[go: up one dir, main page]

JP2018101593A - Production method of solid electrolyte - Google Patents

Production method of solid electrolyte Download PDF

Info

Publication number
JP2018101593A
JP2018101593A JP2016248516A JP2016248516A JP2018101593A JP 2018101593 A JP2018101593 A JP 2018101593A JP 2016248516 A JP2016248516 A JP 2016248516A JP 2016248516 A JP2016248516 A JP 2016248516A JP 2018101593 A JP2018101593 A JP 2018101593A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solid electrolyte
reaction
powder aggregate
reaction vessel
solid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2016248516A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
千賀 実
Minoru Chiga
実 千賀
佐藤 淳
Atsushi Sato
佐藤  淳
孝宜 菅原
Takanobu Sugawara
孝宜 菅原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Idemitsu Kosan Co Ltd
Original Assignee
Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Idemitsu Kosan Co Ltd filed Critical Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority to JP2016248516A priority Critical patent/JP2018101593A/en
Publication of JP2018101593A publication Critical patent/JP2018101593A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-quality solid electrolyte excellent in productivity and mass productivity.SOLUTION: There is provided a production method of a solid electrolyte for reacting a solid raw material at least in one reaction vessel. In the production method of a solid electrolyte, the reaction is a reaction using a shearing force, and powder aggregate discharged from the reaction vessel is cooled, and supplied into at least either of the reaction vessel and another reaction vessel.SELECTED DRAWING: None

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.

近年におけるパソコン、ビデオカメラ及び携帯電話等の情報関連機器、通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。従来、このような用途に用いられる電池として可燃性の有機溶媒を含む電解液が用いられていたが、電池内に可燃性の有機溶媒を用いることなく、電池を全固体化することにより、安全装置の簡素化を図ることができ、また製造コスト及び生産性に優れるものとして、電解液を固体電解質層に換えた電池の開発が行われている。   With the rapid spread of information-related devices such as personal computers, video cameras and mobile phones, and communication devices in recent years, development of batteries used as power sources has been regarded as important. Conventionally, an electrolyte containing a flammable organic solvent has been used as a battery for such applications. However, by using a solid battery without using a flammable organic solvent in the battery, Development of a battery in which an electrolytic solution is replaced with a solid electrolyte layer has been performed as a device capable of simplifying the device and excellent in manufacturing cost and productivity.

固体電解質層に用いられる固体電解質を製造する方法としては、原料を遊星ボールミル、ボールミル、振動ミル等の機器を用いてメカニカルミリングする方法(例えば、特許文献1)、また、工業生産、量産性に優れる方法として、炭化水素系溶媒を加えた状態で、原料を粉砕しつつ反応させる方法等が提案されている(例えば、特許文献2)。   As a method for producing a solid electrolyte used for a solid electrolyte layer, a method of mechanically milling raw materials using equipment such as a planetary ball mill, a ball mill, a vibration mill, etc. (for example, Patent Document 1), and industrial production and mass productivity As an excellent method, a method of reacting a raw material while pulverizing it with a hydrocarbon solvent added has been proposed (for example, Patent Document 2).

特開平11−134937号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-134937 特開2010−140893号公報JP 2010-140893 A

上記の固体電解質を製造する方法のうち、炭化水素系溶媒を用いる方法では、該溶媒の乾燥、回収工程が必要となり、プロセスが複雑化する場合がある。そのため、炭化水素系溶媒を用いない、いわゆる乾式で固体原料を反応させる方法が、より簡便な製造方法として注目されている。
乾式で固体原料を反応させる際、例えば、特許文献1のようにボールミル等の機器を用いて、混合、対流、衝撃、せん断等の作用により固体原料同士の接触を図り、反応を進行させることになる。固体原料同士の反応の進行には発熱を伴うが、この発熱により反応容器内の温度が上昇し、温度調整ができないと、局所的な高温部、低温部が発生し、該高温部では結晶性の固体電解質、副生成物が生成し、該低温部では非晶質の固体電解質、又は全く反応が進行していない固体原料のままとなり、結果として均質な固体電解質が得られないという問題が生じることになる。
固体電解質においては、伝導度等の電池性能の発現のためには、非晶質か結晶性かの結晶構造を制御することが重要であり、反応容器内の温度に局所的な高温部、低温部が存在することは、極力避ける必要がある。そのため、乾式で固体原料を反応させる場合、より精細な反応容器内の温度の制御が求められる。局所的な高温部、低温部の発生は、固体原料にせん断力を加えて反応させる場合に顕著であり、反応容器内の温度の制御は、極めて困難である。
Among the methods for producing the above solid electrolyte, the method using a hydrocarbon solvent requires steps for drying and collecting the solvent, which may complicate the process. Therefore, a so-called dry method of reacting solid raw materials without using a hydrocarbon solvent has attracted attention as a simpler production method.
When reacting solid raw materials in a dry process, for example, using a device such as a ball mill as in Patent Document 1, the solid raw materials are brought into contact with each other by the action of mixing, convection, impact, shearing, etc., and the reaction proceeds. Become. The progress of the reaction between the solid raw materials is accompanied by heat generation, but if the temperature inside the reaction vessel rises due to this heat generation and the temperature cannot be adjusted, local high temperature portions and low temperature portions are generated. The solid electrolyte and by-products are produced, and in the low-temperature part, the amorphous solid electrolyte or the solid raw material in which the reaction has not progressed remains, resulting in a problem that a homogeneous solid electrolyte cannot be obtained. It will be.
In solid electrolytes, it is important to control the crystal structure, whether amorphous or crystalline, in order to develop battery performance such as conductivity. The existence of parts must be avoided as much as possible. Therefore, when the solid raw material is reacted in a dry process, more precise control of the temperature in the reaction vessel is required. The local generation of the high temperature part and the low temperature part is remarkable when a shearing force is applied to the solid raw material to cause a reaction, and it is extremely difficult to control the temperature in the reaction vessel.

反応容器内の温度の制御は、主に冷却により行うことになる。この場合、例えば、反応容器に水冷ジャケット、空冷ジャケットのようなジャケットを装着して、徐熱を行うことが考えられる。しかし、ジャケットのような間接的な冷却方法では、温度の制御を行うことには限界があり、特に固体原料にせん断力を加えて反応させる場合、温度の制御をしきれず、均質で高品質な固体電解質が得られない可能性が極めて高い。   Control of the temperature in the reaction vessel is mainly performed by cooling. In this case, for example, it is conceivable to carry out slow heating by attaching a jacket such as a water cooling jacket or an air cooling jacket to the reaction vessel. However, indirect cooling methods such as jackets have limitations in controlling the temperature, especially when a solid raw material is subjected to a reaction by applying a shearing force, the temperature cannot be controlled completely, and the quality is uniform and high quality. The possibility that a solid electrolyte cannot be obtained is extremely high.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、優れた生産性及び量産性で、高品質な固体電解質を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to provide a high-quality solid electrolyte with excellent productivity and mass productivity.

本発明者らは、上記の課題を解決するべく鋭意検討した結果、下記の発明により当該課題を解決できることを見出した。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the problems can be solved by the following invention.

[1]少なくとも1つの反応容器において固体原料を反応させる固体電解質の製造方法であって、該反応がせん断力を用いた反応であり、該反応容器から排出された粉体集合体を冷却し、該反応容器及び別の反応容器の少なくとも一方に供給することを含む、固体電解質の製造方法。
[2]前記反応容器が1つであり、前記粉体集合体を冷却し、該反応容器に供給する上記[1]に記載の固体電解質の製造方法。
[3]前記反応容器が2つ以上であり、一の反応容器から排出された粉体集合体を冷却し、該粉体集合体を該一の反応容器及び別の反応容器の少なくとも一方に供給する上記[1]に記載の固体電解質の製造方法。
[4]前記反応容器と、固体原料にせん断力を付与する機器とを備える反応装置を用いる上記[1]〜[3]のいずれか1項に記載の固体電解質の製造方法。
[5]前記せん断力を付与する機器が、一軸スクリュー、多軸スクリュー、及び回転ブレードと回転又は固定ブレードとを組み合わせた機構、から選ばれる少なくとも1種を備える機器である上記[4]に記載の固体電解質の製造方法。
[6]前記反応容器における粉体集合体の充填率が、20容積%以上である上記[1]〜[5]のいずれか1に記載の固体電解質の製造方法。
[7]前記反応装置が、該反応装置に供給される固体原料及び粉体集合物の少なくとも一方が、該反応容器内の粉体集合物を押し出して排出する方式を有するものである、上記[4]〜[6]のいずれか1に記載の固体電解質の製造方法。
[8]前記反応容器から排出された粉体集合体の温度が、35℃以上150℃以下である上記[1]〜[7]のいずれか1に記載の固体電解質の製造方法。
[9]前記冷却後の粉体集合体の温度が、前記反応容器から排出された粉体集合体の温度の−100℃以上−5℃以下である上記[8]に記載の固体電解質の製造方法。
[10]前記冷却が、冷媒を用いて直接的又は間接的に行われるものである上記[1]〜[9]のいずれか1に記載の固体電解質の製造方法。
[11]前記固体原料が、リチウム元素、リン元素、及び硫黄元素を含む、上記[1]〜[10]のいずれか1に記載の固体電解質の製造方法。
[12]前記固体原料が、リチウム化合物及びリチウム金属単体の少なくとも1つと、リン化合物及びリン単体の少なくとも1つとを含む、上記[11]に記載の固体電解質の製造方法。
[13]前記固体原料が、硫化リチウムと硫化リンとを含む、上記[11]又は[12]に記載の固体電解質の製造方法。
[14]前記固体原料が、さらにハロゲン元素を含む、上記[11]〜[13]のいずれか1に記載の固体電解質の製造方法。
[15]前記ハロゲン元素が、臭素及びヨウ素の少なくとも1種である、上記[14]に記載の固体電解質の製造方法。
[16]前記固体原料が、臭化リチウム及びヨウ化リチウムの少なくとも1つを含む、上記[14]又は[15]に記載の固体電解質の製造方法。
[1] A method for producing a solid electrolyte in which a solid raw material is reacted in at least one reaction vessel, wherein the reaction is a reaction using shear force, and the powder aggregate discharged from the reaction vessel is cooled, A method for producing a solid electrolyte, comprising supplying to at least one of the reaction vessel and another reaction vessel.
[2] The method for producing a solid electrolyte according to [1], wherein the number of the reaction containers is one, the powder aggregate is cooled and supplied to the reaction container.
[3] The number of the reaction containers is two or more, the powder aggregate discharged from one reaction container is cooled, and the powder aggregate is supplied to at least one of the one reaction container and another reaction container. The method for producing a solid electrolyte according to the above [1].
[4] The method for producing a solid electrolyte according to any one of the above [1] to [3], wherein a reaction apparatus including the reaction vessel and a device that applies a shearing force to the solid raw material is used.
[5] The device according to [4], wherein the device that applies the shear force is a device including at least one selected from a single screw, a multi-screw, and a mechanism that combines a rotating blade and a rotating or fixed blade. A method for producing a solid electrolyte.
[6] The method for producing a solid electrolyte according to any one of [1] to [5], wherein a filling rate of the powder aggregate in the reaction container is 20% by volume or more.
[7] The above reactor, wherein at least one of the solid raw material and the powder aggregate supplied to the reactor has a method of extruding and discharging the powder aggregate in the reaction vessel. 4]-[6] The manufacturing method of the solid electrolyte of any one of [6].
[8] The method for producing a solid electrolyte according to any one of [1] to [7], wherein the temperature of the powder aggregate discharged from the reaction vessel is 35 ° C. or higher and 150 ° C. or lower.
[9] The production of the solid electrolyte according to [8], wherein the temperature of the powder aggregate after cooling is −100 ° C. to −5 ° C. of the temperature of the powder aggregate discharged from the reaction vessel. Method.
[10] The method for producing a solid electrolyte according to any one of [1] to [9], wherein the cooling is performed directly or indirectly using a refrigerant.
[11] The method for producing a solid electrolyte according to any one of the above [1] to [10], wherein the solid raw material contains a lithium element, a phosphorus element, and a sulfur element.
[12] The method for producing a solid electrolyte according to the above [11], wherein the solid material includes at least one of a lithium compound and a lithium metal simple substance, and at least one of a phosphorus compound and a phosphorus simple substance.
[13] The method for producing a solid electrolyte according to the above [11] or [12], wherein the solid raw material contains lithium sulfide and phosphorus sulfide.
[14] The method for producing a solid electrolyte according to any one of [11] to [13], wherein the solid raw material further contains a halogen element.
[15] The method for producing a solid electrolyte according to the above [14], wherein the halogen element is at least one of bromine and iodine.
[16] The method for producing a solid electrolyte according to the above [14] or [15], wherein the solid raw material contains at least one of lithium bromide and lithium iodide.

本発明によれば、高品質な固体電解質を、優れた生産性及び量産性で提供することができる。   According to the present invention, a high-quality solid electrolyte can be provided with excellent productivity and mass productivity.

本発明で用い得る反応設備の好ましい一態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the preferable one aspect | mode of the reaction equipment which can be used by this invention. 本発明で用い得る反応設備の好ましい一態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the preferable one aspect | mode of the reaction equipment which can be used by this invention. 本発明で用い得る反応設備の好ましい一態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the preferable one aspect | mode of the reaction equipment which can be used by this invention.

以下、本発明の実施形態(以下、「本実施形態」と称することがある。)について説明する。なお、本明細書中において、数値範囲の記載に関する「以上」「以下」の数値は任意に組み合わせできる数値である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter may be referred to as “the present embodiment”) will be described. In the present specification, the numerical values “above” and “below” relating to the description of the numerical range are numerical values that can be arbitrarily combined.

本実施形態の固体電解質の製造方法は、少なくとも1つの反応容器において固体原料を反応させる固体電解質の製造方法であって、該反応がせん断力を用いた反応であり、該反応容器から排出された粉体集合物を冷却し、該反応容器及び別の反応容器の少なくとも一方に供給することを含む、というものである。
本実施形態において、反応容器から排出された「粉体集合物」は、未反応の固体原料、反応物(固体電解質、中間体、副生成物)、及び不純物等の粉体の少なくとも1種を含むものであることを意味する。なお、反応容器内にも、固体原料、反応物(固体電解質、中間体、副生成物)、及び不純物等の粉体の少なくとも1種が存在しており、これらの反応容器内に存在する粉体も「粉体集合物」と称し得るものである。
The method for producing a solid electrolyte of the present embodiment is a method for producing a solid electrolyte in which a solid raw material is reacted in at least one reaction vessel, and the reaction is a reaction using shearing force, and is discharged from the reaction vessel. Cooling the powder aggregate and supplying it to at least one of the reaction vessel and another reaction vessel.
In the present embodiment, the “powder aggregate” discharged from the reaction vessel is an unreacted solid raw material, a reactant (solid electrolyte, intermediate, byproduct), and at least one kind of powder such as impurities. It means to include. In the reaction vessel, there are at least one kind of powders such as solid raw materials, reactants (solid electrolyte, intermediates, by-products) and impurities, and the powders present in these reaction vessels. The body can also be referred to as a “powder aggregate”.

