WO2025075068A1 - 硫化物固体電解質の搬送方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for transporting a sulfide solid electrolyte.
- batteries used for such purposes used electrolytes containing flammable organic solvents, but by making the battery fully solid-state, flammable organic solvents are not used in the battery, safety devices can be simplified, and manufacturing costs and productivity are excellent, so batteries in which the electrolyte is replaced with a solid electrolyte are being developed.
- Patent Document 1 discloses a package that protects a thin-plate solid electrolyte.
- the sulfide solid electrolyte When preparing an electrode mixture from a sulfide solid electrolyte and an electrode active material, the sulfide solid electrolyte may be produced once, transported to another location, and then the sulfide solid electrolyte and the electrode active material may be mixed to produce an electrode mixture. In this way, after the sulfide solid electrolyte is produced, it may be necessary to transport it to another factory or the like.
- sulfide solid electrolytes are often in the form of powder with particle sizes of about 0.1 to several microns, which makes them bulky and prone to scattering, making them difficult to transport.
- an object of the present invention is to provide a method for efficiently transporting a sulfide solid electrolyte while preventing scattering of the sulfide solid electrolyte.
- the method for transporting a sulfide solid electrolyte includes the steps of: A step of compressing a powdered sulfide solid electrolyte containing lithium atoms, sulfur atoms, and phosphorus atoms to obtain a green compact; filling the powder compact into a packaging container to obtain a package; conveying the package; a step of removing the powder compact from the package and crushing the powder compact to obtain a crushed product; It is.
- the present invention provides a method for efficiently transporting sulfide solid electrolyte while preventing scattering.
- this embodiment an embodiment of the present invention (hereinafter, sometimes referred to as “this embodiment") will be described.
- the upper and lower limit values of the numerical ranges "greater than or equal to,” “less than or equal to,” and “to” are values that can be combined in any way, and the numerical values in the examples can also be used as the upper and lower limit values.
- regulations that are considered to be preferred can be adopted in any way. In other words, one regulation that is considered to be preferred can be adopted in combination with one or more other regulations that are considered to be preferred. It can be said that a combination of preferred things is more preferable.
- Patent Document 1 relates to a packaging body for protecting a thin-plate solid electrolyte, and discloses a method for protecting a solid electrolyte formed into a thin plate from damage and adhesion of foreign matter, but does not mention a method for transporting a powder-like sulfide solid electrolyte.
- the present inventors have discovered that a sulfide solid electrolyte can be efficiently transported while preventing scattering by first forming a powdered sulfide solid electrolyte into a compressed powder, filling the compressed powder into a packaging container to form a package, transporting the package, and finally crushing the package, thereby completing the present invention.
- a method for transporting a sulfide solid electrolyte according to a first embodiment of the present invention includes the steps of: A step of compressing a powdered sulfide solid electrolyte containing lithium atoms, sulfur atoms, and phosphorus atoms to obtain a green compact; filling the powder compact into a packaging container to obtain a package; conveying the package; a step of removing the powder compact from the package and crushing the powder compact to obtain a crushed product; It is.
- the solid electrolyte when a powdered solid electrolyte is transported, the solid electrolyte is generally transported by directly putting the solid electrolyte in a container such as a bag, etc.
- a container such as a bag, etc.
- the powdered solid electrolyte is easily scattered during the process of putting the solid electrolyte into the container and during the process after removing the solid electrolyte from the container.
- the present inventors have found that the above problems can be solved by a method in which a powdered sulfide solid electrolyte is compressed once to form a green compact, which is then transported and crushed at the transport destination.
- a method for transporting a sulfide solid electrolyte according to a second aspect of the present embodiment is the same as the first aspect, except that The density of the powder compact is 0.2 g/ cm3 or more. That is it.
- the density of the compact is preferable to set the density of the compact within the above range.
- a method for transporting a sulfide solid electrolyte according to a third aspect of the present embodiment is the same as the first or second aspect, further comprising: In the step of obtaining the powder compact, a solvent is added to the powdered sulfide solid electrolyte and then compressed. That is it.
- the compact in a state where a solvent is added to the powdered sulfide solid electrolyte.
- a method for transporting a sulfide solid electrolyte according to a fourth aspect of the present embodiment is any one of the first to third aspects, In the step of obtaining the crushed product, a solvent is added to the powder compact and then crushed. That is it.
- a method for transporting a sulfide solid electrolyte according to a fifth aspect of the present embodiment is any one of the first to fourth aspects,
- the packaging container includes one or more bags, and at least one of the bags is made of a plastic film having a metal thin film layer. That is it.
- a packaging container made of a plastic film with a thin metal layer that has low moisture permeability is preferable from the viewpoint of preventing the sulfide solid electrolyte from coming into contact with moisture contained in the outside air.
- a transport method for a sulfide solid electrolyte according to a sixth aspect of the present embodiment is any one of the first to fifth aspects, The package is further packed in an outer container and then transported. That is it.
- Packaging the packaging container in an outer container makes it easier to protect the compact inside the packaging container from external shocks during transportation.
- a sulfide solid electrolyte transport method is the same as the sixth aspect, except that:
- the outer container is at least one selected from a metal can and a plastic container. That is it.
- metal cans or plastic containers are preferred from the viewpoint of protecting the internal packaging container.
- a transportation system for a sulfide solid electrolyte includes: a compression molding facility for compressing a powdered sulfide solid electrolyte containing lithium atoms, sulfur atoms, and phosphorus atoms to obtain a green compact; a packaging device for filling the powder compact into a packaging container to obtain a package; A conveying means for conveying the package; and a crushing device for removing the powder compact from the package and crushing the powder compact to obtain a crushed product. That is it.
- the above-mentioned transport system realizes the sulfide solid electrolyte transport method of this embodiment.
- a method for producing an all-solid-state battery material includes the steps of: A step of compressing a powdered sulfide solid electrolyte containing lithium atoms, sulfur atoms, and phosphorus atoms to obtain a green compact; filling the powder compact into a packaging container to obtain a package; conveying the package; and removing the powder compact from the package and crushing the compact to obtain a crushed product. That is it.
- the all-solid-state battery according to the tenth aspect of the present embodiment includes an all-solid-state battery material obtained by the manufacturing method according to the ninth aspect in a solid electrolyte layer. That is it.
- An electrode mixture according to an eleventh aspect of this embodiment includes an all-solid-state battery material obtained by the manufacturing method according to the ninth aspect, and an electrode active material, That is it.
- An all-solid-state battery according to a twelfth aspect of the present embodiment includes the electrode mixture according to the eleventh aspect in at least one of a positive electrode and a negative electrode, That is it.
- the above manufacturing method makes it possible to manufacture all-solid-state battery materials and all-solid-state batteries using the same while preventing the scattering of sulfide solid electrolyte.
- the package according to the thirteenth embodiment of the present invention is formed by filling a packaging container with a green compact obtained by compressing a powdered sulfide solid electrolyte containing lithium atoms, sulfur atoms, and phosphorus atoms.
- the above-mentioned packaging enables transportation while preventing the sulfide solid electrolyte from scattering.
- a packaging body according to a fourteenth aspect of the present embodiment is the thirteenth aspect, Further, the device includes an outer container. That is it. Providing an outer container is preferable from the viewpoint of protecting the powder compact.
- a method for transporting a sulfide solid electrolyte includes the steps of: The method includes a step of compressing a powdered sulfide solid electrolyte containing lithium atoms, sulfur atoms, and phosphorus atoms to obtain a green compact,
- the density of the powder compact is 0.2 g/ cm3 or more. That is it.
- the green compact obtained by compressing the powdered sulfide solid electrolyte has a density within the above range, so that the sulfide solid electrolyte can be transported efficiently while preventing scattering during transportation.
- a method for producing an all-solid-state battery material includes the steps of:
- the method includes a step of compressing a powdered sulfide solid electrolyte containing lithium atoms, sulfur atoms, and phosphorus atoms to obtain a green compact,
- the density of the powder compact is 0.2 g/ cm3 or more. That is it.
- the green compact obtained by compressing the powdered sulfide solid electrolyte has a density within the above range, which makes it possible to efficiently produce all-solid-state battery materials while preventing the sulfide solid electrolyte from scattering.
- the sulfide solid electrolyte to be compacted in the transport method of the present embodiment may be a general sulfide solid electrolyte as described below, and there are no particular limitations on the manufacturing method thereof.
- the term "solid electrolyte” refers to an electrolyte that maintains a solid state under a nitrogen atmosphere at 25° C.
- the sulfide solid electrolyte in this embodiment is a solid electrolyte that contains lithium atoms, sulfur atoms, and phosphorus atoms and has ionic conductivity due to the lithium atoms.
- the "sulfide solid electrolyte” includes both an amorphous sulfide solid electrolyte and a crystalline sulfide solid electrolyte.
- the term "crystalline sulfide solid electrolyte” refers to a sulfide 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, regardless of whether or not there is a peak derived from the raw material of the sulfide solid electrolyte.
- the crystalline sulfide solid electrolyte includes a crystal structure derived from a solid electrolyte, and a part of the crystal structure may be derived from the solid electrolyte, or the entire crystal structure may be derived from the solid electrolyte. And, as long as the crystalline sulfide solid electrolyte has the X-ray diffraction pattern as described above, a part of the crystalline sulfide solid electrolyte may include an amorphous sulfide solid electrolyte. Therefore, the crystalline sulfide solid electrolyte includes so-called glass ceramics obtained by heating the amorphous sulfide solid electrolyte to a crystallization temperature or higher.
- amorphous sulfide solid electrolyte refers to an X-ray diffraction pattern in an X-ray diffraction measurement that shows a halo pattern in which substantially no peaks other than those derived from the raw materials are observed, regardless of whether or not there are peaks derived from the raw materials of the sulfide solid electrolyte.
- Li 4-x Ge 1-x P x S 4 -based thio-LISICON Region II type crystal structure see Kanno et al., Journal of The Electrochemical Society, 148(7)A742-746(2001)
- Li 4-x Ge 1-x P x S Also included are those having a crystal structure similar to the thio-LISICON Region II type 4 (see Solid State Ionics, 177 (2006), 2721-2725).
- the crystal structure of the crystalline sulfide solid electrolyte is preferably a thio-LISICON Region II type crystal structure among the above, since it can provide higher ionic conductivity.
- the "thio-LISICON Region II type crystal structure" refers to either a Li4 - xGe1 -xPxS4- based thio- LISICON Region II type crystal structure or a crystal structure similar to a Li4 -xGe1 - xPxS4 -based thio- LISICON Region II type crystal structure.
- the crystalline sulfide solid electrolyte may contain the thiolicon region II type crystal structure or may contain it as the main crystal, but from the viewpoint of obtaining higher ionic conductivity, it is preferable that it contains it as the main crystal.
