is all used for pulverization of the coarse raw material.
The media speed v can be determined as appropriate according to the type of media-type grinding process. For example, in the case of a planetary ball mill, the media speed v can be obtained by the following equation (2).
v = dπRα / 1000/60 (2)
In formula (2), d is the diameter (mm) of the pot (container), R is the number of rotations of the base plate (rpm), and α is the revolution ratio.
一方、粉砕処理がキャビテーション粉砕である場合、回転数は、例えば毎分1000回転以上3000回転以下にすることが好ましい。また、流量は、例えば1.0g/min以上3.0g/min以下にすることが好ましい。 On the other hand, when the pulverization treatment is cavitation pulverization, the number of rotations is preferably set to 1000 to 3000 rotations per minute, for example. Moreover, it is preferable that a flow rate shall be 1.0 g / min or more and 3.0 g / min or less, for example.
さらに、本発明の製造方法では、微粒子状の硫化物固体電解質のイオン伝導度を高めやすい形態にする等の観点から、湿式のメディア型粉砕処理に用いる溶媒、添加剤、及び、粗粒原料の合計質量に占める粗粒原料の質量の割合Xを、0.1≦X≦0.35とすることが好ましい。S2が湿式のメディア型粉砕処理である場合、S1で使用可能な溶媒と同様の溶媒をS2で用いることができ、この溶媒が入った容器に添加剤(例えば、エーテル化合物、エステル化合物、ニトリル化合物等の、粗粒原料の付着及び造粒を防止可能な化合物。)を加え、さらに、S1で合成した粗粒原料及びメディアを入れた後、湿式のメディア型粉砕処理に供することができる。また、硫化水素の発生(硫化物固体電解質材料の劣化)を抑制しやすい形態にするため、上記溶媒は、水分量が少ないことが好ましい。 Furthermore, in the production method of the present invention, from the viewpoint of making the ionic conductivity of the particulate sulfide solid electrolyte easy to increase, the solvent, additive, and coarse raw material used in the wet media type pulverization treatment are used. It is preferable that the ratio X of the mass of the coarse raw material in the total mass is 0.1 ≦ X ≦ 0.35. When S2 is a wet media type pulverization treatment, a solvent similar to the solvent that can be used in S1 can be used in S2, and an additive (for example, an ether compound, an ester compound, a nitrile compound) is added to the container containing the solvent. And the like, which can prevent adhesion and granulation of coarse raw materials, etc.), and after adding the coarse raw materials and media synthesized in S1, can be subjected to wet media type pulverization treatment. Moreover, in order to make it easy to suppress the generation of hydrogen sulfide (deterioration of the sulfide solid electrolyte material), the solvent preferably has a small amount of water.
S2において、添加剤としてエーテル化合物を用いる場合、エーテル化合物は、エーテル基(C−O−C)を有していれば良く、粗粒原料との反応性が低いエーテル化合物にする観点から、酸素原子に結合した2つの炭化水素基を有することが好ましい。また、乾燥によるエーテル化合物の除去を容易にする観点から、酸素原子に結合した炭化水素基の炭素数は、それぞれ10以下であることが好ましい。 In S2, when an ether compound is used as an additive, the ether compound only needs to have an ether group (C—O—C), and from the viewpoint of making an ether compound having low reactivity with the coarse raw material, oxygen. It is preferred to have two hydrocarbon groups attached to the atom. Further, from the viewpoint of facilitating removal of the ether compound by drying, it is preferable that the number of carbon atoms of the hydrocarbon group bonded to the oxygen atom is 10 or less.
上記炭化水素基は、鎖状であっても良く、環状であっても良い。また、上記炭化水素基は、飽和炭化水素基または芳香族炭化水素基であることが好ましい。上記炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基、ベンジル基等の芳香族炭化水素基等を挙げることができる。エーテル化合物の具体例としては、ジメチルエーテル、メチルエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、アニソール等を挙げることができる。また、エーテル化合物の分子量は、例えば46以上278以下であることが好ましく、74以上186以下であることがより好ましい。 The hydrocarbon group may be chain-like or cyclic. The hydrocarbon group is preferably a saturated hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group. Examples of the hydrocarbon group include an alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, and a butyl group, a cycloalkyl group such as a cyclopentyl group and a cyclohexyl group, and an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group and a benzyl group. Can be mentioned. Specific examples of the ether compound include dimethyl ether, methyl ethyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, cyclopentyl methyl ether, anisole and the like. The molecular weight of the ether compound is preferably 46 or more and 278 or less, and more preferably 74 or more and 186 or less.
また、エーテル化合物の添加量は、微粒子状の硫化物固体電解質が得られる割合であれば特に限定されない。粉砕時におけるメディアへの粗粒原料の付着を防止しやすい形態にする等の観点から、エーテル化合物の添加量は、粗粒原料に対して、例えば0.01重量%以上とすることが好ましく、0.1重量%以上とすることがより好ましく、1重量%以上とすることがさらに好ましい。また、粉砕後にエーテル化合物を除去しやすい形態にする等の観点から、エーテル化合物の添加量は、粗粒原料に対して、例えば100重量%以下であることが好ましく、50重量%以下であることがより好ましい。 Further, the amount of the ether compound added is not particularly limited as long as it is a ratio at which a particulate sulfide solid electrolyte is obtained. From the viewpoint of making it easy to prevent the coarse raw material from adhering to the media during pulverization, the addition amount of the ether compound is preferably 0.01% by weight or more with respect to the coarse raw material, It is more preferably 0.1% by weight or more, and further preferably 1% by weight or more. Further, from the viewpoint of making the ether compound easy to remove after pulverization, the addition amount of the ether compound is preferably 100% by weight or less, for example, 50% by weight or less with respect to the coarse raw material. Is more preferable.
また、S2において、添加剤としてエステル化合物を用いる場合、エステル化合物は、エステル基(−COO−)を有していれば良い。また、乾燥によるエステル化合物の除去を容易にする観点から、酸素原子に結合した炭化水素基の炭素数は10以下であることが好ましい。このような炭化水素基としては、エーテル化合物に関する説明で例示した炭化水素基と同様の炭化水素基を例示することができる。S2で使用可能なエステル化合物の具体例としては、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸エチル、酪酸エチル、酪酸ブチル、安息香酸エチル等を挙げることができる。 Moreover, in S2, when using an ester compound as an additive, the ester compound should just have an ester group (-COO-). Further, from the viewpoint of facilitating removal of the ester compound by drying, the hydrocarbon group bonded to the oxygen atom preferably has 10 or less carbon atoms. As such a hydrocarbon group, the hydrocarbon group similar to the hydrocarbon group illustrated by description regarding an ether compound can be illustrated. Specific examples of the ester compound that can be used in S2 include ethyl acetate, butyl acetate, ethyl propionate, ethyl butyrate, butyl butyrate, and ethyl benzoate.
