JP7071899B2 - Method for manufacturing solid electrolyte - Google Patents
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Description
本発明は、固体電解質の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a solid electrolyte.
近年の移動通信、情報電子機器の発達に伴い、高容量かつ軽量なリチウムイオン電池の需要が増加する傾向にある。室温で高いリチウムイオン伝導性を示す電解質のほとんどが液体であり、市販されているリチウムイオン電池の多くが有機系電解液を用いている。有機系電解液を用いたリチウムイオン電池では、漏洩、発火及び爆発の危険性があるため、より安全性の高い電池が望まれている。上記要望に対し、硫化物固体電解質等の固体電解質を用いた全固体電池が開発されている。 With the development of mobile communication and information electronic devices in recent years, the demand for high-capacity and lightweight lithium-ion batteries tends to increase. Most of the electrolytes showing high lithium ion conductivity at room temperature are liquids, and most of the commercially available lithium ion batteries use organic electrolytes. Lithium-ion batteries using an organic electrolytic solution have a risk of leakage, ignition and explosion, so a battery with higher safety is desired. In response to the above demand, an all-solid-state battery using a solid electrolyte such as a sulfide solid electrolyte has been developed.
固体電解質を製造する方法として、ボールミル、振動ミル等を用いて、原料を粉砕しながら反応させる方法が知られている。また、最近では固体電解質を極性溶媒中で合成する方法が開発されている。さらに、結晶制御及び粒径制御のような、モルフォロジーの制御による新たな固体電解質の開発が活発に行われている。 As a method for producing a solid electrolyte, a method of reacting while pulverizing a raw material by using a ball mill, a vibration mill or the like is known. Recently, a method for synthesizing a solid electrolyte in a polar solvent has been developed. Furthermore, new solid electrolytes are being actively developed by controlling morphology, such as crystal control and particle size control.
例えば、非特許文献1では、テトラヒドロフラン(THF)溶媒中でLi2SとP2S5とを反応させた後に、反応液からTHFを加熱し蒸発させて反応物を乾固することにより、β晶Li3PS4を合成できることが記載されている。
非特許文献2では、出発原料であるLi2S、LiBr及びLi3PS4をエタノールに溶解させ、溶液中で反応させた後、溶媒を留去することでLi6PS5Brの結晶が合成できることが記載されている。
特許文献1及び2は、原料を熱処理することにより特定の結晶構造を含む固体電解質が合成できることを開示している。
また、特許文献3は粒子の製造方法を開示しており、特許文献4はビーズミルを用いた微粒子状の固体電解質の合成について開示している。
For example, in
In Non-Patent Document 2 , the starting materials Li 2S, LiBr and Li 3 PS 4 are dissolved in ethanol, reacted in a solution, and then the solvent is distilled off to synthesize crystals of Li 6 PS 5 Br. It states that it can be done.
Further, Patent Document 3 discloses a method for producing particles, and
特許文献1及び2並びに非特許文献1及び2では、いずれの方法においても、溶液反応やメカニカルミリング反応等により固体電解質又はその前駆体を合成した後に、得られた生成物から溶媒を除去したり、前駆体を熱処理することにより固体電解質を合成している。即ち、少なくとも反応工程と、溶媒除去工程や熱処理工程との、2つの工程が必要である。
特許文献4において、微粒子状の固体電解質を合成する際に、Li2S、P2S5等の原料を用いて固体電解質とした後に、得られた固体電解質を微粒化することにより微粒子状の固体電解質を得ている。本方法でも、少なくとも合成工程と微粒化工程の2つの工程が必要である。
In
In
一般的に、結晶構造を含む固体電解質微粒子の合成には、少なくとも、合成工程、結晶化工程及び微粒化工程の3工程が必要であり、製造工程が煩雑であった。従って、製造工程を簡略化することによる生産性の向上が要求されている。
本発明の目的の1つは、結晶構造を含む固体電解質微粒子を効率よく製造できる方法を提供することである。
In general, the synthesis of solid electrolyte fine particles including a crystal structure requires at least three steps of a synthesis step, a crystallization step, and an atomization step, and the production step is complicated. Therefore, it is required to improve productivity by simplifying the manufacturing process.
One of the objects of the present invention is to provide a method capable of efficiently producing solid electrolyte fine particles containing a crystal structure.
本発明の一実施形態によれば、アルジロダイト型結晶構造を含む固体電解質(以下、アルジロダイト型固体電解質ということがある。)の製造方法であって、リチウム、リン、硫黄及び塩素を含む固体電解質原料と、溶媒と、を含む、固体電解質原料含有液を、溶媒の沸点よりも高温であって、液体又は気体である媒体に供給し、溶媒を蒸発させるとともに、固体電解質原料を反応させてアルジロダイト型結晶構造を析出させることを含む、固体電解質の製造方法が提供される。 According to one embodiment of the present invention, it is a method for producing a solid electrolyte containing an argyrodite type crystal structure (hereinafter, may be referred to as an argyrodite type solid electrolyte), and is a solid electrolyte raw material containing lithium, phosphorus, sulfur and chlorine. The solid electrolyte raw material-containing liquid containing the above and the solvent is supplied to a medium which is a liquid or gas at a temperature higher than the boiling point of the solvent to evaporate the solvent and react with the solid electrolyte raw material to form an argylodite type. A method for producing a solid electrolyte, which comprises precipitating a crystal structure, is provided.
本発明によれば、結晶構造を含む固体電解質微粒子を効率よく製造できる。 According to the present invention, solid electrolyte fine particles containing a crystal structure can be efficiently produced.
本発明の一実施形態に係る固体電解質の製造方法は、リチウム、リン、硫黄及び塩素を含む固体電解質原料と、溶媒と、を含む、固体電解質原料含有液を、溶媒の沸点よりも高温であって、液体又は気体である媒体に供給することによって溶媒を蒸発させるとともに、固体電解質原料を反応させてアルジロダイト型結晶構造を析出(形成)させる工程を有する。固体電解質原料含有液を高温の媒体に供給することにより、アルジロダイト型固体電解質の合成と微粒化を1つの工程で実施できるため、本実施形態は従来の製法に比べて生産性が高い。固体電解質原料含有液は、固体電解質原料が溶媒に溶解した溶液であってもよく、また、固体電解質原料の一部又は全部が溶解せずに分散、混合した混合液であってもよい。含有液の媒体への供給は、媒体が液体のときは、注入、滴下等により行うことができ、媒体が気体のときは、噴霧等により行うことができる。 In the method for producing a solid electrolyte according to an embodiment of the present invention, a liquid containing a solid electrolyte raw material containing a solid electrolyte raw material containing lithium, phosphorus, sulfur and chlorine and a solvent is heated to a temperature higher than the boiling point of the solvent. The solvent is evaporated by supplying the medium to a medium which is a liquid or a gas, and the solid electrolyte raw material is reacted to precipitate (form) an algyrodite type crystal structure. By supplying the solid electrolyte raw material-containing liquid to a high-temperature medium, the synthesis and atomization of the argilodite-type solid electrolyte can be carried out in one step, so that this embodiment has higher productivity than the conventional manufacturing method. The solid electrolyte raw material-containing liquid may be a solution in which the solid electrolyte raw material is dissolved in a solvent, or may be a mixed liquid in which a part or all of the solid electrolyte raw material is dispersed and mixed without being dissolved. When the medium is a liquid, the contained liquid can be supplied to the medium by injection, dropping or the like, and when the medium is a gas, it can be supplied by spraying or the like.
