[go: up one dir, main page]

RU2787019C2 - Lgps-based solid electrolyte and its production method - Google Patents

Lgps-based solid electrolyte and its production method Download PDF

Info

Publication number
RU2787019C2
RU2787019C2 RU2020133537A RU2020133537A RU2787019C2 RU 2787019 C2 RU2787019 C2 RU 2787019C2 RU 2020133537 A RU2020133537 A RU 2020133537A RU 2020133537 A RU2020133537 A RU 2020133537A RU 2787019 C2 RU2787019 C2 RU 2787019C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solid electrolyte
lgps
tetrahedron
organic solvent
mixing
Prior art date
Application number
RU2020133537A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020133537A (en
Inventor
Томохиро ИТО
Original Assignee
Мицубиси Газ Кемикал Компани, Инк.
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 Мицубиси Газ Кемикал Компани, Инк. filed Critical Мицубиси Газ Кемикал Компани, Инк.
Publication of RU2020133537A publication Critical patent/RU2020133537A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2787019C2 publication Critical patent/RU2787019C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to a solid electrolyte including Li, Sn, P, S, and halogen and to a method for its production. The solid electrolyte has a composition of LiuSnvP2SyXz, where 6≤u≤14, 0.8≤v≤2.1, 9≤y≤16, 0<z≤1.6; X is Cl, Br, or I and has, in X-ray beam diffraction, CuKα: λ=1.5405
Figure 00000008
, peaks in at least following positions 2θ=19.80°±0.50°, 20.10°±0.50°, 26.60°±0.50°, and 29.10°±0.50°.
EFFECT: provision of a solid electrolyte having high ionic conductivity, wherein SnS2 is used as raw material for it, which is not affected by moisture so easily.
8 cl, 4 dwg, 4 ex, 1 tbl

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

[0001] Настоящее изобретение относится к твердому электролиту на основе LGPS (Li-Ge-P-S) и к способу его изготовления. Следует отметить, что твердый электролит на основе LGPS относится к твердому электролиту, имеющему особую кристаллическую структуру, которая включает Li, Р и S, однако настоящее изобретение относится к твердому электролиту, включающему Li, Sn, Р, S и галоген.[0001] The present invention relates to a solid electrolyte based on LGPS (Li-Ge-P-S) and to a method for its manufacture. It should be noted that the LGPS-based solid electrolyte refers to a solid electrolyte having a specific crystal structure that includes Li, P and S, however, the present invention relates to a solid electrolyte including Li, Sn, P, S and halogen.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] В последнее время возросла потребность во вторичных литий-ионных батареях в вариантах применения, включающих портативные информационные терминалы, портативное электронное оборудование, электрические транспортные средства, гибридные электрические транспортные средства и стационарные системы хранения энергии. Однако в настоящее время в качестве электролитического раствора во вторичных литий-ионных батареях используется легковоспламеняющийся органический растворитель, и требуется прочный корпус, чтобы этот органический растворитель не вытекал. Кроме того, например, в случае портативных персональных компьютеров, необходимо использовать конструкцию, предотвращающую риски при утечке электролитического раствора. Таким образом, существует ограничение на конструкцию устройств.[0002] Recently, there has been an increased demand for secondary lithium ion batteries in applications including portable data terminals, portable electronic equipment, electric vehicles, hybrid electric vehicles, and stationary energy storage systems. However, at present, a flammable organic solvent is used as the electrolyte solution in secondary lithium-ion batteries, and a strong case is required to prevent this organic solvent from escaping. In addition, for example, in the case of portable personal computers, it is necessary to use a structure that prevents risks from leakage of the electrolytic solution. Thus, there is a restriction on the design of the devices.

[0003] Более того, диапазон их применения был расширен за счет подвижных аппаратов, таких как транспортные средства и самолеты, и для стационарных вторичных литий-ионных батарей желательна высокая емкость. В таких обстоятельствах, как правило, больше внимания, чем раньше, уделяется безопасности, и усилия сосредоточены на разработке полностью твердотельной вторичной литий-ионной батареи, в котором не используются токсичные вещества, такие как органические растворители.[0003] Moreover, their range of application has been extended to mobile devices such as vehicles and aircraft, and high capacity is desirable for stationary secondary lithium ion batteries. In such circumstances, there is usually more attention than before to safety, and efforts are focused on the development of an all-solid state secondary lithium-ion battery that does not use toxic substances such as organic solvents.

[0004] Например, были проведены исследования по использованию оксида, фосфатного соединения, органического полимера, сульфида или т.п. в качестве твердого электролита в полностью твердотельной вторичной литий-ионной батарее.[0004] For example, studies have been conducted on the use of an oxide, a phosphate compound, an organic polymer, a sulfide, or the like. as a solid electrolyte in an all-solid secondary lithium-ion battery.

Среди этих твердых электролитов сульфид обладает такими характеристиками, как высокая ионная проводимость, относительная мягкость и легкость образования границы раздела между твердыми частицами. Сульфид стабилен по отношению к активным материалам и был разработан как практичный твердый электролит.Among these solid electrolytes, sulfide has the characteristics of high ionic conductivity, relative softness, and ease of forming an interface between solid particles. Sulfide is stable towards active materials and has been developed as a practical solid electrolyte.

[0005] Среди сульфидных твердых электролитов есть твердый электролит на основе LGPS, имеющий особую кристаллическую структуру (непатентная литература [1] и патентная литература [1]). Среди сульфидных твердых электролитов состав LGPS имеет очень высокую ионную проводимость и может стабильно работать при температуре от -30°С до 100°С, поэтому его практическое использование весьма ожидаемо.[0005] Among the sulfide solid electrolytes, there is an LGPS-based solid electrolyte having a special crystal structure (non-patent literature [1] and patent literature [1]). Among the sulfide solid electrolytes, the LGPS composition has a very high ionic conductivity and can work stably at -30°C to 100°C, so its practical use is highly expected.

[0006] Получила развитие разработка композиций для твердых электролитов на основе LGPS без использования дорогого Ge, и известно, что среди них композиции, включающие Si и галоген, обладают высокой ионной проводимостью (патентная литература [2]-[4]). Однако поскольку SiS2, который является одним из сырьевых материалов, имеет очень высокую реакционную способность с водой (непатентная литература [2]), в атмосфере немедленно образуется токсичный H2S, a SiS2 частично превращается в SiO2. Кроме того, когда твердый электролит на основе LGPS получают с использованием SiS2, чье качество изменяется, в качестве сырьевого материала, возникает проблема, заключающаяся в значительном снижении ионной проводимости.[0006] The development of solid electrolyte compositions based on LGPS without using expensive Ge has been developed, and among them, compositions including Si and halogen are known to have high ionic conductivity (patent literature [2]-[4]). However, since SiS 2 , which is one of the raw materials, has a very high reactivity with water (non-patent literature [2]), toxic H 2 S is immediately generated in the atmosphere, and SiS 2 is partially converted to SiO 2 . In addition, when an LGPS-based solid electrolyte is produced using SiS 2 whose quality varies as a raw material, there is a problem that the ion conductivity is greatly reduced.

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫLIST OF CITATIONS

ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРАPATENT LITERATURE

[0007] Патентная литература 1: брошюра международной публикации WO 2011/118801.[0007] Patent Literature 1: International Publication Brochure WO 2011/118801.

Патентная литература 2: патент Японии №6044587.Patent Literature 2: Japanese Patent No. 6044587.

Патентная литература 3: патент Японии №6044588.Patent Literature 3: Japanese Patent No. 6044588.

Патентная литература 4: патент Японии №6222134.Patent Literature 4: Japanese Patent No. 6222134.

НЕ ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРАNON-PATENT LITERATURE

[0008] Непатентная литература 1: Nature Energy 1, Номер статьи: 16030 (2016).[0008] Non-Patent Literature 1: Nature Energy 1, Article Number: 16030 (2016).

Непатентная литература 2: THE SANTAFE SYMPOSIUM, May 2010, "The Tarnishing of Silver Alloys: Causes and Possibilities".Non-Patent Literature 2: THE SANTAFE SYMPOSIUM, May 2010, "The Tarnishing of Silver Alloys: Causes and Possibilities".

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫTECHNICAL PROBLEMS

[0009] При описанных выше обстоятельствах желательно обеспечить твердый электролит на основе LGPS, на который нелегко повлиять путем изменения качества сырьевых материалов в процессе производства, и который имеет высокую ионную проводимость, без использования такого дорогого элемента как Ge.[0009] Under the above circumstances, it is desirable to provide an LGPS-based solid electrolyte that is not easily affected by changing the quality of raw materials during production and has a high ionic conductivity without using an expensive element such as Ge.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМSOLUTION OF PROBLEMS

[0010] Авторы настоящего изобретения провели тщательные исследования с учетом вышеописанных проблем и обнаружили, что настоящее изобретение, описанное ниже, обеспечивает твердый электролит на основе LGPS, имеющий высокую ионную проводимость, причем в качестве сырьевого материала для него используется SnS2, на который не так легко воздействовать влагой.[0010] The inventors of the present invention have made careful studies in view of the above problems, and have found that the present invention described below provides an LGPS-based solid electrolyte having a high ionic conductivity, using SnS 2 as a raw material, which is not easily affected by moisture.

[0011] В частности, настоящее изобретение описывается ниже.[0011] In particular, the present invention is described below.

<1> Твердый электролит на основе LGPS (Li-Ge-P-S), который имеет состав LiuSnvP2SyXz (6≤u≤14, 0,8≤v≤2,1, 9≤у≤16, 0<z≤1,6; X представляет собой Cl, Br или I), и который имеет пики по меньшей мере при 2θ=19,80°±0,50°, 20,10°±0,50°, 26,60°±0,50° и 29,10°±0,50° при дифракции рентгеновских лучей (CuKα: λ=1,5405

Figure 00000001
).<1> Solid electrolyte based on LGPS (Li-Ge-PS) which has the composition of Li u Sn v P 2 S y X z (6≤u≤14, 0.8≤v≤2.1, 9≤y≤ 16, 0<z≤1.6; X is Cl, Br, or I) and which peaks at at least 2θ=19.80°±0.50°, 20.10°±0.50°, 26.60°±0.50° and 29.10°±0.50° by X-ray diffraction (CuKα: λ=1.5405
Figure 00000001
).

<2> Твердый электролит на основе LGPS по пункту <1>, в котором интенсивность пика дифракции при 2θ=29,10°±0,50° обозначается как IA, а интенсивность пика дифракции при 2θ=27,33°±0,50° обозначается как IB, причем IB/IA меньше 0,50.<2> The LGPS-based solid electrolyte according to <1>, wherein the intensity of the diffraction peak at 2θ=29.10°±0.50° is designated I A and the intensity of the diffraction peak at 2θ=27.33°±0, 50° is denoted as I B , and I B /I A is less than 0.50.