- "containing it as the main crystal” means that the ratio of the target crystal structure among the crystal structures is 80% or more, preferably 90% or more, and more preferably 95% or more.
- the crystalline sulfide solid electrolyte does not contain crystalline Li 3 PS 4 ( ⁇ -Li 3 PS 4 ).
- the diffraction peaks of the Li 4-x Ge 1-x P The diffraction peaks of the Li4- xGe1-xPxS4-type thio-LISICON
- a crystalline sulfide solid electrolyte having an argyrodite type crystal structure in which the structural skeleton of Li 7 PS 6 is mentioned above and part of P is replaced by Si is also preferably mentioned.
- the composition formula of the argyrodite-type crystal structure include the crystal structures represented by the composition formulas Li 7-x P 1-y Si y 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).
- the formula of the argyrodite-type crystal structure is Li7 -x-2yPS6 -x-yClx ( 0.8 ⁇ x ⁇ 1.7, 0 ⁇ y ⁇ -0.25x+0.5).
- Another example of the composition formula of the argyrodite-type crystal structure is Li7 -xPS6 - xHax (Ha is Cl or Br, and x is preferably 0.2 to 1.8).
- composition ratio of the atoms contained in the crystalline sulfide solid electrolyte is preferably a composition ratio according to the composition formula corresponding to the various crystal structures described above. If the composition ratio of each atom is within the range, it is easier to form a thiosilicon region II type crystal structure or an argyrodite type crystal structure, among the above crystal structures.
- the crystalline sulfide solid electrolyte may contain at least one selected from a complexing agent and a solvent used during production.
- the total content of the complexing agent and the solvent contained in the crystalline sulfide solid electrolyte is most preferably 0 mass%.
- the total content is usually 10 mass% or less, preferably 8 mass% or less, more preferably 5 mass% or less, even more preferably 3.0 mass% or less, and particularly preferably 1.0 mass% or less.
- the sulfide solid electrolyte contains lithium atoms, sulfur atoms, and phosphorus atoms, and preferably contains lithium atoms, sulfur atoms, phosphorus atoms, and halogen atoms.
- Representative examples include solid electrolytes composed of lithium sulfide and phosphorus sulfide, such as Li 2 S-P 2 S 5 ; solid electrolytes composed of lithium sulfide, phosphorus sulfide, and lithium halide, such as Li 2 S-P 2 S 5 -LiI, Li 2 S-P 2 S 5 -LiCl, Li 2 S-P 2 S 5 -LiBr, and Li 2 S-P 2 S 5 -LiI-LiBr; and solid electrolytes further containing other atoms such as oxygen atoms and silicon atoms, such as Li 2 S-P 2 S 5 -Li 2 O-LiI and Li 2 S-SiS 2 -P 2 S 5.
- a solid electrolyte composed of lithium sulfide, phosphorus sulfide, and a lithium halide such as 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, is preferred, and a solid electrolyte composed of lithium sulfide, phosphorus sulfide, and two types of lithium halides, such as Li 2 S-P 2 S 5 -LiI-LiBr, is more preferred.
- the types of atoms constituting the sulfide solid electrolyte can be confirmed, for example, by an ICP emission spectrometer.
- the composition ratio (molar ratio) of lithium atoms, phosphorus atoms, sulfur atoms and halogen atoms is preferably 1.0 to 1.8: 0.1 to 0.8: 1.0 to 2.0: 0.01 to 0.6, more preferably 1.1 to 1.7: 0.2 to 0.6: 1.2 to 1.8: 0.05 to 0.5, and even more preferably 1.2 to 1.6: 0.25 to 0.5: 1.3 to 1.7: 0.08 to 0.4.
- the composition ratio (molar ratio) of lithium atoms, phosphorus atoms, sulfur atoms, bromine, and iodine (or chlorine) is preferably 1.0 to 1.8: 0.1 to 0.8: 1.0 to 2.0: 0.01 to 0.3: 0.01 to 0.3, more preferably 1.1 to 1.7: 0.2 to 0.6: 1.2 to 1.8: 0.02 to 0.25: 0.02 to 0.25, even more preferably 1.2 to 1.6: 0.25 to 0.5: 1.3 to 1.7: 0.03 to 0.2: 0.03 to 0.2, and even more preferably 1.35 to 1.45: 0.3 to 0.45: 1.4 to 1.7: 0.04 to 0.18: 0.04 to 0.18.
- composition ratio molar ratio of lithium atoms, sulfur atoms, phosphorus atoms, and halogen atoms within the above range
- the average particle size ( D50 ) of the powdered sulfide solid electrolyte is, for example, preferably 0.01 ⁇ m or more, more preferably 0.03 ⁇ m or more, even more preferably 0.05 ⁇ m or more, and particularly preferably 0.1 ⁇ m or more, and is preferably 200.0 ⁇ m or less, more preferably 100.0 ⁇ m or less, even more preferably 10.0 ⁇ m or less, particularly preferably 5.0 ⁇ m or less, and most preferably 1.0 ⁇ m or less.
- the method for transporting a sulfide solid electrolyte includes the steps of: A step of compressing a powdered sulfide solid electrolyte containing lithium atoms, sulfur atoms, and phosphorus atoms to obtain a green compact; filling the powder compact into a packaging container to obtain a package; conveying the package; and removing the powder compact from the package and crushing the compact to obtain a crushed product.
- a method for transporting a sulfide solid electrolyte includes the steps of: The method includes a step of compressing a powdered sulfide solid electrolyte containing lithium atoms, sulfur atoms, and phosphorus atoms to obtain a green compact, The density of the green compact is 0.2 g/ cm3 or more.
- the above-mentioned method for transporting a sulfide solid electrolyte according to the present embodiment includes a process for obtaining a green compact, and there are no particular restrictions on the subsequent processes as long as the density of the green compact obtained is within the above-mentioned range.
- the conveying method of the present embodiment includes a step of compressing a powdered sulfide solid electrolyte containing lithium atoms, sulfur atoms, and phosphorus atoms to obtain a green compact.
- the process of obtaining the green compact is carried out in a compression molding facility.
- Examples of a method for compressing the powdered sulfide solid electrolyte include a method in which the sulfide solid electrolyte is placed in a mold having a recess of a predetermined shape and pressed to form pellets, and a method in which the sulfide solid electrolyte is placed between two rotating rolls using a roller compactor, pressed, and further pulverized into flakes as necessary.
- the temperature when pressing with a roller compactor is usually 20 to 60° C., and the pressure is usually 0.1 to 1 ton per cm of roll width.
- a solvent may be added to the powdered sulfide solid electrolyte, and then the powdered sulfide solid electrolyte may be compressed.
- the solvent a wide variety of solvents that have conventionally been used in the production of solid electrolytes can be used, and examples of the solvent include hydrocarbon solvents such as aliphatic hydrocarbon solvents, alicyclic hydrocarbon solvents, and aromatic hydrocarbon solvents, as well as compounds containing a nitrogen atom, an oxygen atom, a halogen atom such as a chlorine atom, and a heteroatom such as a sulfur atom.
- the amount of the solvent added is preferably 1.0 to 20 mass %, more preferably 3.0 to 15 mass %, and even more preferably 5.0 to 12 mass %, based on the total amount of the sulfide solid electrolyte. If the amount of the solvent added to the sulfide solid electrolyte is 1.0 mass % or more, this is preferable from the viewpoint of preventing scattering of the powder in the step of obtaining a green compact, and if it is 20 mass % or less, this is preferable because the solvent is less likely to leach out from the sulfide solid electrolyte in the step of obtaining a green compact.
- the size of the powder compact is not particularly limited, but the maximum diameter or length is preferably 0.1 to 100 mm, more preferably 0.5 to 50 mm.
- the shape of the powder compact is not particularly limited, but may be a cylindrical shape, an elliptical cylindrical shape, a triangular prism shape, a cylindrical shape, a rectangular parallelepiped shape, a cube shape, an elliptical shape, a spherical shape, a lens shape, a thin plate shape, or the like.
- the density of the green compact is not particularly limited, but is preferably 0.2 g/ cm3 or more, more preferably 0.4 to 1.6 g/ cm3 , and even more preferably 0.8 to 1.5 g/ cm3 .
- the density of the green compact is 0.2 g/ cm3 or more, scattering of the sulfide solid electrolyte can be effectively prevented, and the efficiency of transportation is improved.
- the density of the green compact is 1.6 g/cm3 or less , the green compact is easily crushed.
- the conveying method of the present embodiment includes a step of filling the powder compact into a packaging container to obtain a package.
- the step of obtaining the package is carried out in a packaging facility.
- the packaging container may be any type, and examples thereof include bags, cans, bottles, and the like.
- the material of the packaging container is preferably one having low moisture permeability from the viewpoint of preventing the sulfide solid electrolyte from coming into contact with moisture contained in the outside air, and specifically, is preferably one selected from metal, glass, and plastic.
- the packaging container is a bag made of a plastic film, it is preferably made of a plastic film provided with a metal thin film layer.
- the above packaging containers may be used in combination of two or more types.
- the packaging container is preferably provided with one or more bag-shaped bodies from the viewpoint of ease of handling when removing the powder compact in the process of obtaining the crushed material described below, and at least one of the bag-shaped bodies is preferably made of a plastic film with a thin metal layer.
- the package be further packed in an outer container before transportation.
- the outer container may be one, or a combination of a plurality of outer containers.
- the outer container is preferably a container selected from a metal can and a plastic container.
- the inside of the outer container can be pressurized by filling it with air or an inert gas, such as nitrogen gas, to prevent moisture from entering from the outside.
- the packaging body preferably has the following configurations (1) to (3).
- (2) The powder compact is packed in a packaging container having a plurality of bag-shaped bodies, at least one of which is made of a plastic film having a metal thin film layer, and this is further packed in an outer container selected from one or more metal cans and plastic containers.
- (3) The powder compact is packed in a packaging container having a plurality of bag-shaped bodies, at least one of which is made of a plastic film having a thin metal layer, which is further packed in a plastic container and further packed in a metal can.
- the conveying method of the present embodiment includes a step of conveying the package.
- the step of conveying the package is carried out by a conveying means.
- the transport means is a means for transporting the packaged body from the packaging equipment to the crushing equipment described below.
- the transport means is not particularly limited, but may be, for example, one or more selected from human power, vehicles, ships, and aircraft, and may also be a combination of multiple types. Specific examples of vehicles include automobiles such as trucks, as well as railroad cars.
- the conveying method of the present embodiment includes a step of removing the powder compact from the package and crushing the compact to obtain a crushed product.
- the step of obtaining the crushed material is carried out by a crushing facility.
- the crushing equipment is not particularly limited as long as it can crush the compressed powder body back into a powder form, and for example, a grinder can be used.
- the pulverizer include a dry pulverizer and a wet pulverizer, and a dry or wet media pulverizer using a pulverizing medium is preferably used.