また、エステル化合物の添加量は、微粒子状の硫化物固体電解質が得られる割合であれば特に限定されない。粉砕時におけるメディアへの粗粒原料の付着を防止しやすい形態にする等の観点から、エステル化合物の添加量は、粗粒原料に対して、例えば0.01重量%以上とすることが好ましく、0.1重量%以上とすることがより好ましく、1重量%以上とすることがさらに好ましい。また、粉砕後にエステル化合物を除去しやすい形態にする等の観点から、エステル化合物の添加量は、粗粒原料に対して、例えば100重量%以下であることが好ましく、50重量%以下であることがより好ましい。 The amount of the ester compound added is not particularly limited as long as it is a ratio at which a particulate sulfide solid electrolyte can be obtained. From the viewpoint of making it easy to prevent the coarse raw material from adhering to the media during pulverization, the amount of the ester compound added is preferably 0.01% by weight or more with respect to the coarse raw material, It is more preferably 0.1% by weight or more, and further preferably 1% by weight or more. In addition, from the viewpoint of making the ester compound easy to remove after pulverization, the amount of the ester compound added is preferably, for example, 100% by weight or less, and 50% by weight or less, based on the coarse raw material Is more preferable.
また、S2において、添加剤としてニトリル化合物を用いる場合、ニトリル化合物は、シアノ基(−CN)を有していれば良い。また、乾燥によるニトリル化合物の除去を容易にする観点から、シアノ基の炭素原子に結合した炭化水素基の炭素数は10以下であることが好ましい。このような炭化水素基としては、エーテル化合物に関する説明で例示した炭化水素基と同様の炭化水素基を例示することができる。S2で使用可能なニトリル化合物の具体例としては、n−ブチロニトリル、イソプロピルニトリル、ターシャルブチロニトリル、アセトニトリル、ベンゾニトリル等を挙げることができる。 Moreover, in S2, when using a nitrile compound as an additive, the nitrile compound should just have a cyano group (-CN). Further, from the viewpoint of facilitating removal of the nitrile compound by drying, the hydrocarbon group bonded to the carbon atom of the cyano group preferably has 10 or less carbon atoms. As such a hydrocarbon group, the hydrocarbon group similar to the hydrocarbon group illustrated by description regarding an ether compound can be illustrated. Specific examples of nitrile compounds that can be used in S2 include n-butyronitrile, isopropyl nitrile, tertiary butyronitrile, acetonitrile, benzonitrile and the like.
また、ニトリル化合物の添加量は、微粒子状の硫化物固体電解質が得られる割合であれば特に限定されない。粉砕時におけるメディアへの粗粒原料の付着を防止しやすい形態にする等の観点から、ニトリル化合物の添加量は、粗粒原料に対して、例えば0.01重量%以上とすることが好ましく、0.1重量%以上とすることがより好ましく、1重量%以上とすることがさらに好ましい。また、粉砕後にニトリル化合物を除去しやすい形態にする等の観点から、ニトリル化合物の添加量は、粗粒原料に対して、例えば100重量%以下であることが好ましく、50重量%以下であることがより好ましい。 Moreover, the addition amount of a nitrile compound will not be specifically limited if it is a ratio in which a particulate sulfide solid electrolyte is obtained. From the viewpoint of making it easy to prevent the coarse raw material from adhering to the media during pulverization, the addition amount of the nitrile compound is preferably 0.01% by weight or more with respect to the coarse raw material, It is more preferably 0.1% by weight or more, and further preferably 1% by weight or more. Further, from the viewpoint of making the nitrile compound easy to remove after pulverization, the addition amount of the nitrile compound is preferably 100% by weight or less, for example, 50% by weight or less with respect to the coarse raw material. Is more preferable.
S2では、粗粒原料を粉砕する際に添加剤を用いるので、添加剤が粗粒原料の分散剤として機能し、粗粒原料の付着及び造粒を防止することが可能になる。その結果、微粒子状の硫化物固体電解質を高い回収率で得ることが可能になる。硫化物固体電解質の回収率としては、例えば、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。なお、上記回収率は、(微粒子状の硫化物固体電解質の回収量)/(粗粒原料の投入量)により算出することができる。 In S2, since the additive is used when the coarse raw material is pulverized, the additive functions as a dispersant for the coarse raw material, and it is possible to prevent the coarse raw material from adhering and granulating. As a result, it is possible to obtain a particulate sulfide solid electrolyte with a high recovery rate. The recovery rate of the sulfide solid electrolyte is, for example, preferably 90% or more, and more preferably 95% or more. The recovery rate can be calculated by (recovered amount of particulate sulfide solid electrolyte) / (input amount of coarse raw material).
結晶化工程(以下において、「S3」ということがある。)は、S2で微粒子化された硫化物固体電解質を結晶化温度以上の温度へと加熱し所定の時間に亘って保持することにより、結晶化させる工程である。結晶化温度(加熱温度)は微粒子化された硫化物固体電解質の組成によって異なるが、例えば、130℃以上250℃以下、好ましくは160℃以上220℃以下、更に好ましくは170℃以上200℃以下の範囲内である。また、結晶化温度に保持する時間は、微粒子化された硫化物固体電解質が結晶化する時間であれば特に限定されず、例えば、5分以上5時間以下とすることができる。なお、図1では記載を省略しているが、S2とS3との間において、微粒子化された硫化物固体電解質を所定の時間(例えば10分以上24時間以下)に亘って乾燥することにより、溶媒及び添加剤を除去する。微粒子化された硫化物固体電解質を乾燥させる際には、ホットプレート、乾燥炉、電気炉等を適宜用いることができる。S2とS3との間に行う乾燥は、粗粒原料を合成した後の乾燥と同様の条件で行うことができる。 In the crystallization step (hereinafter sometimes referred to as “S3”), the sulfide solid electrolyte finely divided in S2 is heated to a temperature equal to or higher than the crystallization temperature and held for a predetermined time, This is a crystallization process. The crystallization temperature (heating temperature) varies depending on the composition of the finely divided sulfide solid electrolyte. For example, it is 130 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, preferably 160 ° C. or higher and 220 ° C. or lower, more preferably 170 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. Within range. Further, the time for holding at the crystallization temperature is not particularly limited as long as it is a time for crystallization of the finely divided sulfide solid electrolyte, and for example, it can be 5 minutes or more and 5 hours or less. In addition, although description is abbreviate | omitted in FIG. 1, by drying the sulfide solid electrolyte micronized between S2 and S3 over predetermined time (for example, 10 minutes or more and 24 hours or less), Remove solvent and additives. When drying the finely divided sulfide solid electrolyte, a hot plate, a drying furnace, an electric furnace or the like can be used as appropriate. The drying performed between S2 and S3 can be performed under the same conditions as the drying after synthesizing the coarse raw material.
本発明の製造方法では、S2で微粒子化した硫化物固体電解質を、S3で加熱することにより結晶化する。このような過程で製造することにより、高リチウムイオン伝導性を実現する結晶構造を有する微粒子状の硫化物固体電解質を製造することが可能になる。なお、結晶化した後に微粒子化すると、微粒子化する際に高リチウムイオン伝導性を実現する結晶構造が壊れてガラス化するため、リチウムイオン伝導性が大幅に低下する。 In the production method of the present invention, the sulfide solid electrolyte finely divided in S2 is crystallized by heating in S3. By manufacturing in such a process, it becomes possible to manufacture a particulate sulfide solid electrolyte having a crystal structure that realizes high lithium ion conductivity. In addition, when crystallizing after crystallizing, the crystal structure that realizes high lithium ion conductivity is broken and vitrified at the time of micronization, so that lithium ion conductivity is greatly reduced.