<3> Твердый электролит на основе LGPS по пункту <1> или <2>, который имеет октаэдр О, состоящий из элемента Li и элемента S, тетраэдр T1, состоящий по меньшей мере из одного элемента, выбранного из группы, состоящей из элементов Р и Sn и элемента S, и тетраэдр Т2, состоящий из элемента Р и элемента S, и в основном включает кристаллическую структуру, в которой тетраэдр T1 и октаэдр О имеют общее ребро, а тетраэдр Т2 и октаэдр О имеют общую вершину, при этом часть элементов S в октаэдре О, тетраэдре T1 и тетраэдре Т2 могут быть заменены на Cl, Br или I.<3> The LGPS-based solid electrolyte according to <1> or <2>, which has an O octahedron consisting of the Li element and an S element, a T 1 tetrahedron consisting of at least one element selected from the group consisting of the elements P and Sn and the S element, and the T 2 tetrahedron, consisting of the P element and the S element, and mainly includes a crystal structure in which the T 1 tetrahedron and the O octahedron share an edge, and the T 2 tetrahedron and the O octahedron share a vertex, in this case, part of the S elements in the O octahedron, T 1 tetrahedron, and T 2 tetrahedron can be replaced by Cl, Br, or I.

<4> Полностью твердотельная батарея, полученная с использованием твердого электролита на основе LGPS по любому из пунктов <1>-<3>.<4> An all-solid-state battery obtained using the LGPS-based solid electrolyte according to any one of <1> to <3>.

<5> Способ изготовления твердого электролита на основе LGPS по любому из пунктов <1>-<3>, включающий:<5> The LGPS solid electrolyte manufacturing method according to any one of <1> to <3>, comprising:

стадию приготовления раствора, на которой гомогенный раствор подготавливают путем смешивания и осуществления реакции Li2S и P2S5 в органическом растворителе, причем молярное соотношение Li2S/P2S5 составляет от 0,75 до 1,85;a solution preparation step in which a homogeneous solution is prepared by mixing and reacting Li 2 S and P 2 S 5 in an organic solvent, wherein the molar ratio of Li 2 S/P 2 S 5 is 0.75 to 1.85;

стадию осаждения, на которой LiX (где X представляет собой Cl, Br или I) добавляют в упомянутый гомогенный раствор и растворяют в нем с последующим добавлением к нему SnS2 и Li2S и выполнением смешивания с образованием осадка;a precipitation step in which LiX (where X is Cl, Br or I) is added to and dissolved in said homogeneous solution, followed by adding SnS 2 and Li 2 S thereto and performing mixing to form a precipitate;

стадию сушки, на которой органический растворитель удаляют из осадка с получением прекурсора; иa drying step in which the organic solvent is removed from the precipitate to obtain a precursor; and

стадию термообработки, на которой прекурсор нагревают при температуре от 200°С до 700°С с получением твердого электролита на основе LGPS.a heat treatment step in which the precursor is heated at a temperature of 200° C. to 700° C. to form a solid electrolyte based on LGPS.

<6> Способ по пункту <5>, в котором органический растворитель представляет собой по меньшей мере один, выбранный из группы, состоящей из тетрагидрофурана, ацетонитрила, этилацетата и метил ацетата.<6> The method of <5>, wherein the organic solvent is at least one selected from the group consisting of tetrahydrofuran, acetonitrile, ethyl acetate, and methyl acetate.

<7> Способ по пункту <5> или <6>, в котором температура на стадии сушки составляет от 60 до 280°С.<7> The method according to <5> or <6>, wherein the temperature in the drying step is 60 to 280°C.

<8> Способ по любому из пунктов <5>-<7>, в котором стадию термообработки проводят в атмосфере инертного газа.<8> The method according to any one of <5> to <7>, wherein the heat treatment step is carried out in an inert gas atmosphere.

ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯPOSITIVE EFFECTS OF THE INVENTION

[0012] Согласно настоящему изобретению, возможно обеспечить твердый электролит на основе LGPS, на который нелегко оказать воздействие влагой в процессе производства.[0012] According to the present invention, it is possible to provide an LGPS-based solid electrolyte that is not easily affected by moisture during production.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0013] На фиг. 1 представлен схематический вид, показывающий кристаллическую структуру твердого электролита на основе LGPS в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.[0013] FIG. 1 is a schematic view showing the crystal structure of an LGPS-based solid electrolyte according to one embodiment of the present invention.

На фиг. 2 представлен схематический вид в разрезе полностью твердотельной батареи в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.In FIG. 2 is a schematic sectional view of an all solid state battery in accordance with one embodiment of the present invention.

На фиг. 3 представлен график, показывающий результаты измерения дифракции рентгеновских лучей ионных проводников, полученных в примерах 1-3 и сравнительном примере 1.In FIG. 3 is a graph showing the measurement results of X-ray diffraction of the ionic conductors obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1.

На фиг. 4 представлен график, показывающий результаты рамановской спектроскопии ионных проводников, полученных в примерах 1-3 и сравнительном примере 1.In FIG. 4 is a graph showing the Raman spectroscopy results of the ionic conductors obtained in Examples 1-3 and Comparative Example 1.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION

[0014] Далее будут подробно описаны твердый электролит на основе LGPS по настоящему изобретению, способ его изготовления и полностью твердотельная батарея, полученная с использованием упомянутого твердого электролита на основе LGPS. Следует отметить, что материалы, составы и т.д., описанные ниже, не ограничивают настоящее изобретение и могут быть модифицированы различным образом в пределах сущности настоящего изобретения.[0014] Next, the LGPS-based solid electrolyte of the present invention, the manufacturing method thereof, and the all-solid-state battery obtained using said LGPS-based solid electrolyte will be described in detail. It should be noted that the materials, compositions, etc. described below do not limit the present invention and may be modified in various ways within the spirit of the present invention.

[0015] <Твердый электролит на основе LGPS>[0015] <LPGS-Based Solid Electrolyte>

Твердый электролит на основе LGPS по настоящему изобретению имеет состав LiuSnvP2SyXz (6≤u≤14, 0,8≤v≤2,1, 9≤y≤16, 0<z≤1,6; X представляет собой Cl, Br или I).The LGPS solid electrolyte of the present invention has the composition Li u Sn v P 2 S y X z (6≤u≤14, 0.8≤v≤2.1, 9≤y≤16, 0<z≤1.6 ; X is Cl, Br or I).

Предпочтительно, чтобы 6,5≤u≤12,0, 0,85≤v≤1,70, 9,5≤у≤14,5 и 0,1≤z≤1,5. Более предпочтительно, чтобы 7,0≤u≤12,0, 0,85≤v≤1,60, 10,0≤у≤14,5 и 0,1≤z≤1,0. Особенно предпочтительно, чтобы 8,0≤u≤11,5, 0,90≤v≤1,60, 10,0≤y≤14,0 и 0,1≤z≤0,7. Кроме того, предпочтительно, чтобы X представлял собой Br.Preferably, 6.5≤u≤12.0, 0.85≤v≤1.70, 9.5≤y≤14.5 and 0.1≤z≤1.5. More preferably, 7.0 ≤ u ≤ 12.0, 0.85 ≤ v ≤ 1.60, 10.0 ≤ y ≤ 14.5, and 0.1 ≤ z ≤ 1.0. It is particularly preferred that 8.0 ≤ u ≤ 11.5, 0.90 ≤ v ≤ 1.60, 10.0 ≤ y ≤ 14.0 and 0.1 ≤ z ≤ 0.7. In addition, it is preferred that X is Br.

Следует отметить, что соотношение элементов является важным фактором для разработки конкретного LGPS-кристалла, и в пределах вышеописанного диапазона в основном может существовать желаемый LGPS-кристалл. Кроме того, LGPS-кристалл может иметь состав, при котором часть атомов S замещена атомами О, и в этом случае соотношение u, v, y и z может выходить за пределы описанного выше диапазона.It should be noted that the element ratio is an important factor for designing a particular LGPS crystal, and within the above-described range, a desired LGPS crystal can generally exist. In addition, the LGPS crystal may have a composition in which some of the S atoms are replaced by O atoms, in which case the ratio of u, v, y, and z may be outside the range described above.

[0016] Вышеупомянутый твердый электролит на основе LGPS предпочтительно имеет пики по меньшей мере при 2θ=19,80°±0,50°, 20,10°±0,50°, 26,60°±0,50° и 29,10°±0,60° (более предпочтительно 29,10°±0,50°) при дифракции рентгеновских лучей (CuKα: λ=1,5405

Figure 00000001
). Следует отметить, что более предпочтительно, чтобы твердый электролит имел пики при 2θ=17,00±0,50°, 19,80°±0,50°, 20,10°±0,50°, 23,50°±0,50°, 26,60°±0,50°, 28,60°±0,50° и 29,10°±0,60° (более предпочтительно 29,10°±0,50°).[0016] The above solid electrolyte based on LGPS preferably has peaks at at least 2θ=19.80°±0.50°, 20.10°±0.50°, 26.60°±0.50° and 29, 10°±0.60° (more preferably 29.10°±0.50°) in x-ray diffraction (CuKα: λ=1.5405
Figure 00000001
). It should be noted that it is more preferable that the solid electrolyte has peaks at 2θ=17.00±0.50°, 19.80°±0.50°, 20.10°±0.50°, 23.50°±0 .50°, 26.60°±0.50°, 28.60°±0.50° and 29.10°±0.60° (more preferably 29.10°±0.50°).

[0017] Что касается вышеупомянутого твердого электролита на основе LGPS, если интенсивность пика дифракции при 2θ=29,10°±0,50° обозначается как IA, а интенсивность пика дифракции при 2θ=27,33°±0,50° обозначается как IB, IB/IA предпочтительно составляет менее 0,50. Более предпочтительно, чтобы соотношение IB/IA составляло менее 0,40. Это связано с тем, что пик LGPS-кристалла соответствует IA, а кристаллическая фаза, имеющая низкую ионную проводимость, соответствует IB.[0017] With regard to the above LGPS-based solid electrolyte, if the intensity of the diffraction peak at 2θ=29.10°±0.50° is denoted as I A , and the intensity of the diffraction peak at 2θ=27.33°±0.50° is denoted as I B , I B /I A is preferably less than 0.50. More preferably, the I B /I A ratio is less than 0.40. This is due to the fact that the peak of the LGPS crystal corresponds to I A , and the crystalline phase, which has a low ionic conductivity, corresponds to I B .