(固体原料)
本実施形態の製造方法で用いられる固体原料は、一般に固体電解質を構成する元素を含むものであれば、特に制限なく用いることができる。例えば、イオン伝導性を発現する伝導種としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム等のアルカリ金属、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム等のアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素が好ましく、イオン伝導度が高く、電池の高出力化を考慮すると、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム等のアルカリ金属、及びベリリウムがより好ましく、特にリチウムが好ましい。すなわち、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム等のアルカリ金属、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム等のアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素を含む固体原料が好ましく、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム等のアルカリ金属、及びベリリウムから選ばれる少なくとも1種の元素を含む固体原料がより好ましく、特にリチウム元素を含む固体原料が好ましい。
(Solid raw material)
The solid raw material used in the production method of the present embodiment can be used without particular limitation as long as it generally contains an element constituting the solid electrolyte. For example, the conductive species exhibiting ionic conductivity is at least selected from alkali metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium and francium, and alkaline earth metals such as beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium and radium. One element is preferable, and ion conductivity is high. Considering high battery output, alkali metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, and francium, and beryllium are more preferable, and lithium is particularly preferable. That is, a solid material containing at least one element selected from alkali metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, and francium, and alkaline earth metals such as beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, and radium is preferable. A solid raw material containing at least one element selected from alkali metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, and francium and beryllium is more preferable, and a solid raw material containing lithium element is particularly preferable.

また、上記の伝導種の元素以外の、固体原料に含まれる元素としては、所望の固体電解質を構成する元素の種類に応じて適宜選定すればよい。例えば、固体電解質としては、後述するように、酸化物固体電解質、硫化物固体電解質等が挙げられ、電池の高出力化を考慮すると硫化物固体電解質が好ましい。この場合、上記の伝導種、及び硫化物固体電解質を得ることも考慮すると、固体原料として、リチウム元素、リン元素、及び硫黄元素を含むことが好ましい。このような固体原料を用いることで、該固体原料に含まれる元素に対応した、リチウム元素、リン元素、及び硫黄元素を含む固体電解質が得られる。   Moreover, what is necessary is just to select suitably according to the kind of element which comprises a desired solid electrolyte as an element contained in a solid raw material other than the element of said conductive species. Examples of the solid electrolyte include an oxide solid electrolyte, a sulfide solid electrolyte, and the like, as will be described later, and a sulfide solid electrolyte is preferable in view of increasing the output of the battery. In this case, in consideration of obtaining the above-described conductive species and the sulfide solid electrolyte, it is preferable that the solid material includes lithium element, phosphorus element, and sulfur element. By using such a solid material, a solid electrolyte containing a lithium element, a phosphorus element, and a sulfur element corresponding to the elements contained in the solid material can be obtained.

リチウム元素を含む固体原料としては、硫化リチウム(LiS)、酸化リチウム(LiO)、炭酸リチウム(LiCO)等のリチウム化合物、及びリチウム金属単体の少なくとも1つであることが好ましく、リチウム化合物としては硫化リチウム(LiS)が特に好ましい。 The solid material containing lithium element is at least one of lithium compounds such as lithium sulfide (Li 2 S), lithium oxide (Li 2 O), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), and lithium metal alone. Preferably, lithium sulfide (Li 2 S) is particularly preferable as the lithium compound.

リン元素を含む固体原料としては、例えば、三硫化二リン(P)、五硫化二リン(P)等の硫化リン、硫化ケイ素(SiS)、硫化ゲルマニウム(GeS)、硫化ホウ素(B)、硫化ガリウム(Ga)、硫化スズ(SnS又はSnS)、硫化アルミニウム(Al)、硫化亜鉛(ZnS)、リン酸ナトリウム(NaPO)等のリン化合物、及びリン単体の少なくとも1つであることが好ましい。リン化合物としては、硫化リンが好ましく、五硫化二リン(P)がより好ましい。五硫化二リン(P)等のリン化合物、リン単体は、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。 Examples of the solid material containing phosphorus element include phosphorus sulfide such as diphosphorus trisulfide (P 2 S 3 ) and diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ), silicon sulfide (SiS 2 ), and germanium sulfide (GeS 2 ). Boron sulfide (B 2 S 3 ), gallium sulfide (Ga 2 S 3 ), tin sulfide (SnS or SnS 2 ), aluminum sulfide (Al 2 S 3 ), zinc sulfide (ZnS), sodium phosphate (Na 3 PO) It is preferable that it is at least 1 of phosphorus compounds, such as 4 ), and phosphorus simple substance. As the phosphorus compound, phosphorus sulfide is preferable, and phosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) is more preferable. Phosphorus compounds such as diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) and simple phosphorus can be used without particular limitation as long as they are industrially produced and sold.

リチウム元素、リン元素、及び硫黄元素を含む固体原料としては、リチウム化合物及びリチウム金属単体の少なくとも1つと、リン化合物及びリン単体の少なくとも1つとを含むことが好ましい。中でも、リチウム化合物とリン化合物との組合せが好ましく、リチウム化合物と硫化リンとの組合せがより好ましく、硫化リチウムと硫化リンとの組合せが更に好ましく、硫化リチウムと五硫化二リンとの組合せが特に好ましい。   The solid raw material containing lithium element, phosphorus element, and sulfur element preferably contains at least one of a lithium compound and a lithium metal simple substance and at least one of a phosphorus compound and a phosphorus simple substance. Among them, a combination of a lithium compound and a phosphorus compound is preferable, a combination of a lithium compound and phosphorus sulfide is more preferable, a combination of lithium sulfide and phosphorus sulfide is more preferable, and a combination of lithium sulfide and phosphorus pentasulfide is particularly preferable. .

リチウム元素を含む固体原料、及びリン元素を含む固体原料の使用量は特に限定されるものではなく、所望の固体電解質に基づき適宜決定すればよい。例えば、リチウム元素を含む固体原料として硫化リチウム(LiS)を用い、リン元素を含む固体原料として五硫化二リン(P)とを用いる場合、LiS及びPの合計に対するLiSの割合は、化学的安定性の高い固体電解質を得る観点から、68mol%以上95mol%以下の範囲が好ましく、70mol%以上94mol%以下の範囲内がより好ましく、72mol%以上93mol%以下の範囲内が更に好ましく、74mol%以上92mol%以下の範囲内が特に好ましい。 The amount of the solid raw material containing lithium element and the solid raw material containing phosphorus element is not particularly limited, and may be appropriately determined based on a desired solid electrolyte. For example, when lithium sulfide (Li 2 S) is used as a solid material containing lithium element and diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) is used as a solid material containing phosphorus element, Li 2 S and P 2 S 5 are used. The ratio of Li 2 S to the total is preferably in the range of 68 mol% or more and 95 mol% or less, more preferably in the range of 70 mol% or more and 94 mol% or less, and 72 mol% or more and 93 mol% from the viewpoint of obtaining a solid electrolyte having high chemical stability. % Is more preferable, and a range of 74 mol% or more and 92 mol% or less is particularly preferable.

また、固体原料は、さらにフッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)、及びヨウ素(I)等の少なくとも1種のハロゲン元素を含むことが好ましく、塩素(Cl)、臭素(Br)、及びヨウ素(I)の少なくとも1種が好ましく、臭素(Br)及びヨウ素(I)の少なくとも1種がより好ましい。例えば、下記一般式(1)で表される、ハロゲン含有化合物を含むことが好ましい。   The solid raw material preferably further contains at least one halogen element such as fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), and iodine (I). Chlorine (Cl), bromine (Br) And at least one of iodine (I) is preferable, and at least one of bromine (Br) and iodine (I) is more preferable. For example, it is preferable to include a halogen-containing compound represented by the following general formula (1).

一般式(1)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、リチウム(Li)又はリン(P)が好ましく、特にリチウム(Li)が好ましい。
Xは、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)、及びヨウ素(I)から選択されるハロゲン元素である。
また、lは1又は2の整数であり、mは1以上10以下の整数である。mが2以上10以下の整数の場合、すなわち、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SiBrCl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 general formula (1), M is sodium (Na), lithium (Li), boron (B), aluminum (Al), silicon (Si), phosphorus (P), sulfur (S), germanium (Ge), Arsenic (As), Selenium (Se), Tin (Sn), Antimony (Sb), Tellurium (Te), Lead (Pb), Bismuth (Bi), or a combination of these elements with oxygen and sulfur elements Lithium (Li) or phosphorus (P) is preferable, and lithium (Li) is particularly preferable.
X is a halogen element selected from fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), and iodine (I).
L is an integer of 1 or 2, and m is an integer of 1 to 10. When m is an integer of 2 or more and 10 or less, that is, when there are a plurality of X, X may be the same or different. For example, in SiBrCl 3 described later, m is 4, and X is composed of different elements such as Br and Cl.

上記一般式(1)で表されるハロゲン含有化合物としては、具体的には、NaI、NaF、NaCl、NaBr等のハロゲン化ナトリウム、LiF、LiCl、LiBr、LiI等のハロゲン化リチウム、BCl、BBr、BI等のハロゲン化ホウ素、AlF、AlBr、AlI、AlCl等のハロゲン化アルミニウム、SiF、SiCl、SiCl、SiCl、SiBr、SiBrCl、SiBrCl、SiI等のハロゲン化ケイ素、PF、PF、PCl、PCl、POCl、PBr、POBr、PI、PCl、P等のハロゲン化リン、SF、SF、SF、S10、SCl、SCl、SBr等のハロゲン化硫黄、GeF、GeCl、GeBr、GeI、GeF、GeCl、GeBr、GeI等のハロゲン化ゲルマニウム、AsF、AsCl、AsBr、AsI、AsF等のハロゲン化ヒ素、SeF、SeF、SeCl、SeCl、SeBr、SeBr等のハロゲン化セレン、SnF、SnCl、SnBr、SnI、SnF、SnCl、SnBr、SnI等のハロゲン化スズ、SbF、SbCl、SbBr、SbI、SbF、SbCl等のハロゲン化アンチモン、TeF、Te10、TeF、TeCl、TeCl、TeBr、TeBr、TeI等のハロゲン化テルル、PbF、PbCl、PbF、PbCl、PbBr、PbI等のハロゲン化鉛、BiF、BiCl、BiBr、BiI等のハロゲン化ビスマス等が挙げられる。 Specific examples of the halogen-containing compound represented by the general formula (1) include sodium halides such as NaI, NaF, NaCl, and NaBr, lithium halides such as LiF, LiCl, LiBr, and LiI, BCl 3 , Boron halides such as BBr 3 and BI 3 , aluminum halides such as AlF 3 , AlBr 3 , AlI 3 and AlCl 3 , SiF 4 , SiCl 4 , SiCl 3 , Si 2 Cl 6 , SiBr 4 , SiBrCl 3 , SiBr 2 Cl 2, SiI 4 and halogenated silicon, PF 3, PF 5, PCl 3, PCl 5, POCl 3, PBr 3, POBr 3, PI 3, P 2 Cl 4, phosphorus halides such as P 2 I 4, SF 2 , SF 4 , SF 6 , S 2 F 10 , SCl 2 , S 2 Cl 2 , S 2 Br 2, etc. Sulfogenated sulfur, GeF 4 , GeCl 4 , GeBr 4 , GeI 4 , GeF 2 , GeCl 2 , GeBr 2 , GeI 2 and other halogenated germanium, AsF 3 , AsCl 3 , AsBr 3 , AsI 3 , AsF 5 and the like arsenic, SeF 4, SeF 6, SeCl 2, SeCl 4, Se 2 Br 2, SeBr 4 like halogenated selenium, SnF 4, SnCl 4, SnBr 4, SnI 4, SnF 2, SnCl 2, SnBr 2, SnI Tin halides such as 2 ; antimony halides such as SbF 3 , SbCl 3 , SbBr 3 , SbI 3 , SbF 5 , SbCl 5 , TeF 4 , Te 2 F 10 , TeF 6 , TeCl 2 , TeCl 4 , TeBr 2 Tellurium halides such as TeBr 4 and TeI 4 , PbF 4 , Pb Cl 4, PbF 2, PbCl 2 , PbBr 2, PbI 2 , etc. lead halide, BiF 3, BiCl 3, BiBr 3, BiI halogenated bismuth such as 3.

上記のハロゲン含有化合物としては、塩化リチウム(LiCl)、臭化リチウム(LiBr)、ヨウ化リチウム(LiI)等のハロゲン化リチウム、五塩化リン(PCl)、三塩化リン(PCl)、五臭化リン(PBr)、三臭化リン(PBr)等のハロゲン化リンが好ましい。中でも、塩化リチウム(LiCl)、臭化リチウム(LiBr)、ヨウ化リチウム(LiI)等のハロゲン化リチウム、及び三臭化リン(PBr)が好ましく、塩化リチウム(LiCl)、臭化リチウム(LiBr)、ヨウ化リチウム(LiI)等のハロゲン化リチウムがより好ましく、特に臭化リチウム(LiBr)、ヨウ化リチウム(LiI)が好ましい。ハロゲン含有化合物は、上記の化合物の中から1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい、すなわち上記の化合物の少なくとも1つを用いることができる。 Examples of the halogen-containing compounds include lithium halides such as lithium chloride (LiCl), lithium bromide (LiBr), and lithium iodide (LiI), phosphorus pentachloride (PCl 5 ), phosphorus trichloride (PCl 3 ), five Phosphorus halides such as phosphorus bromide (PBr 5 ) and phosphorus tribromide (PBr 3 ) are preferred. Among these, lithium halides such as lithium chloride (LiCl), lithium bromide (LiBr), and lithium iodide (LiI), and phosphorus tribromide (PBr 3 ) are preferable, and lithium chloride (LiCl) and lithium bromide (LiBr) are preferable. ) And lithium iodide (LiI) are more preferable, and lithium bromide (LiBr) and lithium iodide (LiI) are particularly preferable. As the halogen-containing compound, one of the above compounds may be used alone, or two or more thereof may be used in combination, that is, at least one of the above compounds can be used.

