[发明专利]制造硫化物固体电解质材料的方法、硫化物固体电解质材料和锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及制造产生极少量硫化氢的硫化物固体电解质材料的方法。

背景技术

近年来，信息相关装置和通信装置如个人计算机、视频照相机、移动电话等已经伴随通过旨在开发用作前述装置中的电源的电池而快速扩散。同时，用于电动车辆和混合动力车辆的高输出和高容量电池是在汽车领域中不断发展的研究主题。目前，锂电池由于其高能量密度而在多种类型的电池中占主导地位。

目前商业可获得的锂电池使用包含可燃有机溶剂的电解质溶液。结果，必须向电池配备抑制短路期间温度升高的安全装置，并且为了防止短路，也需要在制造和材料方面的改进。与此相比，作为通过将电解质溶液改变为固体电解质层的全固态电池的锂电池，在电池内不采用可燃的有机溶剂，并且可论证地有助于更简单的安全装置，同时在制造成本和生产率方面优异。硫化物固体电解质材料是在这样的固体电解质层中采用的常规固体电解质材料。

硫化物固体电解质材料由于其高的锂(Li)离子电导率而可用于实现较高的电池输出，并且正在对有关技术进行研究。例如，Nobuya等人，“Mechano-chemical Synthesis of Lithium Ion Conducting Materials in the System Li₂O-Li₂S-P₂S₅”，J.Jpn.Soc.Powder Metallurgy第51卷，第2号，91-97公开了一种玻璃质Li离子导电材料，其中在75Li₂S-25P₂S₅中的部分Li₂S被Li₂O代替。此外，R.Prasada Rao等人的“Oxysulfide glasses xLi₂O-(1-x)(0.6Li₂S-0.4P₂S₅)”，Journal of Power Sources 159(2006)258-262公开了一种由式40Li₂O-36Li₂S-24P₂S₅(在该组成中，材料在xLi₂O-(1-x)(60Li₂S-40P₂S₅)中满足x＝40)代表的玻璃质Li离子导电体，并且其通过机械研磨制造。在两种技术中，在一个单一的玻璃化过程(机械研磨过程)中制造Li离子导电体。

硫化物固体电解质材料在高的Li离子电导率方面有利，但是另一方面，问题在于它们在与水(例如水分，下文类似)接触时产生硫化氢。针对此背景，本发明人已经发现，所产生的硫化氢的量可以通过将硫化物固体电解质材料的组成调节为原酸组成来降低。术语原酸组成通常是指通过同一氧化物水合获得的含氧酸中水合度最高的含氧酸。然而，在具有Li₂S的硫化物固体电解质材料中，原酸组成是指硫化物中添加有最大量的Li₂S的晶体组成的组成。在Li₂S-P₂S₅材料中，例如，Li₃PS₄对应于原酸组成，使得在以摩尔计Li₂S∶P₂S₅＝75∶25的比例混合起始物料时获得具有原酸组成的硫化物固体电解质材料。尽管具有原酸组成的硫化物固体电解质材料比不具有原酸组成的硫化物固体电解质材料产生较少量的硫化氢，但是该硫化物固体电解质材料仍然释放少量的硫化氢，并且已经观察到了Li离子电导率的降低。因此，为了增加硫化物固体电解质材料的稳定性，必须进一步减少硫化氢的产生。

发明内容

本发明提供一种制造产生非常少量的硫化氢的硫化物固体电解质材料的方法。