[0018] Более того, предпочтительно, чтобы твердый электролит на основе LGPS имел октаэдр О, состоящий из элемента Li и элемента S, тетраэдр T1, состоящий по меньшей мере из одного элемента, выбранного из группы, состоящей из элементов Р и Sn и элемента S, и тетраэдр Т2, состоящий из элемента Р и элемента S, и в основном включал кристаллическую структуру, в которой тетраэдр T1 и октаэдр О имеют общее ребро, а тетраэдр Т2 и октаэдр О имеют общую вершину, как показано на фиг. 1. Следует отметить, что часть элементов S в октаэдре О, тетраэдре T1 и тетраэдре Т2 могут быть заменены на Cl, Br или I.[0018] Moreover, it is preferable that the LGPS-based solid electrolyte has an O octahedron consisting of the element Li and the element S, a tetrahedron T 1 consisting of at least one element selected from the group consisting of the elements P and Sn and the element S, and a T 2 tetrahedron composed of a P element and an S element, and mainly included a crystal structure in which a T 1 tetrahedron and an O octahedron share an edge, and a T 2 tetrahedron and an O octahedron share a vertex, as shown in FIG. 1. It should be noted that some of the S elements in the O octahedron, T 1 tetrahedron and T 2 tetrahedron can be replaced by Cl, Br or I.

[0019] <Способ изготовления твердого электролита на основе LGPS>[0019] <Method of manufacturing solid electrolyte based on LGPS>

Способ изготовления твердого электролита на основе LGPS по настоящему изобретению включает стадию смешивания сырьевых материалов и стадию термообработки смешанных сырьевых материалов.The method for manufacturing an LGPS-based solid electrolyte of the present invention includes a step of mixing raw materials and a step of heat treating the mixed raw materials.

Метод смешивания сырьевых материалов особо не ограничивается. Его примеры включают: метод использования механического измельчения, например посредством планетарной шаровой мельницы, вибрационной мельницы и бисерной мельницы; и метод перемешивания и смешивания сырьевых материалов в растворителе. Для массового производства более предпочтителен метод перемешивания и смешивания в растворителе.The mixing method of the raw materials is not particularly limited. Examples thereof include: the method of using mechanical grinding, such as through planetary ball mill, vibratory mill and bead mill; and a method of stirring and mixing raw materials in a solvent. For mass production, the mixing and solvent mixing method is more preferable.

[0020] 1. Сырьевые материалы[0020] 1. Raw materials

Сырьевые материалы особо не ограничиваются, и можно использовать Li2S, P2S5, SnS или SnS2 и LiX (X представляет собой Cl, Br или I). Кроме того, в качестве сырьевых материалов можно использовать Li3PS4, полученный в результате реакции Li2S и P2S5, и Li4SnS4, полученный в результате реакции SnS2 и Li2S.The raw materials are not particularly limited, and Li 2 S, P 2 S 5 , SnS or SnS 2 and LiX (X is Cl, Br or I) can be used. In addition, Li 3 PS 4 obtained by the reaction of Li 2 S and P 2 S 5 and Li 4 SnS 4 obtained by the reaction of SnS 2 and Li 2 S can be used as raw materials.

В качестве Li2S можно использовать коммерчески доступный продукт или синтезированный продукт. Поскольку чистота Li2S существенно влияет на твердый электролит на основе LGPS, полученный путем синтеза, чистота предпочтительно составляет 95% или более, а более предпочтительно 98% или более. В частности, когда карбонат (СО3 2-) имеется в электролите, ионная проводимость твердого электролита на основе LGPS снижается.As Li 2 S, a commercially available product or a synthesized product can be used. Since the purity of Li 2 S significantly affects the LGPS-based solid electrolyte obtained by synthesis, the purity is preferably 95% or more, and more preferably 98% or more. In particular, when carbonate (CO 3 2- ) is present in the electrolyte, the ionic conductivity of the LGPS-based solid electrolyte decreases.

P2S5 может содержать небольшое количество атомов О. P2S5 реагирует с Li2S с образованием Li3PS4, но даже когда часть связей P-S в PS4 3- замещается атомами О и связи Р-O существуют, ионная проводимость твердого электролита на основе LGPS, полученного в конечном итоге, существенно не снижается. Принимая во внимание стабильность связей P-S, случай, когда связи Р-O частично существуют, является более стабильным, и в этом случае реакционная способность с водой подавляется, и в результате достигается эффект подавления образования сероводорода.P 2 S 5 may contain a small number of O atoms. P 2 S 5 reacts with Li 2 S to form Li 3 PS 4 , but even when some of the PS bonds in PS 4 3- are replaced by O atoms and P-O bonds exist, ionic conductivity of the LGPS-based solid electrolyte finally obtained is not significantly reduced. Considering the stability of the PS bonds, the case where the P-O bonds partially exist is more stable, in which case the reactivity with water is suppressed, and as a result, the effect of suppressing the formation of hydrogen sulfide is achieved.

[0021] Чистота SnS2 предпочтительно высока. Считается, что ионная проводимость полученного в конечном итоге твердого электролита на основе LGPS имеет тенденцию к снижению из-за связей Sn-О в случае Li4SnS4, который образуется при реакции SnS2 и Li2S, в отличие от случая с Li3PS4. Соответственно, чистота SnS2 предпочтительно должна быть 95% или более, а более предпочтительно 98% или более. Поскольку SnS2 нелегко реагирует с водой, его можно использовать в качестве сырьевого материала для твердого электролита на основе LGPS в процессе производства без снижения чистоты SnS2.[0021] The purity of SnS 2 is preferably high. It is believed that the ionic conductivity of the eventually obtained solid electrolyte based on LGPS tends to decrease due to Sn-O bonds in the case of Li 4 SnS 4 , which is formed by the reaction of SnS 2 and Li 2 S, in contrast to the case with Li 3 PS4 . Accordingly, the purity of SnS 2 should preferably be 95% or more, and more preferably 98% or more. Because SnS 2 does not readily react with water, it can be used as a raw material for an LGPS-based solid electrolyte in a manufacturing process without reducing the purity of SnS 2 .

В качестве LiX (X представляет собой Cl, Br или I) можно использовать коммерчески доступный продукт или синтезированный продукт. Его чистота составляет предпочтительно 95% или более, а более предпочтительно 98% или более. Содержание влаги в LiX (X представляет собой Cl, Br или I) предпочтительно составляет менее 50 ppm (частей на миллион), а более предпочтительно менее 10 ppm. Это связано с тем, что влага из сырьевых материалов вызывает образование побочного продукта в процессе производства твердого электролита на основе LGPS. Поскольку гидрат LiI стабилен, необходимо строго контролировать влажность.As LiX (X is Cl, Br or I), a commercially available product or a synthesized product can be used. Its purity is preferably 95% or more, and more preferably 98% or more. The moisture content of LiX (X is Cl, Br or I) is preferably less than 50 ppm (parts per million), and more preferably less than 10 ppm. This is because moisture from the raw materials causes the formation of a by-product during the production of the solid electrolyte based on LGPS. Since the LiI hydrate is stable, the humidity must be strictly controlled.

[0022] 2. Метод смешивания[0022] 2. Mixing method

Метод смешивания особо не ограничивается при условии, что сырьевые материалы могут быть распределены однородно. Примеры этого включают механическое измельчение с использованием бисерной мельницы, вибрационной мельницы или планетарной шаровой мельницы, при этом можно использовать либо мокрый процесс, либо сухой процесс. Предпочтительно, чтобы сырьевые материалы были аморфизированы, но не обязательно аморфизировать все сырьевые материалы, и этого достаточно, когда мелкие частицы соответствующих сырьевых материалов имеют размер несколько мкм или меньше и достаточно перемешаны. Следует отметить, что механическое измельчение предпочтительно проводить в атмосфере инертного газа.The mixing method is not particularly limited as long as the raw materials can be uniformly distributed. Examples of this include mechanical grinding using a bead mill, vibratory mill or planetary ball mill, either a wet process or a dry process can be used. Preferably, the raw materials are amorphized, but it is not necessary to amorphize all the raw materials, and this is sufficient when the fine particles of the respective raw materials are a few µm or less in size and sufficiently mixed. It should be noted that mechanical grinding is preferably carried out in an inert gas atmosphere.

В качестве метода смешивания для массового производства метод перемешивания и смешивания в растворителе, описанный ниже, является более предпочтительным по сравнению с описанным выше механическим измельчением.As a mixing method for mass production, the solvent mixing and mixing method described below is more preferable than the mechanical grinding described above.

[0023] Метод перемешивания и смешивания в растворителе будет подробно описан.[0023] The mixing and mixing method in a solvent will be described in detail.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения имеем:In one embodiment of the present invention we have:

стадию приготовления раствора, на которой гомогенный раствор подготавливают путем смешивания и осуществления реакции Li2S и P2S5 в органическом растворителе, причем молярное соотношение Li2S/P2S5 составляет от 0,75 до 1,85;a solution preparation step in which a homogeneous solution is prepared by mixing and reacting Li 2 S and P 2 S 5 in an organic solvent, wherein the molar ratio of Li 2 S/P 2 S 5 is 0.75 to 1.85;

стадию осаждения, на которой LiX (где X представляет собой Cl, Br или I) добавляют и суспендируют в упомянутом гомогенном растворе с последующим добавлением к нему SnS2 и Li2S и выполнением перемешивания с образованием осадка;a precipitation step in which LiX (where X is Cl, Br or I) is added and suspended in said homogeneous solution, followed by adding SnS 2 and Li 2 S thereto and performing stirring to form a precipitate;

стадию сушки, на которой органический растворитель удаляют из осадка для получения прекурсора.a drying step in which the organic solvent is removed from the precipitate to obtain a precursor.

На стадии осаждения предпочтительно добавляют SnS2, а затем дополнительно добавляют Li2S.Preferably, SnS 2 is added in the precipitation step, followed by further addition of Li 2 S.

Далее будут подробно описаны соответствующие стадии.Next, the respective steps will be described in detail.