また、本発明の製造方法における微粒子化工程が、湿式のメディア型粉砕処理により微粒子化する工程である場合、粗粒原料の単位重量当たりの総粉砕エネルギーEが、400kJ・sec/g以上2000kJ・sec/g以下であることにより、微粒子状の硫化物固体電解質が得られやすくなる。 Further, when the micronization step in the production method of the present invention is a step of micronizing by a wet media type pulverization treatment, the total pulverization energy E per unit weight of the coarse raw material is 400 kJ · sec / g or more and 2000 kJ · By being below sec / g, it becomes easy to obtain a particulate sulfide solid electrolyte.
また、ハロゲンを含む硫化物固体電解質は、微粒子化する際に物性が変化しやすく、中でもハロゲンが分離し結晶化しやすい。ハロゲンが分離して結晶化すると、微粒子化後に結晶化させる際に所望の結晶構造が得られ難く、リチウムイオン伝導性能を向上させ難くなる虞がある。また、湿式粉砕時に固体電解質の濃度が高過ぎると、固体電解質の粒子同士が衝突して凝集し、ハロゲンが分離する結果、材料組成が目的の組成からずれやすく、組成がずれると所望の結晶構造が得られないため、リチウムイオン伝導性能を向上させ難くなる虞がある。そこで、本発明では、このような事態を回避しやすくするために、微粒子化工程が湿式のメディア型粉砕処理である場合、溶媒、添加剤、及び、粗粒原料の合計質量に占める粗粒原料の質量の割合Xを0.1≦X≦0.35とする。Xをこの範囲に制御することにより、リチウムイオン伝導性能を向上させた微粒子状の硫化物固体電解質を製造しやすくなる。 Further, a sulfide solid electrolyte containing halogen is likely to change its physical properties when it is made into fine particles, and particularly, halogen is easily separated and crystallized. When halogen is separated and crystallized, it is difficult to obtain a desired crystal structure when crystallizing after micronization, and it may be difficult to improve lithium ion conduction performance. Also, if the concentration of the solid electrolyte is too high during wet pulverization, the solid electrolyte particles collide with each other and agglomerate, resulting in separation of the halogen. As a result, the material composition tends to deviate from the target composition. Cannot be obtained, it may be difficult to improve the lithium ion conduction performance. Therefore, in the present invention, in order to easily avoid such a situation, when the micronization step is a wet media type pulverization process, the coarse raw material occupies the total mass of the solvent, the additive, and the coarse raw material. The mass ratio X is set to 0.1 ≦ X ≦ 0.35. By controlling X within this range, it becomes easy to produce a particulate sulfide solid electrolyte with improved lithium ion conduction performance.
本発明の製造方法で製造される、ハロゲンを含む硫化物固体電解質(以下において、「本発明で製造される固体電解質」ということがある。)は、ハロゲン(F、Cl、Br、及び、Iからなる群より選択された1以上)及び硫黄(S)を含有し、且つ、イオン伝導性を有する固体電解質であれば良い。ただし、優れたリチウムイオン伝導性能を発現する固体電解質を製造可能にする観点から、本発明で製造される固体電解質は、Li、A(Aは、P、Si、Ge、AlおよびBの少なくとも1種である)、及び、Sを主成分とする固体電解質であることが好ましい。ここで、「主成分とする」とは、固体電解質に含まれるLi、A、及び、Sの総含有量が、50mol%以上であることをいう。リチウムイオン伝導性能を向上させやすい形態にする観点から、固体電解質に含まれるLi、A、及び、Sの総含有量は、60mol%以上であることが好ましく、70mol%以上であることがより好ましい。また、優れたリチウムイオン伝導性能を発現する固体電解質を製造可能にする観点から、本発明で製造される固体電解質は、10mol%以上35mol%以下のハロゲン(F、Cl、Br、及び、Iからなる群より選択された1以上)を含有していることが好ましい。 The sulfide solid electrolyte containing halogen (hereinafter, also referred to as “solid electrolyte produced in the present invention”) produced by the production method of the present invention is halogen (F, Cl, Br, and I). 1 or more selected from the group consisting of) and sulfur (S), and any solid electrolyte having ionic conductivity may be used. However, from the viewpoint of enabling production of a solid electrolyte that exhibits excellent lithium ion conductivity, the solid electrolyte produced in the present invention is Li, A (A is at least one of P, Si, Ge, Al, and B). A solid electrolyte having S as a main component. Here, “main component” means that the total content of Li, A, and S contained in the solid electrolyte is 50 mol% or more. From the viewpoint of easily improving the lithium ion conducting performance, the total content of Li, A, and S contained in the solid electrolyte is preferably 60 mol% or more, and more preferably 70 mol% or more. . In addition, from the viewpoint of enabling the production of a solid electrolyte that exhibits excellent lithium ion conductivity, the solid electrolyte produced in the present invention is composed of 10 mol% or more and 35 mol% or less of halogen (F, Cl, Br, and I). 1 or more selected from the group consisting of:
また、本発明で製造される固体電解質は、Li、A、及び、Sを有するイオン伝導体を少なくとも備えることが好ましい。さらに、このイオン伝導体は、化学的安定性を高めやすい形態にする観点から、後述するオルト組成のアニオン構造(PS4 3−構造、SiS4 4−構造、GeS4 4−構造、AlS3 3−構造、BS3 3−構造)を主体とすることが好ましい。オルト組成のアニオン構造の割合は、イオン伝導体における全アニオン構造に対して、60mol%以上であることが好ましく、70mol%以上であることがより好ましく、80mol%以上であることがさらに好ましく、90mol%以上であることが特に好ましい。なお、オルト組成のアニオン構造の割合は、ラマン分光法、NMR、XPS等により決定することができる。本発明で製造される固体電解質は、上記イオン伝導体と、LiX(Xはハロゲン元素である)成分とを有するものであることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the solid electrolyte manufactured by this invention is equipped with the ion conductor which has Li, A, and S at least. Further, this ionic conductor has an ortho-composition anion structure (PS 4 3 -structure, SiS 4 4 -structure, GeS 4 4 -structure, AlS 3 3 described later) from the viewpoint of easily increasing the chemical stability. - structure, it is preferable that mainly the BS 3 3- structure). The ratio of the anion structure of the ortho composition is preferably 60 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, still more preferably 80 mol% or more, based on the total anion structure in the ion conductor, 90 mol % Or more is particularly preferable. The ratio of the anion structure of the ortho composition can be determined by Raman spectroscopy, NMR, XPS, or the like. The solid electrolyte produced in the present invention preferably has the above ionic conductor and a LiX (X is a halogen element) component.
また、本発明で製造される固体電解質は、Li2Sと、Aの硫化物と、ハロゲン含有化合物(F含有化合物、Cl含有化合物、Br含有化合物、及び、I含有化合物からなる群より選択された少なくとも1種。)と、を含有する原料組成物を用いて製造される固体電解質であることが好ましい。上記原料組成物は、さらに、O含有化合物を含有していても良い。 The solid electrolyte produced in the present invention is selected from the group consisting of Li 2 S, sulfides of A, halogen-containing compounds (F-containing compounds, Cl-containing compounds, Br-containing compounds, and I-containing compounds). A solid electrolyte produced using a raw material composition containing at least one kind.). The raw material composition may further contain an O-containing compound.