固体電解質原料としては、目的物である固体電解質が含む元素、例えば、リチウム、リン、硫黄及び塩素と、任意の元素を、構成元素として含む化合物及びは単体が使用できる。化合物及び単体から選択される2種以上の物質を組み合わせて得られる混合物や、本混合物から得られる反応物を使用できる。 As the solid electrolyte raw material, an element containing the target solid electrolyte, for example, lithium, phosphorus, sulfur and chlorine, and a compound containing any element as a constituent element or a simple substance can be used. A mixture obtained by combining two or more substances selected from a compound and a simple substance, or a reaction product obtained from this mixture can be used.
リチウムを含む化合物としては、例えば、硫化リチウム(Li2S)、酸化リチウム(Li2O)、炭酸リチウム(Li2CO3)、水硫化リチウム(LiSH)、リチウムトリチオカルボナート(Li2CS3)、多硫化リチウム(Li2Sx:xは2~100)が挙げられる。中でも、硫化リチウムが好ましい。
硫化リチウムは、特に制限なく使用できるが、高純度のものが好ましい。
Examples of the lithium-containing compound include lithium sulfide (Li 2 S), lithium oxide (Li 2 O), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), lithium hydrohydrate (Li SH), and lithium trithiocarbonate (Li 2 CS). 3 ), lithium polysulfide (Li 2 S x : x is 2 to 100) can be mentioned. Of these, lithium sulfide is preferable.
Lithium sulfide can be used without particular limitation, but high-purity lithium sulfide is preferable.
リン又は硫黄を含む化合物としては、例えば、三硫化二リン(P2S3)、五硫化二リン(P2S5)等の硫化リン、リン酸ナトリウム(Na3PO4)、PSX3(XはF、Cl、Br及びIから選択される元素である。)等が挙げられる。これらの中でも、硫化リンが好ましく、P2S5がより好ましい。 Examples of the phosphorus-containing compound include phosphorus sulfide such as diphosphorus trisulfide (P 2 S 3 ) and diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ), sodium phosphate (Na 3 PO 4 ), and PSX 3 (. X is an element selected from F, Cl, Br and I) and the like. Among these, phosphorus sulfide is preferable, and P2 S 5 is more preferable.
塩素を含む化合物としては、例えば、一般式(Ml-Xm)で表される化合物が挙げられる。 Examples of the compound containing chlorine include compounds represented by the general formula (M l − X m ).
式中、Mは、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、リン(P)、硫黄(S)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、セレン(Se)、スズ(Sn)、アンチモン(Sb)、テルル(Te)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、又はこれらの元素に酸素元素、硫黄元素が結合したものを示し、Li又はPが好ましく、Liがより好ましい。
Xは、F、Cl、Br及びIから選択されるハロゲン元素であって、Xの少なくとも1つはClである。
また、lは1又は2の整数であり、mは1~10の整数である。mが2~10の整数の場合、即ち、Xが複数存在する場合は、Xは同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、後述するSiBrCl3は、mが4であって、XはBrとClという異なる元素からなるものである。
In the formula, M is sodium (Na), lithium (Li), boron (B), aluminum (Al), silicon (Si), phosphorus (P), sulfur (S), germanium (Ge), arsenic (As). , Serene (Se), tin (Sn), antimony (Sb), tellurium (Te), lead (Pb), bismuth (Bi), or these elements combined with an oxygen element or a sulfur element, Li or P is preferable, and Li is more preferable.
X is a halogen element selected from F, Cl, Br and I, and at least one of X is Cl.
Further, l is an integer of 1 or 2, and m is an integer of 1 to 10. When m is an integer of 2 to 10, that is, when there are a plurality of Xs, Xs may be the same or different. For example, SiBrCl 3 , which will be described later, has m of 4, and X is composed of different elements, Br and Cl.
上記式で表される化合物としては、具体的には、NaCl、LiClBCl3、AlCl3、SiCl4、SiCl3、Si2Cl6、SiBrCl3、SiBr2Cl2、PCl3、PCl5、POCl3、P2Cl4、SCl2、S2Cl2、GeCl4、GeCl2、AsCl3、SeCl2、SeCl4、SnCl4、SnCl2、SbCl3、SbCl5、TeCl2、TeCl4、PbCl4、PbCl2、BiCl3等が挙げられる。 Specific examples of the compound represented by the above formula include NaCl, LiClBCl 3 , AlCl 3 , NaCl 4 , SiCl 3 , Si 2 Cl 6 , SiBrCl 3 , SiBr 2 Cl 2 , PCl 3 , PCl 5 , and POCl 3 . , P 2 Cl 4 , SCl 2 , S 2 Cl 2 , GeCl 4 , GeCl 2 , AsCl 3 , SeCl 2 , SeCl 4 , SnCl 4 , SnCl 2 , SbCl 3 , SbCl 5 , TeCl 2 , TeCl 4 , P. Examples thereof include PbCl 2 and BiCl 3 .
中でも、LiCl好ましい。
塩素を含む化合物は、上記の化合物の中から一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
Above all, LiCl is preferable.
As the compound containing chlorine, one of the above compounds may be used alone, or two or more of them may be used in combination.
本発明の一実施形態では、固体電解質原料はClと他のハロゲンを含むことが好ましい。この場合、上述した塩素を含む化合物とともに、他のハロゲンを含む化合物を使用してもよい。具体的には、NaI、NaF、NaBr等のハロゲン化ナトリウム;LiF、LiBr、LiI等のハロゲン化リチウム;BBr3、BI3等のハロゲン化ホウ素;AlF3、AlBr3、AlI3等のハロゲン化アルミニウム;SiF4、SiBr4、SiI4等のハロゲン化ケイ素;PF3、PF5、PBr3、POBr3、PI3、P2I4等のハロゲン化リン;SF2、SF4、SF6、S2F10、S2Br2等のハロゲン化硫黄;GeF4、GeBr4、GeI4、GeF2、GeBr2、GeI2等のハロゲン化ゲルマニウム;AsF3、AsBr3、AsI3、AsF5等のハロゲン化ヒ素;SeF4、SeF6、Se2Br2、SeBr4等のハロゲン化セレン;SnF4、SnBr4、SnI4、SnF2、SnBr2、SnI2等のハロゲン化スズ;SbF3、SbBr3、SbI3、SbF5等のハロゲン化アンチモン;TeF4、Te2F10、TeF6、TeBr2、TeBr4、TeI4等のハロゲン化テルル;PbF4、PbF2、PbBr2、PbI2等のハロゲン化鉛;BiF3、BiBr3、BiI3等のハロゲン化ビスマス等が挙げられる。 In one embodiment of the invention, the solid electrolyte raw material preferably contains Cl and other halogens. In this case, other halogen-containing compounds may be used in addition to the chlorine-containing compounds described above. Specifically, sodium halides such as NaI, NaF, NaBr; lithium halides such as LiF, LiBr, LiI; boron halides such as BBr 3 , BI 3 ; halogenation of AlF 3 , AlBr 3 , AlI 3 , etc. Aluminum; Halogenated silicon such as SiF 4 , SiBr 4 , SiI 4 ; Halogenated phosphorus such as PF 3 , PF 5 , PBr 3 , POBr 3 , PI 3 , P2 I 4 ; SF 2 , SF 4 , SF 6 , Halogenated sulfur such as S 2 F 10 , S 2 Br 2 ; Halogenated germanium such as GeF 4 , GeBr 4 , GeI 4 , GeF 2 , GeBr 2 , GeI 2 ; AsF 3 , AsBr 3 , AsI 3 , AsF 5 , etc. Halogenated arsenic; Halogenated selenium such as SeF 4 , SeF 6 , Se 2 Br 2 , SeBr 4 , etc .; Halogenated tin such as SnF 4 , SnBr 4 , SnI 4 , SnF 2 , SnBr 2 , SnI 2 , etc. Halogenated antimonies such as SbBr 3 , SbI 3 , SbF 5 ; Halogenated telluriums such as TeF 4 , Te 2 F 10 , TeF 6 , TeBr 2 , TeBr 4 , TeI 4 ; PbF 4 , PbF 2 , PbBr 2 Halogenated lead, etc .; examples thereof include halogenated bismuth, such as BiF 3, BiBr 3 , and BiI 3 .