[0024] А. Стадия приготовления раствора[0024] A. Solution preparation step

На стадии приготовления раствора согласно настоящему изобретению Li2S и P2S5 смешиваются и реагируют в органическом растворителе при молярном соотношении Li2S/P2S5=0,75-1,85 с получением гомогенного раствора. Согласно настоящему изобретению, выражение «гомогенный раствор» означает раствор, в котором нет нерастворенного осадка. В этом отношении описанное выше молярное соотношение Li2S/P2S5 предпочтительно составляет 0,85-1,5, а более предпочтительно 0,9-1,4. Когда молярное соотношение Li2S/P2S5 составляет от 0,75 до 1,85, раствор может быть приготовлен с использованием Li2S и P2S5 при комнатной температуре. Когда молярное соотношение находится за пределами описанного выше диапазона, может происходить выпадение осадка. Следует отметить, что когда нерастворенный осадок отделяется от раствора посредством фильтрации или подобного, состав в растворе становится таким же, как и состав, полученный на стадии приготовления раствора, выполняемой с молярным соотношением в пределах описанного выше диапазона.In the solution preparation step according to the present invention, Li 2 S and P 2 S 5 are mixed and reacted in an organic solvent at a molar ratio of Li 2 S/P 2 S 5 =0.75-1.85 to obtain a homogeneous solution. According to the present invention, the expression "homogeneous solution" means a solution in which there is no undissolved precipitate. In this regard, the Li 2 S/P 2 S 5 molar ratio described above is preferably 0.85-1.5, and more preferably 0.9-1.4. When the molar ratio of Li 2 S/P 2 S 5 is from 0.75 to 1.85, a solution can be prepared using Li 2 S and P 2 S 5 at room temperature. When the molar ratio is outside the range described above, precipitation may occur. It should be noted that when the undissolved precipitate is separated from the solution by filtration or the like, the composition in the solution becomes the same as that obtained in the solution preparation step performed at a molar ratio within the range described above.

[0025] В качестве Li2S можно использовать синтезированный продукт или коммерчески доступный продукт. Чем ниже содержание влаги, тем лучше, потому что смешивание с влагой ухудшает другие сырьевые материалы и прекурсор. Более предпочтительно, когда содержание влаги составляет 300 ppm или меньше, особенно предпочтительно 50 ppm или меньше. Чем меньше диаметр частиц Li2S, тем лучше, поскольку достигается более высокая скорость реакции. Диаметр частиц предпочтительно составляет от 10 нм до 100 мкм, более предпочтительно от 100 нм до 30 мкм и даже более предпочтительно от 300 нм до 10 мкм. Следует отметить, что диаметр частиц может быть измерен посредством SEM (Scanning Election Microscope; сканирующий электронный микроскоп), устройства измерения распределения размеров частиц, использующего лазерное рассеяние, или т.п.[0025] Li 2 S can be a synthesized product or a commercially available product. The lower the moisture content, the better, because mixing with moisture degrades other raw materials and the precursor. More preferably, the moisture content is 300 ppm or less, particularly preferably 50 ppm or less. The smaller the particle diameter of Li 2 S, the better, since a faster reaction rate is achieved. The particle diameter is preferably 10 nm to 100 µm, more preferably 100 nm to 30 µm, and even more preferably 300 nm to 10 µm. It should be noted that the particle diameter can be measured by an SEM (Scanning Election Microscope; scanning electron microscope), a particle size distribution measuring device using laser scattering, or the like.

[0026] В качестве P2S5 можно использовать синтезированный продукт или коммерчески доступный продукт. Чем выше чистота P2S5, тем лучше, потому что количество примесей, намешанных в твердый электролит, становится меньше. Чем меньше диаметр частиц P2S5, тем лучше, поскольку достигается более высокая скорость реакции. Диаметр частиц предпочтительно составляет от 10 нм до 100 мкм, более предпочтительно от 100 нм до 30 мкм и даже более предпочтительно от 300 нм до 10 мкм. Чем ниже содержание влаги, тем лучше, потому что смешивание с влагой ухудшает другие сырьевые материалы и прекурсор. Более предпочтительно, когда содержание влаги составляет 300 ppm или меньше, особенно предпочтительно 50 ppm или меньше.[0026] As P 2 S 5 you can use a synthesized product or a commercially available product. The higher the purity of P 2 S 5 , the better, because the amount of impurities mixed into the solid electrolyte becomes smaller. The smaller the P 2 S 5 particle diameter, the better, since a faster reaction rate is achieved. The particle diameter is preferably 10 nm to 100 µm, more preferably 100 nm to 30 µm, and even more preferably 300 nm to 10 µm. The lower the moisture content, the better, because mixing with moisture degrades other raw materials and the precursor. More preferably, the moisture content is 300 ppm or less, particularly preferably 50 ppm or less.

[0027] Органический растворитель особо не ограничивается, если он не реагирует с Li2S или P2S5. Примеры растворителя включают растворитель на основе простого эфира, растворитель на основе сложного эфира, растворитель на основе углеводорода и растворитель на основе нитрила. Конкретные примеры включают тетрагидрофуран, циклопентилметиловый эфир, диизопропиловый эфир, диэтиловый эфир, диметиловый эфир, диоксан, метилацетат, этилацетат, бутилацетат и ацетонитрил. Особенно предпочтительны тетрагидрофуран и ацетонитрил. Для предотвращения ухудшения состава сырьевого материала предпочтительно заранее удалить кислород и воду из органического растворителя. В частности, что касается содержания влаги, оно предпочтительно должно составлять 100 ppm или меньше, более предпочтительно 50 ppm или меньше и особенно предпочтительно 10 ppm или меньше.[0027] The organic solvent is not particularly limited as long as it does not react with Li 2 S or P 2 S 5 . Examples of the solvent include an ether-based solvent, an ester-based solvent, a hydrocarbon-based solvent, and a nitrile-based solvent. Specific examples include tetrahydrofuran, cyclopentyl methyl ether, diisopropyl ether, diethyl ether, dimethyl ether, dioxane, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, and acetonitrile. Especially preferred are tetrahydrofuran and acetonitrile. In order to prevent deterioration of the composition of the raw material, it is preferable to remove oxygen and water from the organic solvent in advance. In particular, with regard to the moisture content, it should preferably be 100 ppm or less, more preferably 50 ppm or less, and particularly preferably 10 ppm or less.

[0028] Общая концентрация Li2S и P2S5 в органическом растворителе предпочтительно составляет от 1 до 40% по весу, более предпочтительно от 5 до 30% по весу, и особенно предпочтительно от 10 до 20% по весу. Когда общая концентрация Li2S и P2S5 в органическом растворителе превышает 40% по весу, вязкость взвеси увеличивается, и выполнение смешивания может затрудниться. Между тем, когда общая концентрация Li2S и P2S5 в органическом растворителе ниже 1% по весу, станет необходимо использовать большое количество органического растворителя и увеличить нагрузку по восстановлению растворителя. Кроме того, это приводит к чрезмерному увеличению размера реактора.[0028] The total concentration of Li 2 S and P 2 S 5 in the organic solvent is preferably 1 to 40% by weight, more preferably 5 to 30% by weight, and particularly preferably 10 to 20% by weight. When the total concentration of Li 2 S and P 2 S 5 in the organic solvent exceeds 40% by weight, the viscosity of the slurry increases and mixing may be difficult. Meanwhile, when the total concentration of Li 2 S and P 2 S 5 in the organic solvent is lower than 1% by weight, it becomes necessary to use a large amount of the organic solvent and increase the solvent recovery load. In addition, this leads to an excessive increase in the size of the reactor.

[0029] Что касается механизма реакции на стадии приготовления раствора согласно настоящему изобретению, то Li2S постепенно реагирует с P2S5, суспендированным в органическом растворителе, приводя к приготовлению раствора. Однако предпочтительно, чтобы сначала к органическому растворителю добавляли Li2S и суспендировали его в нем, а затем постепенно добавляли P2S5. Это связано с тем, что, когда Li2S добавляется в состоянии, когда P2S5 находится в избыточном количестве, может образовываться конденсированный полимер.[0029] With regard to the reaction mechanism in the step of preparing the solution according to the present invention, Li 2 S gradually reacts with P 2 S 5 suspended in an organic solvent, leading to the preparation of a solution. However, it is preferable that Li 2 S is first added to the organic solvent and suspended in it, and then P 2 S 5 is gradually added. This is because when Li 2 S is added in a state where P 2 S 5 is in excess, a condensed polymer may be generated.

[0030] Во время смешивания на стадии приготовления раствора субстрат диспергируется с обеспечением состояния взвеси, но в конечном итоге он вступает в реакцию, превращаясь в гомогенный раствор. Нет необходимости проводить специальную операцию перемешивания для измельчения частиц, и этого достаточно, когда обеспечивается мощность перемешивания, которая может обеспечить суспендирование и диспергирование взвеси.[0030] During mixing in the solution preparation step, the substrate is dispersed to provide a slurry state, but it eventually reacts to become a homogeneous solution. It is not necessary to carry out a special mixing operation for pulverizing the particles, and this is sufficient when a mixing power is provided that can suspend and disperse the slurry.

Что касается температуры реакции на стадии приготовления раствора, реакция протекает медленно даже при комнатной температуре, но для увеличения скорости реакции можно проводить нагревание. При выполнении нагревания достаточно обеспечить температуру, равную температуре кипения органического растворителя или ниже. Температура варьируется в зависимости от используемого органического растворителя, но обычно ниже 120°С. Нагревание также можно проводить под давлением с использованием автоклава или подобного. Однако когда смешивание проводится при высокой температуре (120°С или выше), есть вероятность протекания побочной реакции.As for the reaction temperature in the solution preparation step, the reaction proceeds slowly even at room temperature, but heating can be carried out to increase the reaction rate. When performing heating, it is sufficient to provide a temperature equal to or lower than the boiling point of the organic solvent. The temperature varies depending on the organic solvent used, but is usually below 120°C. Heating can also be carried out under pressure using an autoclave or the like. However, when the mixing is carried out at a high temperature (120° C. or higher), there is a possibility that a side reaction will occur.

[0031] Время реакции на стадии приготовления раствора варьируется в зависимости от типа органического растворителя, диаметра частиц и концентрации сырьевых материалов, но, например, при проведении реакции в течение от 0,1 до 24 часов реакция завершается, и раствор может быть приготовлен.[0031] The reaction time in the solution preparation step varies depending on the type of organic solvent, the particle diameter and the concentration of raw materials, but for example, if the reaction is carried out for 0.1 to 24 hours, the reaction is completed and the solution can be prepared.

В приготовленном растворе может образоваться небольшое количество осадка в зависимости от соотношения состава для добавления и условий смешивания примесей сырьевого материала. В этом случае желательно удалить осадок с помощью фильтрации или центрифугирования.A small amount of sediment may form in the prepared solution, depending on the ratio of the composition to be added and the mixing conditions of the raw material impurities. In this case, it is desirable to remove the precipitate by filtration or centrifugation.