ハロゲン含有化合物として、例えば臭化リチウム(LiBr)及びヨウ化リチウム(LiI)を用いる場合、固体電解質の製造に用いる固体原料中の臭化リチウム(LiBr)及びヨウ化リチウム(LiI)の合計使用割合は、所望の固体電解質を得ることができる割合であれば特に限定されるものではないが、例えば、3mol%以上40mol%以下の範囲内であることが好ましく、3mol%以上35mol%以下の範囲内であることがより好ましく、3mol%以上30mol%以下の範囲内であることがさらに好ましい。例えば、5mol%以上28mol%以下の範囲内、8mol%以上28mol%以下の範囲内、10mol%以上28mol%以下の範囲内、12mol%以上28mol%以下の範囲内、15mol%以上28mol%以下の範囲内が挙げられる。   For example, when lithium bromide (LiBr) and lithium iodide (LiI) are used as the halogen-containing compound, the total usage ratio of lithium bromide (LiBr) and lithium iodide (LiI) in the solid raw material used for the production of the solid electrolyte Is not particularly limited as long as a desired solid electrolyte can be obtained. For example, it is preferably in the range of 3 mol% to 40 mol%, preferably in the range of 3 mol% to 35 mol%. It is more preferable that it is in the range of 3 mol% or more and 30 mol% or less. For example, in the range of 5 mol% to 28 mol%, in the range of 8 mol% to 28 mol%, in the range of 10 mol% to 28 mol%, in the range of 12 mol% to 28 mol%, and in the range of 15 mol% to 28 mol%. Inside is mentioned.

また、臭化リチウム(LiBr)及びヨウ化リチウム(LiI)の合計に対する臭化リチウム(LiBr)の割合(LiBr/(LiI+LiBr))は、特に限定されるものではなく、任意の割合を採用することができるが、臭化リチウム(LiBr)をヨウ化リチウム(LiI)に置換した組成にしたこと以外は同様にして作製固体電解質(比較対象としての固体電解質)に対して、同程度以上のLiイオン伝導度が得られる割合であることが好ましく、比較対象としての固体電解質よりも高いLiイオン伝導度が得られる割合であることがより好ましい。上記臭化リチウム(LiBr)の割合は、例えば、1mol%以上99mol%以下の範囲内であり、5mol%以上75mol%以下の範囲内であることが好ましい。例えば、20mol%以上75mol%以下、40mol%以上72mol%以下、50mol%以上70mol%以下、の範囲内が挙げられる。   Moreover, the ratio (LiBr / (LiI + LiBr)) of lithium bromide (LiBr) to the total of lithium bromide (LiBr) and lithium iodide (LiI) is not particularly limited, and any ratio is adopted. However, the lithium ion (LiBr) is replaced with lithium iodide (LiI) in the same manner, but the Li ion is comparable to or higher than that of the solid electrolyte (solid electrolyte as a comparison target). The ratio is preferably such that the conductivity can be obtained, and more preferably the ratio capable of obtaining higher Li ion conductivity than the solid electrolyte as a comparison target. The ratio of the lithium bromide (LiBr) is, for example, in the range of 1 mol% to 99 mol%, and preferably in the range of 5 mol% to 75 mol%. For example, the range of 20 mol% or more and 75 mol% or less, 40 mol% or more and 72 mol% or less, and 50 mol% or more and 70 mol% or less is mentioned.

固体電解質の製造に用いる全材料におけるヨウ化リチウム(LiI)の割合は、3mol%より多く、かつ20mol%より少なく、該全材料における臭化リチウム(LiBr)の割合は、3mol%以上20mol%以下であることが好ましい。
なお、固体電解質が、a((1−b)LiI・bLiBr)・(1−a)(cLiS・(1−c)P)の組成を有する場合、aが上記LiI及びLiBrの合計の割合に該当し、bが上記LiBrの割合に該当し、cが上記LiSの割合に該当する。
The proportion of lithium iodide (LiI) in all the materials used for the production of the solid electrolyte is more than 3 mol% and less than 20 mol%, and the proportion of lithium bromide (LiBr) in all the materials is 3 mol% or more and 20 mol% or less. It is preferable that
In addition, when the solid electrolyte has a composition of a ((1-b) LiI · bLiBr) · (1-a) (cLi 2 S · (1-c) P 2 S 5 ), a is the above LiI and LiBr. B corresponds to the above LiBr ratio, and c corresponds to the above Li 2 S ratio.

上記の固体原料の粒径は、上記の各固体原料が通常有している粒径であればよく、特に制限はない。例えば、硫化リチウムの粒径は0.01mm以上3mm以下であり、五硫化二リンの粒径は0.01mm以上3mm以下である。また、臭化リチウムの粒径は0.01mm以上3mm以下であり、ヨウ化リチウムの粒径は0.01mm以上3mm以下である。このように、本実施形態で使用し得る固体原料は、せん断力を用いた反応に供することから、その粒径は幅広いものであり、固体原料の粒径によらず、固体電解質を製造することができる。ここで、平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(例えば、Malvern Instruments Ltd製 マスターサイザー2000)を用いて測定される値である。   The particle size of the solid raw material is not particularly limited as long as it is a particle size that each of the solid raw materials normally has. For example, the particle size of lithium sulfide is 0.01 mm or more and 3 mm or less, and the particle size of diphosphorus pentasulfide is 0.01 mm or more and 3 mm or less. Moreover, the particle size of lithium bromide is 0.01 mm or more and 3 mm or less, and the particle size of lithium iodide is 0.01 mm or more and 3 mm or less. Thus, since the solid raw material that can be used in this embodiment is subjected to a reaction using shearing force, its particle size is wide, and a solid electrolyte is produced regardless of the particle size of the solid raw material. Can do. Here, the average particle diameter is a value measured using a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus (for example, Mastersizer 2000 manufactured by Malvern Instruments Ltd).

上記の固体原料は、そのまま用いてもよいし、有機溶媒を伴ったスラリー状で用いてもよい。本実施形態においては、生産性、量産性を考慮すると、有機溶媒は極力用いることがない方が好ましく、有機溶媒を用いることなく、固体原料をそのまま用いる、乾式にて反応させることが好ましい。ここで、「有機溶媒を用いること」とは、意図的に有機溶媒を用いることを意味し、例えば、固体原料が、その製造過程で除去しきれずに伴うこととなった有機溶媒が存在する場合は除かれる。   Said solid raw material may be used as it is or may be used in the form of a slurry with an organic solvent. In the present embodiment, in consideration of productivity and mass productivity, it is preferable that the organic solvent is not used as much as possible, and it is preferable to use the solid raw material as it is without using the organic solvent and to perform the reaction in a dry process. Here, “using an organic solvent” means intentionally using an organic solvent, for example, when there is an organic solvent that is accompanied by a solid raw material that cannot be completely removed in the production process. Is excluded.

なお、有機溶媒を用いる場合、非プロトン性極性溶媒、非プロトン性非極性溶媒といった非プロトン性溶媒を用いればよく、その使用量としては、該有機溶媒1Lに対する固体原料全量の添加量が、通常0.001kg以上1kg以下となる量とすればよい。   In the case of using an organic solvent, an aprotic solvent such as an aprotic polar solvent or an aprotic nonpolar solvent may be used. The amount of the organic solvent used is usually the amount of the solid raw material added to 1 L of the organic solvent. What is necessary is just to set it as the quantity used as 0.001 kg or more and 1 kg or less.

(固体原料の反応の諸条件)
本実施形態おいて、固体原料の反応は、得ようとする固体電解質の性状、すなわち、非晶質の固体電解質を得るか、結晶性の固体電解質を得るかに応じて、反応条件が異なる。
本明細書において、非晶質の固体電解質は、X線回折測定においてX線回折パターンが実質的に材料由来のピーク以外のピークが観測されないハローパターンであるもののことであり、固体原料由来のピークの有無は問わないものである。
また、本明細書において、結晶性の固体電解質は、X線回折測定においてX線回折パターンに、固体電解質由来のピークが観測される固体電解質であって、これらにおいて固体原料由来のピークの有無は問わない材料である。すなわち、結晶性の固体電解質は、固体電解質に由来する結晶構造を含み、その一部が該固体電解質に由来する結晶構造であっても、その全部が該固体電解質に由来する結晶構造であってもよい、ものである。そして、結晶性の固体電解質は、上記のようなX線回折パターンを有していれば、その一部に非晶質の固体電解質が含まれていてもよいものである。
(Conditions for reaction of solid raw materials)
In the present embodiment, the reaction of the solid raw material has different reaction conditions depending on the properties of the solid electrolyte to be obtained, that is, whether to obtain an amorphous solid electrolyte or a crystalline solid electrolyte.
In this specification, an amorphous solid electrolyte is a halo pattern in which an X-ray diffraction pattern is substantially a peak other than a peak derived from a material in an X-ray diffraction measurement. The presence or absence is not questioned.
Further, in this specification, a crystalline solid electrolyte is a solid electrolyte in which a peak derived from a solid electrolyte is observed in an X-ray diffraction pattern in an X-ray diffraction measurement. Any material. That is, the crystalline solid electrolyte includes a crystal structure derived from the solid electrolyte, and even if a part thereof is a crystal structure derived from the solid electrolyte, the whole is a crystal structure derived from the solid electrolyte. It is also good. As long as the crystalline solid electrolyte has the X-ray diffraction pattern as described above, an amorphous solid electrolyte may be included in a part thereof.

本実施形態において、非晶質の固体電解質を得る場合、反応時の温度は、非晶質の固体電解質が得られやすく、粉体集合物中の副生成物、不純物をより少なくし、より均質で高品質の固体電解質を得る観点から、結晶化温度以下であることが好ましく、結晶化温度の−150℃以上−1℃以下がより好ましく、−100℃以上−5℃以下がさらに好ましく、特に−80℃以上−30℃以下が好ましい。
一方、結晶性の固体電解質を得る場合、反応時の温度は、結晶性の固体電解質が得られやすく、粉体集合物中の副生成物、不純物をより少なくし、より均質で高品質の固体電解質を得る観点から、結晶化温度を超えた温度であることが好ましく、結晶化温度の1℃以上150℃以下がより好ましく、5℃以上100℃以下がより好ましく、30℃以上80℃以下が更に好ましい。
ここで、本明細書における結晶化温度は、固体原料を用いて結晶性の固体電解質を得る場合の該固体電解質の結晶構造の結晶化温度、すなわち、該固体原料を用いて得られる非晶質の固体電解質の結晶化温度を意味し、示差熱分析(DTA)により確認、測定することができる。例えば、示差熱分析装置(DTA装置)を用いて、10℃/分の昇温条件で示差熱分析(DTA)を行い測定される、最も低温側で観測される発熱ピークを示す温度が結晶化温度である。
In this embodiment, when an amorphous solid electrolyte is obtained, the temperature during the reaction is such that an amorphous solid electrolyte is easily obtained, the by-products and impurities in the powder aggregate are reduced, and the reaction is more homogeneous. From the viewpoint of obtaining a high-quality solid electrolyte, the crystallization temperature is preferably not higher than the crystallization temperature, more preferably −150 ° C. or higher and −1 ° C. or lower, further preferably −100 ° C. or higher and −5 ° C. or lower, particularly preferably -80 degreeC or more and -30 degrees C or less are preferable.
On the other hand, when a crystalline solid electrolyte is obtained, the temperature during the reaction is such that a crystalline solid electrolyte is easily obtained, and there are fewer by-products and impurities in the powder aggregate, resulting in a more homogeneous and high-quality solid. From the viewpoint of obtaining an electrolyte, the temperature is preferably higher than the crystallization temperature, more preferably 1 to 150 ° C., more preferably 5 to 100 ° C., more preferably 30 to 80 ° C. Further preferred.
Here, the crystallization temperature in the present specification is the crystallization temperature of the crystal structure of the solid electrolyte in the case where a crystalline solid electrolyte is obtained using the solid raw material, that is, the amorphous material obtained using the solid raw material. This means the crystallization temperature of the solid electrolyte and can be confirmed and measured by differential thermal analysis (DTA). For example, using a differential thermal analyzer (DTA device), the temperature showing the exothermic peak observed at the lowest temperature, which is measured by differential thermal analysis (DTA) under a temperature rising condition of 10 ° C./min, is crystallized. Temperature.

結晶化温度は、固体電解質を構成する元素の種類、組成比、構造の違い等によって異なり、LiS−P系の非晶質の固体電解質の結晶化温度は例えば210℃以上340℃以下、LiS−P−LiBr系の非晶質の固体電解質の結晶化温度は例えば170℃以上290℃以下、LiS−P−LiI系の非晶質の固体電解質の結晶化温度は例えば140℃以上260℃以下、LiS−P−LiI−LiBr系の非晶質の固体電解質の結晶化温度は例えば140℃以上260℃以下の範囲内にある。 The crystallization temperature varies depending on the type of element constituting the solid electrolyte, the composition ratio, the difference in structure, and the like, and the crystallization temperature of the Li 2 S—P 2 S 5 based amorphous solid electrolyte is, for example, 210 ° C. or higher and 340 ° C. The crystallization temperature of the Li 2 S—P 2 S 5 —LiBr amorphous solid electrolyte is, for example, 170 ° C. or more and 290 ° C. or less, Li 2 S—P 2 S 5 —LiI amorphous amorphous The crystallization temperature of the solid electrolyte is, for example, 140 ° C. or more and 260 ° C. or less, and the crystallization temperature of the Li 2 S—P 2 S 5 —LiI—LiBr-based amorphous solid electrolyte is, for example, in the range of 140 ° C. or more and 260 ° C. or less. It is in.

固体原料の反応時の温度は、非晶質の固体電解質を得るか、結晶性の固体電解質を得るかに応じて、上記反応温度となるよう調整すればよい。反応容器内の温度の局所的な上昇を抑え得るという本実施形態の製造方法の効果、非晶質の固体電解質を得ようとする場合、なるべく結晶化しないようにすることが好ましいこと、等を考慮すると、本実施形態の製造方法は、結晶化温度以上として結晶性の固体電解質を得る製造方法としても採用できるが、結晶化温度以下として非晶質の固体電解質を得る製造方法として、より有効かつ好適に用いられる。   What is necessary is just to adjust the temperature at the time of reaction of a solid raw material so that it may become the said reaction temperature according to whether an amorphous solid electrolyte is obtained or a crystalline solid electrolyte is obtained. The effect of the manufacturing method of this embodiment that can suppress the local rise in temperature in the reaction vessel, that it is preferable to avoid crystallization as much as possible when trying to obtain an amorphous solid electrolyte, etc. In consideration, the manufacturing method of the present embodiment can be adopted as a manufacturing method for obtaining a crystalline solid electrolyte at a temperature higher than the crystallization temperature, but is more effective as a manufacturing method for obtaining an amorphous solid electrolyte at a temperature lower than the crystallization temperature. And preferably used.

(せん断力を用いた反応及び反応装置)
本実施形態の製造方法は、上記固体原料の反応を、少なくとも1つの反応容器においてせん断力を用いた反応により行うものである。
本実施形態において、「せん断力」は、少なくとも2つの粒子同士が任意の面で接触した際に、該面に平行に互いに反対向きに付与しあう力のことを意味する。本実施形態において、せん断力は、より具体的には、粉体集合物同士、すなわち、未反応の固体原料、反応物(固体電解質、中間体、副生成物)、及び不純物等の粉体の少なくとも1種の粉体同士の接触によるものである。
(Reaction and reaction equipment using shear force)
In the production method of the present embodiment, the reaction of the solid raw material is performed by a reaction using a shearing force in at least one reaction vessel.
In the present embodiment, the “shearing force” means a force that is applied in an opposite direction in parallel to the surface when at least two particles contact each other on an arbitrary surface. In the present embodiment, the shear force is more specifically determined between powder aggregates, that is, powders such as unreacted solid raw materials, reactants (solid electrolytes, intermediates, byproducts), and impurities. This is due to contact between at least one kind of powders.