中でも、ハロゲン化リチウム又はハロゲン化リンが好ましく、LiBr、LiI又はPBr3がより好ましく、LiBr又はLiIがさらに好ましく、LiBrが最も好ましい。
ハロゲン化合物は、上記の化合物の中から一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
Among them, lithium halide or phosphorus halide is preferable, LiBr, LiI or PBr 3 is more preferable, LiBr or LiI is further preferable, and LiBr is most preferable.
As the halogen compound, one of the above compounds may be used alone, or two or more of them may be used in combination.
原料に使用できる単体としては、リチウム金属単体、赤リン等の単体リン又は硫黄単体が挙げられる。なお、溶解助剤として硫黄単体を原料として使用することが有効な場合がある。 Elemental substances that can be used as a raw material include elemental phosphorus such as lithium metal and elemental phosphorus such as red phosphorus, or elemental sulfur. It may be effective to use elemental sulfur as a raw material as a dissolution aid.
上述した化合物及び単体は、工業的に製造され、販売されているものであれば、特に限定なく使用することができる。化合物及び単体は、高純度であることが好ましい。 The above-mentioned compounds and simple substances can be used without particular limitation as long as they are industrially manufactured and sold. The compounds and simple substances are preferably of high purity.
上記化合物等を混合して、固体電解質原料の元素組成を調整する。上記化合物及び単体から選択される2種以上の物質を組み合わせて固体電解質原料としてもよく、また、予め、Li3PS4、Li2P2S6、Li7P3S11等のように、上記物質を反応させて得られる化合物を固体電解質原料としてもよい。
本発明の一実施形態では、溶媒中で硫化リチウムと硫化リンとを反応させて固体電解質原料含有液を得ることが好ましい。
The elemental composition of the solid electrolyte raw material is adjusted by mixing the above compounds and the like. A combination of the above compounds and two or more substances selected from simple substances may be used as a raw material for a solid electrolyte, and in advance, such as Li 3 PS 4 , Li 2 P 2 S 6 , Li 7 P 3 S 11 , etc. A compound obtained by reacting the above substances may be used as a raw material for a solid electrolyte.
In one embodiment of the present invention, it is preferable to react lithium sulfide with phosphorus sulfide in a solvent to obtain a solid electrolyte raw material-containing liquid.
本発明の一実施形態では、固体電解質原料は、リチウム化合物、リン化合物及び塩素を含む化合物を含む混合物であり、該リチウム化合物、及びリン化合物の少なくとも一方が硫黄元素を含むことが好ましく、また、Li2Sと硫化リンとLiClとの組合せであることがより好ましく、Li2SとP2S5とLiClとの組合せであることがさらに好ましい。また、Li2SとP2S5とLiClとLiBrとの組合せも好ましい。
なお、原料の溶解性を向上させるために、Li2Sの代わりにLiSH、Li2CS3、Li2Sx等を使用してもよい。
本発明の一実施形態では、固体電解質原料は、硫化リン、単体リン、塩化リン、PSX3(XはF、Cl、Br及びIから選択されるハロゲン元素であって、Xの少なくとも1つはClである。)、Li3PS4、Li2P2S6及びLi7P3S11から選択される1種以上を含むことが好ましい。また、固体電解質原料は硫化リチウムを含むことが好ましい。
また、固体電解質原料に含まれる化合物又は単体のうち、少なくとも1種が溶媒に可溶であることが好ましい。なお、可溶であるとは、化合物又は単体の一部又は全部が液体に溶解することを意味する。
In one embodiment of the present invention, the solid electrolyte raw material is a mixture containing a lithium compound, a phosphorus compound and a compound containing chlorine, and it is preferable that at least one of the lithium compound and the phosphorus compound contains a sulfur element. A combination of Li 2S, phosphorus sulfide and LiCl is more preferable, and a combination of Li 2S, P2S 5 and LiCl is even more preferable. Further, a combination of Li 2 S, P 2 S 5 , Li Cl, and Li Br is also preferable.
In addition, in order to improve the solubility of the raw material, LiSH, Li 2 CS 3 , Li 2 S x or the like may be used instead of Li 2 S.
In one embodiment of the present invention, the solid electrolyte raw material is phosphorus sulfide, elemental phosphorus, phosphorus chloride, PSX 3 (X is a halogen element selected from F, Cl, Br and I, and at least one of X is. Cl.), Li 3 PS 4 , Li 2 P 2 S 6 and Li 7 P 3 S 11 are preferably contained. Further, the solid electrolyte raw material preferably contains lithium sulfide.
Further, it is preferable that at least one of the compounds or simple substances contained in the solid electrolyte raw material is soluble in the solvent. In addition, soluble means that a part or all of a compound or a simple substance is dissolved in a liquid.
アルジロダイト型固体電解質の原料として、Li2S、P2S5及びLiClを使用する場合には、化合物のモル比を、Li2S:P2S5:LiCl=30~60:10~25:15~50とすることができる。好ましくは、Li2S:P2S5:LiCl=45~55:10~15:30~50であり、より好ましくは、Li2S:P2S5:LiCl=45~50:11~14:35~45であり、さらに好ましくは、Li2S:P2S5:LiCl=46~49:11~13:38~42である。
なお、LiClの一部に他のハロゲン化リチウムを使用した場合、上記のモル比はLiClと他のハロゲン化リチウムの合計となる。
When Li 2 S, P 2 S 5 and Li Cl are used as raw materials for the argylodite type solid electrolyte, the molar ratio of the compound is set to Li 2 S: P 2 S 5 : LiCl = 30-60: 10-25 :. It can be 15 to 50. Li 2 S: P 2 S 5 : LiCl = 45 to 55:10 to 15:30 to 50, and more preferably Li 2 S: P 2 S 5 : LiCl = 45 to 50: 11 to 14. : 35 to 45, more preferably Li 2 S: P 2 S 5 : LiCl = 46 to 49: 11 to 13: 38 to 42.
When other lithium halides are used as a part of LiCl, the above molar ratio is the sum of LiCl and other lithium halides.