原料組成物に含まれるLi2Sは、不純物が少ないことが好ましい。副反応を抑制することができるからである。Li2Sの合成方法としては、例えば、特開平7−330312号公報に記載された方法等を挙げることができる。さらに、Li2Sは、WO2005/040039に記載された方法等を用いて精製されていることが好ましい。一方、原料組成物に含まれるAの硫化物としては、例えば、P2S3、P2S5、SiS2、GeS2、Al2S3、B2S3等を挙げることができる。 Li 2 S contained in the raw material composition preferably has few impurities. This is because side reactions can be suppressed. Examples of the method for synthesizing Li 2 S include the method described in JP-A-7-330312. Furthermore, Li 2 S is preferably purified using the method described in WO2005 / 040039. On the other hand, examples of the sulfide of A contained in the raw material composition include P 2 S 3 , P 2 S 5 , SiS 2 , GeS 2 , Al 2 S 3 , B 2 S 3 and the like.
原料組成物に含まれ得るF含有化合物は、フッ素を含有する化合物であれば特に限定されず、例えば、LiF、LiPF6等を挙げることができる。また、原料組成物に含まれ得るCl含有化合物は、塩素を含有する化合物であれば特に限定されず、例えば、LiCl等を挙げることができる。また、原料組成物に含まれ得るBr含有化合物は、臭素を含有する化合物であれば特に限定されず、例えば、LiBr等を挙げることができる。また、原料組成物に含まれ得るI含有化合物は、ヨウ素を含有する化合物であれば特に限定されず、例えば、LiI等を挙げることができる。また、原料組成物に含まれ得るO含有化合物としては、粗粒原料に含まれる架橋硫黄の結合を切断可能な化合物であれば特に限定されず、例えば、Li2O、Li2O2、Na2O、K2O、MgO、CaO等を挙げることができ、中でも、Li2Oが好ましい。Li2OにおけるOが、固体電解質に含まれる架橋硫黄を効率良く切断することができるからである。また、例えば、過剰に添加したLi2Oは、未反応で存在しても硫化水素を発生しないという利点がある。さらに、Li2Oは、Liを有することから、架橋硫黄を切断して得られる固体電解質のLiイオン伝導性を向上させることができる。 The F-containing compound that can be contained in the raw material composition is not particularly limited as long as it is a fluorine-containing compound, and examples thereof include LiF and LiPF 6 . The Cl-containing compound that can be contained in the raw material composition is not particularly limited as long as it is a compound containing chlorine, and examples thereof include LiCl. Further, the Br-containing compound that can be contained in the raw material composition is not particularly limited as long as it is a compound containing bromine, and examples thereof include LiBr. The I-containing compound that can be contained in the raw material composition is not particularly limited as long as it is a compound containing iodine, and examples thereof include LiI. In addition, the O-containing compound that can be included in the raw material composition is not particularly limited as long as it is a compound that can break the bond of the bridging sulfur included in the coarse-grained raw material. For example, Li 2 O, Li 2 O 2 , Na 2 O, K 2 O, MgO, CaO and the like can be mentioned, among which Li 2 O is preferable. This is because O in Li 2 O can efficiently cut bridging sulfur contained in the solid electrolyte. Further, for example, Li 2 O added excessively has an advantage that hydrogen sulfide is not generated even if it is present in an unreacted state. Furthermore, since Li 2 O has Li, it is possible to improve the Li ion conductivity of the solid electrolyte obtained by cutting the crosslinked sulfur.
また、本発明で製造される固体電解質は、硫化水素発生量の少ない固体電解質にする観点から、Li2Sを実質的に含有しないことが好ましい。Li2Sは、水と反応することで、硫化水素が発生する。例えば、原料組成物に含まれるLi2Sの割合が大きいと、Li2Sが残存しやすい。「Li2Sを実質的に含有しない」ことは、X線回折により確認することができる。具体的には、Li2Sのピーク(2θ=27.0°、31.2°、44.8°、53.1°)を有しない場合は、Li2Sを実質的に含有しないと判断することができる。 Further, the solid electrolyte produced in the present invention, from the viewpoint of the small solid electrolyte of hydrogen sulfide generation amount, it is preferred not to substantially contain Li 2 S. Li 2 S reacts with water to generate hydrogen sulfide. For example, when the proportion of Li 2 S contained in the raw material composition is large, Li 2 S tends to remain. “Substantially free of Li 2 S” can be confirmed by X-ray diffraction. Specifically, when it does not have a Li 2 S peak (2θ = 27.0 °, 31.2 °, 44.8 °, 53.1 °), it is determined that it does not substantially contain Li 2 S. can do.
また、本発明で製造される固体電解質は、硫化水素発生量の少ない固体電解質にする観点から、架橋硫黄を実質的に含有しないことが好ましい。ここで、「架橋硫黄」とは、Li2SとAの硫化物とが反応してなる化合物における架橋硫黄をいう。例えば、Li2S及びP2S5が反応してなるS3P−S−PS3構造の架橋硫黄が該当する。このような架橋硫黄は、水と反応しやすく、硫化水素が発生しやすい。さらに、「架橋硫黄を実質的に含有しない」ことは、ラマン分光スペクトルの測定により、確認することができる。例えば、Li2S−P2S5系の固体電解質の場合、S3P−S−PS3構造のピークが、通常402cm−1に現れる。そのため、このピークが検出されないことが好ましい。また、PS4 3−構造のピークは、通常417cm−1に現れる。本発明においては、402cm−1における強度I402が、417cm−1における強度I417よりも小さいことが好ましい。より具体的には、強度I417に対して、強度I402は、例えば、70%以下であることが好ましく、50%以下であることがより好ましく、35%以下であることがさらに好ましい。また、Li2S−P2S5系以外の固体電解質についても、架橋硫黄を含有するユニットを特定し、そのユニットのピークを測定することにより、架橋硫黄を実質的に含有していないことを判断することができる。 Moreover, it is preferable that the solid electrolyte manufactured by this invention does not contain bridge | crosslinking sulfur substantially from a viewpoint made into a solid electrolyte with little hydrogen sulfide generation amount. Here, “crosslinked sulfur” refers to crosslinked sulfur in a compound obtained by reaction of Li 2 S and sulfide of A. For example, Li 2 S and P 2 S 5 corresponds crosslinking sulfur reaction was S 3 PS-PS 3 comprising structure. Such bridging sulfur easily reacts with water and easily generates hydrogen sulfide. Furthermore, “substantially free of bridging sulfur” can be confirmed by measurement of a Raman spectrum. For example, in the case of a Li 2 S—P 2 S 5 based solid electrolyte, the peak of the S 3 P—S—PS 3 structure usually appears at 402 cm −1 . Therefore, it is preferable that this peak is not detected. Moreover, the peak of PS 4 3− structure usually appears at 417 cm −1 . In the present invention, the intensity I402 at 402 cm -1 is preferably smaller than the intensity I417 at 417 cm -1. More specifically, the strength I402 is preferably 70% or less, more preferably 50% or less, and even more preferably 35% or less with respect to the strength I417. As for the Li 2 S-P 2 S 5 based non-solid electrolyte, to identify the unit containing the crosslinking sulfur, by measuring the peak of the unit, that is substantially free of bridging sulfur Judgment can be made.