- a wet pulverizer that can handle wet pulverization.
- the solvent used here may be the same as that used in the step of obtaining the above-mentioned green compact.
- Examples of the dry grinding machine include dry media grinding machines such as a dry bead mill, a dry ball mill, and a dry vibration mill, and dry non-media grinding machines such as a jet mill.
- Representative examples of the wet grinding machine include a wet bead mill, a wet ball mill, and a wet vibration mill.
- a wet bead mill using beads as grinding media is preferred because it allows the grinding conditions to be freely adjusted and is easy to handle smaller particle sizes.
- examples of the above-mentioned crusher include machines capable of crushing an object by using ultrasonic waves, such as so-called ultrasonic crushers, ultrasonic homogenizers, and probe ultrasonic crushers.
- the step of obtaining the crushed product may be performed alone, or may be performed while mixing the sulfide solid electrolyte with other materials.
- the other materials include an electrode active material, a conductive material, and a binder.
- the electrode active material a positive electrode active material or a negative electrode active material is used depending on whether the electrode mixture is used for the positive electrode or the negative electrode.
- the positive electrode active material can be any material that can promote a battery chemical reaction involving the movement of lithium ions resulting from atoms that are used to exhibit ionic conductivity in relation to the negative electrode active material, preferably lithium atoms, and is not particularly limited.
- positive electrode active materials that can insert and remove lithium ions include oxide-based positive electrode active materials and sulfide-based positive electrode active materials.
- LMO lithium manganese oxide
- LCO lithium cobalt oxide
- NMC lithium nickel manganese cobalt oxide
- NCA lithium nickel cobalt aluminate
- LNCO lithium nickel cobalt oxide
- sulfide-based positive electrode active materials include titanium sulfide (TiS 2 ), molybdenum sulfide (MoS 2 ), iron sulfide (FeS, FeS 2 ), copper sulfide (CuS), and nickel sulfide (Ni 3 S 2 ).
- TiS 2 titanium sulfide
- MoS 2 molybdenum sulfide
- FeS, FeS 2 iron sulfide
- CuS copper sulfide
- Ni 3 S 2 nickel sulfide
- the positive electrode active material may be used alone or in combination of two or more kinds.
- the negative electrode active material can be used without any particular limitation as long as it can promote a battery chemical reaction accompanied by the movement of lithium ions caused by lithium atoms, such as an atom that is used as an atom that exhibits ion conductivity, preferably a metal that can form an alloy with lithium atoms, an oxide thereof, an alloy of the metal with lithium atoms, etc.
- a negative electrode active material capable of inserting and removing lithium ions any material known as a negative electrode active material in the battery field can be used without any limitation.
- examples of such negative electrode active materials include metallic lithium, metals capable of forming alloys with metallic lithium, such as metallic indium, metallic aluminum, metallic silicon, and metallic tin, oxides of these metals, and alloys of these metals with metallic lithium.
- the electrode active material used in this embodiment may have a coating layer on its surface.
- Materials for forming the coating layer include ion conductors such as nitrides, oxides, and composites of atoms, preferably lithium atoms, that exhibit ion conductivity in the sulfide solid electrolyte.
- conductors having a lysicone-type crystal structure such as Li 4-2x Zn x GeO 4 , which has a main structure of lithium nitride (Li 3 N) and Li 4 GeO 4
- conductors having a thiolysicone-type crystal structure such as Li 4-x Ge 1-x P x S 4 , which has a Li 3 PO 4 type skeleton structure
- conductors having a perovskite-type crystal structure such as La 2/3-x Li 3x TiO 3
- conductors having a NASICON-type crystal structure such as LiTi 2 (PO 4 ) 3 .
- lithium titanates such as Li y Ti 3-y O 4 (0 ⁇ y ⁇ 3) and Li 4 Ti 5 O 12 (LTO)
- lithium metal oxides of metals belonging to Group 5 of the periodic table such as LiNbO 3 and LiTaO 3
- oxide-based conductors such as Li 2 O—B 2 O 3 —P 2 O 5 , Li 2 O—B 2 O 3 —ZnO, and Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 —P 2 O 5 —TiO 2 .
- An electrode active material having a coating layer can be obtained, for example, by applying a solution containing various atoms constituting the material forming the coating layer to the surface of an electrode active material, and then baking the electrode active material after application at a temperature of preferably 200° C. or higher and 400° C. or lower.
- the solution containing various atoms may be a solution containing alkoxides of various metals such as lithium ethoxide, titanium isopropoxide, niobium isopropoxide, tantalum isopropoxide, etc.
- the solvent may be an alcohol solvent such as ethanol or butanol, an aliphatic hydrocarbon solvent such as hexane, heptane, or octane, or an aromatic hydrocarbon solvent such as benzene, toluene, or xylene.
- the above attachment may be performed by immersion, spray coating, or the like.
- the firing temperature is preferably 200°C or higher and 400°C or lower, and more preferably 250°C or higher and 390°C or lower, and the firing time is usually about 1 minute to 10 hours, and preferably 10 minutes to 4 hours.
- the coverage of the coating layer is preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and even more preferably 100% based on the surface area of the electrode active material, that is, the entire surface is preferably covered.
- the thickness of the coating layer is preferably 1 nm or more, more preferably 2 nm or more, and the upper limit is preferably 30 nm or less, more preferably 25 nm or less.
- the thickness of the coating layer can be measured by cross-sectional observation using a transmission electron microscope (TEM), and the coverage rate can be calculated from the thickness of the coating layer, the elemental analysis value, and the BET specific surface area.
- TEM transmission electron microscope
- Conductive materials include carbon-based materials such as artificial graphite, graphite carbon fiber, resin-sintered carbon, pyrolytic vapor-grown carbon, coke, mesocarbon microbeads, furfuryl alcohol resin-sintered carbon, polyacene, pitch-based carbon fiber, vapor-grown carbon fiber, natural graphite, and non-graphitizable carbon, from the viewpoint of improving battery performance by improving electronic conductivity.
- carbon-based materials such as artificial graphite, graphite carbon fiber, resin-sintered carbon, pyrolytic vapor-grown carbon, coke, mesocarbon microbeads, furfuryl alcohol resin-sintered carbon, polyacene, pitch-based carbon fiber, vapor-grown carbon fiber, natural graphite, and non-graphitizable carbon, from the viewpoint of improving battery performance by improving electronic conductivity.
- the binder is not particularly limited as long as it can impart functions such as binding property and flexibility, and examples thereof include fluorine-based polymers such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride, thermoplastic elastomers such as butylene rubber and styrene-butadiene rubber, and various resins such as acrylic resins, acrylic polyol resins, polyvinyl acetal resins, polyvinyl butyral resins, and silicone resins.
- fluorine-based polymers such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride
- thermoplastic elastomers such as butylene rubber and styrene-butadiene rubber
- various resins such as acrylic resins, acrylic polyol resins, polyvinyl acetal resins, polyvinyl butyral resins, and silicone resins.
- the compounding ratio (mass ratio) of the electrode active material to the sulfide solid electrolyte in the electrode mixture is preferably 99.5:0.5 to 40:60, more preferably 99:1 to 50:50, and even more preferably 98:2 to 60:40, in order to improve battery performance and take into consideration manufacturing efficiency.
- the content of the conductive material in the electrode mixture is not particularly limited, but in consideration of improving battery performance and production efficiency, the content is preferably 0.5 mass% or more, more preferably 1 mass% or more, and even more preferably 1.5 mass% or more, and the upper limit is preferably 10 mass% or less, preferably 8 mass% or less, and even more preferably 5 mass% or less.
- the content of the binder in the electrode mixture is not particularly limited, but in consideration of improving battery performance and production efficiency, the content is preferably 1 mass % or more, more preferably 3 mass % or more, and even more preferably 5 mass % or more, and the upper limit is preferably 20 mass % or less, preferably 15 mass % or less, and even more preferably 10 mass % or less.
- the sulfide solid electrolyte transport system of the present embodiment includes: a compression molding facility for compressing a powdered sulfide solid electrolyte containing lithium atoms, sulfur atoms, and phosphorus atoms to obtain a green compact; a packaging device for filling the powder compact into a packaging container to obtain a package; A conveying means for conveying the package; and a crushing facility for removing the green compact from the package and crushing it to obtain a crushed product.
- the method for producing the all-solid-state battery material of this embodiment includes the steps of: A step of compressing a powdered sulfide solid electrolyte containing lithium atoms, sulfur atoms, and phosphorus atoms to obtain a green compact; filling the powder compact into a packaging container to obtain a package; conveying the package; and removing the powder compact from the package and crushing the compact to obtain a crushed product.
- a method for producing the all-solid-state battery material of another embodiment of the present invention includes the steps of: The method includes a step of compressing a powdered sulfide solid electrolyte containing lithium atoms, sulfur atoms, and phosphorus atoms to obtain a green compact, The density of the green compact is 0.2 g/ cm3 or more.
- the manufacturing method of the all-solid-state battery material of the present embodiment described above includes a step of obtaining a green compact, and there are no particular restrictions on the subsequent steps as long as the density of the obtained green compact is within the above range.
- the all-solid-state battery material obtained by the manufacturing method of this embodiment is the crushed product obtained in the crushing step, that is, the sulfide solid electrolyte itself. Therefore, the details of the all-solid-state battery material are the same as those described for the sulfide solid electrolyte.
- the electrode mixture of this embodiment is The battery includes an all-solid-state battery material obtained by the method for producing an all-solid-state battery material and an electrode active material.
- the details of the electrode active material are the same as those described in relation to the method for transporting the sulfide solid electrolyte of this embodiment.
- the all-solid-state battery of this embodiment is The all-solid-state battery material obtained by the method for producing the all-solid-state battery material is contained in a solid electrolyte layer, or the electrode mixture is contained in at least one of a positive electrode and a negative electrode.
- the packaging body of this embodiment is The battery is produced by compressing a powdered sulfide solid electrolyte containing lithium atoms, sulfur atoms, and phosphorus atoms to produce a green compact, which is then packed into a packaging container. From the viewpoint of protecting the powder compact, the package of the present embodiment preferably further includes an outer container.
- the details of the sulfide solid electrolyte, the compact, the packaging container, and the outer container are the same as those described in relation to the method for transporting a sulfide solid electrolyte of this embodiment.
- the transport method of this embodiment makes it possible to efficiently transport sulfide solid electrolytes, which are suitable for use in information-related devices and communication devices such as personal computers, video cameras, and mobile phones, as well as batteries used in vehicle applications, while preventing scattering.