以下、せん断力を用いた反応について、本実施形態の固体電解質の製造方法に用い得る反応設備の好ましい一態様を示す図1を用いて、具体的に説明する。
図1に示される反応設備は、供給口4、排出口5、せん断力を付与する機器3及び反応容器2を備える一の反応装置1(一例として、混練機を図示。)、該排出口から排出された粉体集合物を冷却する冷却装置、該反応容器2と冷却装置とを接続する配管を有するものである。本実施形態において、せん断力を用いた反応は、例えば、反応容器2とせん断力を付与する機器3とを備える反応装置1を用いて行うことができる。
Hereinafter, the reaction using the shearing force will be specifically described with reference to FIG. 1 showing a preferred embodiment of the reaction equipment that can be used in the method for producing a solid electrolyte of the present embodiment.
The reaction facility shown in FIG. 1 includes a supply port 4, a discharge port 5, a device 3 for imparting a shearing force, and a reaction vessel 1 (as an example, a kneader is shown), from the discharge port. A cooling device that cools the discharged powder aggregate and a pipe that connects the reaction vessel 2 and the cooling device are provided. In the present embodiment, the reaction using the shearing force can be performed using, for example, the reaction apparatus 1 including the reaction vessel 2 and the device 3 that applies the shearing force.

せん断力は、例えば、一軸スクリュー、多軸スクリュー、回転ブレードと回転又は固定ブレードとの組合せ、振動、粉砕メディアを用いた接触、ロータ、及びこれらの組合せにより発現させることができる。すなわち、一軸スクリュー、多軸スクリュー、及び回転ブレードと回転又は固定ブレードとを組み合せた機構、振動発生機構、粉砕メディアを用いた衝突発生機構、粉体同士の衝突発生機構、ロータ等、及びこれらを組み合せた機構を備える、せん断力を付与する機器を用いて、せん断力を用いた反応を行うことができる。
本実施形態において、せん断力を付与する機器としては、より効率的にせん断力を付与する観点から、一軸スクリュー、多軸スクリュー、回転ブレードと回転又は固定ブレードとを組み合せた機構を備えるものであることが好ましい。
The shearing force can be expressed by, for example, a single screw, a multi-screw, a combination of a rotating blade and a rotating or fixed blade, vibration, contact using a grinding medium, a rotor, and a combination thereof. That is, a uniaxial screw, a multiaxial screw, a mechanism combining a rotating blade and a rotating or fixed blade, a vibration generating mechanism, a collision generating mechanism using a pulverizing medium, a powder collision generating mechanism, a rotor, etc. A reaction using a shearing force can be performed using an apparatus that provides a combined mechanism and imparts a shearing force.
In the present embodiment, the device for applying the shearing force includes a single screw, a multiaxial screw, a mechanism that combines a rotating blade and a rotating or fixed blade from the viewpoint of applying the shearing force more efficiently. It is preferable.

反応容器と、該容器内に備えられる上記のせん断力を付与する機器とを備える反応装置としては、例えば、一軸スクリューを備える単軸混練機、多軸スクリューを備える多軸混練機(汎用の多軸混練機、KRCニーダー((株)栗本鐡工所製等)、ラボプラストミル((株)東洋精機製作所製)等)、回転ブレードと回転又は固定ブレードとを組み合わせた機構を備える混練機(ミラクルK.C.K(浅田鉄工(株)製)等)、振動発生機構を備える振動ミル、粉砕メディアを用いた衝突発生機構を備えるボールミル、ビーズミル、撹拌ミル等の各種ミル(汎用ミル機、高速遊星ボールミル(ハイジー((株)栗本鐡工所製))、乾式ビーズミル(ドライスター(アシザワ・ファインテック(株)製))、メディア撹拌型粉砕機(アトライタ(日本コークス工業(株)製))、粉体同士の衝突発生機構を備える機器(例えば、表面改質・粉砕装置(ナノメリックリアクター((株)テクノ・アイ製)、ハイブリダゼーション((株)奈良機械製作所製))、ロータを備える粉砕ロータ、回転ロータを備える機器(例えば、ノビルタ、パルベライザ、メカノフュージョン、サイクロミックス(以上、全てホソカワミクロン(株)製)等が挙げられる。
これらの装置は、せん断力と同時に、混合、対流、衝撃等も生じさせ得るものであるが、少なくともせん断力を付与し得るものであれば、本実施形態において、せん断力を付与する機器として用いることができる。
Examples of the reaction apparatus including the reaction vessel and the above-described device for applying the shearing force provided in the vessel include a single-screw kneader having a single screw and a multi-screw kneader having a multi-screw (a general-purpose multi-purpose machine). Shaft kneader, KRC kneader (manufactured by Kurimoto Seiko Co., Ltd., etc.), lab plast mill (manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd., etc.), kneader equipped with a mechanism combining a rotating blade and a rotating or fixed blade ( Miracle K.C.K (manufactured by Asada Tekko Co., Ltd.), vibration mills equipped with a vibration generating mechanism, ball mills equipped with a collision generating mechanism using grinding media, bead mills, agitating mills, and other various mills (general-purpose mill machines, High-speed planetary ball mill (Hiji (Kurimoto Co., Ltd.)), dry bead mill (Dry Star (Ashizawa Finetech Co., Ltd.)), media agitation mill (Attritor) Nippon Coke Kogyo Co., Ltd.)), equipment equipped with a mechanism for generating collisions between powders (for example, surface modification / pulverization device (Nanomeric Reactor (Techno Eye Co., Ltd.)), Hybridization (Co., Ltd.) Nara Machinery Co., Ltd.), a crushing rotor equipped with a rotor, and a device equipped with a rotating rotor (for example, nobilta, pulverizer, mechanofusion, cyclomix (all manufactured by Hosokawa Micron Co., Ltd.)).
These devices can generate mixing, convection, impact, etc. simultaneously with the shearing force, but can be used as a device for applying the shearing force in this embodiment as long as at least the shearing force can be applied. be able to.

本実施形態において、反応容器とせん断力を付与する機器とを備える反応装置は、該反応装置に供給される固体原料及び粉体集合物の少なくとも一方が、該反応容器内の粉体集合物を押し出して排出する方式を有するものであることが好ましい。このような方式を有するものであると、反応容器内の粉体集合体がより密となり、粉体同士の接触機会がより多くなるため、より効率的に粉体集合物にせん断力を付与し、反応をより進行しやすくすることができる。
このような観点から、本実施形態において、反応装置としては、一軸スクリューを備える単軸混練機、多軸スクリューを備える多軸混練機、回転ブレードと回転又は固定ブレードとを組み合わせた機構を備える混練機がより好ましい。
In the present embodiment, a reaction apparatus including a reaction vessel and a device for applying a shearing force is such that at least one of a solid raw material and a powder aggregate supplied to the reaction apparatus is a powder aggregate in the reaction container. It is preferable to have a method of extruding and discharging. With such a system, the powder aggregate in the reaction vessel becomes denser and the opportunities for contact between the powders increase, so that shear force can be applied to the powder aggregate more efficiently. , It can make the reaction easier to proceed.
From this point of view, in this embodiment, as the reaction apparatus, a single-screw kneader equipped with a single screw, a multi-screw kneader equipped with a multi-screw, and a kneading equipped with a mechanism combining a rotating blade and a rotating or fixed blade. More preferred.

反応容器の形状は、せん断力を付与する機器を備え得る形状であれば特に制限はなく、例えば、単軸混練機、多軸混練機、回転ブレードと回転又は固定ブレードとを組み合わせた機構を備える混練機であれば、円筒型、楕円筒型等とすればよいし、また、立方体型、直方体型、円錐型、四角錐型のような形状としてもよい。
反応容器の容積は、固体電解質の製造規模に応じて適宜選択すればよく、特に制限はないが、例えば、0.5L以上1500L以下程度、好ましくは、50L以上1200L以下、であればよい。
The shape of the reaction vessel is not particularly limited as long as it can be equipped with a device for applying a shearing force, and includes, for example, a single-axis kneader, a multi-axis kneader, and a mechanism that combines a rotating blade and a rotating or fixed blade. If it is a kneader, it may be a cylindrical shape, an elliptical cylinder shape, or the like, or may be a shape such as a cubic shape, a rectangular parallelepiped shape, a conical shape, or a quadrangular pyramid shape.
The volume of the reaction vessel may be appropriately selected according to the production scale of the solid electrolyte, and is not particularly limited. For example, it may be about 0.5 L to 1500 L, preferably 50 L to 1200 L.

本実施形態において、反応容器における粉体集合物の充填率は、より効率的に粉体集合物にせん断力を付与し、反応をより進行しやすくする観点から、20容積%以上が好ましく、30容積%以上がより好ましく、50容積%以上が更に好ましく、75容積%以上がより更に好ましく、特に80容積%以上が好ましい。ここで、「反応容器における粉体集合物の充填率」は、反応容器において粉体集合物が存在しうる空間の容積に対する、該反応容器内に存在する粉体集合物の容積の割合を意味し、より具体的には、反応容器の容積から、せん断力を付与する機器の容積を差し引いた容積に対する、粉体集合物の容積の割合とする。   In the present embodiment, the filling rate of the powder aggregate in the reaction vessel is preferably 20% by volume or more from the viewpoint of more efficiently imparting a shear force to the powder aggregate and facilitating the reaction. Volume% or more is more preferable, 50 volume% or more is still more preferable, 75 volume% or more is further more preferable, and 80 volume% or more is particularly preferable. Here, the “filling rate of the powder aggregate in the reaction container” means the ratio of the volume of the powder aggregate present in the reaction container to the volume of the space where the powder aggregate can exist in the reaction container. More specifically, the ratio is the ratio of the volume of the powder aggregate to the volume obtained by subtracting the volume of the device to which the shearing force is applied from the volume of the reaction vessel.

反応容器に設けられる供給口、排出口は、固体原料、粉体集合物を供給、排出できる構造を有していればよく、反応装置が設置される環境、該反応装置を含む反応設備の態様等を考慮して適宜選択すればよい。
例えば、供給口は、運転のし易さを考慮すると、固体原料及び粉体集合物を一度貯蔵できるような形状のもの、例えば、図1に示されるようなホッパーを用いることが好ましい。ここで、ホッパーは少なくとも一部に開口部を有し、該開口部から固体原料、粉体集合物を供給できる形態とすればよい。また、反応容器から排出される粉体集合物を窒素等の気体により配管内で移送し、冷却装置で冷却した後に、反応容器に供給するような場合は、該配管と接続するためのフランジ等の接続口を有するものとすればよく、配管による気体移送を行わず、反応設備が反応容器から排出される粉体集合物を容器で受けて、冷却した後、該容器から粉体集合物を供給口から供給するような場合は、容器から粉体集合物を供給しやすいような開口部を有するものとすればよい。
また、排出口は、粉体集合物を配管により気体移送する場合は、該配管と接続するためのフランジ等の接続口を有するものとすればよく、配管を設けない場合は、粉体集合物を容器で受け得る形状であれば特に制限はなく、粉体集合物の回収のしやすさ等を考慮すると、例えば、汎用の排出シュート等を用いればよい。
The supply port and the discharge port provided in the reaction vessel are only required to have a structure capable of supplying and discharging the solid raw material and the powder aggregate. The environment in which the reaction apparatus is installed and the mode of the reaction equipment including the reaction apparatus These may be selected as appropriate.
For example, considering the ease of operation, the supply port preferably has a shape that can store the solid raw material and the powder aggregate once, for example, a hopper as shown in FIG. Here, the hopper may have an opening at least in part, and the solid raw material and the powder aggregate may be supplied from the opening. In addition, when the powder aggregate discharged from the reaction vessel is transferred in a pipe by a gas such as nitrogen and cooled by a cooling device and then supplied to the reaction vessel, a flange for connecting to the pipe, etc. It is only necessary to have a connection port of the following, and without performing gas transfer by piping, the reaction facility receives the powder aggregate discharged from the reaction container in the container, and after cooling, the powder aggregate is removed from the container. In the case of supplying from the supply port, an opening may be provided so that the powder aggregate can be easily supplied from the container.
Further, the discharge port may have a connection port such as a flange for connection with the pipe when the powder aggregate is gas-transferred through the pipe, and if the pipe is not provided, the powder aggregate If it is a shape that can be received by the container, there is no particular limitation, and considering the ease of collection of the powder aggregate, for example, a general-purpose discharge chute may be used.

固体原料の反応は、得られる固体電解質が水、酸素に接触すると変性する場合があるため、固体原料の供給、反応、及び粉体集合物の排出は不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。この場合、不活性ガスとしては、窒素、アルゴン等が挙げられる。また、粉体集合物を配管により気体移送する場合、用いられる気体としても、これらの不活性ガスが挙げられる。
また、固体原料の反応は乾燥雰囲気下で行われることが好ましく、例えば、露点−90℃以上−40℃以下の雰囲気で行うことが好ましく、露点−90℃以上−45℃以下の雰囲気で行うことがより好ましく、露点−90℃以上−50℃以下の雰囲気で行うことがさらに好ましい。これを実現するためには、反応設備をグローブボックス内、ドライルーム内に設置する方法が挙げられる。
Since the reaction of the solid raw material may be denatured when the obtained solid electrolyte comes into contact with water or oxygen, the supply of the solid raw material, the reaction, and the discharge of the powder aggregate are preferably performed in an inert gas atmosphere. In this case, examples of the inert gas include nitrogen and argon. Moreover, when carrying out gas transfer of a powder aggregate by piping, these inert gas is mentioned as gas used.
The reaction of the solid raw material is preferably performed in a dry atmosphere, for example, preferably performed in an atmosphere having a dew point of −90 ° C. or higher and −40 ° C. or lower, and performed in an atmosphere of a dew point of −90 ° C. or higher and −45 ° C. or lower. Is more preferable, and it is more preferable to perform in an atmosphere having a dew point of −90 ° C. or higher and −50 ° C. or lower. In order to realize this, there is a method of installing reaction equipment in a glove box or a dry room.

反応設備の規模によっては、グローブボックス内、ドライルーム内に設置することができないこともある。そのような場合は、例えば、反応容器内、また必要に応じて冷却装置、反応容器と冷却装置とを接続する配管、固体原料の供給設備等に上記不活性ガスを断続的又は連続的に供給する方法等の、固体原料、粉体集合物が通過する場所を不活性ガス雰囲気したとする方法によっても実現できる。反応容器に供給する場合、該反応容器に不活性ガスを供給する供給口、排出口を設けておけばよい。   Depending on the scale of the reaction equipment, it may not be installed in the glove box or dry room. In such a case, for example, the above inert gas is intermittently or continuously supplied to the reaction vessel and, if necessary, to the cooling device, the pipe connecting the reaction vessel and the cooling device, the solid raw material supply facility, etc. This method can also be realized by a method in which a solid raw material and a place through which a powder aggregate passes are made an inert gas atmosphere. When supplying to the reaction vessel, a supply port and a discharge port for supplying an inert gas may be provided in the reaction vessel.