また、本発明で製造される固体電解質が、Li2S及び架橋硫黄を実質的に含有しない場合、通常、固体電解質は、オルト組成又はその近傍の組成を有している。ここで、オルトとは、一般的に、同じ酸化物を水和して得られるオキソ酸の中で、最も水和度の高いものをいう。本発明においては、硫化物で最もLi2Sが付加している結晶組成をオルト組成という。例えば、Li2S−P2S5系ではLi3PS4がオルト組成に該当し、Li2S−Al2S3系ではLi3AlS3がオルト組成に該当し、Li2S−B2S3系ではLi3BS3がオルト組成に該当し、Li2S−SiS2系ではLi4SiS4がオルト組成に該当し、Li2S−GeS2系ではLi4GeS4がオルト組成に該当する。なお、本発明で製造される固体電解質がOを含有する場合、上記オルト組成におけるSの一部がOに置換されている。 Further, the solid electrolyte produced in the present invention, if substantially free of Li 2 S and bridging sulfur, usually, the solid electrolyte has a composition of ortho-composition or the vicinity thereof. Here, ortho generally refers to one having the highest degree of hydration among oxo acids obtained by hydrating the same oxide. In the present invention, the crystal composition in which Li 2 S is added most in the sulfide is called the ortho composition. For example, Li 3 PS 4 corresponds to the ortho composition in the Li 2 S—P 2 S 5 system, Li 3 AlS 3 corresponds to the ortho composition in the Li 2 S—Al 2 S 3 system, and Li 2 S—B 2. In the S 3 system, Li 3 BS 3 corresponds to the ortho composition, in the Li 2 S—SiS 2 system, Li 4 SiS 4 corresponds to the ortho composition, and in the Li 2 S—GeS 2 system, Li 4 GeS 4 corresponds to the ortho composition. Applicable. In addition, when the solid electrolyte manufactured by this invention contains O, a part of S in the said ortho composition is substituted by O.
例えば、Li2S−P2S5系の固体電解質の場合、オルト組成を得るLi2S及びP2S5の割合は、モル基準で、Li2S:P2S5=75:25である。Li2S−Al2S3系の固体電解質の場合、Li2S−B2S3系の固体電解質の場合も同様である。一方、Li2S−SiS2系の固体電解質の場合、オルト組成を得るLi2S及びSiS2の割合は、モル基準で、Li2S:SiS2=66.7:33.3である。Li2S−GeS2系の固体電解質の場合も同様である。 For example, in the case of a Li 2 S—P 2 S 5 based solid electrolyte, the ratio of Li 2 S and P 2 S 5 to obtain the ortho composition is Li 2 S: P 2 S 5 = 75: 25 on a molar basis. is there. The same applies to the case of a Li 2 S—Al 2 S 3 solid electrolyte and the case of a Li 2 S—B 2 S 3 solid electrolyte. On the other hand, in the case of a Li 2 S—SiS 2 -based solid electrolyte, the ratio of Li 2 S and SiS 2 to obtain the ortho composition is Li 2 S: SiS 2 = 66.7: 33.3 on a molar basis. The same applies to a Li 2 S—GeS 2 solid electrolyte.
上記原料組成物が、Li2S及びP2S5を含有する場合、Li2S及びP2S5の合計に対するLi2Sの割合は、70mol%以上80mol%以下であることが好ましく、72mol%以上78mol%以下であることがより好ましく、74mol%以上76mol%以下であることがさらに好ましい。なお、上記原料組成物が、Li2S及びAl2S3を含有する場合、Li2S及びB2S3を含有する場合も同様である。一方、上記原料組成物が、Li2S及びSiS2を含有する場合、Li2S及びSiS2の合計に対するLi2Sの割合は、62.5mol%以上70.9mol%以下であることが好ましく、63mol%以上70mol%以下であることがより好ましく、64mol%以上68mol%以下であることがさらに好ましい。なお、上記原料組成物が、Li2S及びGeS2を含有する場合も同様である。 The raw material composition is, when containing Li 2 S and P 2 S 5, the proportion of Li 2 S to the total of Li 2 S and P 2 S 5 is preferably from 70 mol% or more 80 mol%, 72 mol % To 78 mol% or less, more preferably 74 mol% to 76 mol%. Incidentally, the raw material composition is, when containing Li 2 S and Al 2 S 3, which is the same when containing Li 2 S and B 2 S 3. On the other hand, the raw material composition is, when containing Li 2 S and SiS 2, Li 2 ratio of S to the total of Li 2 S and SiS 2 is preferably less than 62.5mol% 70.9mol% 63 mol% or more and 70 mol% or less is more preferable, and 64 mol% or more and 68 mol% or less is more preferable. The same applies to the case where the raw material composition contains Li 2 S and GeS 2 .
また、本発明で製造される固体電解質が、LiX(X=F、Cl、Br、I)を含有する原料組成物を用いて製造された固体電解質である場合、LiXの割合は、例えば、1mol%以上60mol%以下であることが好ましく、5mol%以上50mol%以下であることがより好ましく、10mol%以上40mol%以下であることがさらに好ましい。本発明においては、リチウムイオン伝導性を向上させやすくする観点から、上記Xが、Cl、Br、及び、Iからなる群より選択された少なくとも1種であることが好ましい。 Moreover, when the solid electrolyte manufactured by this invention is a solid electrolyte manufactured using the raw material composition containing LiX (X = F, Cl, Br, I), the ratio of LiX is 1 mol, for example % To 60 mol%, more preferably 5 mol% to 50 mol%, and still more preferably 10 mol% to 40 mol%. In the present invention, from the viewpoint of easily improving lithium ion conductivity, X is preferably at least one selected from the group consisting of Cl, Br, and I.
本発明で製造される固体電解質の形状としては、例えば粒子状を挙げることができる。本発明で製造される固体電解質の平均粒径(D50)は、例えば、5μm以上200μm以下であることが好ましく、10μm以上100μm以下であることがより好ましい。なお、上記平均粒径は、例えば、粒度分布計により決定することができる。また、本発明で製造される固体電解質は、イオン伝導度が高いことが好ましく、常温におけるイオン伝導度は、例えば、1×10−4S/cm以上であることが好ましく、1×10−3S/cm以上であることがより好ましい。 Examples of the shape of the solid electrolyte produced in the present invention include particles. The average particle diameter (D 50 ) of the solid electrolyte produced in the present invention is preferably, for example, from 5 μm to 200 μm, and more preferably from 10 μm to 100 μm. In addition, the said average particle diameter can be determined with a particle size distribution meter, for example. Moreover, it is preferable that the solid electrolyte manufactured by this invention has high ionic conductivity, and it is preferable that the ionic conductivity in normal temperature is 1 * 10 < -4 > S / cm or more, for example, 1 * 10 < -3 >. More preferably, it is S / cm or more.