[0032] В. Стадия осаждения[0032] B. Deposition step

К гомогенному раствору, полученному на стадии приготовления раствора, добавляют LiX (X представляет собой Cl, Br или I) и проводят перемешивание для растворения в нем LiX. LiX добавляется, поскольку считается, что взаимодействие между S и Li может быть снижено, когда часть элементов S в LGPS-кристалле заменяется на X, и было обнаружено, что благодаря этому улучшается ионная проводимость. Следует отметить, что когда количество добавленного LiX слишком велико, образуется кристалл, отличный от LGPS-кристалла, например кристалл аргиродитового типа, и ионная проводимость снижается. Количество добавляемого LiX предпочтительно в 0,01-1,6 раза, а более предпочтительно в 0,1-1,5 раза больше молярного количества P2S5 в гомогенном растворе.LiX (X is Cl, Br or I) is added to the homogeneous solution obtained in the solution preparation step, and stirring is carried out to dissolve LiX therein. LiX is added because it is believed that the interaction between S and Li can be reduced when a part of the S elements in the LGPS crystal is replaced by X, and it has been found that ionic conductivity is improved due to this. It should be noted that when the amount of added LiX is too large, a crystal other than an LGPS crystal, such as an argyrodite type crystal, is formed, and the ionic conductivity decreases. The amount of LiX added is preferably 0.01-1.6 times, and more preferably 0.1-1.5 times the molar amount of P 2 S 5 in a homogeneous solution.

После этого туда добавляют SnS2 и суспендируют в нем путем перемешивания. Количество добавляемого SnS2 предпочтительно в 0,8-2,1 раза, а более предпочтительно в 0,85-1,70 раза больше молярного количества P2S5 в гомогенном растворе. Затем дополнительно добавляют Li2S и перемешивают до образования осадка. Что касается дополнительно добавляемого Li2S, общее количество добавляемого Li2S предпочтительно в 3,0-7,0 раз, а более предпочтительно в 3,2-6,0 раз больше молярного количества P2S5 в гомогенном растворе.Thereafter, SnS 2 is added thereto and suspended therein by stirring. The amount of SnS 2 added is preferably 0.8-2.1 times, and more preferably 0.85-1.70 times the molar amount of P 2 S 5 in the homogeneous solution. Then additional Li 2 S is added and stirred until a precipitate forms. With regard to the additionally added Li 2 S, the total amount of added Li 2 S is preferably 3.0 to 7.0 times, and more preferably 3.2 to 6.0 times the molar amount of P 2 S 5 in a homogeneous solution.

В качестве метода смешивания достаточно использовать смешивание с использованием обычной лопаточной мешалки. Для измельчения добавленных частиц SnS2 и Li2S предпочтительно проводить измельчение путем перемешивания. Более того, также можно использовать гомогенизатор или ультразвуковой диспергатор.As a mixing method, it is sufficient to use mixing using a conventional paddle mixer. To grind the added particles of SnS 2 and Li 2 S, it is preferable to carry out grinding by stirring. Moreover, a homogenizer or an ultrasonic disperser can also be used.

[0033] Что касается SnS2, обычно валентность элемента предпочтительно равна 4. В частности, SnS2 можно использовать либо в виде коммерчески доступного продукта, либо в виде синтезированного продукта. SnS2 предпочтительно находится в форме мелких частиц, поскольку тогда достигается лучшая совместимость. Диаметр частиц предпочтительно составляет от 10 нм до 100 мкм, более предпочтительно от 100 нм до 30 мкм и даже более предпочтительно от 300 нм до 10 мкм. Диаметр частиц может быть измерен посредством SEM, устройства измерения распределения размеров частиц, использующего лазерное рассеяние, или т.п. Следует отметить, что проблем не возникает даже тогда, когда часть описанных выше используемых сырьевых материалов является аморфной. Чем ниже содержание влаги, тем лучше, поскольку смешивание с влагой ухудшает другие сырьевые материалы и прекурсор. Более предпочтительно, чтобы содержание влаги составляло 300 ppm или меньше, особенно предпочтительно 50 ppm или меньше.[0033] With regard to SnS 2 , usually the valency of the element is preferably 4. In particular, SnS 2 can be used either as a commercially available product or as a synthesized product. SnS 2 is preferably in the form of small particles, because then better compatibility is achieved. The particle diameter is preferably 10 nm to 100 µm, more preferably 100 nm to 30 µm, and even more preferably 300 nm to 10 µm. The particle diameter can be measured by an SEM, a particle size distribution measuring device using laser scattering, or the like. It should be noted that problems do not occur even when a part of the raw materials used as described above are amorphous. The lower the moisture content, the better, since mixing with moisture degrades other raw materials and the precursor. More preferably, the moisture content is 300 ppm or less, particularly preferably 50 ppm or less.

[0034] При дополнительном добавлении Li2S к суспензии, полученной суспендированием SnS2 в гомогенном растворе, осадок постепенно увеличивается. Осадок может быть сольватом. Например, считается, что при использовании тетрагидрофурана (THF) в качестве органического растворителя, получается кристалл Li3PS4⋅3THF. Добавляемый Li2S может быть таким же, как и Li2S, используемый на стадии приготовления раствора.[0034] When additionally adding Li 2 S to the suspension obtained by suspending SnS 2 in a homogeneous solution, the precipitate gradually increases. The precipitate may be a solvate. For example, it is believed that when using tetrahydrofuran (THF) as an organic solvent, a Li 3 PS 4 ⋅3THF crystal is obtained. The Li 2 S added may be the same as the Li 2 S used in the solution preparation step.

[0035] Осадок образуется при протекании реакции для образования Li3PS4. Механизм реакции неизвестен, но считается, что вещество растворяется в растворе в состоянии -(P-S-P-S)n-. Считается, что добавленный к нему Li2S диспергируется в состояние взвеси и расщепляет P-S, тем самым образуя Li3PS4.[0035] A precipitate is formed when the reaction proceeds to form Li 3 PS 4 . The reaction mechanism is unknown, but it is believed that the substance dissolves in solution in the -(PSPS)n- state. It is believed that Li 2 S added to it disperses into a suspended state and cleaves PS, thereby forming Li 3 PS 4 .

[0036] Время смешивания для суспендирования SnS2 в гомогенном растворе предпочтительно составляет от 0,1 до 24 часов. Путем осуществления перемешивания до такой степени получают состояние, в котором SnS2 в достаточной степени суспендирован. Время смешивания после дополнительного добавления Li2S может составлять от 0,1 до 48 часов, а более предпочтительно от 4 до 36 часов. Следует отметить, что, поскольку дополнительно добавленный Li2S реагирует с Li2S-P2S5 в состоянии раствора, при коротком времени реакции желаемый Li3PS4 образуется в недостаточном количестве, и непрореагировавший Li2S смешивается с осадком.[0036] The mixing time for suspending SnS 2 in a homogeneous solution is preferably from 0.1 to 24 hours. By carrying out stirring to such an extent, a state is obtained in which SnS 2 is sufficiently suspended. The mixing time after additional addition of Li 2 S may be from 0.1 to 48 hours, and more preferably from 4 to 36 hours. It should be noted that since the additionally added Li 2 S reacts with Li 2 SP 2 S 5 in the solution state, when the reaction time is short, the desired Li 3 PS 4 is formed in insufficient quantity, and the unreacted Li 2 S is mixed with the precipitate.

[0037] Температура во время смешивания может быть комнатной. Нагревание может выполняться, но при слишком высокой температуре есть вероятность протекания побочной реакции. При выполнении нагревания достаточно обеспечить температуру, равную температуре кипения органического растворителя или ниже. Температура варьируется в зависимости от используемого органического растворителя, но обычно ниже 120°С.[0037] The temperature during mixing may be room temperature. Heating can be performed, but if the temperature is too high, there is a possibility of a side reaction. When performing heating, it is sufficient to provide a temperature equal to or lower than the boiling point of the organic solvent. The temperature varies depending on the organic solvent used, but is usually below 120°C.

[0038] Смешивание на стадии осаждения предпочтительно проводят в атмосфере инертного газа. Примеры инертного газа включают азот, гелий и аргон, и особенно предпочтительным является аргон. Также путем удаления кислорода и влаги в инертном газе можно предотвратить ухудшение состава сырьевого материала. Концентрация каждого из кислорода и влаги в инертном газе предпочтительно составляет 1000 ppm или меньше, более предпочтительно 100 ppm или меньше, и особенно предпочтительно 10 ppm или меньше.[0038] The mixing in the precipitation step is preferably carried out under an inert gas atmosphere. Examples of the inert gas include nitrogen, helium and argon, and argon is particularly preferred. Also, by removing oxygen and moisture in the inert gas, deterioration of the composition of the raw material can be prevented. The concentration of oxygen and moisture in the inert gas is preferably 1000 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, and particularly preferably 10 ppm or less.

[0039] С. Стадия сушки[0039] C. Drying step

Полученный осадок сушат для удаления органического растворителя, тем самым получая прекурсор. Сушку можно проводить путем сушки нагретым воздухом или вакуумной сушки в атмосфере инертного газа.The resulting precipitate is dried to remove the organic solvent, thereby obtaining a precursor. Drying can be carried out by drying with heated air or vacuum drying in an inert gas atmosphere.

Температура сушки составляет предпочтительно от 60 до 280°С, более предпочтительно от 100 до 250°С. Оптимальный температурный диапазон немного варьируется в зависимости от типа органического растворителя, но температурный диапазон важен. При слишком высокой температуре сушки в состоянии, в котором присутствует органический растворитель, качество прекурсора изменяется почти во всех случаях. Кроме того, когда температура сушки слишком низкая, количество остаточного растворителя больше, а при непосредственном выполнении следующей стадии термообработки, органический растворитель карбонизируется, и полученный твердый электролит на основе LGPS будет иметь высокую электронную проводимость. Может быть предпочтительным, чтобы твердый электролит обладал электронной проводимостью в зависимости от метода его использования, но твердый электролит, который будет использоваться для поз. 2 на фиг. 2, должен иметь достаточно низкую электронную проводимость. В случае использования твердого электролита для таких применений количество остаточного растворителя должно быть уменьшено, насколько это возможно.The drying temperature is preferably 60 to 280°C, more preferably 100 to 250°C. The optimum temperature range varies slightly depending on the type of organic solvent, but the temperature range is important. If the drying temperature is too high in a state in which an organic solvent is present, the quality of the precursor changes in almost all cases. In addition, when the drying temperature is too low, the amount of residual solvent is larger, and when the next heat treatment step is carried out directly, the organic solvent is carbonized, and the resulting LGPS-based solid electrolyte will have high electronic conductivity. It may be preferable for the solid electrolyte to be electronically conductive depending on the method of use, but the solid electrolyte to be used for pos. 2 in FIG. 2 should have a sufficiently low electronic conductivity. If a solid electrolyte is used for such applications, the amount of residual solvent should be reduced as much as possible.

[0040] Время сушки незначительно варьируется в зависимости от типа органического растворителя и температуры сушки, но органический растворитель может быть в достаточной степени удален путем сушки в течение от 1 до 24 часов. Следует отметить, что путем удаления органического растворителя при пониженном давлении, как в случае вакуумной сушки, и путем пропускания инертного газа, такого как азот и аргон, в котором содержание влаги достаточно низкое, температура во время удаления органического растворителя может быть уменьшена, а требуемое время может быть сокращено.[0040] The drying time varies slightly depending on the type of organic solvent and the drying temperature, but the organic solvent can be sufficiently removed by drying for 1 to 24 hours. It should be noted that by removing the organic solvent under reduced pressure, as in the case of vacuum drying, and by passing an inert gas such as nitrogen and argon in which the moisture content is sufficiently low, the temperature during removal of the organic solvent can be reduced and the required time can be shortened.