(冷却装置)
本実施形態において、反応容器から排出された粉体集合物を、冷却し、該反応容器及び別の反応容器の少なくとも一方に供給することを要する。粉体集合物を冷却し、反応容器に供給することにより、該反応容器内の温度の局所的な上昇を抑え、均質で高品質な固体電解質を、優れた生産性及び量産性で得られる。
(Cooling system)
In the present embodiment, it is necessary to cool the powder aggregate discharged from the reaction vessel and supply it to at least one of the reaction vessel and another reaction vessel. By cooling the powder aggregate and supplying it to the reaction vessel, a local increase in temperature in the reaction vessel is suppressed, and a homogeneous and high-quality solid electrolyte can be obtained with excellent productivity and mass productivity.

粉体集合物の冷却に用い得る冷却装置としては、粉体集合物を冷却し得るものであれば特に制限はなく、例えば、冷媒を用いて直接的又は間接的に冷却し得るものが挙げられる。
冷媒を用いて直接的に冷却する冷却装置としては、例えば、粉体集合物を入れた容器に上記の不活性ガス等を直接供給して直接冷却する装置、粉体集合物を気体移送し得る配管等が挙げられる。また、冷媒を用いて間接的に冷却するものとしては、空冷ジャケット、水冷ジャケット、空冷式熱交換器、水冷式熱交換器等が挙げられる。
これらの冷却装置は、冷却装置が設置される環境、該冷却装置を含む反応設備の態様等を考慮して適宜選択すればよく、例えば、図1に示されるような配管を用いる場合は、配管内を移送するための気体による冷却、ジャケット等の冷却装置、及びこれらを組み合わせたものを採用すればよく、配管を用いない場合は、排出された粉体集合物を受けた容器に気体等により直接供給し、冷却し得る装置を採用すればよい。
The cooling device that can be used for cooling the powder aggregate is not particularly limited as long as it can cool the powder aggregate. For example, a cooling apparatus that can directly or indirectly cool the powder aggregate is used. .
As a cooling device that directly cools using a refrigerant, for example, a device that directly supplies the above-mentioned inert gas or the like to a container containing the powder aggregate and directly cools it, and the powder aggregate can be gas-transferred. A pipe etc. are mentioned. Moreover, what cools indirectly using a refrigerant | coolant includes an air cooling jacket, a water cooling jacket, an air cooling heat exchanger, a water cooling heat exchanger, etc.
These cooling devices may be appropriately selected in consideration of the environment in which the cooling device is installed, the mode of the reaction equipment including the cooling device, and the like. For example, when using the piping shown in FIG. Cooling with gas for transferring the inside, a cooling device such as a jacket, and a combination of these may be employed. When piping is not used, the container that received the discharged powder aggregate is filled with gas or the like. A device that can be directly supplied and cooled can be used.

(配管)
本実施形態において、反応容器と冷却装置とを接続する配管を用いる場合、配管の材質は、特に制限なく、樹脂チューブ、ステンレス鋼等の金属製の配管を用いることができる。
配管を採用する場合、配管による固体原料、粉体集合物の反応容器と冷却装置との間を移送は、気体を用いた気体移送により行うことができる。この場合、気体としては、上記の不活性ガスを用いることが好ましい。
(Plumbing)
In the present embodiment, when a pipe connecting the reaction vessel and the cooling device is used, the pipe material is not particularly limited, and a metal pipe such as a resin tube or stainless steel can be used.
When the piping is adopted, the transfer between the reaction vessel for the solid raw material and the powder aggregate by the piping and the cooling device can be performed by gas transfer using gas. In this case, it is preferable to use the above inert gas as the gas.

(反応設備の構成)
本実施形態において、反応設備としては、図1に示されるような、投入口、排出口、せん断力を付与する機器及び反応容器を備える一の反応装置、該排出口から排出された粉体集合物を冷却する冷却装置、該反応装置と冷却装置とを接続する配管を有する設備が例示される。図1に示される、反応容器が1つであり、排出口から排出された粉体集合物を冷却し、該反応容器に供給する構成(「構成1」とも称する。)は、本実施形態における好ましい態様の一例である。
なお、本実施形態においては、図1に示される配管を用いた構成に限らず、配管を用いない構成、より詳細には、配管を用いず、排出口から排出された粉体集合物を容器に受けて、該容器中の粉体集合物を冷却し、該容器内の粉体集合物を供給口から反応容器に供給する構成であってもよい。
(Composition of reaction equipment)
In this embodiment, as the reaction equipment, as shown in FIG. 1, an input port, an exhaust port, one reaction device including a device for applying a shearing force and a reaction vessel, and a set of powders discharged from the exhaust port Examples include a cooling device for cooling an object, and a facility having a pipe connecting the reaction device and the cooling device. The configuration shown in FIG. 1 is a single reaction vessel, and the powder aggregate discharged from the discharge port is cooled and supplied to the reaction vessel (also referred to as “configuration 1”) in this embodiment. It is an example of a preferred embodiment.
In the present embodiment, not only the configuration using the piping shown in FIG. 1 but also the configuration without using the piping, more specifically, the powder aggregate discharged from the discharge port without using the piping is used as the container. Then, the powder aggregate in the container may be cooled, and the powder aggregate in the container may be supplied to the reaction container from the supply port.

本実施形態においては、反応容器が2つ以上であってもよい。反応容器が2つ以上の場合の構成について、図2及び3を用いて説明する。反応容器が2つ以上の場合、最も簡易な構成は、図2−aで示される、一の反応容器(反応容器A)から排出された粉体集合物を冷却し、該粉体集合物を別の反応容器(反応容器B)に供給する構成(「構成2a」とも称する。)である。
図2−bに示される構成は、構成2aに加えて、一の反応容器(反応容器A)から排出された粉体集合物を該一の反応容器(反応容器A)に戻す構成2b−1、一の反応容器(反応容器B)から排出された粉体集合物を、別の反応容器(反応容器A)に供給する構成2b−2、及び一の反応容器(反応容器B)から排出された粉体集合物を、該一の反応容器(反応容器B)に供給する構成2b−3を同時に有する構成(「構成2b」とも称する。)である。ここで、上記構成1は、反応容器から排出された粉体集合物を同じ反応容器に供給する点で、構成2b−1、2b−3と同じ構成ともいえる。
このように、本実施形態においては、一の反応容器から排出された粉体集合物を冷却し、該一の反応容器及び別の反応容器の少なくとも一方に供給する構成を採用することができる。
In the present embodiment, there may be two or more reaction vessels. A configuration in the case of two or more reaction vessels will be described with reference to FIGS. When there are two or more reaction vessels, the simplest configuration is to cool the powder aggregate discharged from one reaction vessel (reaction vessel A) shown in FIG. It is the structure (it is also called "the structure 2a") supplied to another reaction container (reaction container B).
In addition to the configuration 2a, the configuration shown in FIG. 2B is a configuration 2b-1 in which the powder aggregate discharged from one reaction vessel (reaction vessel A) is returned to the one reaction vessel (reaction vessel A). Configuration 2b-2 for supplying the powder aggregate discharged from one reaction vessel (reaction vessel B) to another reaction vessel (reaction vessel A) and discharged from one reaction vessel (reaction vessel B) The configuration having the configuration 2b-3 for supplying the powder aggregate to the one reaction vessel (reaction vessel B) at the same time (also referred to as “configuration 2b”). Here, the configuration 1 can be said to be the same configuration as the configurations 2b-1 and 2b-3 in that the powder aggregate discharged from the reaction vessel is supplied to the same reaction vessel.
Thus, in this embodiment, the structure which cools the powder aggregate discharged | emitted from one reaction container, and supplies to at least one of this one reaction container and another reaction container is employable.

本実施形態においては、例えば図2−bに示される構成のように、構成2aに、一の反応容器から排出された粉体集合物を該一の反応容器に供給する構成2b−1、一の反応容器から排出された粉体集合物を別の反応容器に供給する構成2b−2を適宜所望に応じて組み合わせて適用して、反応設備を構成することができる。例えば、図3−aに示されるような、一の反応容器と別の反応容器(反応容器AとB)との間の冷却装置を設けず、該別の反応容器(反応容器B)から排出された粉体集合物を冷却して、該別の反応容器(反応容器B)に戻す構成、また例えば、図3−bで示されるような、一の反応容器と別の反応容器(反応容器AとB)との間の冷却装置を設けず、該別の反応容器(反応容器B)から排出された粉体集合物を冷却して、該一の反応容器(反応容器A)に戻す構成を採用することもできる。   In the present embodiment, for example, as in the configuration shown in FIG. 2B, the configuration 2b-1, the configuration in which the powder aggregate discharged from one reaction vessel is supplied to the one reaction vessel in the configuration 2a. The reaction equipment can be configured by applying the configuration 2b-2 for supplying the powder aggregate discharged from the reaction vessel to another reaction vessel in combination as appropriate. For example, as shown in FIG. 3-a, a cooling device between one reaction vessel and another reaction vessel (reaction vessel A and B) is not provided, and the other reaction vessel (reaction vessel B) is discharged. A configuration in which the collected powder aggregate is cooled and returned to the other reaction vessel (reaction vessel B), for example, one reaction vessel and another reaction vessel (reaction vessel as shown in FIG. 3B) A configuration in which the cooling device between A and B) is not provided, and the powder aggregate discharged from the other reaction vessel (reaction vessel B) is cooled and returned to the one reaction vessel (reaction vessel A). Can also be adopted.

本実施形態の製造方法においては、より確実に反応容器内の温度を制御し、該反応容器内の温度の局所的な上昇を抑え、均質で高品質な固体電解質を、優れた生産性及び量産性で得るためには、各反応容器から排出される粉体集合物を冷却し得る冷却装置を有していることが好ましい。すなわち、このような観点からは、本実施形態の製造方法においては、図3−a、3−bで示される態様よりも、図2−a、2−bで示される態様の方が好ましい。
一方、反応容器から排出される粉体集合体の温度が低めである場合、例えば、60℃以下になるような場合等、温度の制御が比較的容易な場合は、より簡便で安価な反応設備とする観点から、図3−a、3−bで示されるような、冷却設備が少ない構成が好ましい。このように、本実施形態においては、どのような構成の反応設備とするかについては、反応容器から排出される粉体集合体の温度等により、適宜判断し、採用すればよい。
In the production method of the present embodiment, the temperature in the reaction vessel is more reliably controlled, the local increase in the temperature in the reaction vessel is suppressed, and a homogeneous and high-quality solid electrolyte is produced with excellent productivity and mass production. It is preferable to have a cooling device that can cool the powder aggregate discharged from each reaction vessel. That is, from such a viewpoint, in the manufacturing method of the present embodiment, the mode shown in FIGS. 2-a and 2-b is preferable to the mode shown in FIGS.
On the other hand, when the temperature of the powder aggregate discharged from the reaction vessel is low, for example, when the temperature is relatively easy, such as when the temperature is 60 ° C. or lower, the reaction equipment is simpler and less expensive. In view of the above, a configuration with few cooling facilities as shown in FIGS. Thus, in this embodiment, what kind of structure of the reaction equipment is used may be appropriately determined and adopted according to the temperature of the powder aggregate discharged from the reaction vessel.

(反応設備の運転における諸条件)
本実施形態において、反応容器から排出された粉体集合物の温度は、非晶質の固体電解質を得る場合、35℃以上150℃以下が好ましく、40℃以上120℃以下がより好ましく、45℃以上90℃以下が更に好ましい。また、結晶性の固体電解質を得る場合、50℃を超える温度であることが好ましく、60℃以上250℃以下が好ましく、70℃以上230℃以下がより好ましく、70℃以上210℃以下が更に好ましい。上記の温度範囲とすることで、固体原料の反応がより良好に進行し、所望の固体電解質が得られやすく、粉体集合物中の副生成物、不純物をより少なくすることができ、より均質で高品質な固体電解質が得られる。ここで、粉体集合物の温度は、排出口に温度計を設置し、測定した温度とする。
(Conditions for operation of reaction equipment)
In this embodiment, the temperature of the powder aggregate discharged from the reaction vessel is preferably 35 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or higher and 120 ° C. or lower, when obtaining an amorphous solid electrolyte, 45 ° C. More preferably, the temperature is 90 ° C. or lower. When obtaining a crystalline solid electrolyte, the temperature is preferably higher than 50 ° C, preferably 60 ° C or higher and 250 ° C or lower, more preferably 70 ° C or higher and 230 ° C or lower, and further preferably 70 ° C or higher and 210 ° C or lower. . By setting the above temperature range, the reaction of the solid raw material proceeds more favorably, the desired solid electrolyte can be easily obtained, the by-products and impurities in the powder aggregate can be reduced, and more homogeneous. A high quality solid electrolyte can be obtained. Here, the temperature of the powder aggregate is the temperature measured by installing a thermometer at the outlet.

また、本実施形態において、上記温度である反応容器から排出される粉体集合物を冷却する際、冷却後の粉体集合物の温度は、上記反応容器から排出された粉体集合物の温度の−100℃以上−5℃以下であることが好ましく、−80℃以上−10℃以下であることがより好ましい。冷却後の粉体集合物の温度が、上記範囲内であると、反応容器内の温度の局所的な上昇を抑え、均質で高品質な固体電解質を、優れた生産性及び量産性で得ることができる。ここで、粉体集合物の温度は、冷却に用いる冷却装置の出口、又は該出口近傍の配管に温度計を設置し、測定した温度とする。また、反応設備が配管を用いない場合、冷却した直後の粉体集合物内に温度計を挿入し、測定した温度とする。   In this embodiment, when cooling the powder aggregate discharged from the reaction container at the above temperature, the temperature of the powder aggregate after cooling is the temperature of the powder aggregate discharged from the reaction container. The temperature is preferably from −100 ° C. to −5 ° C., more preferably from −80 ° C. to −10 ° C. When the temperature of the powder aggregate after cooling is within the above range, a local increase in the temperature in the reaction vessel is suppressed, and a homogeneous and high-quality solid electrolyte is obtained with excellent productivity and mass productivity. Can do. Here, the temperature of the powder aggregate is the temperature measured by installing a thermometer at the outlet of the cooling device used for cooling or near the outlet. Moreover, when reaction equipment does not use piping, a thermometer is inserted in the powder aggregate immediately after cooling, and it is set as the measured temperature.