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Abstract
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程と、前記圧粉体を包装容器に充填して包装体を得る工程と、前記包装体を搬送する工程と、前記包装体より前記圧粉体を取り出して解砕し、解砕物を得る工程とを含む、硫化物固体電解質の搬送方法である。
Description
本発明は、硫化物固体電解質の搬送方法に関する。
近年におけるパソコン、ビデオカメラ、及び携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。従来、このような用途に用いられる電池において可燃性の有機溶媒を含む電解液が用いられていたが、電池を全固体化することで、電池内に可燃性の有機溶媒を用いず、安全装置の簡素化が図れ、製造コスト、生産性に優れることから、電解液を固体電解質に置き換えた電池の開発が行われている。
固体電解質を搬送する方法として、特許文献1には、薄板状の固体電解質を保護する梱包体が開示されている。
硫化物固体電解質と電極活物質とにより電極合材を調製する場合には、一旦硫化物固体電解質を製造した後、別の場所に搬送した上で、当該硫化物固体電解質と電極活物質とを混合して電極合材を製造することがある。このように、硫化物固体電解質を製造した後、これを別の工場などに搬送する必要が生じることがある。
しかしながら、硫化物固体電解質は0.1~数ミクロン程度の粒子径を有する粉末であることが多く、嵩高く、かつ飛散しやすいため、搬送しにくいという問題がある。また硫化物固体電解質は、空気及びそこに含まれる湿気との接触により硫化水素が発生する虞があるため、搬送中の飛散を抑止することが特に重要である。
本発明者らは、硫化物固体電解質の性状を考慮し、これに適した搬送方法について鋭意開発を進めていたところ、硫化物固体電解質を圧粉体とした上で搬送することにより解決できることを見出した。
すなわち、本発明は、硫化物固体電解質を、飛散を防止しつつ効率よく搬送する方法を提供することを目的とする。
しかしながら、硫化物固体電解質は0.1~数ミクロン程度の粒子径を有する粉末であることが多く、嵩高く、かつ飛散しやすいため、搬送しにくいという問題がある。また硫化物固体電解質は、空気及びそこに含まれる湿気との接触により硫化水素が発生する虞があるため、搬送中の飛散を抑止することが特に重要である。
本発明者らは、硫化物固体電解質の性状を考慮し、これに適した搬送方法について鋭意開発を進めていたところ、硫化物固体電解質を圧粉体とした上で搬送することにより解決できることを見出した。
すなわち、本発明は、硫化物固体電解質を、飛散を防止しつつ効率よく搬送する方法を提供することを目的とする。
本発明に係る硫化物固体電解質の搬送方法は、
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程と、
前記圧粉体を包装容器に充填して包装体を得る工程と、
前記包装体を搬送する工程と、
前記包装体より前記圧粉体を取り出して解砕し、解砕物を得る工程とを含む、硫化物固体電解質の搬送方法、
である。
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程と、
前記圧粉体を包装容器に充填して包装体を得る工程と、
前記包装体を搬送する工程と、
前記包装体より前記圧粉体を取り出して解砕し、解砕物を得る工程とを含む、硫化物固体電解質の搬送方法、
である。
本発明によれば、硫化物固体電解質を、飛散を防止しつつ効率よく搬送する方法を提供できる。
以下、本発明の実施形態(以下、「本実施形態」と称することがある。)について説明する。なお、本明細書において、「以上」、「以下」、「~」の数値範囲に係る上限及び下限の数値は任意に組み合わせできる数値であり、また実施例の数値を上限及び下限の数値として用いることもできる。また、好ましいとされている規定は任意に採用することができる。即ち、好ましいとされている一の規定を、好ましいとされている他の一又は複数の規定と組み合わせて採用することができる。好ましいもの同士の組み合わせはより好ましいといえる。
(本発明に至るために本発明者らが得た知見)
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、下記の事項を見出し、本発明を完成するに至った。
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、下記の事項を見出し、本発明を完成するに至った。
特許文献1は、薄板状の固体電解質を保護する梱包体に関するものであり、薄板状に成形済みの固体電解質を破損や異物の付着から保護する方法が開示されているものの、粉体状の硫化物固体電解質を搬送する方法については言及されていない。
これに対し本発明者らは、粉体状の硫化物固体電解質を一旦圧粉体に成形し、包装容器に充填して包装体とした上で搬送し、最終的に解砕することで、硫化物固体電解質の飛散を防止しつつ効率よく搬送することができることを見出し、本発明を完成させた。
これに対し本発明者らは、粉体状の硫化物固体電解質を一旦圧粉体に成形し、包装容器に充填して包装体とした上で搬送し、最終的に解砕することで、硫化物固体電解質の飛散を防止しつつ効率よく搬送することができることを見出し、本発明を完成させた。
(本実施形態の各種形態について)
本実施形態の第一の形態に係る硫化物固体電解質の搬送方法は、
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程と、
前記圧粉体を包装容器に充填して包装体を得る工程と、
前記包装体を搬送する工程と、
前記包装体より前記圧粉体を取り出して解砕し、解砕物を得る工程とを含む、硫化物固体電解質の搬送方法、
である。
本実施形態の第一の形態に係る硫化物固体電解質の搬送方法は、
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程と、
前記圧粉体を包装容器に充填して包装体を得る工程と、
前記包装体を搬送する工程と、
前記包装体より前記圧粉体を取り出して解砕し、解砕物を得る工程とを含む、硫化物固体電解質の搬送方法、
である。
従来、粉体状の固体電解質を搬送する際には、当該固体電解質を直接袋などの容器に入れて搬送する方法が一般的であった。しかしながら、固体電解質を容器に入れるまでの工程や、固体電解質を容器から出した後の工程においては、粉体状の固体電解質が飛散しやすいという問題があった。
そこで、本発明者は上記問題を解決すべく、粉体状の硫化物固体電解質を敢えて一旦圧縮して圧粉体とした上で搬送し、搬送先において解砕する方法により上記問題を解決し得ることを見出した。
そこで、本発明者は上記問題を解決すべく、粉体状の硫化物固体電解質を敢えて一旦圧縮して圧粉体とした上で搬送し、搬送先において解砕する方法により上記問題を解決し得ることを見出した。
本実施形態の第二の形態に係る硫化物固体電解質の搬送方法は、上記第一の形態において、
前記圧粉体の密度が、0.2g/cm3以上である、
というものである。
前記圧粉体の密度が、0.2g/cm3以上である、
というものである。
搬送時の硫化物固体電解質の飛散を抑止して搬送の効率を向上させるという観点から、圧粉体の密度を上記範囲内とすることが好ましい。
本実施形態の第三の形態に係る硫化物固体電解質の搬送方法は、上記第一又は第二の形態において、
前記圧粉体を得る工程において、粉体状の硫化物固体電解質に対して溶媒を添加した上で圧縮する、
というものである。
前記圧粉体を得る工程において、粉体状の硫化物固体電解質に対して溶媒を添加した上で圧縮する、
というものである。
粉体状の硫化物固体電解質に対して溶媒を添加した状態で圧粉体を得ることが、圧粉体を得る工程における粉体の飛散を防止する観点から好ましい。
本実施形態の第四の形態に係る硫化物固体電解質の搬送方法は、上記第一~第三のいずれか1の形態において、
前記解砕物を得る工程において、圧粉体に対して溶媒を添加した上で解砕する、
というものである。
前記解砕物を得る工程において、圧粉体に対して溶媒を添加した上で解砕する、
というものである。
圧粉体に対して溶媒を添加した状態で解砕することが、解砕物を得る工程における粉体の飛散を防止する観点から好ましい。
本実施形態の第五の形態に係る硫化物固体電解質の搬送方法は、上記第一~第四のいずれか1の形態において、
前記包装容器が、1つ又は複数の袋状体を含み、かつ、前記袋状体の少なくとも1つが、金属薄膜層を備えたプラスチックフィルムから構成されるものである、
というものである。
前記包装容器が、1つ又は複数の袋状体を含み、かつ、前記袋状体の少なくとも1つが、金属薄膜層を備えたプラスチックフィルムから構成されるものである、
というものである。
包装容器として、透湿度の低い、金属薄膜層を備えたプラスチックフィルムからなるものを用いることが、硫化物固体電解質が外気に含まれる水分と接触しにくくする観点から好ましい。
また、本実施形態の第六の形態に係る硫化物固体電解質の搬送方法は、上記第一~第五のいずれか1の形態において、
前記包装体を、さらに外装容器で梱包した上で搬送する、
というものである。
前記包装体を、さらに外装容器で梱包した上で搬送する、
というものである。
包装容器を外装容器で梱包すると、搬送時に外部から加わる衝撃から、包装容器内部の圧粉体を保護しやすくなる。
また、本実施形態の第七の形態に係る硫化物固体電解質の搬送方法は、上記第六の形態において、
前記外装容器が、金属缶及びプラスチック容器から選択される1種以上である、
というものである。
前記外装容器が、金属缶及びプラスチック容器から選択される1種以上である、
というものである。
外装容器としては、内部の包装容器を保護する観点から、金属缶やプラスチック容器が好ましい。
本実施形態の第八の形態に係る硫化物固体電解質の搬送システムは、
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る圧縮成形設備と、
前記圧粉体を包装容器に充填して包装体を得る包装設備と、
前記包装体を搬送する搬送手段と、
前記包装体より前記圧粉体を取り出して解砕し、解砕物を得る解砕設備とを含む、
というものである。
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る圧縮成形設備と、
前記圧粉体を包装容器に充填して包装体を得る包装設備と、
前記包装体を搬送する搬送手段と、
前記包装体より前記圧粉体を取り出して解砕し、解砕物を得る解砕設備とを含む、
というものである。
上記搬送システムは、上述の本実施形態の硫化物固体電解質の搬送方法を実現するものである。
本実施形態の第九の形態に係る全固体電池材料の製造方法は、
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程と、
前記圧粉体を包装容器に充填して包装体を得る工程と、
前記包装体を搬送する工程と、
前記包装体より前記圧粉体を取り出して解砕し、解砕物を得る工程とを含む、
というものである。
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程と、
前記圧粉体を包装容器に充填して包装体を得る工程と、
前記包装体を搬送する工程と、
前記包装体より前記圧粉体を取り出して解砕し、解砕物を得る工程とを含む、
というものである。
本実施形態の第十の形態に係る全固体電池は、上記第九の形態に係る製造方法により得られた全固体電池材料を固体電解質層に含む、
というものである。
本実施形態の第十一の形態に係る電極合材は、上記第九の形態に係る製造方法により得られた全固体電池材料と、電極活物質とを含む、
というものである。
本実施形態の第十二の形態に係る全固体電池は、上記第十一の形態に係る電極合材を、正極及び負極の少なくとも一方に含む、
というものである。
というものである。