Следует отметить, что стадия термообработки, описанная ниже, и стадия сушки могут выполняться одновременно.It should be noted that the heat treatment step described below and the drying step may be performed simultaneously.

[0041] D. Стадия термообработки[0041] D. Heat treatment step

В способе изготовления по настоящему изобретению прекурсор, полученный на стадии сушки, подвергается термообработке, в результате чего получается твердый электролит на основе LGPS. Температура нагрева варьируется в зависимости от типа прекурсора и обычно составляет от 200 до 700°С, более предпочтительно от 350 до 650°С и особенно предпочтительно от 400 до 600°С. Когда температура ниже, чем вышеописанный диапазон, желаемые кристаллы получить нелегко, а когда температура выше, чем вышеописанный диапазон, образуются кристаллы, отличные от желаемых.In the manufacturing method of the present invention, the precursor obtained in the drying step is subjected to heat treatment, resulting in a solid electrolyte based on LGPS. The heating temperature varies depending on the type of precursor and is usually 200 to 700°C, more preferably 350 to 650°C and particularly preferably 400 to 600°C. When the temperature is lower than the above-described range, desired crystals are not easily obtained, and when the temperature is higher than the above-described range, other than desired crystals are formed.

[0042] Время нагрева незначительно варьируется в зависимости от температуры нагрева, но обычно кристаллизация становится достаточной, когда время нагрева составляет от 0,1 до 24 часов. Не допускается, чтобы нагрев осуществлялся при высокой температуре в течение длительного периода времени, который превышает описанный выше диапазон, поскольку существует вероятность изменения качества твердого электролита на основе LGPS.[0042] The heating time varies slightly depending on the heating temperature, but usually crystallization becomes sufficient when the heating time is from 0.1 to 24 hours. Heating is not allowed to be carried out at a high temperature for a long period of time that exceeds the range described above, since there is a possibility of changing the quality of the LGPS-based solid electrolyte.

Нагрев можно проводить в вакууме или в атмосфере инертного газа, но предпочтительно проводить в атмосфере инертного газа. В качестве инертного газа можно использовать азот, гелий, аргон или тому подобное, и среди них аргон является предпочтительным. Содержание кислорода и влаги предпочтительно низкое, и условия по ним такие же, как и во время смешивания на стадии осаждения.The heating can be carried out in a vacuum or in an inert gas atmosphere, but is preferably carried out in an inert gas atmosphere. As the inert gas, nitrogen, helium, argon or the like can be used, and among them, argon is preferable. The content of oxygen and moisture is preferably low, and the conditions for them are the same as during mixing in the precipitation stage.

[0043] Твердый электролит на основе LGPS по настоящему изобретению, полученный вышеописанным способом, может быть сформирован в тело желаемой формы с помощью различных средств и может быть использован для различных применений, включающих полностью твердотельную батарею, описанную ниже. Метод формирования особо не ограничивается. Например, можно использовать метод, аналогичный методу формирования соответствующих слоев, составляющих полностью твердотельную батарею, описанный ниже в разделе <Полностью твердотельная батарея>.[0043] The solid electrolyte based on LGPS of the present invention, obtained by the above described method, can be formed into a body of the desired shape by various means and can be used for various applications, including the all-solid state battery described below. The forming method is not particularly limited. For example, a method similar to the method of forming the respective layers constituting an all-solid-state battery described below in <All-solid-state battery> can be used.

[0044] <Полностью твердотельная батарея>[0044] <Full Solid State Battery>

Твердый электролит на основе LGPS по настоящему изобретению можно использовать, например, в качестве твердого электролита для полностью твердотельных батарей. Кроме того, согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения предоставляется полностью твердотельная батарея, содержащая вышеописанный твердый электролит для полностью твердотельных батарей.The LGPS-based solid electrolyte of the present invention can be used, for example, as a solid electrolyte for all-solid-state batteries. In addition, according to another embodiment of the present invention, an all-solid-state battery containing the above-described solid electrolyte for all-solid-state batteries is provided.

[0045] В этом отношении выражение «полностью твердотельная батарея» означает «полностью твердотельная литий-ионная вторичная батарея». Фиг. 2 представляет собой схематический вид в разрезе полностью твердотельной батареи согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Полностью твердотельная батарея 10 имеет структуру, в которой слой 2 твердого электролита расположен между слоем 1 положительного электрода и слоем 3 отрицательного электрода. Полностью твердотельная батарея 10 может использоваться в различных устройствах, включая мобильные телефоны, персональные компьютеры и автомобили.[0045] In this regard, the expression "all-solid state battery" means "all-solid state lithium-ion secondary battery." Fig. 2 is a schematic sectional view of an all solid state battery according to one embodiment of the present invention. The all-solid battery 10 has a structure in which the solid electrolyte layer 2 is interposed between the positive electrode layer 1 and the negative electrode layer 3. The solid state battery 10 can be used in a variety of applications including mobile phones, personal computers, and automobiles.

Твердый электролит на основе LGPS по настоящему изобретению может содержаться в качестве твердого электролита по меньшей мере в одном из: слоя 1 положительного электрода, слоя 3 отрицательного электрода и слоя 2 твердого электролита. В случае, когда твердый электролит на основе LGPS по настоящему изобретению содержится в слое 1 положительного электрода или слое 3 отрицательного электрода, твердый электролит на основе LGPS по настоящему изобретению используется в комбинации с широко известным активным материалом положительного электрода или активным материалом отрицательного электрода для литий-ионной вторичной батареи. Количественное соотношение твердого электролита на основе LGPS по настоящему изобретению, содержащегося в слое 1 положительного электрода или слое 3 отрицательного электрода, особо не ограничивается.The LGPS-based solid electrolyte of the present invention may be contained as a solid electrolyte in at least one of the positive electrode layer 1, the negative electrode layer 3, and the solid electrolyte layer 2. In the case where the LGPS solid electrolyte of the present invention is contained in the positive electrode layer 1 or the negative electrode layer 3, the LGPS solid electrolyte of the present invention is used in combination with a well-known positive electrode active material or a lithium negative electrode active material. ion secondary battery. The ratio of the LGPS-based solid electrolyte of the present invention contained in the positive electrode layer 1 or the negative electrode layer 3 is not particularly limited.

[0046] В случае, когда твердый электролит на основе LGPS по настоящему изобретению содержится в слое 2 твердого электролита, слой 2 твердого электролита может состоять только из твердого электролита на основе LGPS по настоящему изобретению и, при необходимости, оксидный твердый электролит (например, Li7La3Zr2O12), твердый электролит на основе сульфида (например, Li2S-P2S5), другие комплексные гидридные твердые электролиты (например, LiBH4 и 3LiBH4-LiI) и т.п. могут быть подходящим образом использованы в комбинации. При использовании материала, демонстрирующего сильную восстанавливающую способность, такого как металлический Li, для активного материала отрицательного электрода, реакция происходит на границе раздела между твердым электролитом на основе LGPS по настоящему изобретению и активным материалом, и может происходить необратимое увеличение емкости и сопротивления. Чтобы предотвратить это явление, предпочтительно обеспечить твердый электролит, обладающий сопротивлением восстановлению, твердый электролит со сложным гидридом, твердый сульфидный электролит аргиродитового типа, сульфидную стеклокерамику или подобное на стороне слоя отрицательного электрода или на поверхности активного материала отрицательного электрода.[0046] In the case where the LGPS-based solid electrolyte of the present invention is contained in the solid electrolyte layer 2, the solid electrolyte layer 2 may only be composed of the LGPS-based solid electrolyte of the present invention and, if necessary, an oxide solid electrolyte (for example, Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ), sulfide-based solid electrolyte (eg Li 2 SP 2 S 5 ), other complex hydride solid electrolytes (eg LiBH 4 and 3LiBH 4 -LiI), and the like. may suitably be used in combination. When using a material exhibiting strong reducing ability such as Li metal for the negative electrode active material, a reaction occurs at the interface between the LGPS-based solid electrolyte of the present invention and the active material, and an irreversible increase in capacitance and resistance can occur. In order to prevent this phenomenon, it is preferable to provide a solid electrolyte having a reduction resistance, a complex hydride solid electrolyte, an argyrodite-type solid sulfide electrolyte, a sulfide glass ceramic or the like on the side of the negative electrode layer or on the surface of the negative electrode active material.

[0047] Полностью твердотельная батарея изготавливается путем формирования и наслоения вышеописанных слоев, и метод формирования и метод наслоения для соответствующих слоев особо не ограничиваются.[0047] An all-solid-state battery is manufactured by forming and layering the above-described layers, and the forming method and the layering method for the respective layers are not particularly limited.

Примеры методов включают: метод, в котором твердый электролит и/или активный материал электрода диспергируют в растворителе, чтобы получить взвешенную смесь, которую наносят с помощью ракельного ножа, центрифугирования и т.п., и подвергают прокатке с образованием пленки; метод газовой фазы, в котором формирование и наслоение пленки выполняют с использованием метода вакуумного осаждения, метода ионного осаждения, метода распыления, метода лазерной абляции или тому подобного; и метод прессования, в котором порошок формируется горячим или холодным прессованием (без нагрева) с выполнением наслоения.Examples of methods include: a method in which a solid electrolyte and/or an active material of an electrode is dispersed in a solvent to obtain a slurry mixture, which is applied by a doctor blade, centrifugation, and the like, and subjected to rolling to form a film; a gas phase method in which film formation and layering are performed using a vacuum deposition method, an ion deposition method, a sputtering method, a laser ablation method, or the like; and a pressing method in which the powder is formed by hot or cold pressing (without heating) to perform layering.

[0048] Поскольку твердый электролит на основе LGPS по настоящему изобретению является относительно мягким, особенно предпочтительно изготавливать полностью твердотельную батарею путем формирования соответствующих слоев посредством метода прессования и наслоения слоев. В качестве метода прессования есть горячее прессование, при котором выполняется нагрев, и холодное прессование, при котором нагрев не выполняется, но формирование слоев может быть выполнено в достаточной степени даже посредством холодного прессования.[0048] Since the LGPS-based solid electrolyte of the present invention is relatively soft, it is particularly preferable to manufacture an all-solid-state battery by forming appropriate layers through a pressing and layering method. As the pressing method, there are hot pressing in which heating is performed and cold pressing in which heating is not performed, but the formation of layers can be sufficiently performed even by cold pressing.