固体原料の反応時間は、得ようとする固体電解質を構成する元素の種類、組成比、構造の違い、反応時の温度によって異なるため、適宜調整すればよく、好ましくは5分以上200時間以下、より好ましくは10分以上150時間以下、更に好ましくは1時間以上120時間以下である。ここで、「固体原料の反応時間」は、粉体集合物が反応容器内に留まる合計時間を意味する。よって、本実施形態において、粉体集合物が反応容器内に留まる合計時間は、上記時間範囲内であることが好ましい。このような反応時間とすることで、固体原料の反応がより良好に進行、所望の固体電解質が得られやすく、粉体集合物中の副生成物、不純物をより少なくすることができ、より均質で高品質な固体電解質が得られる。   The reaction time of the solid raw material varies depending on the type of element constituting the solid electrolyte to be obtained, the composition ratio, the difference in structure, and the temperature at the time of reaction, and therefore may be adjusted as appropriate, preferably 5 minutes or more and 200 hours or less, More preferably, it is 10 minutes or more and 150 hours or less, More preferably, it is 1 hour or more and 120 hours or less. Here, the “reaction time of the solid raw material” means the total time that the powder aggregate stays in the reaction vessel. Therefore, in the present embodiment, the total time that the powder aggregate stays in the reaction vessel is preferably within the above time range. By setting such a reaction time, the reaction of the solid raw material proceeds more favorably, the desired solid electrolyte can be easily obtained, the by-products and impurities in the powder aggregate can be reduced, and more homogeneous A high quality solid electrolyte can be obtained.

固体原料の反応の進行の度合いは、粉体集合物の固体原料由来のピークの増減により把握することができ、該ピークが検出されなくなった時点で反応は十分に進行したと考えることができる。ここで、「ピークが検出されなくなった」とは、固体電解質由来のピークのうち最大ピーク強度に対して、固体原料由来のピーク強度が少なくとも10%以下である、ことを意味する。より均質で高品質な固体電解質を得る観点から、固体電解質由来のピークのうち最大ピーク強度に対する固体原料由来のピーク強度は、5%以下が好ましく、3%以下がより好ましく、特に検出限界以下で実質的に検出されないことが好ましい。   The degree of progress of the reaction of the solid raw material can be grasped by the increase or decrease of the peak derived from the solid raw material of the powder aggregate, and it can be considered that the reaction has sufficiently progressed when the peak is no longer detected. Here, “the peak is no longer detected” means that the peak intensity derived from the solid raw material is at least 10% or less of the maximum peak intensity among the peaks derived from the solid electrolyte. From the viewpoint of obtaining a more homogeneous and high-quality solid electrolyte, the peak intensity derived from the solid raw material with respect to the maximum peak intensity among the peaks derived from the solid electrolyte is preferably 5% or less, more preferably 3% or less, particularly below the detection limit. Preferably, it is not substantially detected.

ピークが検出されなくなった時点における粉体集合物は、主に固体電解質を含むものであり、固体原料は実質的に含まれないものとなる。本実施形態の製造方法によれば、ピークが検出されなくなった粉体集合物、すなわち本実施形態の製造方法の製品である固体電解質となり得る粉体集合物における固体電解質の含有量は、90質量%以上、95質量%以上、97質量%以上、更には99質量%以上である。このように、本実施形態の製造方法により得られる固体電解質は、純度の高い高品質な固体電解質となる。   The powder aggregate at the time when the peak is no longer detected mainly contains a solid electrolyte and does not substantially contain a solid raw material. According to the manufacturing method of the present embodiment, the content of the solid electrolyte in the powder aggregate in which no peak is detected, that is, the powder aggregate that can be a solid electrolyte that is a product of the manufacturing method of the present embodiment, is 90 mass. % Or more, 95 mass% or more, 97 mass% or more, and further 99 mass% or more. Thus, the solid electrolyte obtained by the manufacturing method of this embodiment becomes a high-quality solid electrolyte with high purity.

本実施形態では、粉体集合物のX線回折測定を行い、固体原料由来のピークが検出されなくなったことを確認した後に、粉体集合物を回収して固体電解質としてもよいし、予め、固体原料、反応容器から排出された粉体集合物の温度等に応じた、「ピークが検出されなくなった」時点の反応時間を把握しておき、所定の反応時間が経過した後に粉体集合物を回収して固体電解質としてもよい。
また、本実施形態においては、固体原料を一度供給した後、上記反応が十分に進行するまで固体原料の補充を行わず、反応を進行させた後に粉体集合物を回収して固体電解質としてもよいし、固体原料の補充を行いつつ、粉体集合物の少なくとも一部を回収して固体電解質を得ることもできる。
In the present embodiment, X-ray diffraction measurement of the powder aggregate is performed, and after confirming that the peak derived from the solid raw material is no longer detected, the powder aggregate may be recovered to be a solid electrolyte. Know the reaction time at the point when the “peak is no longer detected” according to the temperature of the solid raw material, the powder aggregate discharged from the reaction vessel, etc., and the powder aggregate after a predetermined reaction time has elapsed May be recovered as a solid electrolyte.
Further, in the present embodiment, after supplying the solid raw material once, the solid raw material is not replenished until the above reaction sufficiently proceeds, and after the reaction proceeds, the powder aggregate can be recovered and used as a solid electrolyte. It is also possible to obtain a solid electrolyte by collecting at least a part of the powder aggregate while replenishing the solid raw material.

(粉体集合物の加熱)
本実施形態の製造方法によれば、反応温度を調節することにより、非晶質の固体電解質、結晶性の固体電解質を得ることができる。結晶性の固体電解質を得る場合は、これに応じた反応温度とすればよいが、非晶質の固体電解質を得た後に、該非晶質の固体電解質を加熱して、結晶性の固体電解質を得ることもできる。また、反応温度の調節により結晶性の固体電解質を得た場合であっても、結晶性をより向上させる観点から、該結晶性の固体電解質を加熱することができる。すなわち、本実施形態の製造方法は、更に、粉体集合物を加熱すること、を含むことができる。
(Heating of powder aggregate)
According to the manufacturing method of this embodiment, an amorphous solid electrolyte and a crystalline solid electrolyte can be obtained by adjusting the reaction temperature. In order to obtain a crystalline solid electrolyte, the reaction temperature may be set accordingly. After obtaining an amorphous solid electrolyte, the amorphous solid electrolyte is heated to obtain a crystalline solid electrolyte. It can also be obtained. Even when a crystalline solid electrolyte is obtained by adjusting the reaction temperature, the crystalline solid electrolyte can be heated from the viewpoint of further improving the crystallinity. That is, the manufacturing method of this embodiment can further include heating the powder aggregate.

粉体集合物の加熱において、その加熱温度は、非晶質の固体電解質について、示差熱分析装置(DTA装置)を用いて、10℃/分の昇温条件で示差熱分析(DTA)を行い、最も低温側で観測される発熱ピークのピークトップを起点に好ましくは±40℃、より好ましくは±30℃、さらに好ましくは±20℃の範囲とすればよい。   In the heating of the powder aggregate, the heating temperature of the amorphous solid electrolyte is subjected to differential thermal analysis (DTA) using a differential thermal analyzer (DTA device) under a temperature rising condition of 10 ° C./min. The starting point of the exothermic peak observed on the lowest temperature side is preferably ± 40 ° C., more preferably ± 30 ° C., and further preferably ± 20 ° C.

加熱時間は、所望の結晶性の固体電解質が得られる時間であれば特に限定されるものではないが、例えば、1分間以上24時間以下の範囲内が好ましく、1分間以上10時間以下の範囲内がより好ましい。
加熱の方法は、特に限定されるものではないが、例えば、真空加熱装置、アルゴンガス雰囲気炉、焼成炉を用いる方法等を挙げることができる。また、加熱は、不活性ガス雰囲気(例えば、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気)、または減圧雰囲気(特に真空中)で行なうことが好ましい。結晶性の固体電解質の劣化(例えば、酸化)を防止できるからである。
The heating time is not particularly limited as long as a desired crystalline solid electrolyte is obtained, but is preferably within a range of 1 minute to 24 hours, for example, within a range of 1 minute to 10 hours. Is more preferable.
The heating method is not particularly limited, and examples thereof include a method using a vacuum heating apparatus, an argon gas atmosphere furnace, and a baking furnace. The heating is preferably performed in an inert gas atmosphere (for example, a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere) or a reduced pressure atmosphere (particularly in a vacuum). This is because deterioration (for example, oxidation) of the crystalline solid electrolyte can be prevented.

(固体電解質)
本実施形態の製造方法によって得られる固体電解質としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム等のアルカリ金属、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム等のアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素を伝導種として含む、非晶質又は結晶性の固体電解質が挙げられる。これらの中でも、元素としては、イオン伝導度が高く、電池の高出力化を考慮すると、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム等のアルカリ金属、及びベリリウムが好ましく、特にリチウムが好ましい。
(Solid electrolyte)
Examples of the solid electrolyte obtained by the production method of the present embodiment include alkali metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, and francium, and alkaline earth metals such as beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, and radium. Examples thereof include amorphous or crystalline solid electrolytes containing at least one selected element as a conductive species. Among these, as an element, when ion conductivity is high and the high output of a battery is considered, alkali metals, such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, and francium, and beryllium are preferable, and lithium is especially preferable.

固体電解質としては、酸化物固体電解質、硫化物固体電解質等が挙げられるが、イオン導電性が高く、電池の高出力化を考慮すると硫化物固体電解質が好ましい。
硫化物固体電解質としては、例えば、リチウム元素、リン元素、及び硫黄元素を含む硫化物固体電解質、リチウム元素、リン元素、硫黄元素、及びハロゲン元素を含む硫化物固体電解質、リチウム元素、リン元素、硫黄元素、及び臭素元素を含む硫化物固体電解質、リチウム元素、リン元素、硫黄元素、及びヨウ素元素を含む硫化物固体電解質、リチウム元素、リン元素、硫黄元素、臭素元素、及びヨウ素元素を含む硫化物固体電解質が挙げられる。
Examples of solid electrolytes include oxide solid electrolytes and sulfide solid electrolytes, but ionic conductivity is high, and sulfide solid electrolytes are preferable in view of high battery output.
Examples of the sulfide solid electrolyte include a sulfide solid electrolyte containing lithium element, phosphorus element, and sulfur element, a sulfide solid electrolyte containing lithium element, phosphorus element, sulfur element, and halogen element, lithium element, phosphorus element, Sulfide solid electrolyte containing elemental sulfur and bromine, sulfide solid electrolyte containing elemental lithium, phosphorus, sulfur, and iodine, sulfide containing elemental lithium, phosphorus, sulfur, bromine, and iodine Solid electrolytes.

(非晶質の固体電解質)
非晶質の硫化物固体電解質としては、より具体的には、LiS−P、LiS−P−LiI、LiS−P−LiCl、LiS−P−LiBr、LiS−P−LiI−LiBr、LiS−P−LiO、LiS−P−LiO−LiI、LiS−SiS、LiS−SiS−LiI、LiS−SiS−LiBr、LiS−SiS−LiCl、LiS−SiS−B−LiI、LiS−SiS−P−LiI、LiS−B、LiS−P−Z(m、nは正の数。Zは、Si、Ge、Zn、Ga、Sn、Alのいずれか。)、LiS−GeS、LiS−SiS−LiPO、LiS−SiS−LiMO(x、yは正の数。Mは、P、Si、Ge、B、Al、Ga、Inのいずれか。)、Li10GeP12等が挙げられる。
(Amorphous solid electrolyte)
More specifically, examples of the amorphous sulfide solid electrolyte include Li 2 S—P 2 S 5 , Li 2 S—P 2 S 5 —LiI, Li 2 S—P 2 S 5 —LiCl, Li 2. S-P 2 S 5 -LiBr, Li 2 S-P 2 S 5 -LiI-LiBr, Li 2 S-P 2 S 5 -Li 2 O, Li 2 S-P 2 S 5 -Li 2 O-LiI, Li 2 S-SiS 2, Li 2 S-SiS 2 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -LiBr, Li 2 S-SiS 2 -LiCl, Li 2 S-SiS 2 -B 2 S 3 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -P 2 S 5 -LiI, Li 2 S-B 2 S 3, Li 2 S-P 2 S 5 -Z m S n (m, n is the number of positive .Z is, Si, Ge, Zn, Ga, Sn, or Al.), Li 2 S—GeS 2 , Li 2 S— SiS 2 -Li 3 PO 4, Li 2 S-SiS 2 -Li x MO y (x, y is a positive number .M is, P, Si, Ge, B , Al, Ga, either an In.), li 10 GeP 2 S 12, and the like.

また、非晶質の酸化物固体電解質としては、LiO−B−P、LiO−SiO、LiLaTaO(例えば、LiLaTa12)、LiLaZrO(例えば、LiLaZr12)、LiBaLaTaO(例えば、LiBaLaTa12)、Li1+xSi1−x(0≦x<1、例えばLi3.6Si0.60.4)、Li1+xAlGe2−x(PO(0≦x≦2)、Li1+xAlTi2−x(PO(0≦x≦2)、LiPO(4−3/2x)(0≦x<1)等が挙げられる。
本実施形態の製造方法で得られる固体電解質を構成する元素の種類は、例えば、ICP発光分析装置により確認することができる。
As the amorphous oxide solid electrolyte, Li 2 O—B 2 O 3 —P 2 O 5 , Li 2 O—SiO 2 , LiLaTaO (for example, Li 5 La 3 Ta 2 O 12 ), LiLaZrO ( For example, Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ), LiBaLaTaO (eg, Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12 ), Li 1 + x Si x P 1-x O 4 (0 ≦ x <1, eg, Li 3.6 Si 0 .6 P 0.4 O 4 ), Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 2), Li 1 + x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 2) ), Li 3 PO (4-3 / 2x) N x (0 ≦ x <1), and the like.
The kind of element which comprises the solid electrolyte obtained with the manufacturing method of this embodiment can be confirmed with an ICP emission spectrometer, for example.

(結晶性の固体電解質)
結晶性の固体電解質の結晶構造としては、より具体的には、LiPS結晶構造、Li結晶構造、LiPS結晶構造、Li11結晶構造、Li4−xGe1−x系チオリシコンリージョンII(thio−LISICON Region II)型結晶構造(Kannoら、Journal of The Electrochemical Society,148(7)A742−746(2001)参照)、Li4−xGe1−x系チオリシコンリージョンII(thio−LISICON Region II)型と類似の結晶構造(Solid State Ionics,177(2006),2721−2725参照)、アルジロダイト結晶構造(Adamら、Solid State Ionics,(230.72.2013参照))等が挙げられる。
(Crystalline solid electrolyte)
More specifically, the crystal structure of the crystalline solid electrolyte is, for example, Li 3 PS 4 crystal structure, Li 4 P 2 S 6 crystal structure, Li 7 PS 6 crystal structure, Li 7 P 3 S 11 crystal structure, Li 4-x Ge 1-x P x S 4 based Chiori axicon Region II (thio-LISICON Region II) type crystal structure (Kanno et al., see Journal of The Electrochemical Society, 148 ( 7) A742-746 (2001)), Li Crystal structure similar to 4-x Ge 1-x P x S 4 type thio-LISICON Region II type (see Solid State Ionics, 177 (2006), 2721-2725), Aldilodite crystal structure (Adam , Solid tate Ionics, and the like (see 230.72.2013)).