固体電解質原料を溶解又は分散し、含有液とする溶媒としては、極性溶媒が挙げられる。具体的には、ニトリル化合物、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類,テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ジエチルエーテル等のエーテル類,ジメチルカーボネート等のカーボネート類,酢酸エチル等のエステル類,エタノール、ブタノール等のアルコール類,ピリジン、アニリン、ヒドラジン、トリエチルアミン、ジエチルアミン、モノエチルアミン、アンモニア等のアミン類,N-メチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)のアミド類等が挙げられる。好ましくは、エーテル類又はアミン類であり、アミン類が最も好ましい。中でもピリジンが好ましい。また、エーテル類を使用する場合、含有液に硫化水素を吹き込む工程を設けることが好ましい。硫化水素で処理することにより、得られる固体電解質中でのリン酸リチウムの生成を抑制できる。その結果、固体電解質のイオン伝導度が高くなる。 Examples of the solvent in which the solid electrolyte raw material is dissolved or dispersed and used as the contained liquid include polar solvents. Specifically, ketones such as nitrile compounds, acetone and methyl ethyl ketone, ethers such as tetrahydrofuran, dimethoxyethane and diethyl ether, carbonates such as dimethyl carbonate, esters such as ethyl acetate, alcohols such as ethanol and butanol, Examples thereof include amines such as pyridine, aniline, hydrazine, triethylamine, diethylamine, monoethylamine and ammonia, and amides of N-methylformamide and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). Ethers or amines are preferable, and amines are most preferable. Of these, pyridine is preferable. When ethers are used, it is preferable to provide a step of blowing hydrogen sulfide into the contained liquid. By treating with hydrogen sulfide, the production of lithium phosphate in the obtained solid electrolyte can be suppressed. As a result, the ionic conductivity of the solid electrolyte is increased.
固体電解質原料含有液が供給される媒体としては、上述した溶媒の沸点より高い温度でも安定な液体又は気体が挙げられる。
液体としては、目的物であるアルジロダイト型結晶構造が不溶であり、且つ、沸点の高いものが好適に使用できる。なお、結晶構造が不溶であるとは、結晶構造の一部又は全部が液体に溶解せず、固体として析出することを意味する。具体的には、沸点の高い炭化水素等が使用できる。例えば、トリデカン、テトラデカン等の飽和炭化水素,ジアリールエーテル、アルキルアリール、ハロゲン化アリール等の芳香族炭化水素が挙げられる。
液体の沸点は、媒体に注入された溶媒が揮発除去されやすく、且つ、溶媒及び媒体の分解を抑制できることから、150℃以上500℃以下が好ましく、180℃以上400℃以下がより好ましい。
Examples of the medium to which the solid electrolyte raw material-containing liquid is supplied include a liquid or gas that is stable even at a temperature higher than the boiling point of the above-mentioned solvent.
As the liquid, a liquid having an insoluble algyrodite-type crystal structure and a high boiling point, which is the target product, can be preferably used. The fact that the crystal structure is insoluble means that part or all of the crystal structure is not dissolved in the liquid and precipitates as a solid. Specifically, hydrocarbons having a high boiling point can be used. Examples thereof include saturated hydrocarbons such as tridecane and tetradecane, and aromatic hydrocarbons such as diaryl ethers, alkylaryls and aryl halides.
The boiling point of the liquid is preferably 150 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, and more preferably 180 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, because the solvent injected into the medium can be easily volatilized and removed and the decomposition of the solvent and the medium can be suppressed.
気体としては、不活性ガスを用いることができる。不活性ガスとしては、窒素、アルゴン等が挙げられる。場合により、硫化水素を使用することができる。硫化水素は単独で使用してもよく、また、硫化水素と不活性ガスを混合して使用してもよい。硫化水素を使用することにより、酸素成分等の不純物の混入を低減できる場合がある。気体の温度としては、150℃以上700℃以下が好ましい。 As the gas, an inert gas can be used. Examples of the inert gas include nitrogen and argon. In some cases, hydrogen sulfide can be used. Hydrogen sulfide may be used alone, or hydrogen sulfide and an inert gas may be mixed and used. By using hydrogen sulfide, it may be possible to reduce the mixing of impurities such as oxygen components. The temperature of the gas is preferably 150 ° C. or higher and 700 ° C. or lower.
媒体に液体を使用する場合、液体は容器内に充填され、撹拌された状態で使用することが好ましい。
媒体に気体を使用する場合、噴霧乾燥、スラリー乾燥機等のように、気体を流通させた状態とすることが好ましい。
When a liquid is used as a medium, it is preferable that the liquid is filled in a container and used in a stirred state.
When a gas is used as a medium, it is preferable that the gas is circulated as in a spray dryer, a slurry dryer, or the like.
本実施形態では、上記固体電解質原料含有液を高温の媒体中に供給する。高温の媒体に接触することにより、固体電解質原料含有液は急速に加熱される。その結果、溶媒は気化し、微粒子状の固体成分が析出する。固体成分は、原料が反応して生じたアルジロダイト型固体電解質又はその前駆体である。その後、固体成分は高温の媒体中での加熱により、結晶化する。これにより、アルジロダイト型固体電解質微粒子が得られる。 In the present embodiment, the solid electrolyte raw material-containing liquid is supplied into a high-temperature medium. Upon contact with a hot medium, the solid electrolyte raw material-containing liquid is rapidly heated. As a result, the solvent is vaporized and fine particle solid components are deposited. The solid component is an argylodite-type solid electrolyte produced by the reaction of raw materials or a precursor thereof. The solid component is then crystallized by heating in a hot medium. As a result, argilodite type solid electrolyte fine particles can be obtained.
含有液の媒体への供給は、媒体が液体のときは、注入、滴下等により行うことができ、媒体が気体のときは、噴霧等により行うことができる。
固体電解質の微粒化及び均質化のため、固体電解質原料含有液の供給量は少量ずつ一定量とすることが好ましい。供給量は、使用する媒体や温度等により適宜調整する必要がある。固体電解質原料含有液の供給には、例えば、チューブポンプ、マイクロスプレーを使用できる。
When the medium is a liquid, the contained liquid can be supplied to the medium by injection, dropping or the like, and when the medium is a gas, it can be supplied by spraying or the like.
In order to atomize and homogenize the solid electrolyte, it is preferable that the supply amount of the solid electrolyte raw material-containing liquid is a constant amount little by little. The supply amount needs to be appropriately adjusted depending on the medium used, the temperature, and the like. For example, a tube pump or a microspray can be used to supply the solid electrolyte raw material-containing liquid.
媒体から固体成分を回収することにより、固体電解質微粒子が得られる。本実施形態では、媒体から回収された時点で、熱処理(結晶化処理)及び微粒化処理がなされている。さらに、本操作に加えて追加の熱処理を行ってもよい。この熱処理によって、揮発分の低減、結晶化度の向上、又は、イオン伝導度の向上を図ることができる場合がある。 By recovering the solid component from the medium, solid electrolyte fine particles can be obtained. In the present embodiment, heat treatment (crystallization treatment) and atomization treatment are performed at the time of recovery from the medium. Further, additional heat treatment may be performed in addition to this operation. By this heat treatment, it may be possible to reduce the volatile content, improve the crystallinity, or improve the ionic conductivity.