本実施形態の第十一の形態に係る電極合材は、上記第九の形態に係る製造方法により得られた全固体電池材料と、電極活物質とを含む、
というものである。
本実施形態の第十二の形態に係る全固体電池は、上記第十一の形態に係る電極合材を、正極及び負極の少なくとも一方に含む、
というものである。
上記製造方法により、硫化物固体電解質の飛散を抑止しつつ、全固体電池材料や、これを用いた全固体電池を製造することが可能となる。
本実施形態の第十三の形態に係る包装体は、リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して得られる圧粉体を、包装容器に充填してなるものである。
上記包装体は、硫化物固体電解質の飛散を抑止しつつ搬送可能とするものである。
本実施形態の第十四の形態に係る包装体は、上記第十三の形態において、
さらに、外装容器を備える、
というものである。
外装容器を備えることが、圧粉体を保護する観点から好ましい。
さらに、外装容器を備える、
というものである。
外装容器を備えることが、圧粉体を保護する観点から好ましい。
本実施形態の第十五の形態に係る硫化物固体電解質の搬送方法は、
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程を含み、
前記圧粉体の密度が、0.2g/cm3以上である、
というものである。
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程を含み、
前記圧粉体の密度が、0.2g/cm3以上である、
というものである。
上記粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して得られる圧粉体は、密度が上記範囲内であることにより、搬送時の硫化物固体電解質を、飛散を抑止しつつ効率よく搬送することができる。
本実施形態の第十六の形態に係る全固体電池材料の製造方法は、
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程を含み、
前記圧粉体の密度が、0.2g/cm3以上である、
というものである。
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程を含み、
前記圧粉体の密度が、0.2g/cm3以上である、
というものである。
上記粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して得られる圧粉体は、密度が上記範囲内であることにより、硫化物固体電解質の飛散を抑止しつつ、全固体電池材料を効率よく製造することが可能となる。
(硫化物固体電解質)
本実施形態の搬送方法において圧粉体とする硫化物固体電解質としては、以下に説明するような一般的な硫化物固体電解質であればよく、その製造方法等については特に制限されない。
本明細書において、「固体電解質」とは、窒素雰囲気下25℃で固体を維持する電解質を意味する。本実施形態における硫化物固体電解質は、リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含み、リチウム原子に起因するイオン伝導度を有する固体電解質である。
本実施形態の搬送方法において圧粉体とする硫化物固体電解質としては、以下に説明するような一般的な硫化物固体電解質であればよく、その製造方法等については特に制限されない。
本明細書において、「固体電解質」とは、窒素雰囲気下25℃で固体を維持する電解質を意味する。本実施形態における硫化物固体電解質は、リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含み、リチウム原子に起因するイオン伝導度を有する固体電解質である。
「硫化物固体電解質」には、非晶性硫化物固体電解質と、結晶性硫化物固体電解質と、の両方が含まれる。
本明細書において、「結晶性硫化物固体電解質」とは、X線回折測定におけるX線回折パターンにおいて、固体電解質由来のピークが観測される硫化物固体電解質であって、これらにおいての硫化物固体電解質の原料由来のピークの有無は問わないものである。すなわち、結晶性硫化物固体電解質は、固体電解質に由来する結晶構造を含み、その一部が該固体電解質に由来する結晶構造であっても、その全部が該固体電解質に由来する結晶構造であってもよい。そして、結晶性硫化物固体電解質は、上記のようなX線回折パターンを有していれば、その一部に非晶性硫化物固体電解質が含まれていてもよい。したがって、結晶性硫化物固体電解質には、非晶質硫化物固体電解質を結晶化温度以上に加熱して得られる、いわゆるガラスセラミックスが含まれる。
本明細書において、「結晶性硫化物固体電解質」とは、X線回折測定におけるX線回折パターンにおいて、固体電解質由来のピークが観測される硫化物固体電解質であって、これらにおいての硫化物固体電解質の原料由来のピークの有無は問わないものである。すなわち、結晶性硫化物固体電解質は、固体電解質に由来する結晶構造を含み、その一部が該固体電解質に由来する結晶構造であっても、その全部が該固体電解質に由来する結晶構造であってもよい。そして、結晶性硫化物固体電解質は、上記のようなX線回折パターンを有していれば、その一部に非晶性硫化物固体電解質が含まれていてもよい。したがって、結晶性硫化物固体電解質には、非晶質硫化物固体電解質を結晶化温度以上に加熱して得られる、いわゆるガラスセラミックスが含まれる。
また、本明細書において、「非晶性硫化物固体電解質」とは、X線回折測定におけるX線回折パターンにおいて、原料由来のピーク以外のピークが実質的に観測されないハローパターンであるもののことであり、硫化物固体電解質の原料由来のピークの有無は問わないものである。
上記結晶性硫化物固体電解質の結晶構造としては、Li3PS4結晶構造、Li4P2S6結晶構造、Li7PS6結晶構造、Li7P3S11結晶構造、2θ=20.2°近傍及び23.6°近傍にピークを有する結晶構造(例えば、特開2013-16423号公報)等が挙げられ、また、Li4-xGe1-xPxS4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-xPxS4系チオリシコンリージョンII(thio-LISICON Region II)型と類似の結晶構造(Solid State Ionics,177(2006),2721-2725参照)等も挙げられる。
上記結晶性硫化物固体電解質の結晶構造は、より高いイオン伝導度が得られる点で、上記の中でもチオリシコンリージョンII型結晶構造であることが好ましい。ここで、「チオリシコンリージョンII型結晶構造」は、Li4-xGe1-xPxS4系チオリシコンリージョンII(thio-LISICON Region II)型結晶構造、Li4-xGe1-xPxS4系チオリシコンリージョンII(thio-LISICON Region II)型と類似の結晶構造のいずれかであることを示す。
上記結晶性硫化物固体電解質の結晶構造は、より高いイオン伝導度が得られる点で、上記の中でもチオリシコンリージョンII型結晶構造であることが好ましい。ここで、「チオリシコンリージョンII型結晶構造」は、Li4-xGe1-xPxS4系チオリシコンリージョンII(thio-LISICON Region II)型結晶構造、Li4-xGe1-xPxS4系チオリシコンリージョンII(thio-LISICON Region II)型と類似の結晶構造のいずれかであることを示す。
上記結晶性硫化物固体電解質は、上記チオリシコンリージョンII型結晶構造を含むものであってもよいし、主結晶として含むものであってもよいが、より高いイオン伝導度を得る観点から、主結晶として含むものであることが好ましい。本明細書において、「主結晶として含む」とは、結晶構造のうち対象となる結晶構造の割合が80%以上であることを意味し、90%以上であることが好ましく、95%以上であることがより好ましい。また、上記結晶性硫化物固体電解質は、より高いイオン伝導度を得る観点から、結晶性Li3PS4(β-Li3PS4)を含まないものであることが好ましい。
CuKα線を用いたX線回折測定において、Li3PS4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、Li4P2S6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、Li7PS6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、Li7P3S11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-xPxS4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-xPxS4系チオリシコンリージョンII(thio-LISICON Region II)型と類似の結晶構造の回折ピークは、例えば2θ=20.2°、23.6°付近に現れる。なお、これらのピーク位置については、±0.5°の範囲内で前後していてもよい。
上記結晶性硫化物固体電解質としては、上記のLi7PS6の構造骨格を有し、Pの一部をSiで置換してなるアルジロダイト型結晶構造を有する結晶性硫化物固体電解質も好ましく挙げられる。
アルジロダイト型結晶構造の組成式としては、例えば組成式Li7-xP1-ySiyS6及びLi7+xP1-ySiyS6(xは-0.6~0.6、yは0.1~0.6)で示される結晶構造が挙げられる。この組成式で示されるアルジロダイト型結晶構造は、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。
アルジロダイト型結晶構造の組成式としては、例えば組成式Li7-xP1-ySiyS6及びLi7+xP1-ySiyS6(xは-0.6~0.6、yは0.1~0.6)で示される結晶構造が挙げられる。この組成式で示されるアルジロダイト型結晶構造は、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。
アルジロダイト型結晶構造の組成式としては、組成式Li7-x-2yPS6-x-yClx(0.8≦x≦1.7、0<y≦-0.25x+0.5)も挙げられる。この組成式で示されるアルジロダイト型結晶構造は、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、アルジロダイト型結晶構造の組成式としては、組成式Li7-xPS6-xHax(HaはClもしくはBr、xが好ましくは0.2~1.8)も挙げられる。この組成式で示されるアルジロダイト型結晶構造は、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。
また、アルジロダイト型結晶構造の組成式としては、組成式Li7-xPS6-xHax(HaはClもしくはBr、xが好ましくは0.2~1.8)も挙げられる。この組成式で示されるアルジロダイト型結晶構造は、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。
また、結晶性硫化物固体電解質に含まれる原子の組成比としては、上記各種結晶構造に対応する組成式による組成比となることが好ましい。当該各原子の組成比の範囲内であると、上記結晶構造の中でも、チオシリコンリージョンII型結晶構造又はアルジロダイト型結晶構造を形成しやすくなる。
上記結晶性硫化物固体電解質は、製造時に用いられる、錯化剤及び溶媒から選択される1種以上が残存しているものであってもよい。
結晶性硫化物固体電解質に含まれる錯化剤及び溶媒の合計含有量は、0質量%であることが最も好ましいが、効率的にイオン伝導度が高い硫化物固体電解質を得る観点から、通常10質量%以下、好ましくは8質量%以下、より好ましくは5質量%以下、さらに好ましくは3.0質量%以下、特に好ましくは1.0質量%以下である。