Следует отметить, что настоящее изобретение включает сформированное тело, полученное путем нагревания и формирования твердого электролита на основе LGPS по настоящему изобретению. Сформированное тело подходит для использования в качестве полностью твердотельной батареи. Кроме того, настоящее изобретение включает способ изготовления полностью твердотельной батареи, который включает стадию нагрева и формирования твердого электролита на основе LGPS по настоящему изобретению.It should be noted that the present invention includes a shaped body obtained by heating and forming an LGPS-based solid electrolyte of the present invention. The shaped body is suitable for use as a fully solid state battery. In addition, the present invention includes a method for manufacturing an all-solid-state battery, which includes the step of heating and forming a solid electrolyte based on the LGPS of the present invention.

ПРИМЕРЫEXAMPLES

[0049] Далее варианты осуществления настоящего изобретения будут более конкретно описаны посредством примеров, но варианты осуществления не ограничиваются этими примерами.[0049] Hereinafter, embodiments of the present invention will be more specifically described by way of examples, but the embodiments are not limited to these examples.

[0050] (Пример 1)[0050] (Example 1)

<Стадия приготовления раствора><Stage of solution preparation>

В перчаточной камере в атмосфере аргона взвешивали Li2S (производства Sigma-Aldrich, чистота: 99,8%) и P2S5 (производства Sigma-Aldrich, чистота: 99%) так, чтобы молярное соотношение Li2S:P2S5 составляло 1:1. Затем к ацетонитрилу (производства Wako Pure Chemical Industries, Ltd., супердегидратированной марки) добавляли Li2S и P2S5 в таком порядке, чтобы концентрация (Li2S+P2S5) составляла 10% по весу, а смешивание выполняли при комнатной температуре в течение 12 часов. Смесь постепенно растворяли и получали гомогенный раствор.Li 2 S (manufactured by Sigma-Aldrich, purity: 99.8%) and P 2 S 5 (manufactured by Sigma-Aldrich, purity: 99%) were weighed in a glove box under an argon atmosphere so that the molar ratio of Li 2 S:P 2 S 5 was 1:1. Then, Li 2 S and P 2 S 5 were added to acetonitrile (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., super dehydrated grade) in such order that the concentration of (Li 2 S+P 2 S 5 ) was 10% by weight, and mixing was performed at room temperature for 12 hours. The mixture was gradually dissolved and a homogeneous solution was obtained.

<Стадия осаждения><Deposition stage>

К полученному гомогенному раствору при перемешивании и растворении добавляли LiBr (производства Sigma-Aldrich, чистота: 99,8%) в количестве, равном 0,29 молярного количества P2S5 в гомогенном растворе. Затем при перемешивании добавляли SnS2 (GEI04PB, производства Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) в количестве, равном 1,09 молярного количества P2S5 в гомогенном растворе, а смешивание выполняли при комнатной температуре в течение 12 часов. Затем при перемешивании добавляли Li2S в количестве, равном 3,2 молярного количества P2S5 в гомогенном растворе (то есть, на основе общего количества, молярное соотношение Li2S:SnS2:P2S5:LiBr=4,18:1,09:1:0,29), а смешивание выполняли при комнатной температуре в течение 24 часов для получения взвешенного раствора.LiBr (manufactured by Sigma-Aldrich, purity: 99.8%) was added to the resulting homogeneous solution with stirring and dissolution in an amount equal to 0.29 molar amount of P 2 S 5 in the homogeneous solution. Then, SnS 2 (GEI04PB, manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) was added with stirring in an amount equal to 1.09 molar amount of P 2 S 5 in a homogeneous solution, and mixing was performed at room temperature for 12 hours. Li 2 S was then added with stirring in an amount equal to 3.2 molar amounts of P 2 S 5 in a homogeneous solution (that is, based on the total amount, the molar ratio of Li 2 S:SnS 2 :P 2 S 5 :LiBr=4, 18:1.09:1:0.29), and mixing was performed at room temperature for 24 hours to obtain a slurry solution.

[0051] <Стадия сушки>[0051] <Drying Stage>

Полученный взвешенный раствор сушили в вакууме при 200°С в течение 3 часов для получения прекурсора. Серия операций проводилась в перчаточной камере в атмосфере аргона.The resulting weighed solution was dried in vacuum at 200°C for 3 hours to obtain a precursor. A series of operations was carried out in a glove box in an argon atmosphere.

<Стадия термообработки><Heating stage>

В перчаточной камере полученный прекурсор помещали в стеклянную реакционную трубку, которую помещали в электрическую трубчатую печь таким образом, чтобы прекурсор не подвергался воздействию атмосферы. В реакционную трубку вводили аргон (марки G3), температуру повышали до 475°С в течение 3 часов, а затем проводили обжиг при 475°С в течение 8 часов, в результате чего был синтезирован кристалл Li8.66Sn1.09P2S11.36Br0.29.In the glove box, the obtained precursor was placed in a glass reaction tube, which was placed in an electric tube furnace so that the precursor was not exposed to the atmosphere. Argon (grade G3) was introduced into the reaction tube, the temperature was raised to 475°C for 3 hours, and then firing was performed at 475°C for 8 hours, as a result of which a Li 8.66 Sn 1.09 P 2 S 11.36 Br 0.29 crystal was synthesized .

[0052] (Пример 2)[0052] (Example 2)

Кристалл Li8.66Sn1.09P2S11.36Cl0.29 был синтезирован так же, как в примере 1, за исключением того, что вместо LiBr использовался LiCl. (Пример 3)The Li 8.66 Sn 1.09 P 2 S 11.36 Cl 0.29 crystal was synthesized in the same way as in Example 1, except that LiCl was used instead of LiBr. (Example 3)

Кристалл Li8.66Sn1.09P2S11.36Cl0.29 был синтезирован так же, как в примере 1, за исключением того, что вместо LiBr использовался LiI.The Li 8.66 Sn 1.09 P 2 S 11.36 Cl 0.29 crystal was synthesized in the same way as in Example 1, except that LiI was used instead of LiBr.

[0053] (Сравнительный пример 1)[0053] (Comparative Example 1)

Кристалл Li9.81Sn0.81P2.19S12 был синтезирован так же, как в примере 1, за исключением того, что на <стадии осаждения> в примере 1 LiBr не добавлялся; SnS2 добавляли в количестве, равном 0,74 молярного количества P2S5; a Li2S добавляли в количестве, равном 4,48 молярного количества P2S5.The Li 9.81 Sn 0.81 P 2.19 S 12 crystal was synthesized in the same manner as in Example 1, except that no LiBr was added in the <deposition step> in Example 1; SnS 2 was added in an amount equal to 0.74 molar amount of P 2 S 5 ; a Li 2 S was added in an amount equal to 4.48 molar amount of P 2 S 5 .

[0054] <Измерение дифракции рентгеновских лучей>[0054] <X-ray diffraction measurement>

Порошки ионных проводников, полученные в примерах 1-3 и сравнительном примере 1, были исследованы путем измерения дифракции рентгеновских лучей в атмосфере Ar при комнатной температуре (25°С) («X' Pert3 Powder», произведенный PANalytical, CuKα: λ=1,5405

Figure 00000001
).The ionic conductor powders obtained in Examples 1-3 and Comparative Example 1 were examined by measuring X-ray diffraction in an Ar atmosphere at room temperature (25°C) ("X' Pert3 Powder" manufactured by PANalytical, CuKα: λ=1, 5405
Figure 00000001
).

Результаты измерения дифракции рентгеновских лучей ионных проводников, полученные в примерах 1-3 и сравнительном примере 1, показаны на фиг. 3.The results of the X-ray diffraction measurements of the ionic conductors obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 are shown in FIG. 3.

Как показано на фиг. 3, в примерах 1-3 пики дифракции наблюдались по меньшей мере при 2θ=19,80°±0,50°, 20,10°±0,50°, 26,60°±0,50° и 29,10°±0,50°, и картина соответствовала Li10GeP2S12 из базы данных ICSD (Inorganic Crystal Structure Database; база данных неорганических кристаллических структур).As shown in FIG. 3, in examples 1-3, diffraction peaks were observed at least at 2θ=19.80°±0.50°, 20.10°±0.50°, 26.60°±0.50° and 29.10° ±0.50°, and the pattern corresponded to Li 10 GeP 2 S 12 from the ICSD database (Inorganic Crystal Structure Database; database of inorganic crystal structures).

Если интенсивность пика дифракции при 2θ=29,10°±0,50° обозначить как IA, а интенсивность пика дифракции при 2θ=27,33°±0,50° обозначить как IB, IB было очень маленьким и во всех примерах 1-3, соотношение IB/IA было 0,1 или меньше.If the intensity of the diffraction peak at 2θ=29.10°±0.50° is designated as I A , and the intensity of the diffraction peak at 2θ=27.33°±0.50° is designated as I B , I B was very small and in all Examples 1-3, the I B /I A ratio was 0.1 or less.

[0055] <Измерение проводимости по ионам лития>[0055] <Lithium Ion Conductivity Measurement>

Каждый из ионных проводников, полученных в примерах 1-3 и сравнительном примере 1, был подвергнут одноосному формованию (420 МПа) с получением диска, имеющего толщину около 1 мм и диаметр 10 мм. Используя ячейку для оценки полностью твердотельных батарей (производства Hohsen Corporation), импеданс переменного тока был измерен четырехконтактным методом с использованием индиевого электрода при комнатной температуре (25°С) («SI1260 IMPEDANCE/GAIN-PHASE ANALYZER» производства Solartron), и была рассчитана проводимость по ионам лития.Each of the ionic conductors obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 was subjected to uniaxial molding (420 MPa) to obtain a disk having a thickness of about 1 mm and a diameter of 10 mm. Using an all-solid-state battery evaluation cell (manufactured by Hohsen Corporation), the AC impedance was measured by the four-terminal method using an indium electrode at room temperature (25°C) ("SI1260 IMPEDANCE/GAIN-PHASE ANALYZER" manufactured by Solartron), and the conductivity was calculated by lithium ions.

В частности, образец помещали в термостатированную ванну с установленной температурой 25°С и выдерживали в течение 30 минут, после чего измеряли проводимость по ионам лития. Диапазон частот измерения составлял от 0,1 Гц до 1 МГц, а амплитуда составляла 50 мВ. Результаты измерения проводимости по ионам лития показаны ниже в таблице 1.Specifically, the sample was placed in a thermostated bath set at 25° C. and kept for 30 minutes, after which the lithium ion conductivity was measured. The measurement frequency range was from 0.1 Hz to 1 MHz, and the amplitude was 50 mV. The results of lithium ion conductivity measurements are shown in Table 1 below.

