JP2013103851A - ヨウ化リチウム無水塩、ヨウ化リチウム無水塩の製造方法、固体電解質、及びリチウムイオン電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】X線回折分析における(a)ヨウ化リチウム無水物に由来する2θ=25.8°付近の回折ピークに対する(b)ヨウ化リチウム1水和物に由来する2θ=20.7°付近の回折ピークの強度比((b/a)×100)が3%以下であることを特徴とするヨウ化リチウム無水塩。
【選択図】図1
Description
LiOH・H2O(試薬A):LiOH含有量 57.78質量%
LiOH・H2O(試薬B):LiOH含有量 56.80質量%
Li2CO3:Li2CO3含有量 99.65質量%
ヨウ素:I含有量 99質量%以上、純正化学株式会社製、試薬1級
KI:KI含有量 99.5質量%、純正化学株式会社製
水加ヒドラジン:80質量%水溶液、純正化学株式会社製、試薬1級
<ヨウ化リチウム含水塩の製造(ヨウ化反応工程)>
水酸化リチウム1水塩(試薬A)67.1gを、1Lビーカーに秤量した。そこに、イオン交換水350mLを加えて溶解させ、水酸化リチウム水溶液を調製した。次いで、これとは別に、ヨウ素203.0gをマヨネーズ瓶に秤量した。秤量後フタをして、ヨウ素の揮散を防止した。次いで、水加ヒドラジン25gを50mlビーカーに秤量した。
次いで、前記水酸化リチウム水溶液を撹拌しながら、(1)ヨウ素5gを添加した。添加の際、ヨウ素イオンの溶出により、水溶液の色が無色から茶褐色に変化するのを確認した。次いで、(2)ヨウ素を添加した水酸化リチウム水溶液を撹拌しながら、前記水加ヒドラジンを滴下した。水溶液の色が茶褐色から無色に変化するのを確認した。次いで、加水ヒドラジンの滴下による窒素ガスの発泡が無くなったことを確認した後、再び(1)の操作を行い、次いで、(2)の操作を行った。以後は、(1)の操作と(2)の操作を繰り返し、最初に秤量したヨウ素がなくなるまで、繰り返し操作を行った。
ヨウ素を全量添加した後、水加ヒドラジンを滴下し、反応溶液の色が無色になったところを反応の終点とした。
次いで、高純度炭酸リチウム1gを添加して撹拌し、過剰のヨウ素を反応させた。反応溶液をろ過して、微量の不溶解残渣を分離した。なお、ろ過には、フィルターとして、アドバンテック社製5Cろ紙を使用した。次いで、ろ液を加熱して水分を蒸発させて濃縮した。濃縮後、濃縮物を、乾燥機(ヤマト社製送風定温乾燥機DKN402)を用いて、120℃で15時間乾燥させ、冷却及び固化して、ヨウ化リチウム含水塩Aを得た。
得られたヨウ化リチウム含水塩Aについて、不純物の含有量を測定した。その結果を表2に示す。
次いで、上記のようにして得たヨウ化リチウム含水塩Aを、雰囲気調製炉(株式会社モトヤマ社製、MS電気炉NKC型)にて、窒素雰囲気下350℃で8時間焼成した。焼成後、焼成物を炉から取り出して、真空デシケーター(−0.10MPaG)に入れ、真空下で冷却し、ヨウ化リチウム無水塩Bを得た。
得られたヨウ化リチウム無水塩Bの水含有量、回折ピークの強度比((b/a)×100)、不純物含有量、及びイオン伝導度を測定した。その結果を表3に示す。
<ヨウ化リチウム含水塩の製造>
ヨウ化カリウム166gを1Lビーカーに秤量し、イオン交換水500mlを加えて、ヨウ化カリウム溶液を調製した。次いで、ここに炭酸リチウム36.9gを加えて撹拌し、分散させた。次いで、ここに17.5%塩酸208gを10分間かけて滴下して反応を行った。反応終了後、反応液が酸性(pH=1.5)を示したので、粉末の炭酸リチウムを添加してpH=7.0に調整した。
以下、実施例1と同様にして、反応溶液のろ過、ろ液の濃縮、濃縮物の乾燥
、冷却及び固化を行い、ヨウ化リチウム含水塩a1を得た。
得られたヨウ化リチウム含水塩a1について、不純物の含有量を測定した。その結果を表2に示す。
<ヨウ化リチウム無水塩の製造>
次いで、ヨウ化リチウム含水塩Aに代えて、ヨウ化リチウム含水塩a1とすること、及び焼成時間8時間に代えて、焼成時間6時間とすること以外は、実施例1と同様の方法で行い、ヨウ化リチウム無水塩b1を得た。
得られたヨウ化リチウム無水塩b1の水含有量、回折ピークの強度比((b/a)×100)、不純物含有量、及びイオン伝導度の測定結果を表3に示す。
<ヨウ化リチウム含水塩の製造>
実施例1と同様の方法で行いヨウ化リチウム含水塩Aを得た。
<ヨウ化リチウム無水塩の製造>
焼成温度350℃に代えて、焼成温度280℃とすること以外は、実施例1と同様の方法で行い、ヨウ化リチウム無水塩b2を得た。
得られたヨウ化リチウム無水塩b2の水含有量、回折ピークの強度比((b/a)×100)、不純物含有量、及びイオン伝導度の測定結果を表3に示す。
<ヨウ化リチウム含水塩の製造>
水酸化リチウム1水塩(試料A)に代えて、水酸化リチウム1水塩(試料B)とすること以外は、実施例1と同様の方法で行い、ヨウ化リチウム含水塩a2を得た。