結晶性硫化物固体電解質に含まれる錯化剤及び溶媒の合計含有量は、0質量%であることが最も好ましいが、効率的にイオン伝導度が高い硫化物固体電解質を得る観点から、通常10質量%以下、好ましくは8質量%以下、より好ましくは5質量%以下、さらに好ましくは3.0質量%以下、特に好ましくは1.0質量%以下である。
上記硫化物固体電解質は、リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含むものであり、好ましくは、リチウム原子、硫黄原子、リン原子及びハロゲン原子を含むものであり、代表的なものとしては、例えば、Li2S-P2S5等の硫化リチウムと硫化リンとから構成される固体電解質;Li2S-P2S5-LiI、Li2S-P2S5-LiCl、Li2S-P2S5-LiBr、Li2S-P2S5-LiI-LiBr等の、硫化リチウムと硫化リンとハロゲン化リチウムとから構成される固体電解質;更に酸素原子、珪素原子等の他の原子を含む、例えば、Li2S-P2S5-Li2O-LiI、Li2S-SiS2-P2S5-LiI等の固体電解質が好ましく挙げられる。より高いイオン伝導度を得る観点から、Li2S-P2S5-LiI、Li2S-P2S5-LiCl、Li2S-P2S5-LiBr、Li2S-P2S5-LiI-LiBr等の、硫化リチウムと硫化リンとハロゲン化リチウムとから構成される固体電解質が好ましく、Li2S-P2S5-LiI-LiBr等の硫化リチウムと硫化リンと二種のハロゲン化リチウムとから構成される固体電解質がより好ましい。
硫化物固体電解質を構成する原子の種類は、例えば、ICP発光分光分析装置により確認することができる。
硫化物固体電解質を構成する原子の種類は、例えば、ICP発光分光分析装置により確認することができる。
前記硫化物固体電解質(非晶性硫化物固体電解質及び結晶性硫化物固体電解質)において、リチウム原子、リン原子、硫黄原子及びハロゲン原子の組成比(モル比)は、好ましくは1.0~1.8:0.1~0.8:1.0~2.0:0.01~0.6、より好ましくは1.1~1.7:0.2~0.6:1.2~1.8:0.05~0.5、更に好ましくは1.2~1.6:0.25~0.5:1.3~1.7:0.08~0.4である。また、ハロゲン原子として、臭素及びヨウ素、又は臭素及び塩素を併用する場合、リチウム原子、リン原子、硫黄原子、臭素、及びヨウ素(又は塩素)の組成比(モル比)は、好ましくは1.0~1.8:0.1~0.8:1.0~2.0:0.01~0.3:0.01~0.3、より好ましくは1.1~1.7:0.2~0.6:1.2~1.8:0.02~0.25:0.02~0.25、更に好ましくは1.2~1.6:0.25~0.5:1.3~1.7:0.03~0.2:0.03~0.2、より更に好ましくは1.35~1.45:0.3~0.45:1.4~1.7:0.04~0.18:0.04~0.18である。
リチウム原子、硫黄原子、リン原子及びハロゲン原子の組成比(モル比)を上記範囲内とすることにより、後述する結晶構造、中でもチオリシコンリージョンII型結晶構造、又はアルジロダイト型結晶構造を有する、より高いイオン伝導度の固体電解質となりやすい。
リチウム原子、硫黄原子、リン原子及びハロゲン原子の組成比(モル比)を上記範囲内とすることにより、後述する結晶構造、中でもチオリシコンリージョンII型結晶構造、又はアルジロダイト型結晶構造を有する、より高いイオン伝導度の固体電解質となりやすい。
粉体状の硫化物固体電解質の平均粒径(D50)としては、例えば、0.01μm以上であることが好ましく、0.03μm以上であることがより好ましく、0.05μm以上であることがさらに好ましく、0.1μm以上であることが特に好ましく、また、200.0μm以下であることが好ましく、100.0μm以下であることがより好ましく、10.0μm以下であることがさらに好ましく、5.0μm以下であることが特に好ましく、1.0μm以下であることが最も好ましい。
[硫化物固体電解質の搬送方法]
本実施形態の硫化物固体電解質の搬送方法は、
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程と、
前記圧粉体を包装容器に充填して包装体を得る工程と、
前記包装体を搬送する工程と、
前記包装体より前記圧粉体を取り出して解砕し、解砕物を得る工程とを含むものである。
また、別の本実施形態の硫化物固体電解質の搬送方法は、
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程を含み、
前記圧粉体の密度が、0.2g/cm3以上である、というものである。
本実施形態の硫化物固体電解質の搬送方法は、
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程と、
前記圧粉体を包装容器に充填して包装体を得る工程と、
前記包装体を搬送する工程と、
前記包装体より前記圧粉体を取り出して解砕し、解砕物を得る工程とを含むものである。
また、別の本実施形態の硫化物固体電解質の搬送方法は、
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程を含み、
前記圧粉体の密度が、0.2g/cm3以上である、というものである。
上記の別の本実施形態の硫化物固体電解質の搬送方法は、〔圧粉体を得る工程〕を含み、得られる圧粉体の密度が上記範囲内であればその後の工程は特に制限されないが、本実施形態の効果をより発揮する観点から、後述する〔包装体を得る工程〕、〔搬送する工程〕及び〔解砕物を得る工程〕を含むことが好ましい。
〔圧粉体を得る工程〕
本実施形態の搬送方法は、リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程を含む。
圧粉体を得る工程は、圧縮成形設備において行われる。
本実施形態の搬送方法は、リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程を含む。
圧粉体を得る工程は、圧縮成形設備において行われる。
粉体状の硫化物固体電解質を圧縮する方法としては、所定形状の窪み部を有する型内に硫化物固体電解質を入れ、これをプレスしてペレット形状として造粒する方法や、ローラーコンパクターを用い、回転する2つのロールの間に硫化物固体電解質を入れてプレスし、必要に応じてさらに粉砕してフレーク状とする方法等が挙げられる。
ローラーコンパクターによりプレスする際の温度は、通常20~60℃であり、圧力は、通常ロール幅1cmあたり通常0.1~1トンである。
ローラーコンパクターによりプレスする際の温度は、通常20~60℃であり、圧力は、通常ロール幅1cmあたり通常0.1~1トンである。
圧粉体を得る工程は、粉体状の硫化物固体電解質に対して溶媒を添加した上で、圧縮することもできる。
上記溶媒としては、固体電解質の製造において従来から用いられてきた溶媒を広く採用することが可能であり、例えば、脂肪族炭化水素溶媒、脂環式炭化水素溶媒、芳香族炭化水素溶媒等の炭化水素溶媒、また、窒素原子、酸素原子、塩素原子等のハロゲン原子、硫黄原子等のヘテロ原子を含む化合物等が挙げられる。
上記溶媒の添加量は、硫化物固体電解質全量基準で、好ましくは1.0~20質量%、より好ましくは3.0~15質量%、さらに好ましくは5.0~12質量%である。硫化物固体電解質に対する溶媒の添加量が1.0質量%以上であると、圧粉体を得る工程における粉体の飛散を防止する観点から好ましく、20質量%以下であると、圧粉体を得る工程において溶媒が硫化物固体電解質から滲出しにくくなるため好ましい。
上記溶媒としては、固体電解質の製造において従来から用いられてきた溶媒を広く採用することが可能であり、例えば、脂肪族炭化水素溶媒、脂環式炭化水素溶媒、芳香族炭化水素溶媒等の炭化水素溶媒、また、窒素原子、酸素原子、塩素原子等のハロゲン原子、硫黄原子等のヘテロ原子を含む化合物等が挙げられる。
上記溶媒の添加量は、硫化物固体電解質全量基準で、好ましくは1.0~20質量%、より好ましくは3.0~15質量%、さらに好ましくは5.0~12質量%である。硫化物固体電解質に対する溶媒の添加量が1.0質量%以上であると、圧粉体を得る工程における粉体の飛散を防止する観点から好ましく、20質量%以下であると、圧粉体を得る工程において溶媒が硫化物固体電解質から滲出しにくくなるため好ましい。
前記圧粉体のサイズは特に制限されないが、最大径又は長さが好ましくは0.1~100mm、より好ましくは0.5~50mmである。また、圧粉体の形状は特に制限されないが、円柱状、楕円柱状、三角柱状、円筒状、直方体状、立方体状、楕円状、球状、レンズ形状、薄片状等とすることができる。
また、前記圧粉体の密度は特に限定されないが、好ましくは0.2g/cm3以上であり、より好ましくは0.4~1.6g/cm3であり、さらに好ましくは0.8~1.5g/cm3である。圧粉体の密度が0.2g/cm3以上であると、硫化物固体電解質の飛散を効果的に抑止することができ、また、搬送時の効率が改善する。一方、圧粉体の密度が1.6g/cm3以下であると、圧粉体が解砕しやすくなる。
また、前記圧粉体の密度は特に限定されないが、好ましくは0.2g/cm3以上であり、より好ましくは0.4~1.6g/cm3であり、さらに好ましくは0.8~1.5g/cm3である。圧粉体の密度が0.2g/cm3以上であると、硫化物固体電解質の飛散を効果的に抑止することができ、また、搬送時の効率が改善する。一方、圧粉体の密度が1.6g/cm3以下であると、圧粉体が解砕しやすくなる。
〔包装体を得る工程〕
本実施形態の搬送方法は、前記圧粉体を包装容器に充填して包装体を得る工程を含む。
包装体を得る工程は、包装設備において行われる。
本実施形態の搬送方法は、前記圧粉体を包装容器に充填して包装体を得る工程を含む。
包装体を得る工程は、包装設備において行われる。
前記包装容器としては、どのようなものを用いてもよいが、例えば、袋、缶、瓶等が挙げられる。
また、前記包装容器の材質は、硫化物固体電解質が外気に含まれる水分と接触しにくくする観点から透湿度の低いものが好ましく、具体的には、金属、ガラス及びプラスチックから選択されるものが好ましい。また、包装容器がプラスチックフィルムからなる袋である場合には、金属薄膜層を備えたプラスチックフィルムからなるものが好ましい。
さらに、上記包装容器は、2種以上を組み合わせてもよい。
また、前記包装容器の材質は、硫化物固体電解質が外気に含まれる水分と接触しにくくする観点から透湿度の低いものが好ましく、具体的には、金属、ガラス及びプラスチックから選択されるものが好ましい。また、包装容器がプラスチックフィルムからなる袋である場合には、金属薄膜層を備えたプラスチックフィルムからなるものが好ましい。
さらに、上記包装容器は、2種以上を組み合わせてもよい。
前記包装容器としては、より具体的には、後述する解砕物を得る工程において圧粉体を取り出す際のハンドリング性などの観点から、1つ又は複数の袋状体を備えることが好ましく、かつ、前記袋状体の少なくとも1つは、金属薄膜層を備えたプラスチックフィルムから構成されるものであることが好ましい。
搬送中に内容物を保護する観点からは、前記包装体をさらに外装容器で梱包した上で搬送することが好ましい。
前記外装容器は、1つであってもよいが、複数を組み合わせてもよい。
また、前記外装容器としては、具体的には、金属缶及びプラスチック容器から選択されるものが好ましい。
さらに外装容器の内部は、空気又は不活性ガスを充填して加圧状態とすることで、外部からの湿気の侵入を抑止することができる。上記不活性ガスとしては、例えば窒素ガスが挙げられる。
前記外装容器は、1つであってもよいが、複数を組み合わせてもよい。
また、前記外装容器としては、具体的には、金属缶及びプラスチック容器から選択されるものが好ましい。
さらに外装容器の内部は、空気又は不活性ガスを充填して加圧状態とすることで、外部からの湿気の侵入を抑止することができる。上記不活性ガスとしては、例えば窒素ガスが挙げられる。
前記包装体としては、より具体的には、下記(1)~(3)の構成のものが好ましい。