本発明で製造される硫化物固体電解質の平均粒径(D50)は、特に限定されないが、例えば、0.1μm以上5μm以下であることが好ましく、0.5μm以上4μm以下であることがより好ましい。なお、平均粒径は、例えば、粒度分布計により決定することができる。 The average particle diameter (D 50 ) of the sulfide solid electrolyte produced in the present invention is not particularly limited, but is preferably, for example, from 0.1 μm to 5 μm, and more preferably from 0.5 μm to 4 μm. preferable. In addition, an average particle diameter can be determined with a particle size distribution meter, for example.
また、本発明で製造される硫化物固体電解質は、粗粒原料のイオン伝導度が維持されていることが好ましい。具体的には、粗粒原料のイオン伝導度に対して、例えば50%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましく、80%以上であることがさらに好ましく、90%以上であることが特に好ましい。なお、硫化物固体電解質のイオン伝導度は、例えば、交流インピーダンス法により決定することができる。 Moreover, it is preferable that the ionic conductivity of the coarse raw material is maintained in the sulfide solid electrolyte produced in the present invention. Specifically, for example, it is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, still more preferably 80% or more, and 90% or more with respect to the ionic conductivity of the coarse raw material. It is particularly preferred. In addition, the ionic conductivity of the sulfide solid electrolyte can be determined by, for example, an AC impedance method.
また、本発明で製造される硫化物固体電解質は、イオン伝導性を必要とする任意の用途に用いることができる。中でも、上記硫化物固体電解質は、全固体電池(特に全固体二次電池)に用いられることが好ましい。さらに、上記硫化物固体電解質を全固体電池に用いる場合、正極活物質層に用いても良く、負極活物質層に用いても良く、固体電解質層に用いても良い。 Moreover, the sulfide solid electrolyte manufactured by this invention can be used for the arbitrary uses which require ion conductivity. Especially, it is preferable that the said sulfide solid electrolyte is used for an all-solid-state battery (especially all-solid-state secondary battery). Furthermore, when the sulfide solid electrolyte is used for an all-solid battery, it may be used for a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, or a solid electrolyte layer.
本発明によれば、上述した製造方法により製造した硫化物固体電解質を提供することができる。このほか、上記硫化物固体電解質を、正極活物質層、負極活物質層、及び、固体電解質層からなる群より選択した1以上の層に用いた全固体電池を提供することもできる。このような全固体電池の一部断面を図2に示す。便宜上、図2では符号の一部記載を省略している。
図2に示した全固体電池10は、正極活物質層1及び負極活物質層2と、これらの間に配置された固体電解質層3と、正極活物質層1に接続された正極集電体4と、負極活物質層2に接続された負極集電体5と、を有している。正極活物質層1は、正極活物質1aと、本発明の製造方法により製造したハロゲンを含む硫化物固体電解質6と、バインダー1bと、導電助剤1cと、を有している。また、負極活物質層2は、負極活物質2aと、硫化物固体電解質6と、バインダー2bと、を有し、固体電解質層3は、硫化物固体電解質6と、バインダー3aと、を有している。本発明の製造方法により製造した硫化物固体電解質を全固体電池に用いる場合、硫化物固体電解質以外の構成(正極活物質、負極活物質、バインダー、導電助剤、正極集電体、及び、負極集電体等)は、公知の形態とすることができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sulfide solid electrolyte manufactured with the manufacturing method mentioned above can be provided. In addition, it is possible to provide an all solid state battery in which the sulfide solid electrolyte is used in one or more layers selected from the group consisting of a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer. A partial cross section of such an all solid state battery is shown in FIG. For convenience, some of the reference numerals are omitted in FIG.
An all solid state battery 10 shown in FIG. 2 includes a positive electrode active material layer 1 and a negative electrode active material layer 2, a solid electrolyte layer 3 disposed therebetween, and a positive electrode current collector connected to the positive electrode active material layer 1. 4 and a negative electrode current collector 5 connected to the negative electrode active material layer 2. The positive electrode active material layer 1 has a positive electrode active material 1a, a sulfide solid electrolyte 6 containing halogen produced by the production method of the present invention, a binder 1b, and a conductive additive 1c. The negative electrode active material layer 2 includes a negative electrode active material 2a, a sulfide solid electrolyte 6, and a binder 2b. The solid electrolyte layer 3 includes a sulfide solid electrolyte 6 and a binder 3a. ing. When the sulfide solid electrolyte produced by the production method of the present invention is used in an all-solid battery, the composition other than the sulfide solid electrolyte (positive electrode active material, negative electrode active material, binder, conductive auxiliary agent, positive electrode current collector, and negative electrode The current collector and the like can be in a known form.
1.ハロゲンを含む硫化物固体電解質の製造
1.1.合成工程(実施例、参考例、及び比較例で実施)
出発原料として、硫化リチウム(Li2S、日本化学工業製、純度99.9%)、五硫化二リン(P2S5、Aldrich製、純度99%)及びヨウ化リチウム(LiI、高純度化学製、純度99%)を用いた。次に、Ar雰囲気下(露点−70℃)のグローブボックス内で、Li2S及びP2S5を、75Li2S・25P2S5のモル比(Li3PS4、オルト組成)となるように秤量した。次に、LiIの割合が20mol%となるようにLiIを秤量した。これらの混合物2gを遊星型ボールミルの容器(45cc、ZrO2製)に投入し、脱水ヘプタン(水分量30ppm以下、4g)を投入し、さらにZrO2ボール(φ=5mm、53g)を投入し、容器を完全に密閉した(Ar雰囲気)。この容器を遊星型ボールミル機(フリッチュ製P7)に取り付け、台盤回転数毎分500回転で、1時間処理及び15分間休止のメカニカルミリングを40回に亘って繰り返した。その後、得られた試料を、ホットプレート上でヘプタンを除去するように120℃で2時間に亘って乾燥することにより、硫化物固体電解質(粗粒原料)を得た。得られた硫化物固体電解質の組成は、一般式xLiI・(100−x)(yLi2S・(1−y)P2S5)における、x=20、y=0.75であった。
1. 1. Production of sulfide solid electrolyte containing halogen 1.1. Synthesis process (implemented in Examples, Reference Examples, and Comparative Examples)
As starting materials, lithium sulfide (Li 2 S, manufactured by Nippon Kagaku Kogyo, purity 99.9%), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 , manufactured by Aldrich, purity 99%) and lithium iodide (LiI, high purity chemical) Manufactured, purity 99%). Next, in a glove box under an Ar atmosphere (dew point −70 ° C.), Li 2 S and P 2 S 5 have a molar ratio of 75Li 2 S · 25P 2 S 5 (Li 3 PS 4 , ortho composition). Weighed as follows. Next, LiI was weighed so that the LiI ratio was 20 mol%. 2 g of these mixtures are put into a planetary ball mill container (45 cc, made of ZrO 2 ), dehydrated heptane (moisture content of 30 ppm or less, 4 g) is added, and further ZrO 2 balls (φ = 5 mm, 53 g) are added, The container was completely sealed (Ar atmosphere). This container was attached to a planetary ball mill (P7 made by Fritsch), and mechanical milling for 1 hour and 15 minutes of rest was repeated 40 times at a base plate rotation speed of 500 revolutions per minute. Thereafter, the obtained sample was dried at 120 ° C. for 2 hours so as to remove heptane on a hot plate to obtain a sulfide solid electrolyte (coarse raw material). The composition of the obtained sulfide solid electrolyte was x = 20 and y = 0.75 in the general formula xLiI · (100−x) (yLi 2 S · (1-y) P 2 S 5 ).