回収された固体電解質がアルジロダイト型結晶構造を含んでいることは、CuKα線を使用した粉末X線回折測定にて、2θ=25.2±0.5deg及び29.7±0.5degに回折ピークを有することで確認できる。2θ=25.2±0.5deg及び29.7±0.5degの回折ピークは、アルジロダイト型結晶構造に由来するピークである。アルジロダイト型結晶構造の回折ピークは、例えば、2θ=15.3±0.5deg、17.7±0.5deg、31.1±0.5deg、44.9±0.5deg、47.7±0.5degにも現れることがある。 The fact that the recovered solid electrolyte contains an algyrodite-type crystal structure means that the diffraction peaks are 2θ = 25.2 ± 0.5 deg and 29.7 ± 0.5 deg in the powder X-ray diffraction measurement using CuKα beam. It can be confirmed by having. The diffraction peaks of 2θ = 25.2 ± 0.5 deg and 29.7 ± 0.5 deg are peaks derived from the algyrodite type crystal structure. The diffraction peaks of the algyrodite type crystal structure are, for example, 2θ = 15.3 ± 0.5 deg, 17.7 ± 0.5 deg, 31.1 ± 0.5 deg, 44.9 ± 0.5 deg, 47.7 ± 0. It may also appear in .5deg.
アルジロダイト型結晶構造としては、特表2010-540396号公報等に開示されている結晶構造を挙げることができる。組成式としては、例えば、Li6PS5X、Li7-xPS6-xXx(X=Cl,Br,I、x=0.0~1.8)等が挙げられる。 Examples of the algyrodite-type crystal structure include the crystal structure disclosed in JP-A-2010-540396. Examples of the composition formula include Li 6 PS 5 X, Li 7-x PS 6-x X x (X = Cl, Br, I, x = 0.0 to 1.8) and the like.
本実施形態では、固体電解質がアルジロダイト型結晶構造を有していれば、その一部に非晶質(ガラス)成分が含まれていてもよい。なお、非晶質成分は、粉末X線回折測定においてハローパターンを示す。また、固体電解質はアルジロダイト型結晶構造以外の結晶構造を含んでいてもよく、また、原料が残留していてもよい。 In the present embodiment, as long as the solid electrolyte has an algyrodite type crystal structure, an amorphous (glass) component may be contained in a part thereof. The amorphous component shows a halo pattern in the powder X-ray diffraction measurement. Further, the solid electrolyte may contain a crystal structure other than the algyrodite type crystal structure, and the raw material may remain.
本実施形態で得られる固体電解質は、電池材料として使用する観点から、その体積基準平均粒子径(D50)が200μm以下であることが好ましい。0.1μm以上100μm以下であることが好ましく、0.1μm以上50μm以下であることがより好ましく、0.1μm以上20μm以下であることがさらに好ましい。D50の測定の詳細は後述する実施例に記載する。 The solid electrolyte obtained in the present embodiment preferably has a volume-based average particle diameter (D 50 ) of 200 μm or less from the viewpoint of being used as a battery material. It is preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 50 μm or less, and further preferably 0.1 μm or more and 20 μm or less. Details of the measurement of D50 will be described in Examples described later.
以下、本発明を実施例により、さらに詳細に説明する。
なお、評価方法は以下のとおりである。
(1)粉末X線回折(XRD)測定
各例で製造した固体電解質の粉末を、直径20mm、深さ0.2mmの溝に充填し、ガラスで均して試料とした。この試料を、XRD用カプトンフィルムで空気に触れさせずに測定した。回折ピークの2θ位置は、XRD解析プログラムRIETAN-FPを用いてLe Bail解析にて決定した。
株式会社BRUKERの粉末X線回折測定装置D2 PHASERを用いて以下の条件にて実施した。
管電圧:30kV
管電流:10mA
X線波長:Cu-Kα線(1.5418Å)
光学系:集中法
スリット構成:ソーラースリット4°、発散スリット1mm、Kβフィルター(Ni板)使用
検出器:半導体検出器
測定範囲:2θ=10-60deg
ステップ幅、スキャンスピード:0.05deg、0.05deg/sec
測定結果より結晶構造の存在を確認するためのピーク位置の解析では、XRD解析プログラムRIETAN-FPを用い、11次のルジャンドル直交多項式にてベースラインを補正し、ピーク位置を求めた。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
The evaluation method is as follows.
(1) Powder X-ray diffraction (XRD) measurement The solid electrolyte powder produced in each example was filled in a groove having a diameter of 20 mm and a depth of 0.2 mm and leveled with glass to prepare a sample. This sample was measured with a Kapton film for XRD without contact with air. The 2θ position of the diffraction peak was determined by Le Ball analysis using the XRD analysis program RIETAN-FP.
It was carried out under the following conditions using the powder X-ray diffraction measuring device D2 PHASER of BRUKER Co., Ltd.
Tube voltage: 30kV
Tube current: 10mA
X-ray wavelength: Cu-Kα ray (1.5418 Å)
Optical system: Concentrated method Slit configuration: Solar slit 4 °, divergence slit 1 mm, Kβ filter (Ni plate) used Detector: Semiconductor detector Measurement range: 2θ = 10-60deg
Step width, scan speed: 0.05 deg, 0.05 deg / sec
In the analysis of the peak position for confirming the existence of the crystal structure from the measurement result, the baseline was corrected by the 11th-order Legendre orthogonal polynomial using the XRD analysis program RIETAN-FP, and the peak position was obtained.
(2)イオン伝導度測定
固体電解質を錠剤成形機に充填し、407MPaの圧力を加え成形体とした。電極としてカーボンを成形体の両面に乗せ、再度錠剤成形機にて圧力を加えることで、測定用の成形体(直径約10mm、厚み0.1~0.2cm)を作製した。この成形体について交流インピーダンス測定によりイオン伝導度を測定した。伝導度の値は25℃における数値を採用した。
(2) Ion Conductivity Measurement A solid electrolyte was filled in a tablet molding machine, and a pressure of 407 MPa was applied to obtain a molded product. Carbon was placed on both sides of the molded body as an electrode, and pressure was applied again with a tablet molding machine to prepare a molded body (diameter: about 10 mm, thickness: 0.1 to 0.2 cm) for measurement. The ionic conductivity of this molded product was measured by AC impedance measurement. As the value of conductivity, the value at 25 ° C. was adopted.
(3)体積基準平均粒子径(D50)
レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置(HORIBA製、LA-950V2モデルLA-950W2)で測定した。
脱水処理されたトルエン(和光純薬製、特級)とターシャリーブチルアルコール(和光純薬製、特級)を93.8:6.2の重量比で混合したものを分散媒として用いた。装置のフローセル内に分散媒を50ml(ミリリットル)注入し、循環させた後、測定対象を添加して超音波処理した後、粒子径分布を測定した。なお、測定対象の添加量は、装置で規定されている測定画面で、粒子濃度に対応する赤色光透過率(R)が80~90%、青色光透過率(B)が70~90%に収まるように調整した。また、演算条件には、測定対象の屈折率の値として2.16を、分散媒の屈折率の値として1.49をそれぞれ用いた。分布形態の設定において、反復回数を15回に固定して粒径演算を行った。
(3) Volume-based average particle diameter (D 50 )
The measurement was performed with a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device (LA-950V2 model LA-950W2 manufactured by HORIBA).
A mixture of dehydrated toluene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade) and tert-butyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade) at a weight ratio of 93.8: 6.2 was used as a dispersion medium. After injecting 50 ml (milliliter) of the dispersion medium into the flow cell of the apparatus and circulating it, the measurement target was added and ultrasonic treatment was performed, and then the particle size distribution was measured. The amount of addition to be measured is 80 to 90% for the red light transmittance (R) and 70 to 90% for the blue light transmittance (B) corresponding to the particle concentration on the measurement screen specified by the device. Adjusted to fit. Further, as the calculation conditions, 2.16 was used as the value of the refractive index of the measurement target, and 1.49 was used as the value of the refractive index of the dispersion medium. In setting the distribution form, the particle size was calculated by fixing the number of repetitions to 15 times.