(1)圧粉体を1つ又は複数の袋状体を備える包装容器で梱包し、さらにこれを1つ又は複数の金属缶及びプラスチック容器から選択される外装容器で梱包したもの。
(2)圧粉体を複数の袋状体を備える包装容器で梱包し、袋状体の少なくとも1つは金属薄膜層を備えたプラスチックフィルムから構成されるものであり、さらにこれを1つ又は複数の金属缶及びプラスチック容器から選択される外装容器で梱包したもの。
(3)圧粉体を複数の袋状体を備える包装容器で梱包し、袋状体の少なくとも1つは金属薄膜層を備えたプラスチックフィルムから構成されるものであり、さらにこれをプラスチック容器で梱包し、さらに金属缶で梱包したもの。
(1)圧粉体を1つ又は複数の袋状体を備える包装容器で梱包し、さらにこれを1つ又は複数の金属缶及びプラスチック容器から選択される外装容器で梱包したもの。
(2)圧粉体を複数の袋状体を備える包装容器で梱包し、袋状体の少なくとも1つは金属薄膜層を備えたプラスチックフィルムから構成されるものであり、さらにこれを1つ又は複数の金属缶及びプラスチック容器から選択される外装容器で梱包したもの。
(3)圧粉体を複数の袋状体を備える包装容器で梱包し、袋状体の少なくとも1つは金属薄膜層を備えたプラスチックフィルムから構成されるものであり、さらにこれをプラスチック容器で梱包し、さらに金属缶で梱包したもの。
〔搬送する工程〕
本実施形態の搬送方法は、前記包装体を搬送する工程を含む。
上記包装体を搬送する工程は、搬送手段によって行われる。
本実施形態の搬送方法は、前記包装体を搬送する工程を含む。
上記包装体を搬送する工程は、搬送手段によって行われる。
前記搬送手段は、包装体を前記包装設備から後述する解砕設備に運搬する手段である。搬送手段は特に限定されないが、例えば、人力、車両、船舶及び航空機から選択される1種以上が挙げられ、複数種類を組み合わせることもできる。車両の具体例としては、トラックなどの自動車の他、鉄道車両が挙げられる。
〔解砕物を得る工程〕
本実施形態の搬送方法は、前記包装体より前記圧粉体を取り出して解砕し、解砕物を得る工程を含む。
前記解砕物を得る工程は、解砕設備によって行われる。
本実施形態の搬送方法は、前記包装体より前記圧粉体を取り出して解砕し、解砕物を得る工程を含む。
前記解砕物を得る工程は、解砕設備によって行われる。
解砕設備としては、圧粉体を解砕して粉体状に戻すことができるものであれば特に制限なく、例えば粉砕機を用いることができる。
粉砕機の具体例としては、乾式粉砕機及び湿式粉砕機が挙げられ、また、粉砕媒体を用いた乾式又は湿式の媒体式粉砕機が好ましく用いられる。圧粉体に溶媒を添加した状態で解砕する場合には、湿式粉砕に対応できる湿式粉砕機を用いることが好ましい。
ここで用いられる溶媒としては、上述の圧粉体を得る工程において用いられるものと同様のものを採用することができる。
粉砕機の具体例としては、乾式粉砕機及び湿式粉砕機が挙げられ、また、粉砕媒体を用いた乾式又は湿式の媒体式粉砕機が好ましく用いられる。圧粉体に溶媒を添加した状態で解砕する場合には、湿式粉砕に対応できる湿式粉砕機を用いることが好ましい。
ここで用いられる溶媒としては、上述の圧粉体を得る工程において用いられるものと同様のものを採用することができる。
上記乾式粉砕機としては、乾式ビーズミル、乾式ボールミル、乾式振動ミル等の乾式媒体式粉砕機、ジェットミル等の乾式非媒体粉砕機等が挙げられる。
上記湿式粉砕機としては、湿式ビーズミル、湿式ボールミル、湿式振動ミル等が代表的に挙げられ、粉砕操作の条件を自由に調整でき、より小さい粒径のものに対応しやすい点で、ビーズを粉砕メディアとして用いる湿式ビーズミルが好ましい。
また、上記粉砕機としては、超音波を用いて対象物を粉砕し得る機械、例えば超音波粉砕機、超音波ホモジナイザー、プローブ超音波粉砕機等と称されるものが挙げられる。
上記湿式粉砕機としては、湿式ビーズミル、湿式ボールミル、湿式振動ミル等が代表的に挙げられ、粉砕操作の条件を自由に調整でき、より小さい粒径のものに対応しやすい点で、ビーズを粉砕メディアとして用いる湿式ビーズミルが好ましい。
また、上記粉砕機としては、超音波を用いて対象物を粉砕し得る機械、例えば超音波粉砕機、超音波ホモジナイザー、プローブ超音波粉砕機等と称されるものが挙げられる。
上記解砕物を得る工程は、解砕工程を単独で行ってもよいが、硫化物固体電解質と他の材料とを混合しつつ行ってもよい。
他の材料としては、例えば電極活物質、導電材、結着剤等が挙げられる。
他の材料としては、例えば電極活物質、導電材、結着剤等が挙げられる。
電極活物質としては、電極合材が正極、負極のいずれに用いられるかに応じて、各々正極活物質、負極活物質が採用される。
正極活物質としては、負極活物質との関係で、イオン伝導度を発現させる原子として採用される原子、好ましくはリチウム原子に起因するリチウムイオンの移動を伴う電池化学反応を促進させ得るものであれば特に制限なく用いることができる。このようなリチウムイオンの挿入脱離が可能な正極活物質としては、酸化物系正極活物質、硫化物系正極活物質等が挙げられる。
酸化物系正極活物質としてはLMO(マンガン酸リチウム)、LCO(コバルト酸リチウム)、NMC(ニッケルマンガンコバルト酸リチウム)、NCA(ニッケルコバルトアルミ酸リチウム)、LNCO(ニッケルコバルト酸リチウム)、オリビン型化合物(LiMeNPO4、Me=Fe、Co、Ni、Mn)等のリチウム含有遷移金属複合酸化物が好ましく挙げられる。
硫化物系正極活物質としては、硫化チタン(TiS2)、硫化モリブデン(MoS2)、硫化鉄(FeS、FeS2)、硫化銅(CuS)、硫化ニッケル(Ni3S2)等が挙げられる。
また、上記正極活物質の他、セレン化ニオブ(NbSe3)等も使用可能である。
正極活物質は、一種単独で、又は複数種を組み合わせて用いることが可能である。
硫化物系正極活物質としては、硫化チタン(TiS2)、硫化モリブデン(MoS2)、硫化鉄(FeS、FeS2)、硫化銅(CuS)、硫化ニッケル(Ni3S2)等が挙げられる。
また、上記正極活物質の他、セレン化ニオブ(NbSe3)等も使用可能である。
正極活物質は、一種単独で、又は複数種を組み合わせて用いることが可能である。
負極活物質としては、イオン伝導度を発現させる原子として採用される原子、好ましくはリチウム原子と合金を形成し得る金属、その酸化物、当該金属とリチウム原子との合金等の、好ましくはリチウム原子に起因するリチウムイオンの移動を伴う電池化学反応を促進させ得るものであれば特に制限なく用いることができる。このようなリチウムイオンの挿入脱離が可能な負極活物質としては、電池分野において負極活物質として公知のものを制限なく採用することができる。
このような負極活物質としては、例えば、金属リチウム、又は金属インジウム、金属アルミニウム、金属ケイ素、金属スズ等の金属リチウムと合金を形成し得る金属、これら金属の酸化物、またこれら金属と金属リチウムとの合金等が挙げられる。
このような負極活物質としては、例えば、金属リチウム、又は金属インジウム、金属アルミニウム、金属ケイ素、金属スズ等の金属リチウムと合金を形成し得る金属、これら金属の酸化物、またこれら金属と金属リチウムとの合金等が挙げられる。
本実施形態で用いられる電極活物質は、その表面がコーティングされた、被覆層を有するものであってもよい。
被覆層を形成する材料としては、硫化物固体電解質においてイオン伝導度を発現する原子、好ましくはリチウム原子の窒化物、酸化物、又はこれらの複合物等のイオン伝導体が挙げられる。具体的には、窒化リチウム(Li3N)、Li4GeO4を主構造とする、例えばLi4-2xZnxGeO4等のリシコン型結晶構造を有する伝導体、Li3PO4型の骨格構造を有する例えばLi4-xGe1-xPxS4等のチオリシコン型結晶構造を有する伝導体、La2/3-xLi3xTiO3等のペロブスカイト型結晶構造を有する伝導体、LiTi2(PO4)3等のNASICON型結晶構造を有する伝導体等が挙げられる。
また、LiyTi3-yO4(0<y<3)、Li4Ti5O12(LTO)等のチタン酸リチウム、LiNbO3、LiTaO3等の周期表の第5族に属する金属の金属酸リチウム、またLi2O-B2O3-P2O5系、Li2O-B2O3-ZnO系、Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2系等の酸化物系の伝導体等が挙げられる。
被覆層を形成する材料としては、硫化物固体電解質においてイオン伝導度を発現する原子、好ましくはリチウム原子の窒化物、酸化物、又はこれらの複合物等のイオン伝導体が挙げられる。具体的には、窒化リチウム(Li3N)、Li4GeO4を主構造とする、例えばLi4-2xZnxGeO4等のリシコン型結晶構造を有する伝導体、Li3PO4型の骨格構造を有する例えばLi4-xGe1-xPxS4等のチオリシコン型結晶構造を有する伝導体、La2/3-xLi3xTiO3等のペロブスカイト型結晶構造を有する伝導体、LiTi2(PO4)3等のNASICON型結晶構造を有する伝導体等が挙げられる。
また、LiyTi3-yO4(0<y<3)、Li4Ti5O12(LTO)等のチタン酸リチウム、LiNbO3、LiTaO3等の周期表の第5族に属する金属の金属酸リチウム、またLi2O-B2O3-P2O5系、Li2O-B2O3-ZnO系、Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2系等の酸化物系の伝導体等が挙げられる。
被覆層を有する電極活物質は、例えば電極活物質の表面に、被覆層を形成する材料を構成する各種原子を含む溶液を付着させ、付着後の電極活物質を好ましくは200℃以上400℃以下で焼成することにより得られる。
ここで、各種原子を含む溶液としては、例えばリチウムエトキシド、チタンイソプロポキシド、ニオブイソプロポキシド、タンタルイソプロポキシド等の各種金属のアルコキシドを含む溶液を用いればよい。この場合、溶媒としては、エタノール、ブタノール等のアルコール系溶媒、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素溶媒等を用いればよい。
また、上記の付着は、浸漬、スプレーコーティング等により行えばよい。
ここで、各種原子を含む溶液としては、例えばリチウムエトキシド、チタンイソプロポキシド、ニオブイソプロポキシド、タンタルイソプロポキシド等の各種金属のアルコキシドを含む溶液を用いればよい。この場合、溶媒としては、エタノール、ブタノール等のアルコール系溶媒、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素溶媒等を用いればよい。
また、上記の付着は、浸漬、スプレーコーティング等により行えばよい。
焼成温度としては、製造効率及び電池性能の向上の観点から、上記200℃以上400℃以下が好ましく、より好ましくは250℃以上390℃以下であり、焼成時間としては、通常1分~10時間程度であり、好ましくは10分~4時間である。
被覆層の被覆率としては、電極活物質の表面積を基準として好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、更に好ましくは100%、すなわち全面が被覆されていることが好ましい。また、被覆層の厚さは、好ましくは1nm以上、より好ましくは2nm以上であり、上限として好ましくは30nm以下、より好ましくは25nm以下である。
被覆層の厚さは、透過型電子顕微鏡(TEM)による断面観察により、被覆層の厚さを測定することができ、被覆率は、被覆層の厚さと、元素分析値、BET比表面積と、から算出することができる。
被覆層の厚さは、透過型電子顕微鏡(TEM)による断面観察により、被覆層の厚さを測定することができ、被覆率は、被覆層の厚さと、元素分析値、BET比表面積と、から算出することができる。
導電材としては、電子伝導性の向上により電池性能を向上させる観点から、人造黒鉛、黒鉛炭素繊維、樹脂焼成炭素、熱分解気相成長炭素、コークス、メソカーボンマイクロビーズ、フルフリルアルコール樹脂焼成炭素、ポリアセン、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、天然黒鉛、難黒鉛化性炭素等の炭素系材料が挙げられる。