得られたヨウ化リチウム含水塩a2について、不純物の含有量を測定した。その結果を表2に示す。
<ヨウ化リチウム無水塩の製造>
ヨウ化リチウム含水塩Aに代えて、ヨウ化リチウム含水塩a2とすること以外は、実施例1と同様の方法で行い、ヨウ化リチウム無水塩b3を得た。
得られたヨウ化リチウム無水塩b3の水含有量、回折ピークの強度比((b/a)×100)、不純物含有量、及びイオン伝導度の測定結果を表3に示す。
市販の無水ヨウ化リチウム(キシダ化学社製)を、比較例4のヨウ化リチウム無水塩b4とした。
ヨウ化リチウム無水塩b4の水含有量、回折ピークの強度比((b/a)×100)、不純物含有量、及びイオン伝導度の測定結果を表3に示す。
比較例4のヨウ化リチウム含水塩b4を、雰囲気調製炉(株式会社モトヤマ社製、MS電気炉NKC型)にて、窒素雰囲気下350℃で8時間焼成した。焼成後、焼成物を炉から取り出して、真空デシケーター(−0.10MPaG)に入れ、真空下で冷却し、ヨウ化リチウム無水塩b5を得た。
得られたヨウ化リチウム無水塩b5の水含有量、回折ピークの強度比((b/a)×100)、不純物含有量、及びイオン伝導度の測定結果を表3に示す。
2)表中「*」は、1000質量ppm以下であることを示す。
試料5gを磁性ルツボに採取して、窒素雰囲気下において300℃で2時間加熱したときの重量減少率を測定し、重量減少率を水含有量とした。
ヨウ化リチウムをグローブボックス内にて粉砕したものを試料として、粉末X線回折分析を行い、図1〜図3のチャートを得た。X線回折法(XRD)の測定には、線源としてCuKαを用い、測定装置としてリガク社製UltimaIV型を用いた。
試料1.0gをイオン交換水に溶解して、濃硝酸1mlを添加して、全量を50mlとし、硝酸酸性下で、原子吸光分析装置で測定した。
試料1.0gをイオン交換水に溶解して、全量を50mlとし、イオンクロマト分析装置で測定した。
試料0.1gをイオン交換水に溶解して、全量を100mlとし、イオンクロマト分析装置で測定した。
試料1.0gをイオン交換水に溶解して、濃硝酸1mlを添加して、全量を50mlとし、硝酸酸性下で、ICP−AES分析装置で測定した。
ヨウ化リチウム無水塩0.514g(45mol%)、五二硫化リン(Aldrich社製試薬)0.341g(18mol%)、硫化リチウム(日本化学工業社製)0.145g(37mol%)を秤量して、遊星型ボールミルで400回転/分で20時間処理を行い、固体電解質を得た。
次いで、得られた固体電解質の両面を電極(ニッケル95質量%、スズ5質量%で構成される電極)0.30gではさんだのち、20MPaで5分間加圧することにより、3層構造の成型体を得た。
次いで、得られた成型体を測定サンプルとして、交流インピーダンス測定装置(東洋テクニカ社製、ソーラトロン1267)を用いて、イオン伝導度を測定した。
Claims (10)
- X線回折分析における(a)ヨウ化リチウム無水物に由来する2θ=25.8°付近の回折ピークに対する(b)ヨウ化リチウム1水和物に由来する2θ=20.7°付近の回折ピークの強度比((b/a)×100)が3%以下であることを特徴とするヨウ化リチウム無水塩。
- 水含有量が2.0質量%以下であることを特徴とする請求項1記載のヨウ化リチウム無水塩。
- Feの含有量が10質量ppm以下且つCuの含有量が10質量ppm以下であることを特徴とする請求項1又は2いずれか1項記載のヨウ化リチウム無水塩。
- Na及びKの含有量が合計で20質量ppm以下であるヨウ化リチウム含水塩を、不活性ガス雰囲気下又は真空下で、300〜440℃で焼成することにより、ヨウ化リチウム無水塩を得る焼成工程を有することを特徴とするヨウ化リチウム無水塩の製造方法。
- 反応原料のリチウム化合物と、ヨウ素と、Na及びKを有さない還元剤と、を、水溶媒中で接触させて、該反応原料のリチウム化合物のヨウ化を行うヨウ化反応工程を行うことにより、前記ヨウ化リチウム含水塩を得ることを特徴とする請求項4記載のヨウ化リチウム無水塩の製造方法。
- 前記反応原料のリチウム化合物が炭酸リチウムであり且つ前記還元剤がヒドラジンであることを特徴とする請求項5記載のヨウ化リチウム無水塩の製造方法。
- 前記反応原料のリチウム化合物を含有する水溶媒に、反応に必要な量のヨウ素を複数回に分けて添加し、且つ、該ヨウ素の添加毎に、添加したヨウ素が反応するために必要な量の前記還元剤を添加することにより、前記ヨウ化反応工程を行うことを特徴とする請求項5又は6いずれか1項記載のヨウ化リチウム無水塩の製造方法。
- 請求項1〜3いずれか1項記載のヨウ化リチウム無水塩を原料に用いて製造された固体電解質。
- 請求項1〜3いずれか1項記載のヨウ化リチウム無水塩と、Li2S、P2S5、SiS2、GeS2及びB2S3のうちの1種以上と、を、反応させることにより得られる固体電解質。
- 請求項8又は9いずれか1項記載の固体電解質が用いられているリチウムイオン電池。
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