製造例1
(硫化リチウム(Li2S)の製造)
WO2016/098351の実施例1に記載の方法で製造した。
具体的には、アンカー撹拌翼を装備した500mlのセパラブルフラスコに、不活性ガス下で乾燥した水酸化リチウム無水物(本荘ケミカル株式会社製、粒径範囲:0.1mm以上1.5mm以下、水分量:1wt%以下)を200g仕込んだ。200rpmで撹拌しながら、窒素気流下にて昇温し、オイルバスを用いて内部温度(粉体)を200℃に保持した。同時に、セパラブルフラスコ上部をリボンヒーターで100℃に保持した。窒素ガスを硫化水素ガス(住友精化株式会社製)に切り替え、500ml/minの流量にし、アンカー翼で撹拌しながら水酸化リチウム無水物と硫化水素とを反応させた。
Production Example 1
(Manufacturing of lithium sulfide (Li 2S ))
It was produced by the method described in Example 1 of WO2016 / 098351.
Specifically, lithium hydroxide anhydrous dried under an inert gas in a 500 ml separable flask equipped with an anchor stirring blade (manufactured by Honjo Chemical Co., Ltd., particle size range: 0.1 mm or more and 1.5 mm or less, 200 g of water content (1 wt% or less) was charged. The temperature was raised under a nitrogen stream while stirring at 200 rpm, and the internal temperature (powder) was maintained at 200 ° C. using an oil bath. At the same time, the upper part of the separable flask was held at 100 ° C. with a ribbon heater. The nitrogen gas was switched to hydrogen sulfide gas (manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd.), the flow rate was 500 ml / min, and the lithium hydroxide anhydride and hydrogen sulfide were reacted while stirring with an anchor blade.
反応によって発生した水分はコンデンサーにより凝縮して回収した。反応を6時間行った時点で水が144ml回収された。さらに硫化水素を500ml/minのまま保持して3時間反応を継続したが、水の発生は見られなかった。また、生成物のセパラブルフラスコ等への付着等は見られなかった。
続いて、温度を200℃に保持した状態で、硫化水素ガスを窒素ガスに切り替え、20分間窒素ガスを通気し、フラスコ内の硫化水素ガスを窒素ガスに置換した。窒素ガスを流通した状態で内温を下げ、生成物粉体(Li2S)を回収した。電位差滴定の結果、Li2Sの純度98.5wt%であり、Li2S中のLiOH量は0.1wt%以下であった。
The water generated by the reaction was condensed and recovered by a condenser. When the reaction was carried out for 6 hours, 144 ml of water was recovered. Further, hydrogen sulfide was maintained at 500 ml / min and the reaction was continued for 3 hours, but no water was generated. In addition, no adhesion of the product to the separable flask or the like was observed.
Subsequently, while the temperature was maintained at 200 ° C., the hydrogen sulfide gas was switched to nitrogen gas, the nitrogen gas was aerated for 20 minutes, and the hydrogen sulfide gas in the flask was replaced with nitrogen gas. The internal temperature was lowered while nitrogen gas was flowing, and the product powder (Li 2S ) was recovered. As a result of potentiometric titration, the purity of Li 2S was 98.5 wt%, and the amount of LiOH in Li 2 S was 0.1 wt% or less.
実施例1
(固体電解質原料含有液の調製)
原料として、Li3PS4 6.763gと、製造例1で製造したLi2S 0.690gと、LiCl(シグマアルドリッチ社製) 2.547gとを、窒素ガス雰囲気下にて秤量し容量500mlの容器に投入した。容器に脱水エタノール120mlを加えて、固体電解質原料含有液とした。
なお、Li3PS4(ガラス)は、特開2012-134133の実施例4に記載の方法で合成した。具体的に、製造例1で製造したLi2S 30.62g及びP2S5(シグマアルドリッチ社製) 49.38gを、直径10mmのアルミナボール175個を入れた500mlのアルミナ容器に入れ、密閉した。なお、Li2S及びP2S5のモル比(Li2S:P2S5)は75:25である。アルミナ容器を遊星型ボールミル(フリッチュ社製:型番P-5)に装着し、回転数を250rpmにして36時間処理(メカニカルミリング)することにより合成した。
Example 1
(Preparation of liquid containing solid electrolyte raw material)
As raw materials, 6.763 g of Li 3 PS 4 , 0.690 g of Li 2 S manufactured in Production Example 1 and 2.547 g of LiCl (manufactured by Sigma-Aldrich) are weighed in a nitrogen gas atmosphere and have a capacity of 500 ml. It was put into a container. 120 ml of dehydrated ethanol was added to the container to prepare a solid electrolyte raw material-containing liquid.
In addition, Li 3 PS 4 (glass) was synthesized by the method described in Example 4 of JP-A-2012-134133. Specifically, 30.62 g of Li 2 S and 49.38 g of P 2 S 5 (manufactured by Sigma-Aldrich) manufactured in Production Example 1 are placed in a 500 ml alumina container containing 175 alumina balls having a diameter of 10 mm and sealed. bottom. The molar ratio of Li 2 S and P 2 S 5 (Li 2 S: P 2 S 5 ) is 75:25. The alumina container was mounted on a planetary ball mill (manufactured by Fritsch, model number P-5), and the composition was performed by processing (mechanical milling) at a rotation speed of 250 rpm for 36 hours.
(高温媒体の調整)
撹拌機及びコンデンサーを装着した500mlのセパラブルフラスコに480mlのトリデカンを投入し、N2ガスでフラスコ内を置換した。トリデカンの温度を210℃に昇温し保持した。
(Adjustment of high temperature medium)
480 ml of tridecane was placed in a 500 ml separable flask equipped with a stirrer and a condenser, and the inside of the flask was replaced with N2 gas. The temperature of tridecane was raised to 210 ° C. and maintained.
(固体電解質原料含有液の注入)
チューブポンプを用いて、固体電解質原料含有液を約1時間かけてセパラブルフラスコに注入した。固体電解質原料含有液の注入と同時にエタノールは揮発した。気化したエタノールは、コンデンサーにより液化して回収した。気化と同時に、トリデカン中には固形分が析出しスラリーとなった。固体電解質原料含有液の注入が終了した後、30分間撹拌を継続した。
(Injection of liquid containing solid electrolyte raw material)
Using a tube pump, the solid electrolyte raw material-containing liquid was poured into the separable flask over about 1 hour. Ethanol volatilized at the same time as the injection of the solid electrolyte raw material-containing liquid. The vaporized ethanol was liquefied by a condenser and recovered. At the same time as vaporization, solid content was precipitated in tridecane to form a slurry. After the injection of the solid electrolyte raw material-containing liquid was completed, stirring was continued for 30 minutes.
(生成物の回収)
トリデカンと固形分(生成物)からなるスラリーを100℃まで冷却した後、固形分をデカンテーションにより分離した。分離した固形分をトルエンにて3回洗浄した。洗浄後、150℃にて真空乾燥して固形分を回収した。
(Recovery of product)
After cooling the slurry consisting of tridecane and the solid content (product) to 100 ° C., the solid content was separated by decantation. The separated solid content was washed with toluene three times. After washing, it was vacuum dried at 150 ° C. to recover the solid content.