前記結着剤を用いることで、正極、負極を作製した場合の強度が向上する。
結着剤としては、結着性、柔軟性等の機能を付与し得るものであれば特に制限はなく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系ポリマー、ブチレンゴム、スチレン-ブタジエンゴム等の熱可塑性エラストマー、アクリル樹脂、アクリルポリオール樹脂、ポロビニルアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、シリコーン樹脂等の各種樹脂が例示される。
結着剤としては、結着性、柔軟性等の機能を付与し得るものであれば特に制限はなく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系ポリマー、ブチレンゴム、スチレン-ブタジエンゴム等の熱可塑性エラストマー、アクリル樹脂、アクリルポリオール樹脂、ポロビニルアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、シリコーン樹脂等の各種樹脂が例示される。
電極合材における、電極活物質と硫化物固体電解質との配合比(質量比)としては、電池性能を向上させ、かつ製造効率を考慮すると、好ましくは99.5:0.5~40:60、より好ましくは99:1~50:50、更に好ましくは98:2~60:40である。
導電材を含有する場合、電極合材中の導電材の含有量は特に制限はないが、電池性能を向上させ、かつ製造効率を考慮すると、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは1質量%以上、更に好ましくは1.5質量%以上であり、上限として好ましくは10質量%以下、好ましくは8質量%以下、更に好ましくは5質量%以下である。
また、結着剤を含有する場合、電極合材中の結着剤の含有量は特に制限はないが、電池性能を向上させ、かつ製造効率を考慮すると、好ましくは1質量%以上、より好ましくは3質量%以上、更に好ましくは5質量%以上であり、上限として好ましくは20質量%以下、好ましくは15質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。
また、結着剤を含有する場合、電極合材中の結着剤の含有量は特に制限はないが、電池性能を向上させ、かつ製造効率を考慮すると、好ましくは1質量%以上、より好ましくは3質量%以上、更に好ましくは5質量%以上であり、上限として好ましくは20質量%以下、好ましくは15質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。
[硫化物固体電解質の搬送システム]
本実施形態の硫化物固体電解質の搬送システムは、
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る圧縮成形設備と、
前記圧粉体を包装容器に充填して包装体を得る包装設備と、
前記包装体を搬送する搬送手段と、
前記包装体より前記圧粉体を取り出して解砕し、解砕物を得る解砕設備とを含むものである。
本実施形態の硫化物固体電解質の搬送システムは、
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る圧縮成形設備と、
前記圧粉体を包装容器に充填して包装体を得る包装設備と、
前記包装体を搬送する搬送手段と、
前記包装体より前記圧粉体を取り出して解砕し、解砕物を得る解砕設備とを含むものである。
圧縮成形設備、包装設備、搬送手段、解砕設備の詳細は、本実施形態の硫化物固体電解質の搬送方法に関して説明したものと同様である。
[全固体電池材料の製造方法]
本実施形態の全固体電池材料の製造方法は、
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程と、
前記圧粉体を包装容器に充填して包装体を得る工程と、
前記包装体を搬送する工程と、
前記包装体より前記圧粉体を取り出して解砕し、解砕物を得る工程とを含むものである。
また、別の本実施形態の全固体電池材料の製造方法は、
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程を含み、
前記圧粉体の密度が、0.2g/cm3以上である、というものである。
本実施形態の全固体電池材料の製造方法は、
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程と、
前記圧粉体を包装容器に充填して包装体を得る工程と、
前記包装体を搬送する工程と、
前記包装体より前記圧粉体を取り出して解砕し、解砕物を得る工程とを含むものである。
また、別の本実施形態の全固体電池材料の製造方法は、
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程を含み、
前記圧粉体の密度が、0.2g/cm3以上である、というものである。
上記の別の本実施形態の全固体電池材料の製造方法は、圧粉体を得る工程を含み、得られる圧粉体の密度が上記範囲内であればその後の工程は特に制限されないが、本実施形態の効果をより発揮する観点から、包装体を得る工程、搬送する工程、及び解砕物を得る工程を含むことが好ましい。
圧粉体を得る工程、包装体を得る工程、搬送する工程、解砕物を得る工程の詳細は、本実施形態の硫化物固体電解質の搬送方法に関して説明したものと同様である。
本実施形態の製造方法により得られる全固体電池材料とは、解砕工程で得られる解砕物であり、すなわち硫化物固体電解質そのものである。従って、全固体電池材料の詳細は、前記硫化物固体電解質に関して説明したものと同様である。
本実施形態の製造方法により得られる全固体電池材料とは、解砕工程で得られる解砕物であり、すなわち硫化物固体電解質そのものである。従って、全固体電池材料の詳細は、前記硫化物固体電解質に関して説明したものと同様である。
[電極合材]
本実施形態の電極合材は、
前記全固体電池材料の製造方法により得られた全固体電池材料と電極活物質とを含むものである。
本実施形態の電極合材は、
前記全固体電池材料の製造方法により得られた全固体電池材料と電極活物質とを含むものである。
電極活物質の詳細は、本実施形態の硫化物固体電解質の搬送方法に関して説明したものと同様である。
[全固体電池]
本実施形態の全固体電池は、
前記全固体電池材料の製造方法により得られた全固体電池材料を固体電解質層に含むもの、あるいは
前記電極合材を、正極及び負極の少なくとも一方に含むもの、である。
本実施形態の全固体電池は、
前記全固体電池材料の製造方法により得られた全固体電池材料を固体電解質層に含むもの、あるいは
前記電極合材を、正極及び負極の少なくとも一方に含むもの、である。
[包装体]
本実施形態の包装体は、
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して得られる圧粉体を、包装容器に充填してなるものである。
本実施形態の包装体は、圧粉体を保護する観点から、さらに、外装容器を備えることが好ましい。
本実施形態の包装体は、
リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して得られる圧粉体を、包装容器に充填してなるものである。
本実施形態の包装体は、圧粉体を保護する観点から、さらに、外装容器を備えることが好ましい。
硫化物固体電解質、圧粉体、包装容器、外装容器の詳細は、本実施形態の硫化物固体電解質の搬送方法に関して説明したものと同様である。
本実施形態の搬送方法によれば、パソコン、ビデオカメラ、及び携帯電話等の情報関連機器や通信機器、また車載用途等に用いられる電池に好適に用いられる硫化物固体電解質を、飛散を防止しつつ効率よく搬送することができる。
Claims (16)
- リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程と、
前記圧粉体を包装容器に充填して包装体を得る工程と、
前記包装体を搬送する工程と、
前記包装体より前記圧粉体を取り出して解砕し、解砕物を得る工程とを含む、硫化物固体電解質の搬送方法。 - 前記圧粉体の密度が、0.2g/cm3以上である、請求項1に記載の硫化物固体電解質の搬送方法。
- 前記圧粉体を得る工程において、粉体状の硫化物固体電解質に対して溶媒を添加した上で圧縮する請求項1又は2に記載の硫化物固体電解質の搬送方法。
- 前記解砕物を得る工程において、圧粉体に対して溶媒を添加した上で解砕する請求項1~3のいずれか1項に記載の硫化物固体電解質の搬送方法。
- 前記包装容器が、1つ又は複数の袋状体を備え、かつ、前記袋状体の少なくとも1つが、金属薄膜層を備えたプラスチックフィルムから構成されるものである請求項1~4のいずれか1項に記載の硫化物固体電解質の搬送方法。
- 前記包装体を、さらに外装容器で梱包した上で搬送する、請求項1~5のいずれか1項に記載の硫化物固体電解質の搬送方法。
- 前記外装容器が金属缶及びプラスチック容器から選択される1種以上である、請求項6に記載の硫化物固体電解質の搬送方法。
- リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る圧縮成形設備と、
前記圧粉体を包装容器に充填して包装体を得る包装設備と、
前記包装体を搬送する搬送手段と、
前記包装体より前記圧粉体を取り出して解砕し、解砕物を得る解砕設備とを含む、硫化物固体電解質の搬送システム。 - リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程と、
前記圧粉体を包装容器に充填して包装体を得る工程と、
前記包装体を搬送する工程と、
前記包装体より前記圧粉体を取り出して解砕し、解砕物を得る工程とを含む、全固体電池材料の製造方法。 - 請求項9に記載の全固体電池材料の製造方法により得られた全固体電池材料を固体電解質層に含む全固体電池。
- 請求項9に記載の全固体電池材料の製造方法により得られた全固体電池材料と電極活物質とを含む電極合材。
- 請求項11に記載の電極合材を、正極及び負極の少なくとも一方に含む全固体電池。
- リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して得られる圧粉体を、包装容器に充填してなる包装体。
- さらに、外装容器を備える請求項13に記載の包装体。
- リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程を含み、
前記圧粉体の密度が、0.2g/cm3以上である、
硫化物固体電解質の搬送方法。 - リチウム原子、硫黄原子及びリン原子を含む、粉体状の硫化物固体電解質を圧縮して圧粉体を得る工程を含み、
前記圧粉体の密度が、0.2g/cm3以上である、
全固体電池材料の製造方法。
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| WO2018164050A1 (ja) * | 2017-03-07 | 2018-09-13 | 富士フイルム株式会社 | 無機固体電解質材料、並びに、これを用いたスラリー、全固体二次電池用固体電解質膜、全固体二次電池用固体電解質シート、全固体二次電池用正極活物質膜、全固体二次電池用負極活物質膜、全固体二次電池用電極シート、全固体二次電池及び全固体二次電池の製造方法 |
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-
2024
- 2024-10-03 WO PCT/JP2024/035372 patent/WO2025075068A1/ja active Pending
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