1.2.結晶化工程(比較例で実施)
アルミニウム製のシャーレの上に、合成工程で得た粗粒原料を1g配置し、180℃に加熱したホットプレート上で2時間に亘って保持することにより、粗粒原料を結晶化させた。
1.2. Crystallization process (implemented in comparative example)
1 g of the coarse particle material obtained in the synthesis step was placed on an aluminum petri dish, and the coarse particle material was crystallized by holding it on a hot plate heated to 180 ° C. for 2 hours.
1.3.微粒子化工程(実施例、参考例、及び比較例で実施)
合成工程で得た粗粒原料又は微粒子化工程前の結晶化工程で結晶化させた粗粒原料と、脱水ヘプタン(関東化学製)及びジブチルエーテルとの合計重量が10gであり、且つ、当該合計重量に占める粗粒原料の質量の割合が所定の割合(10%、20%、25%、30%、35%、37.5%、又は40%)となるように調整した、粗粒原料、脱水ヘプタン、及びジブチルエーテルと、ZrO2ボール(φ0.3mm、φ0.6mm、又はφ1mm)40gとを、45mlのZrO2ポットに投入し、ポットを完全に密閉した(Ar雰囲気)。このポットを遊星型ボールミル機(フリッチュ製P7)に取り付け、所定の自公転回転数(毎分90回転、毎分150回転、毎分200回転、又は毎分300回転)にて、所定の時間(10時間、15時間、20時間、又は100時間)に亘って湿式メカニカルミリングを行うことにより、粗粒原料を粉砕し、硫化物固体電解質材料を得た。
1.3. Micronization process (implemented in Examples, Reference Examples, and Comparative Examples)
The total weight of the coarse raw material obtained in the synthesis step or the coarse raw material crystallized in the crystallization step before the micronization step, dehydrated heptane (manufactured by Kanto Chemical) and dibutyl ether is 10 g, and the total Coarse grain raw material adjusted so that the ratio of the mass of the coarse grain raw material to the weight is a predetermined ratio (10%, 20%, 25%, 30%, 35%, 37.5%, or 40%), Dehydrated heptane and dibutyl ether and 40 g of ZrO 2 balls (φ0.3 mm, φ0.6 mm, or φ1 mm) were put into a 45 ml ZrO 2 pot, and the pot was completely sealed (Ar atmosphere). This pot is attached to a planetary ball mill (P7 made by Fritsch), and at a predetermined rotation speed (90 revolutions per minute, 150 revolutions per minute, 200 revolutions per minute, or 300 revolutions per minute) for a predetermined time ( By performing wet mechanical milling for 10 hours, 15 hours, 20 hours, or 100 hours), the coarse raw material was pulverized to obtain a sulfide solid electrolyte material.
1.4.結晶化工程(実施例及び参考例で実施)
アルミニウム製のシャーレの上に、微粒子化工程で微粒子状にされた硫化物固体電解質を1g配置し、180℃に加熱したホットプレート上で2時間に亘って保持することにより、微粒子状の硫化物固体電解質を結晶化させた。
実施例1乃至4及び比較例1乃至3の製造条件を表1に、実施例5乃至10及び参考例1乃至3の製造条件を表2に、それぞれ示す。なお、表1及び表2には、微粒子化工程における総粉砕エネルギーも示している。
1.4. Crystallization process (implemented in Examples and Reference Examples)
By placing 1 g of a sulfide solid electrolyte finely divided in a fine particle formation step on an aluminum petri dish and holding it on a hot plate heated to 180 ° C. for 2 hours, the fine particle sulfide The solid electrolyte was crystallized.
The manufacturing conditions of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in Table 1, and the manufacturing conditions of Examples 5 to 10 and Reference Examples 1 to 3 are shown in Table 2, respectively. Tables 1 and 2 also show the total grinding energy in the micronization step.
2.粒度分布測定
結晶化させた微粒子状の硫化物固体電解質を少量サンプリングし、レーザー散乱・回折式粒度分布測定機(日機装製マイクロトラックMT 3300EXII)で粒度分布測定を行い、平均粒径(D50)を決定した。結果を表3及び表4に示す。
2. Particle size distribution measurement A small amount of the crystallized particulate sulfide solid electrolyte is sampled, and particle size distribution measurement is performed with a laser scattering / diffraction particle size distribution analyzer (Nikkiso Microtrac MT 3300EXII), and the average particle diameter (D 50 ). It was determined. The results are shown in Tables 3 and 4.
3.X線回折測定
少量サンプリングした、結晶化させた微粒子状の硫化物固体電解質(実施例1乃至12、比較例1乃至3、及び参考例1乃至3)を、非暴露治具の中に配置し、Arガス不活性雰囲気で2θ=10°〜60°の範囲で、粉末XRD測定を行った。粉末XRD測定にはX線回折測定機(Rigaku製smart−lab)を用い、ハロゲンが分離して形成される結晶の有無を調査した。結果を表3及び表4に示す。また、結晶化させた微粒子状の硫化物固体電解質(実施例7乃至11及び参考例1乃至3)に対する粉末XRD測定の結果を図3に示す。
3. X-ray diffraction measurement A small amount of crystallized fine particulate sulfide solid electrolyte (Examples 1 to 12, Comparative Examples 1 to 3, and Reference Examples 1 to 3) was placed in an unexposed jig. The powder XRD measurement was performed in the range of 2θ = 10 ° to 60 ° in an inert atmosphere of Ar gas. For powder XRD measurement, an X-ray diffractometer (smart-lab manufactured by Rigaku) was used to investigate the presence or absence of crystals formed by separating halogen. The results are shown in Tables 3 and 4. Moreover, the result of the powder XRD measurement with respect to the crystallized particulate sulfide solid electrolyte (Examples 7 to 11 and Reference Examples 1 to 3) is shown in FIG.
4.リチウムイオン伝導度測定
実施例1乃至12、比較例1乃至3、及び、参考例1乃至3で得られた硫化物固体電解質のリチウムイオン伝導度を測定した。具体的には、結晶化工程後に回収した硫化物固体電解質を用いて1cm2、厚さ0.5mmのペレットを作製し、4.3tonで成型した後、成型後のペレットに対して、交流インピーダンス法によりリチウムイオン伝導度(常温)を測定した。なお、測定にはソーラトロン1260を用い、測定条件は、印加電圧5mV、測定周波数域0.01MHz〜1MHzとし、100kHzの抵抗値を読み、厚さで補正し、リチウムイオン伝導度へ換算した。結果を表3及び表4並びに図4及び図5に示す。
4). Lithium ion conductivity measurement The lithium ion conductivity of the sulfide solid electrolytes obtained in Examples 1 to 12, Comparative Examples 1 to 3 and Reference Examples 1 to 3 was measured. Specifically, a 1 cm 2 , 0.5 mm thick pellet was prepared using the sulfide solid electrolyte recovered after the crystallization step, molded at 4.3 ton, and then AC impedance was applied to the molded pellet. The lithium ion conductivity (at room temperature) was measured by the method. In addition, the solartron 1260 was used for the measurement, the measurement conditions were an applied voltage of 5 mV, a measurement frequency range of 0.01 MHz to 1 MHz, a resistance value of 100 kHz was read, corrected by thickness, and converted into lithium ion conductivity. The results are shown in Tables 3 and 4 and FIGS.