CuKα線を用いたX線回折測定において、LiPS結晶構造の回折ピークは、例えば2θ=17.5°、18.3°、26.1°、27.3°、30.0°付近に現れ、Li結晶構造の回折ピークは、例えば2θ=16.9°、27.1°、32.5°付近に現れ、LiPS結晶構造の回折ピークは、例えば2θ=15.3°、25.2°、29.6°、31.0°付近に現れ、Li11結晶構造の回折ピークは、例えば2θ=17.8°、18.5°、19.7°、21.8°、23.7°、25.9°、29.6°、30.0°付近に現れ、Li4−xGe1−x系チオリシコンリージョンII(thio−LISICON Region II)型結晶構造の回折ピークは、例えば2θ=20.1°、23.9°、29.5°付近に現れ、Li4−xGe1−x系チオリシコンリージョンII(thio−LISICON Region II)型と類似の結晶構造の回折ピークは、例えば2θ=20.2、23.6°付近に現れる。なお、これらのピーク位置については、±0.5°の範囲内で前後していてもよい。 In the X-ray diffraction measurement using CuKα rays, the diffraction peak of the Li 3 PS 4 crystal structure is, for example, around 2θ = 17.5 °, 18.3 °, 26.1 °, 27.3 °, 30.0 °. The diffraction peak of the Li 4 P 2 S 6 crystal structure appears at, for example, 2θ = 16.9 °, 27.1 °, and 32.5 °, and the diffraction peak of the Li 7 PS 6 crystal structure, for example, 2θ = 15.3 °, 25.2 °, 29.6 °, 31.0 °, and the diffraction peak of the Li 7 P 3 S 11 crystal structure is, for example, 2θ = 17.8 °, 18.5 °, Appears in the vicinity of 19.7 °, 21.8 °, 23.7 °, 25.9 °, 29.6 °, 30.0 °, and Li 4-x Ge 1-x P x S 4 series thiolysicon region II The diffraction peak of the (thio-LISICON Region II) type crystal structure is, for example, 2θ = 20.1 °, A diffraction peak having a crystal structure similar to that of Li 4-x Ge 1-x P x S 4 system thiolithic region II type appears near 23.9 ° and 29.5 °, for example, 2θ = 20.2, appearing near 23.6 °. Note that these peak positions may move back and forth within a range of ± 0.5 °.

また、結晶性の固体電解質の結晶構造としては、アルジロダイト型結晶構造も挙げられる。アルジロダイト型結晶構造としては、例えば、LiPS結晶構造;LiPSの構造骨格を有し、Pの一部をSiで置換してなる組成式Li7−x1−ySi及びLi7+x1−ySi(xは−0.6〜0.6、yは0.1〜0.6)で示される結晶構造;Li7−x−2yPS6−x−yCl(0.8≦x≦1.7、0<y≦−0.25x+0.5)で示される結晶構造;Li7−xPS6−xHa(HaはClもしくはBr、xが好ましくは0.2〜1.8)で示される結晶構造、が挙げられる。 Moreover, as a crystal structure of the crystalline solid electrolyte, an aldilodite-type crystal structure is also exemplified. As the aldilodite type crystal structure, for example, Li 7 PS 6 crystal structure; Li 7 PS 6 structural skeleton, and a composition formula Li 7-x P 1-y Si y formed by substituting part of P with Si Crystal structure represented by S 6 and Li 7 + x P 1-y Si y S 6 (x is −0.6 to 0.6, y is 0.1 to 0.6); Li 7-x-2y PS 6− x-y Cl x (0.8 ≦ x ≦ 1.7,0 <y ≦ -0.25x + 0.5) crystal structure represented by; Li 7-x PS 6- x Ha x (Ha is Cl or Br, a crystal structure in which x is preferably 0.2 to 1.8).

上記のLiPSの構造骨格を有し、Pの一部をSiで置換してなる組成式Li7−x1−ySi及びLi7+x1−ySi(xは−0.6〜0.6、yは0.1〜0.6)で示される結晶構造は、立方晶又は斜方晶、好ましくは立方晶で、CuKα線を用いたX線回折測定において、主に2θ=15.5°、18.0°、25.0°、30.0°、31.4°、45.3°、47.0°、及び52.0°の位置に現れるピークを有する。上記の組成式Li7−x−2yPS6−x−yCl(0.8≦x≦1.7、0<y≦−0.25x+0.5)で示される結晶構造は、好ましくは立方晶で、CuKα線を用いたX線回折測定において、主に2θ=15.5°、18.0°、25.0°、30.0°、31.4°、45.3°、47.0°、及び52.0°の位置に現れるピークを有する。また、上記の組成式Li7−xPS6−xHa(HaはClもしくはBr、xが好ましくは0.2〜1.8)で示される結晶構造は、好ましくは立方晶で、CuKα線を用いたX線回折測定において、主に2θ=15.5°、18.0°、25.0°、30.0°、31.4°、45.3°、47.0°、及び52.0°の位置に現れるピークを有する。
なお、これらのピーク位置については、±0.5°の範囲内で前後していてもよい。
Compositional formulas Li 7-x P 1-y Si y S 6 and Li 7 + x P 1-y Si y S 6 (which have a structural skeleton of Li 7 PS 6 described above and in which a part of P is substituted with Si ( X is -0.6 to 0.6, y is 0.1 to 0.6), and the crystal structure is cubic or orthorhombic, preferably cubic. X-ray diffraction measurement using CuKα rays At 2θ = 15.5 °, 18.0 °, 25.0 °, 30.0 °, 31.4 °, 45.3 °, 47.0 °, and 52.0 °. Has a peak. The crystal structure represented by the composition formula Li 7-x-2y PS 6- xyCl x (0.8 ≦ x ≦ 1.7, 0 <y ≦ −0.25x + 0.5) is preferably cubic. In the X-ray diffraction measurement using CuKα rays, 2θ = 15.5 °, 18.0 °, 25.0 °, 30.0 °, 31.4 °, 45.3 °, 47. It has peaks appearing at 0 ° and 52.0 ° positions. The crystal structure represented by the above composition formula Li 7-x PS 6-x Ha x (Ha is Cl or Br, x is preferably 0.2 to 1.8) is preferably cubic and CuKα ray. In the X-ray diffraction measurement using, mainly 2θ = 15.5 °, 18.0 °, 25.0 °, 30.0 °, 31.4 °, 45.3 °, 47.0 °, and 52 It has a peak that appears at the 0 ° position.
Note that these peak positions may move back and forth within a range of ± 0.5 °.

また、結晶性の固体電解質の結晶構造としては、組成式LiSiHa(HaはBr、Cl、I及びFのいずれか一種又は二種以上を含む。2.4<(x−y)/(y+z)<3.3)で示され、Sの含有量が55〜73質量%、Siの含有量が2〜11質量%、かつHa元素の含有量が0.02質量%以上であるもの、より好ましくは、CuKα線を用いたX線回折測定において、2θ=20.2°、24.0°、及び29.7°の位置に現れるLi−Si−P−S型結晶構造に由来するピークと、2θ=24.8°〜26.1°の位置に現れるピークとを有する結晶構造が挙げられる。なお、これらのピーク位置については、±0.5°の範囲内で前後していてもよい。 Further, .2.4 The crystalline structure of the crystalline solid electrolyte, the composition formula Li x Si y P z S a Ha w (Ha , including Br, Cl, or more or one or two of the I and F < (Xy) / (y + z) <3.3), the S content is 55 to 73% by mass, the Si content is 2 to 11% by mass, and the Ha element content is 0.02. What is more than mass%, more preferably, Li-Si-PS which appears at the positions of 2θ = 20.2 °, 24.0 ° and 29.7 ° in the X-ray diffraction measurement using CuKα ray. And a crystal structure having a peak derived from a type crystal structure and a peak appearing at a position of 2θ = 24.8 ° to 26.1 °. Note that these peak positions may move back and forth within a range of ± 0.5 °.

本実施形態の製造方法により得られる固体電解質の形状としては、特に制限はないが、例えば、粒子状を挙げることができる。粒子状の非晶質の固体電解質の平均粒径(D50)は、例えば、0.1μm以上50μm以下の範囲内であることが好ましい。平均粒径(D50)は、粒子径分布積算曲線を描いた時に粒子径の最も小さい粒子から順次積算して全体の50%に達するところの粒子径であり、体積分布は、例えば、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置を用いて測定することができる。 Although there is no restriction | limiting in particular as a shape of the solid electrolyte obtained by the manufacturing method of this embodiment, For example, a particulate form can be mentioned. The average particle diameter (D 50 ) of the particulate amorphous solid electrolyte is preferably in the range of 0.1 μm to 50 μm, for example. The average particle size (D 50 ) is a particle size at which 50% of the total particle size is accumulated from the smallest particle size when drawing a particle size distribution integration curve, and the volume distribution is, for example, laser diffraction / It can be measured using a scattering type particle size distribution measuring device.

(固体電解質の用途)
本実施形態の製造方法で得られる固体電解質は、イオン伝導度が高く、優れた電池性能を有しており、電池に好適に用いられる。伝導種としてリチウム元素を採用した場合、特に好適である。本実施形態の製造方法で得られた固体電解質は、正極層に用いてもよく、負極層に用いてもよく、電解質層に用いてもよい。なお、各層は、公知の方法により製造することができる。
また、上記電池は、正極層、電解質層及び負極層の他に集電体を使用することが好ましく、集電体は公知のものを用いることができる。例えば、Au、Pt、Al、Ti、又は、Cu等のように、上記の固体電解質と反応するものをAu等で被覆した層が使用できる。
(Use of solid electrolyte)
The solid electrolyte obtained by the manufacturing method of this embodiment has high ionic conductivity, excellent battery performance, and is suitably used for batteries. The use of lithium element as the conductive species is particularly suitable. The solid electrolyte obtained by the production method of the present embodiment may be used for the positive electrode layer, the negative electrode layer, or the electrolyte layer. Each layer can be manufactured by a known method.
Moreover, it is preferable that the said battery uses a collector other than a positive electrode layer, an electrolyte layer, and a negative electrode layer, and a well-known thing can be used for a collector. For example, a layer coated with Au or the like that reacts with the solid electrolyte, such as Au, Pt, Al, Ti, or Cu, can be used.

次に実施例により、本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited at all by these examples.

(実施例1)
図1に示される構成において、反応装置を二軸混練機(「S1KRCニーダー(製品名)」、パドル径:φ25mm、(株)栗本鐡工所製、容積(シャフト及びパドル部の容積を除く):0.12L)とし、この二軸混練機にフィーダー(「マイクロンフィーダー(製品名)」、(株)アイシンナノテクノロジーズ社製)を供給口として設け、窒素を充填したグローブボックス内に設置した。硫化リチウム(LiS)57.416gと、五硫化二リン(P)92.584gの混合物(LiS:P=75:25(モル比))を固体原料とし、フィーダーから混練機の供給口に供給し、実動力120W、スクリュー回転数:210rpmで混練を開始した。供給口から固体原料を供給し、約30分後に排出口から50℃の粉体集合物が排出された。これをステンレス製の容器に回収した。排出された粉体集合物に窒素を噴射し30℃まで冷却した後、再びフィーダーに戻して混練する操作を繰り返して(反応時間(粉体集合物の二軸混練機内の通過時間):約100時間)、粉体集合物を回収した。粉体集合物は、フィーダー内の固体原料がなくなる前に戻すようにしており、反応終了後に二軸混練機内の粉体集合物の約50gで嵩密度は0.5g/ccであった。これより充填率は70%以上であった。
得られた粉体集合物の粉末X線解析(XRD)測定を行ったところ、硫化リチウム(LiS)、五硫化二リン(P)のピークはほとんど検出されず、ハローパターンを呈しており、粉体集合物が非晶質の固体電解質であることが確認された。また、本実施例で得られた非晶質の固体電解質について、示差熱分析装置(DTA装置)を用いて、10℃/分の昇温条件で示差熱分析(DTA)を行い、結晶化温度(Tc)は230℃であった。
Example 1
In the configuration shown in FIG. 1, the reaction apparatus is a twin-screw kneader (“S1 KRC kneader (product name)”, paddle diameter: φ25 mm, manufactured by Kurimoto Steel Corporation, volume (excluding the volume of the shaft and paddle part) : 0.12 L), a feeder (“Micron Feeder (product name)”, manufactured by Aisin Nano Technologies Co., Ltd.) was provided as a supply port in this biaxial kneader, and was installed in a glove box filled with nitrogen. A mixture of lithium sulfide (Li 2 S) 57.416 g and diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) 92.484 g (Li 2 S: P 2 S 5 = 75: 25 (molar ratio)) is used as a solid raw material, The material was supplied from the feeder to the supply port of the kneader, and kneading was started at an actual power of 120 W and a screw rotation speed of 210 rpm. The solid raw material was supplied from the supply port, and a powder aggregate at 50 ° C. was discharged from the discharge port after about 30 minutes. This was collected in a stainless steel container. After the discharged powder aggregate is injected with nitrogen and cooled to 30 ° C., the operation of returning to the feeder and kneading is repeated (reaction time (passage time of the powder aggregate in the biaxial kneader): about 100 Time), the powder aggregate was recovered. The powder aggregate was returned before the solid raw material in the feeder ran out. After the reaction, the powder aggregate was about 50 g of the powder aggregate in the biaxial kneader and the bulk density was 0.5 g / cc. Thus, the filling rate was 70% or more.
When powder X-ray analysis (XRD) measurement of the obtained powder aggregate was performed, peaks of lithium sulfide (Li 2 S) and diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) were hardly detected, and a halo pattern was observed. It was confirmed that the powder aggregate was an amorphous solid electrolyte. In addition, the amorphous solid electrolyte obtained in this example was subjected to differential thermal analysis (DTA) under a temperature rising condition of 10 ° C./min using a differential thermal analyzer (DTA device) to obtain a crystallization temperature. (Tc) was 230 ° C.