回収した固形分について、XRD測定した結果、アルジロダイト型結晶構造を含むことが確認できた。イオン伝導度は6×10-5S/cmであった。D50は16μmであった。固体電解質の粒度分布を図1に示す。 As a result of XRD measurement of the recovered solid content, it was confirmed that it contained an algyrodite type crystal structure. The ionic conductivity was 6 × 10 -5 S / cm. D 50 was 16 μm. The particle size distribution of the solid electrolyte is shown in FIG.
(熱処理)
実施例1で得られた固体電解質をガス流通炉にセットし、硫化水素気流下にて430℃で8時間熱処理した。
XRD測定の結果、アルジロダイト型結晶構造及び不純物であるリン酸リチウム並びに塩化リチウムに由来する回折ピークが観測された。イオン伝導度は2mS/cmであった。D50は37μmであった。
(Heat treatment)
The solid electrolyte obtained in Example 1 was set in a gas flow furnace and heat-treated at 430 ° C. for 8 hours under a hydrogen sulfide stream.
As a result of XRD measurement, diffraction peaks derived from argylodite-type crystal structure and impurities lithium phosphate and lithium chloride were observed. The ionic conductivity was 2 mS / cm. D 50 was 37 μm.
実施例2
固体電解質原料含有液の調製について、原料として、Li2S 3.179gと、溶解助剤としての硫黄単体7.701g(アルドリッチ社製)とを、窒素ガス雰囲気下にて秤量し、500mlの容器に投入した。容器にテトラヒドロフラン(THF:脱水品)を120ml加えて溶液とした。続いて、P2S5 4.174gと、LiCl 2.547gとを加え、溶解することで固体電解質原料含有液を調製した。
その他は、実施例1と同様にして固体電解質を作製し、熱処理した。
固体電解質(熱処理前)について、XRD測定した結果、アルジロダイト型結晶構造を含むことが確認できた。イオン伝導度は6×10-5S/cmであった。D50は15μmであった。固体電解質の粒度分布を図1に示す。
熱処理後のイオン伝導度は、0.05mS/cmであった。XRD測定の結果、アルジロダイト型結晶構造及び不純物であるリン酸リチウムに由来する回折ピークが観測された。
Example 2
Regarding the preparation of the solid electrolyte raw material-containing liquid, 3.179 g of Li 2S as a raw material and 7.701 g of elemental sulfur as a dissolution aid (manufactured by Aldrich) were weighed in a nitrogen gas atmosphere, and a container of 500 ml was used. I put it in. 120 ml of tetrahydrofuran (THF: dehydrated product) was added to the container to prepare a solution. Subsequently, 4.174 g of P2S 5 and 2.547 g of LiCl were added and dissolved to prepare a solid electrolyte raw material-containing liquid.
Other than that, a solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 and heat-treated.
As a result of XRD measurement of the solid electrolyte (before heat treatment), it was confirmed that it contained an algyrodite type crystal structure. The ionic conductivity was 6 × 10 -5 S / cm. D 50 was 15 μm. The particle size distribution of the solid electrolyte is shown in FIG.
The ionic conductivity after the heat treatment was 0.05 mS / cm. As a result of XRD measurement, a diffraction peak derived from an algyrodite type crystal structure and an impurity lithium phosphate was observed.
実施例3-1
(固体電解質原料含有液の調製)
原料として、製造例1で製造したLi2S 3.279g、LiCl(シグマアルドリッチ社製)2.547g及びP2S5(シグマアルドリッチ社製)4.174gを、窒素ガス雰囲気下にて秤量し容量500mlの容器に投入した。氷冷下にて、撹拌しながら容器に脱水ピリジン120mlを加えた。常温に戻し20時間経過後に、80℃に加熱し、5時間反応を行った。
反応終了後に混合物が粘ちょうであったためピリジン20mlを追加し、さらに、反応混合物に硫化水素を100ml/minにて1時間吹き込むことにより、固体電解質原料含有液(溶媒:ピリジン、硫化水素処理有)を調製した。
他は、実施例1と同等な操作を行った。
回収した固形分について、XRD測定した結果、アルジロダイト型結晶構造を含むことが確認できた。イオン伝導度は3.29×10-6S/cmであった。D50は78μmであった。固体電解質の粒度分布を図2に示す。
Example 3-1
(Preparation of liquid containing solid electrolyte raw material)
As raw materials, 3.279 g of Li 2S, 2.547 g of LiCl (manufactured by Sigma-Aldrich) and 4.174 g of P2 S5 ( manufactured by Sigma - Aldrich) manufactured in Production Example 1 were weighed in a nitrogen gas atmosphere. It was put into a container having a capacity of 500 ml. Under ice-cooling, 120 ml of dehydrated pyridine was added to the container with stirring. After returning to room temperature for 20 hours, the mixture was heated to 80 ° C. and reacted for 5 hours.
Since the mixture was viscous after the reaction was completed, 20 ml of pyridine was added, and hydrogen sulfide was further blown into the reaction mixture at 100 ml / min for 1 hour to contain a solid electrolyte raw material (solvent: pyridine, with hydrogen sulfide treatment). Was prepared.
Others performed the same operations as in Example 1.
As a result of XRD measurement of the recovered solid content, it was confirmed that it contained an algyrodite type crystal structure. The ionic conductivity was 3.29 × 10-6 S / cm. D 50 was 78 μm. The particle size distribution of the solid electrolyte is shown in FIG.
(熱処理)
実施例3-1で得られた固体電解質をガス流通炉にセットし、硫化水素気流下にて430℃で8時間熱処理した。熱処理の結果、XRD測定により主成分としてアルジロダイト型結晶構造が観測された。イオン伝導度は、7.08mS/cmであった。
(Heat treatment)
The solid electrolyte obtained in Example 3-1 was set in a gas flow furnace and heat-treated at 430 ° C. for 8 hours under a hydrogen sulfide stream. As a result of the heat treatment, an algyrodite type crystal structure was observed as a main component by XRD measurement. The ionic conductivity was 7.08 mS / cm.
実施例3-2
固体電解質原料含有液を調製する際に、硫化水素を吹き込まなかった他は、実施例3-1と同様にして固体電解質を作製し、熱処理した。
固体電解質(熱処理前)について、XRD測定した結果、アルジロダイト型結晶構造を含むことが確認できた。イオン伝導度は3×10-6S/cmであった。
熱処理後のイオン伝導度は、8.5mS/cmであった。XRD測定により主成分としてアルジロダイト型結晶構造が観測された。
実施例3-1及び3-2から、溶媒にピリジンを使用した場合、固体電解質原料含有液の硫化水素処理の有無にかかわらず、固体電解質のイオン伝導度は熱処理により、大幅に向上することが確認できる。
Example 3-2
A solid electrolyte was prepared and heat-treated in the same manner as in Example 3-1 except that hydrogen sulfide was not blown into the solid electrolyte raw material-containing liquid.
As a result of XRD measurement of the solid electrolyte (before heat treatment), it was confirmed that it contained an algyrodite type crystal structure. The ionic conductivity was 3 × 10 -6 S / cm.
The ionic conductivity after the heat treatment was 8.5 mS / cm. An algyrodite-type crystal structure was observed as a main component by XRD measurement.
From Examples 3-1 and 3-2, when pyridine is used as the solvent, the ionic conductivity of the solid electrolyte can be significantly improved by the heat treatment regardless of the presence or absence of hydrogen sulfide treatment of the solid electrolyte raw material-containing liquid. You can check.