5.結果
表3及び図4に示したように、微粒子化工程後に結晶化工程を行う本発明の製造方法で製造した、ハロゲンを含む硫化物固体電解質(実施例1乃至4)は、結晶化工程を行ってから微粒子化工程を行うことにより製造した、ハロゲンを含む硫化物固体電解質(比較例1乃至3)よりも、リチウムイオン伝導度が高く、優れたリチウムイオン伝導性能を有していた。この結果から、本発明の製造方法によれば、イオン伝導性能を向上させた、ハロゲンを含む微粒子状の硫化物固体電解質を製造可能であることが確認された。なお、平均粒径を表3に示したように、実施例1乃至4及び比較例1乃至3は、何れも微粒子状であった。
5. Results As shown in Table 3 and FIG. 4, the sulfide solid electrolyte containing halogen (Examples 1 to 4) manufactured by the manufacturing method of the present invention in which the crystallization process is performed after the micronization process is performed in the crystallization process. The lithium ion conductivity was higher than that of the halogen-containing sulfide solid electrolyte (Comparative Examples 1 to 3) produced by performing the micronization step after the step, and had excellent lithium ion conductivity. From this result, it was confirmed that according to the production method of the present invention, a fine particle sulfide solid electrolyte containing halogen having improved ion conduction performance can be produced. As shown in Table 3, the average particle diameters of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were all fine particles.
また、表4、図3及び図4に示したように、粗粒原料の単位重量当たりの総粉砕エネルギーが400kJ・sec/g以上2000kJ・sec/g以下である微粒子化工程における、粗粒原料の質量の割合Xが0.1≦X≦0.35であった実施例5乃至10は、X>0.35であった参考例1乃至3よりもリチウムイオン伝導度が高かった。また、実施例5乃至10ではハロゲンが分離して形成される結晶が確認されなかったが、参考例1乃至3ではこの結晶が確認された。この結果から、結晶化工程の前に行われる微粒子化工程において、粗粒原料の質量の割合Xを0.1≦X≦0.35とすることにより、また、結晶化工程の前に行われる微粒子化工程が、粗粒原料の単位重量当たりの総粉砕エネルギーが400kJ・sec/g以上2000kJ・sec/g以下である湿式のメディア型粉砕処理であることにより、リチウムイオン伝導度を向上させた、ハロゲンを含む硫化物固体電解質を製造しやすくなることが確認された。 In addition, as shown in Table 4, FIG. 3 and FIG. 4, the coarse raw material in the fine particle process in which the total pulverization energy per unit weight of the coarse raw material is 400 kJ · sec / g or more and 2000 kJ · sec / g or less. In Examples 5 to 10 in which the mass ratio X of 0.1 ≦ X ≦ 0.35 was higher than that of Reference Examples 1 to 3 in which X> 0.35, the lithium ion conductivity was higher. In Examples 5 to 10, crystals formed by separating halogen were not confirmed, but in Reference Examples 1 to 3, this crystal was confirmed. From this result, in the microparticulation process performed before the crystallization process, the mass ratio X of the coarse raw material is set to 0.1 ≦ X ≦ 0.35, and is performed before the crystallization process. The micronization step is a wet media type pulverization treatment in which the total pulverization energy per unit weight of the coarse raw material is 400 kJ · sec / g or more and 2000 kJ · sec / g or less, thereby improving lithium ion conductivity. It was confirmed that it was easy to produce a sulfide solid electrolyte containing halogen.
1…正極活物質層
1a…正極活物質
1b、2b、3a…バインダー
1c…導電助剤
2…負極活物質層
2a…負極活物質
3…固体電解質層
4…正極集電体
5…負極集電体
6…硫化物固体電解質
10…全固体電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode active material layer 1a ... Positive electrode active material 1b, 2b, 3a ... Binder 1c ... Conductive support agent 2 ... Negative electrode active material layer 2a ... Negative electrode active material 3 ... Solid electrolyte layer 4 ... Positive electrode collector 5 ... Negative electrode current collector Body 6 ... sulfide solid electrolyte 10 ... all solid state battery
Claims (3)
合成された前記粗粒原料を、レーザー回折・散乱法に基づく粒子径分布測定装置によって測定した体積基準の粒子径分布において、微粒子側からの累積50体積%に相当するメジアン径D50が5μm以下になるまで微粒子化する微粒子化工程と、
微粒子化された前記硫化物固体電解質を結晶化する結晶化工程と、を有する、硫化物固体電解質の製造方法。
A synthesis step of synthesizing a coarse raw material of a sulfide solid electrolyte containing halogen;
In the volume-based particle size distribution of the synthesized coarse raw material measured by a particle size distribution measuring apparatus based on the laser diffraction / scattering method, the median diameter D 50 corresponding to 50% by volume cumulative from the fine particle side is 5 μm or less. A micronization process to micronize until
And a crystallization step of crystallizing the finely divided sulfide solid electrolyte. A method for producing a sulfide solid electrolyte.
前記湿式のメディア型粉砕処理に用いる溶媒、添加剤、及び、前記粗粒原料の合計質量に占める前記粗粒原料の質量の割合Xが、0.1≦X≦0.35である、請求項1に記載の硫化物固体電解質の製造方法。 The micronization step is a step of micronizing by a wet media type pulverization process,
The ratio X of the mass of the coarse raw material in the total mass of the solvent, the additive, and the coarse raw material used in the wet media-type grinding treatment is 0.1 ≦ X ≦ 0.35. 2. A method for producing a sulfide solid electrolyte according to 1.
下記式(1)で定義される、前記粗粒原料の単位重量当たりの総粉砕エネルギーEが、400kJ・sec/g以上2000kJ・sec/g以下の範囲内で、微粒子化する工程である、請求項2に記載の硫化物固体電解質の製造方法。
E=1/2nmv2/s・t 式(1)
(nはメディアの数(個)、mはメディア1個当たりの重量(kg)、vはメディアの速度(m/s)、sは粗粒原料の量(g)、tは処理時間(秒)である) The micronization step is a step in which a planetary ball mill is used, and
The total pulverization energy E per unit weight of the coarse-grained raw material defined by the following formula (1) is a step of forming fine particles within a range of 400 kJ · sec / g to 2000 kJ · sec / g. Item 3. A method for producing a sulfide solid electrolyte according to Item 2.
E = 1/2 nmv 2 / s · t Formula (1)
(N is the number of media (pieces), m is the weight (kg) per media, v is the speed of the media (m / s), s is the amount of coarse raw material (g), and t is the processing time (seconds) )
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