Figure 00000002
Figure 00000002

[0056] <Рамановская спектроскопия>[0056] <Raman spectroscopy>

(1) Подготовка образца(1) Sample preparation

Образец для измерения был подготовлен с использованием герметичного контейнера, имеющего кварцевое стекло (Ф: 60 мм, толщина: 1 мм) в верхней части в качестве оптического окна. В перчаточной камере в атмосфере аргона образец приклеивали к кварцевому стеклу, затем контейнер герметично закрывали и вынимали из перчаточного бокса, а потом проводили рамановскую спектроскопию.The measurement sample was prepared using a sealed container having a quartz glass (φ: 60 mm, thickness: 1 mm) at the top as an optical window. In a glove box in an argon atmosphere, the sample was glued to quartz glass, then the container was hermetically sealed and removed from the glove box, and then Raman spectroscopy was performed.

(2) Условия измерения(2) Measurement conditions

С использованием лазерного рамановского спектрометра NRS-5100 (производства JASCO Corporation) измерение проводилось при длине волны возбуждения 532,15 нм в течение времени экспозиции 5 секунд. Результаты рамановской спектроскопии ионных проводников, полученных в примерах 1-3 и сравнительном примере 1, показаны на фиг. 4.Using an NRS-5100 laser Raman spectrometer (manufactured by JASCO Corporation), measurement was performed at an excitation wavelength of 532.15 nm for an exposure time of 5 seconds. The results of Raman spectroscopy of the ionic conductors obtained in Examples 1-3 and Comparative Example 1 are shown in FIG. four.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ НА ЧЕРТЕЖАХLIST OF REFERENCE NUMBERS IN THE DRAWINGS

[0057] 1 - слой положительного электрода[0057] 1 - positive electrode layer

2 - слой твердого электролита2 - solid electrolyte layer

3 - слой отрицательного электрода3 - negative electrode layer

10 - полностью твердотельная батарея10 - full solid state battery

Claims (12)

1. Твердый электролит для полностью твердотельной батареи, который имеет состав LiuSnvP2SyXz, где 6≤u≤14, 0,8≤v≤2,1, 9≤y≤16, 0<z≤1,6; X представляет собой Cl, Br или I, и который имеет пики по меньшей мере при 2θ=19,80°±0,50°, 20,10°±0,50°, 26,60°±0,50° и 29,10°±0,50° при дифракции рентгеновских лучей CuKα: λ=1,5405
Figure 00000003
.
1. A solid electrolyte for an all-solid battery, which has the composition Li u Sn v P 2 S y X z , where 6≤u≤14, 0.8≤v≤2.1, 9≤y≤16, 0<z≤ 1.6; X is Cl, Br or I and which has peaks at at least 2θ=19.80°±0.50°, 20.10°±0.50°, 26.60°±0.50° and 29 ,10°±0.50° with CuKα X-ray diffraction: λ=1.5405
Figure 00000003
.
2. Твердый электролит по п. 1, в котором интенсивность пика дифракции при 2θ=29,10°±0,50° обозначается как IA, а интенсивность пика дифракции при 2θ=27,33°±0,50° обозначается как IB, причем IB/IA меньше 0,50.2. The solid electrolyte according to claim 1, wherein the intensity of the diffraction peak at 2θ=29.10°±0.50° is designated as I A , and the intensity of the diffraction peak at 2θ=27.33°±0.50° is designated as I B , with I B /I A less than 0.50. 3. Твердый электролит по п. 1 или 2, который имеет октаэдр О, состоящий из элемента Li и элемента S, тетраэдр T1, состоящий по меньшей мере из одного элемента, выбранного из группы, состоящей из элементов Р и Sn и элемента S, и тетраэдр Т2, состоящий из элемента Р и элемента S, и в основном включает кристаллическую структуру, в которой тетраэдр T1 и октаэдр О имеют общее ребро, а тетраэдр Т2 и октаэдр О имеют общую вершину, при этом часть элементов S в октаэдре О, тетраэдре T1 и тетраэдре Т2 могут быть заменены на Cl, Br или I.3. A solid electrolyte according to claim 1 or 2, which has an O octahedron consisting of the element Li and an element S, a tetrahedron T 1 consisting of at least one element selected from the group consisting of the elements P and Sn and the element S, and the T 2 tetrahedron, consisting of the P element and the S element, and mainly includes a crystal structure in which the T 1 tetrahedron and the O octahedron have a common edge, and the T 2 tetrahedron and the O octahedron have a common vertex, while part of the S elements in the octahedron O, T 1 tetrahedron and T 2 tetrahedron can be replaced by Cl, Br or I. 4. Полностью твердотельная батарея, полученная с использованием твердого электролита по любому из пп. 1-3.4. Fully solid-state battery obtained using a solid electrolyte according to any one of paragraphs. 1-3. 5. Способ изготовления твердого электролита по любому из пп. 1-3, включающий5. A method of manufacturing a solid electrolyte according to any one of paragraphs. 1-3, including стадию приготовления раствора, на которой гомогенный раствор подготавливают путем смешивания и осуществления реакции Li2S и P2S5 в органическом растворителе, причем молярное соотношение Li2S/P2S5 составляет от 0,75 до 1,85;a solution preparation step in which a homogeneous solution is prepared by mixing and reacting Li 2 S and P 2 S 5 in an organic solvent, wherein the molar ratio of Li 2 S/P 2 S 5 is 0.75 to 1.85; стадию осаждения, на которой LiX, где X представляет собой Cl, Br или I, добавляют в упомянутый гомогенный раствор для растворения с последующим добавлением к нему SnS2 и Li2S и выполнением смешивания с образованием осадка;a precipitation step in which LiX, where X is Cl, Br or I, is added to said homogeneous solution for dissolution, followed by adding SnS 2 and Li 2 S thereto and performing mixing to form a precipitate; стадию сушки, на которой органический растворитель удаляют из осадка с получением прекурсора; иa drying step in which the organic solvent is removed from the precipitate to obtain a precursor; and стадию термообработки, на которой прекурсор нагревают при температуре от 200°С до 700°С с получением твердого электролита.a heat treatment step in which the precursor is heated at a temperature of 200° C. to 700° C. to form a solid electrolyte. 6. Способ по п. 5, в котором органический растворитель представляет собой по меньшей мере один, выбранный из группы, состоящей из тетрагидрофурана, ацетонитрила, этилацетата и метилацетата.6. The method of claim 5 wherein the organic solvent is at least one selected from the group consisting of tetrahydrofuran, acetonitrile, ethyl acetate and methyl acetate. 7. Способ по п. 5 или 6, в котором температура на стадии сушки составляет от 60 до 280°С.7. The method according to claim 5 or 6, wherein the temperature in the drying step is between 60 and 280°C. 8. Способ по любому из пп. 5-7, в котором стадию термообработки проводят в атмосфере инертного газа.8. The method according to any one of paragraphs. 5-7, wherein the heat treatment step is carried out under an inert gas atmosphere.
RU2020133537A 2018-06-13 2019-06-04 Lgps-based solid electrolyte and its production method RU2787019C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-112866 2018-06-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2020133537A RU2020133537A (en) 2022-07-13
RU2787019C2 true RU2787019C2 (en) 2022-12-28

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2474814C2 (en) * 2011-04-29 2013-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вятский государственный университет" (ГОУ ВПО "ВятГУ" Solid electrolyte
WO2013118722A1 (en) * 2012-02-06 2013-08-15 トヨタ自動車株式会社 Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material
JP2013177288A (en) * 2012-02-06 2013-09-09 Tokyo Institute Of Technology Sulfide solid electrolyte material, battery and method of manufacturing sulfide solid electrolyte
JP2015220013A (en) * 2014-05-15 2015-12-07 トヨタ自動車株式会社 Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material
JP2017021965A (en) * 2015-07-09 2017-01-26 国立大学法人東京工業大学 Lithium solid electrolyte
KR20170025617A (en) * 2015-08-31 2017-03-08 전남대학교산학협력단 Preparing method for solid electrolyte, solid electrolyte made by the same, and all solid state battery including the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2474814C2 (en) * 2011-04-29 2013-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вятский государственный университет" (ГОУ ВПО "ВятГУ" Solid electrolyte
WO2013118722A1 (en) * 2012-02-06 2013-08-15 トヨタ自動車株式会社 Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material
JP2013177288A (en) * 2012-02-06 2013-09-09 Tokyo Institute Of Technology Sulfide solid electrolyte material, battery and method of manufacturing sulfide solid electrolyte
JP2015220013A (en) * 2014-05-15 2015-12-07 トヨタ自動車株式会社 Sulfide solid electrolyte material, battery, and method for producing sulfide solid electrolyte material
JP2017021965A (en) * 2015-07-09 2017-01-26 国立大学法人東京工業大学 Lithium solid electrolyte
KR20170025617A (en) * 2015-08-31 2017-03-08 전남대학교산학협력단 Preparing method for solid electrolyte, solid electrolyte made by the same, and all solid state battery including the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2019286882B2 (en) LGPS-based solid electrolyte and production method
RU2766576C2 (en) Method of producing solid electrolyte based on lgps
RU2751545C2 (en) METHOD OF PRODUCTION OF A SOLID Li3PS4-CONTAINING ELECTROLYTE
CN109641805B (en) Sulfide solid electrolyte
JP6996553B2 (en) Method for manufacturing LGPS-based solid electrolyte
JP7658281B2 (en) Method for producing sulfide-based solid electrolyte containing Sn
RU2714498C1 (en) Method of producing ion conductor
JP7513014B2 (en) Method for producing sulfide-based solid electrolyte
JP2020027780A (en) Method for producing LGPS-based solid electrolyte
RU2787019C2 (en) Lgps-based solid electrolyte and its production method
AU2022253965A1 (en) Method for producing lgps-type solid electrolyte
RU2822115C1 (en) METHOD OF PRODUCING SULPHIDE SOLID ELECTROLYTE CONTAINING Sn
RU2851659C1 (en) Method for producing solid electrolyte of lgps type
RU2804507C2 (en) Method for producing solid sulphide electrolyte
RU2814874C1 (en) Ion conductor containing licb9h10 high-temperature phase, and method for its production
RU2772865C2 (en) ION CONDUCTOR CONTAINING Li2B12H12 AND LiBH4, METHOD FOR ITS PRODUCTION AND SOLID ELECTROLYTE FOR COMPLETELY SOLID-STATE BATTERIES, CONTAINING THE SPECIFIED ION CONDUCTOR
BR112020021583B1 (en) LGPS-BASED SOLID ELECTROLYTE, ALL-SOLID-STATE BATTERY, AND METHOD FOR PRODUCING LGPS-BASED SOLID ELECTROLYTE
BR112021014519B1 (en) METHOD FOR PRODUCING A SOLID SULFIDE-BASED ELECTROLYTE