実施例4
脱水ピリジンの代わりに、脱水THFを用いて固体電解質原料含有液(溶媒:THF、硫化水素処理有)を調製した他は、実施例3-1と同様にして固体電解質を作製し、熱処理した。
固体電解質(熱処理前)について、XRD測定した結果、アルジロダイト型結晶構造を含むことが確認できた。イオン伝導度は6.60×10-5S/cmであった。D50は29μmであった。固体電解質の粒度分布を図2に示す。
熱処理後、XRD測定により主成分としてアルジロダイト型結晶構造が観測された。イオン伝導度は、4.47mS/cmであった。
溶媒にエーテル類であるTHFを使用した場合、硫化水素を吹き込まなかった固体電解質原料含有液を使用した実施例2と比べて、実施例4の固体電解質は熱処理により、イオン伝導度が大幅に向上することが確認できる。
Example 4
A solid electrolyte raw material-containing liquid (solvent: THF, with hydrogen sulfide treatment) was prepared using dehydrated THF instead of dehydrated pyridine, and a solid electrolyte was prepared and heat-treated in the same manner as in Example 3-1.
As a result of XRD measurement of the solid electrolyte (before heat treatment), it was confirmed that it contained an algyrodite type crystal structure. The ionic conductivity was 6.60 × 10-5 S / cm. D 50 was 29 μm. The particle size distribution of the solid electrolyte is shown in FIG.
After the heat treatment, an algyrodite type crystal structure was observed as a main component by XRD measurement. The ionic conductivity was 4.47 mS / cm.
When THF, which is an ether, was used as the solvent, the ionic conductivity of the solid electrolyte of Example 4 was significantly improved by the heat treatment as compared with Example 2 in which the solid electrolyte raw material-containing liquid in which hydrogen sulfide was not blown was used. It can be confirmed that it will be done.
実施例5
(固体電解質原料含有液の噴霧)
実施例3-1で調製した固体電解質原料含有液(溶媒:ピリジン、硫化水素処理有)を、噴霧乾燥装置(マイクロミストスプレードライヤ Labo MDL-015(C)M-H、藤崎電機株式会社)を用いて処理することにより、固体電解質を作製した。高温媒体(乾燥ガス)として、300℃の窒素を用いた。
固体電解質について、XRD測定した結果、アルジロダイト型結晶構造を含むことが確認できた。イオン伝導度は2.32×10-4S/cmであった。D50は9μmであった。固体電解質の粒度分布を図2に示す。
Example 5
(Spraying of liquid containing solid electrolyte raw material)
The solid electrolyte raw material-containing liquid (solvent: pyridine, with hydrogen sulfide treatment) prepared in Example 3-1 was spray-dried (micro mist spray dryer Labo MDL-015 (C) MH, Fujisaki Electric Co., Ltd.). By treating with, a solid electrolyte was prepared. Nitrogen at 300 ° C. was used as the high temperature medium (dry gas).
As a result of XRD measurement of the solid electrolyte, it was confirmed that it contained an algyrodite type crystal structure. The ionic conductivity was 2.32 × 10 -4 S / cm. D 50 was 9 μm. The particle size distribution of the solid electrolyte is shown in FIG.
(熱処理)
実施例5で得られた固体電解質をガス流通炉にセットし、硫化水素気流下にて430℃で8時間熱処理した。
XRD測定の結果、アルジロダイト型結晶構造及びLi3PS4のβ晶の回折ピークが観測された。イオン伝導度は2mS/cmであった。
(Heat treatment)
The solid electrolyte obtained in Example 5 was set in a gas flow furnace and heat-treated at 430 ° C. for 8 hours under a hydrogen sulfide stream.
As a result of XRD measurement, an algyrodite type crystal structure and a diffraction peak of the β crystal of Li 3 PS 4 were observed. The ionic conductivity was 2 mS / cm.
比較例1
実施例1と同様に調製した固体電解質原料含有液(溶媒:エタノール)を、真空下において撹拌しつつ、オイルバスで150℃、3時間加熱することでエタノールを除去、乾燥して、固形分を回収した。
固形分をXRD測定した結果、アルジロダイト型結晶構造に由来する回折ピークは観測されなかった。
Comparative Example 1
The solid electrolyte raw material-containing liquid (solvent: ethanol) prepared in the same manner as in Example 1 is heated in an oil bath at 150 ° C. for 3 hours while stirring under vacuum to remove ethanol and dry to remove solid content. Collected.
As a result of XRD measurement of the solid content, no diffraction peak derived from the algyrodite type crystal structure was observed.
比較例2
実施例2と同様に調製した固体電解質原料含有液(溶媒:THF)を、真空下において撹拌しつつ、オイルバスで150℃、3時間加熱することでTHFを除去、乾燥して、固形分を回収した。
固形分をXRD測定した結果、アルジロダイト型結晶構造に由来する回折ピークは観測されなかった。
Comparative Example 2
The solid electrolyte raw material-containing liquid (solvent: THF) prepared in the same manner as in Example 2 is heated in an oil bath at 150 ° C. for 3 hours while stirring under vacuum to remove THF and dry to remove solid content. Collected.
As a result of XRD measurement of the solid content, no diffraction peak derived from the algyrodite type crystal structure was observed.
比較例3
実施例4と同様に調製した固体電解質原料含有液(溶媒:THF、硫化水素処理有)を使用した他は、比較例2と同様にして固形分を回収した。
固形分をXRD測定した結果、アルジロダイト型結晶構造に由来する回折ピークは観測されなかった。
Comparative Example 3
The solid content was recovered in the same manner as in Comparative Example 2 except that the solid electrolyte raw material-containing liquid (solvent: THF, with hydrogen sulfide treatment) prepared in the same manner as in Example 4 was used.
As a result of XRD measurement of the solid content, no diffraction peak derived from the algyrodite type crystal structure was observed.
比較例4
実施例3-2と同様に調製した固体電解質原料含有液(溶媒:ピリジン)を、真空下において撹拌しつつ、オイルバスで150℃、3時間加熱することでピリジンを除去、乾燥して、固形分を回収した。
固形分をXRD測定した結果、アルジロダイト型結晶構造に由来する回折ピークは観測されなかった。
Comparative Example 4
The solid electrolyte raw material-containing liquid (solvent: pyridine) prepared in the same manner as in Example 3-2 is heated in an oil bath at 150 ° C. for 3 hours while stirring under vacuum to remove pyridine, dry, and solidify. The minutes were collected.
As a result of XRD measurement of the solid content, no diffraction peak derived from the algyrodite type crystal structure was observed.
比較例5
実施例3-1と同様に調製した固体電解質原料含有液(溶媒:ピリジン、硫化水素処理有)を使用した他は、比較例4と同様にして固形分を回収した。
固形分をXRD測定した結果、アルジロダイト型結晶構造に由来する回折ピークは観測されなかった。
Comparative Example 5
The solid content was recovered in the same manner as in Comparative Example 4, except that the solid electrolyte raw material-containing liquid (solvent: pyridine, with hydrogen sulfide treatment) prepared in the same manner as in Example 3-1 was used.
As a result of XRD measurement of the solid content, no diffraction peak derived from the algyrodite type crystal structure was observed.
Claims (15)
前記固体電解質原料含有液に硫化水素を吹き込むことを含む、請求項1又は2に記載の固体電解質の製造方法。 The solvent is ethers,
The method for producing a solid electrolyte according to claim 1 or 2, which comprises blowing hydrogen sulfide into the solid electrolyte raw material -containing liquid.
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