(実施例2)
実施例1において、固体原料を、硫化リチウム(LiS)41.272g、五硫化二リン(P)66.552g、臭化リチウム(LiBr)20.802g、ヨウ化リチウム(LiI)21.374gの混合物(LiS:P:LiBr:LiI=56.25:18.75:15.00:10.00(モル比))とした以外は実施例1と同様にして、粉体集合物を得た。
得られた粉体集合物の粉末X線解析(XRD)測定を行ったところ、臭化リチウム(LiBr)のピークが若干検出されるが、他の硫化リチウム(LiS)、五硫化二リン(P)、ヨウ化リチウム(LiI)のピークはほとんど検出されず、ハローパターンを呈しており、非晶質の固体電解質であることが確認された。また、得られた粉体集合物を、200℃で3時間の熱処理を施したものについて、上記の方法で測定したイオン伝導度は4×10−3S/cmであった。
本実施例で得られた非晶質の固体電解質について、示差熱分析装置(DTA装置)を用いて、10℃/分の昇温条件で示差熱分析(DTA)を行い、測定されたガラス結晶化温度(Tc)は170℃であった。
(Example 2)
In Example 1, the solid raw materials were 41.272 g of lithium sulfide (Li 2 S), 66.552 g of diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ), 20.802 g of lithium bromide (LiBr), and lithium iodide (LiI). mixture of 21.374g (Li 2 S: P 2 S 5: LiBr: LiI = 56.25: 18.75: 15.00: 10.00 ( molar ratio)) except that the in the same manner as in example 1 A powder aggregate was obtained.
When powder X-ray analysis (XRD) measurement of the obtained powder aggregate was performed, some lithium bromide (LiBr) peaks were detected, but other lithium sulfide (Li 2 S), diphosphorus pentasulfide The peaks of (P 2 S 5 ) and lithium iodide (LiI) were scarcely detected, exhibiting a halo pattern, and were confirmed to be an amorphous solid electrolyte. The obtained powder aggregate was heat-treated at 200 ° C. for 3 hours, and the ionic conductivity measured by the above method was 4 × 10 −3 S / cm.
The amorphous solid electrolyte obtained in this example was subjected to differential thermal analysis (DTA) under a temperature increase condition of 10 ° C./min using a differential thermal analyzer (DTA device), and measured glass crystals. The conversion temperature (Tc) was 170 ° C.

(比較例1)
実施例1において、粉体集合物の冷却を行わなかった以外は、実施例1と同様にして粉体集合物を得た。
得られた粉体集合物の粉末X線解析(XRD)測定を行ったところ、固体電解質に由来する結晶構造に関する結晶化ピーク(βLiPS等)が確認され、一部が結晶化しており、均質な固体電解質は得られなかった。
(Comparative Example 1)
A powder aggregate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the powder aggregate was not cooled in Example 1.
When powder X-ray analysis (XRD) measurement of the obtained powder aggregate was performed, a crystallization peak (βLi 3 PS 4 etc.) related to the crystal structure derived from the solid electrolyte was confirmed, and a part was crystallized. A homogeneous solid electrolyte was not obtained.

(比較例2)
実施例2において、粉体集合物の冷却を行わなかった以外は、実施例2と同様にして粉体集合物を得た。
得られた反応物の粉末X線解析(XRD)測定を行ったところ、固体電解質に由来する結晶構造に関する結晶化ピーク(thio‐LISICON Region II等)が確認され、一部が結晶化していることが確認された。
(Comparative Example 2)
In Example 2, a powder aggregate was obtained in the same manner as in Example 2 except that the powder aggregate was not cooled.
When X-ray powder analysis (XRD) measurement of the obtained reaction product was performed, a crystallization peak (thio-LISICON Region II, etc.) related to the crystal structure derived from the solid electrolyte was confirmed, and a part was crystallized. Was confirmed.

実施例の結果から、本実施形態の製造方法によれば、せん断力を用いた固体原料の反応において、粉体集合物を冷却してフィーダーに戻すという簡便な操作によって、均質で高品質な固体電解質が得られることが確認された。一方、冷却しない比較例1及び2の場合、一部が結晶化して均質な固体電解質は得られないことが確認された。   From the results of the examples, according to the production method of the present embodiment, in the reaction of the solid raw material using the shearing force, the homogeneous and high-quality solid is obtained by a simple operation of cooling the powder aggregate and returning it to the feeder. It was confirmed that an electrolyte was obtained. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 that were not cooled, it was confirmed that some of them were crystallized and a homogeneous solid electrolyte could not be obtained.

本実施形態の製造方法によれば、優れた生産性及び量産性で、均質で高品質な、非晶質及び結晶性の固体電解質を得ることができる。この非晶質及び結晶性の固体電解質は、イオン伝導度が高く、優れた電池性能を有しており、電池に好適に用いられる。伝導種としてリチウム元素を採用した場合、特に好適である。   According to the manufacturing method of this embodiment, it is possible to obtain a homogeneous and high-quality amorphous and crystalline solid electrolyte with excellent productivity and mass productivity. These amorphous and crystalline solid electrolytes have high ionic conductivity, have excellent battery performance, and are suitably used for batteries. The use of lithium element as the conductive species is particularly suitable.

1.反応装置
1A.反応装置A
1B.反応装置B
2.反応容器
2A.反応容器A
2B.反応容器B
3.せん断力を付与する機器
4.供給口
5.排出口
1. Reactor 1A. Reactor A
1B. Reactor B
2. Reaction vessel 2A. Reaction vessel A
2B. Reaction vessel B
3. 3. Equipment for applying shear force Supply port 5. Vent

Claims (16)

少なくとも1つの反応容器において固体原料を反応させる固体電解質の製造方法であって、該反応がせん断力を用いた反応であり、該反応容器から排出された粉体集合物を冷却し、該反応容器及び別の反応容器の少なくとも一方に供給することを含む、固体電解質の製造方法。   A method for producing a solid electrolyte in which a solid raw material is reacted in at least one reaction vessel, wherein the reaction is a reaction using shearing force, the powder aggregate discharged from the reaction vessel is cooled, and the reaction vessel And supplying to at least one of the other reaction vessels. 前記反応容器が1つであり、前記粉体集合物を冷却し、該反応容器に供給する請求項1に記載の固体電解質の製造方法。   The method for producing a solid electrolyte according to claim 1, wherein the number of the reaction containers is one, and the powder aggregate is cooled and supplied to the reaction container. 前記反応容器が2つ以上であり、一の反応容器から排出された粉体集合物を冷却し、該粉体集合物を該一の反応容器及び別の反応容器の少なくとも一方に供給する請求項1に記載の固体電解質の製造方法。   The number of the reaction containers is two or more, the powder aggregate discharged from one reaction container is cooled, and the powder aggregate is supplied to at least one of the one reaction container and another reaction container. 2. A method for producing a solid electrolyte according to 1. 前記反応容器と、固体原料にせん断力を付与する機器とを備える反応装置を用いる請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体電解質の製造方法。   The manufacturing method of the solid electrolyte of any one of Claims 1-3 using the reaction apparatus provided with the said reaction container and the apparatus which provides a shear force to a solid raw material. 前記せん断力を付与する機器が、一軸スクリュー、多軸スクリュー、及び回転ブレードと回転又は固定ブレードとを組み合わせた機構、から選ばれる少なくとも1種を備える機器である請求項4に記載の固体電解質の製造方法。   5. The solid electrolyte according to claim 4, wherein the device for applying the shearing force is a device including at least one selected from a single screw, a multi-screw, and a mechanism in which a rotating blade and a rotating or fixed blade are combined. Production method. 前記反応容器における粉体集合物の充填率が、20容積%以上である請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体電解質の製造方法。   The method for producing a solid electrolyte according to any one of claims 1 to 5, wherein a filling rate of the powder aggregate in the reaction vessel is 20% by volume or more. 前記反応装置が、該反応装置に供給される固体原料及び粉体集合物の少なくとも一方が、該反応容器内の粉体集合物を押し出して排出する方式を有するものである、請求項4〜6のいずれか1項に記載の固体電解質の製造方法。   The reaction apparatus has a system in which at least one of a solid raw material and a powder aggregate supplied to the reaction apparatus extrudes and discharges the powder aggregate in the reaction vessel. The manufacturing method of the solid electrolyte of any one of these. 前記反応容器から排出された粉体集合物の温度が、35℃以上150℃以下である請求項1〜7のいずれか1項に記載の固体電解質の製造方法。   The temperature of the powder aggregate discharged | emitted from the said reaction container is 35 to 150 degreeC, The manufacturing method of the solid electrolyte of any one of Claims 1-7. 前記冷却後の粉体集合物の温度が、前記反応容器から排出された粉体集合物の温度の−100℃以上−5℃以下である請求項8に記載の固体電解質の製造方法。   The method for producing a solid electrolyte according to claim 8, wherein the temperature of the powder aggregate after cooling is not lower than -100 ° C and not higher than -5 ° C of the temperature of the powder aggregate discharged from the reaction vessel. 前記冷却が、冷媒を用いて直接的又は間接的に行われるものである請求項1〜9のいずれか1項に記載の固体電解質の製造方法。   The method for producing a solid electrolyte according to claim 1, wherein the cooling is performed directly or indirectly using a refrigerant. 前記固体原料が、リチウム元素、リン元素、及び硫黄元素を含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の固体電解質の製造方法。   The manufacturing method of the solid electrolyte of any one of Claims 1-10 in which the said solid raw material contains a lithium element, a phosphorus element, and a sulfur element. 前記固体原料が、リチウム化合物及びリチウム金属単体の少なくとも1つと、リン化合物及びリン単体の少なくとも1つとを含む、請求項11に記載の固体電解質の製造方法。   The method for producing a solid electrolyte according to claim 11, wherein the solid material includes at least one of a lithium compound and a lithium metal simple substance, and at least one of a phosphorus compound and a phosphorus simple substance. 前記固体原料が、硫化リチウムと硫化リンとを含む、請求項11又は12に記載の固体電解質の製造方法。   The method for producing a solid electrolyte according to claim 11 or 12, wherein the solid raw material contains lithium sulfide and phosphorus sulfide. 前記固体原料が、さらにハロゲン元素を含む、請求項11〜13のいずれか1項に記載の固体電解質の製造方法。   The method for producing a solid electrolyte according to claim 11, wherein the solid raw material further contains a halogen element. 前記ハロゲン元素が、臭素及びヨウ素の少なくとも1種である、請求項14に記載の固体電解質の製造方法。   The method for producing a solid electrolyte according to claim 14, wherein the halogen element is at least one of bromine and iodine. 前記固体原料が、臭化リチウム及びヨウ化リチウムの少なくとも1つを含む、請求項14又は15に記載の固体電解質の製造方法。   The method for producing a solid electrolyte according to claim 14 or 15, wherein the solid raw material contains at least one of lithium bromide and lithium iodide.
JP2016248516A 2016-12-21 2016-12-21 Production method of solid electrolyte Pending JP2018101593A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016248516A JP2018101593A (en) 2016-12-21 2016-12-21 Production method of solid electrolyte

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016248516A JP2018101593A (en) 2016-12-21 2016-12-21 Production method of solid electrolyte

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018101593A true JP2018101593A (en) 2018-06-28

Family

ID=62715606

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016248516A Pending JP2018101593A (en) 2016-12-21 2016-12-21 Production method of solid electrolyte

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2018101593A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021077553A (en) * 2019-11-12 2021-05-20 トヨタ自動車株式会社 Method for producing sulfide solid electrolyte material
JP2023021959A (en) * 2021-08-02 2023-02-14 株式会社日本製鋼所 Reactor, reaction system, material manufacturing system, battery material manufacturing system, battery manufacturing system, reaction product manufacturing method, battery material manufacturing method, and battery manufacturing method
WO2023171772A1 (en) * 2022-03-11 2023-09-14 Apb株式会社 Battery electrode manufacturing device and battery electrode manufacturing method
WO2025023035A1 (en) * 2023-07-21 2025-01-30 Agc株式会社 Method for producing sulfide solid electrolyte

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021077553A (en) * 2019-11-12 2021-05-20 トヨタ自動車株式会社 Method for producing sulfide solid electrolyte material
JP7226256B2 (en) 2019-11-12 2023-02-21 トヨタ自動車株式会社 Method for producing sulfide solid electrolyte material
JP2023021959A (en) * 2021-08-02 2023-02-14 株式会社日本製鋼所 Reactor, reaction system, material manufacturing system, battery material manufacturing system, battery manufacturing system, reaction product manufacturing method, battery material manufacturing method, and battery manufacturing method
JP2023021960A (en) * 2021-08-02 2023-02-14 株式会社日本製鋼所 Reaction device, reaction system, material production system, battery material production system, battery production system, reaction product production method, battery material production method, and battery production method
JP2024038046A (en) * 2021-08-02 2024-03-19 株式会社日本製鋼所 Reactor, reaction system, material manufacturing system, battery material manufacturing system, battery manufacturing system, reaction product manufacturing method, battery material manufacturing method, and battery manufacturing method
JP7692884B2 (en) 2021-08-02 2025-06-16 株式会社日本製鋼所 Reactor, reaction system, material production system, battery material production system, battery production system, reaction product production method, battery material production method, and battery production method
JP7692883B2 (en) 2021-08-02 2025-06-16 株式会社日本製鋼所 Reactor, reaction system, material production system, battery material production system, battery production system, reaction product production method, battery material production method, and battery production method
JP7753328B2 (en) 2021-08-02 2025-10-14 株式会社日本製鋼所 Reactor, reaction system, material manufacturing system, battery material manufacturing system, and battery manufacturing system
WO2023171772A1 (en) * 2022-03-11 2023-09-14 Apb株式会社 Battery electrode manufacturing device and battery electrode manufacturing method
WO2025023035A1 (en) * 2023-07-21 2025-01-30 Agc株式会社 Method for producing sulfide solid electrolyte

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6145091B2 (en) Ion conductive material manufacturing method, ion conductive material, crystallized ion conductive material, and battery
US10781101B2 (en) Solid electrolyte production method using a multi-axial kneading machine
JP6936073B2 (en) Sulfide solid electrolyte
JP6683363B2 (en) Method for producing solid electrolyte
JP6679736B2 (en) Sulfide solid electrolyte
JPWO2016204253A1 (en) Method for producing solid electrolyte
JP6761024B2 (en) Solid electrolyte and method for producing solid electrolyte
JP2018203569A (en) Method for producing a sulfide solid electrolyte having an aldilodite-type crystal structure
JPWO2018030436A1 (en) Sulfide solid electrolyte
JP6763808B2 (en) Method for manufacturing solid electrolyte
JPWO2018216730A1 (en) Sulfide solid electrolyte
JP2018101593A (en) Production method of solid electrolyte
JP6118521B2 (en) Electrode layer including sulfide-based solid electrolyte, electrolyte layer including sulfide-based solid electrolyte, and all-solid-state battery using the same
US11916191B2 (en) Method for producing sulfide solid electrolyte having argyrodite-type crystal structure
JP7129226B2 (en) Method for producing sulfide solid electrolyte having aldirodite-type crystal structure and raw material mixture for producing solid electrolyte
JP2014028717A (en) Solid electrolyte
JP2017210393A (en) Method for producing solid electrolyte
JP2023152966A (en) Solid sulfide electrolyte, method for producing the same, electrode composite and lithium-ion battery
US20230207869A1 (en) Method of producing sulfide solid electrolyte and method for producing electrode mixture
JP2018206611A (en) Method for producing a sulfide solid electrolyte having an aldilodite-type crystal structure
WO2025047283A1 (en) Sulfide solid electrolyte mixture, electrode mixture, and all-solid-state battery