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硫化物固体電解質材料、電池および硫化物固体電解質材料の製造方法

国内特許コード P150011373
整理番号 S2013-0428-N0
掲載日 2015年2月20日
出願番号 特願2013-006282
公開番号 特開2014-137918
登録番号 特許第6037444号
出願日 平成25年1月17日(2013.1.17)
公開日 平成26年7月28日(2014.7.28)
登録日 平成28年11月11日(2016.11.11)
発明者
  • 菅野 了次
  • 平山 雅章
  • 加藤 祐樹
  • 山崎 久嗣
出願人
  • 国立大学法人東京工業大学
  • トヨタ自動車株式会社
発明の名称 硫化物固体電解質材料、電池および硫化物固体電解質材料の製造方法
発明の概要 【課題】本発明は、低温環境下においてLiイオン伝導性が良好な硫化物固体電解質材料を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、M元素(例えばLi元素およびMg元素)、M元素(例えばGe元素およびP元素)およびS元素を含有し、CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=29.58°±0.50°の位置にピークを有し、2θ=27.33°±0.50°の位置にピークを有しないか、あるいは僅かに有し、上記M元素における上記二価元素の置換量δ(%)が、0℃において、δ=0の場合よりも高いLiイオン伝導度を示す範囲内にあることを特徴とする硫化物固体電解質材料を提供することにより、上記課題を解決する。
【選択図】図6
従来技術、競合技術の概要



近年におけるパソコン、ビデオカメラおよ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。また、自動車産業界等においても、電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の高出力かつ高容量の電池の開発が進められている。現在、種々の電池の中でも、エネルギー密度が高いという観点から、リチウム電池が注目を浴びている。





現在市販されているリチウム電池は、可燃性の有機溶媒を含む電解液が使用されているため、短絡時の温度上昇を抑える安全装置の取り付けや短絡防止のための構造・材料面での改善が必要となる。これに対し、電解液を固体電解質層に変えて、電池を全固体化したリチウム電池は、電池内に可燃性の有機溶媒を用いないので、安全装置の簡素化が図れ、製造コストや生産性に優れると考えられている。





全固体リチウム電池に用いられる固体電解質材料として、硫化物固体電解質材料が知られている。例えば、非特許文献1においては、Li(4-x)Ge(1-x)の組成を有するLiイオン伝導体(硫化物固体電解質材料)が開示されている。また、特許文献1においては、X線回折測定において特定のピークを有する結晶相の割合が高いLiGePS系の硫化物固体電解質材料が開示されている。さらに、非特許文献2には、LiGePS系の硫化物固体電解質材料が開示されている。

産業上の利用分野



本発明は、低温環境下においてLiイオン伝導性が良好な硫化物固体電解質材料に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
元素、M元素およびS元素を含有し、
前記Mは、Liと、Mg、CaおよびZnからなる群から選択される少なくとも一種の二価元素との組み合わせであり、
前記Mは、P、Sb、Si、Ge、Sn、B、Al、Ga、In、Ti、Zr、V、Nbからなる群から選択される少なくとも一種であり、
CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=29.58°±0.50°の位置にピークを有し、
CuKα線を用いたX線回折測定における2θ=27.33°±0.50°の位置にピークを有しないか、
前記2θ=27.33°±0.50°の位置にピークを有する場合、前記2θ=29.58°±0.50°のピークの回折強度をIとし、前記2θ=27.33°±0.50°のピークの回折強度をIとした際に、I/Iの値が0.50未満であり、
前記二価元素の置換量δ(%)が、0℃において、δ=0の場合よりも高いLiイオン伝導度を示す範囲内にあり、かつ、0<δ<1を満たすことを特徴とする硫化物固体電解質材料。
置換量δ(%)=2X1B/(X1A+2X1B)*100
(X1Aは、前記Mにおける前記Liのモル分率であり、X1Bは、前記Mにおける前記二価元素のモル分率である)

【請求項2】
元素およびS元素から構成される八面体Oと、M2a元素およびS元素から構成される四面体Tと、M2b元素およびS元素から構成される四面体Tとを有し、前記四面体Tおよび前記八面体Oは稜を共有し、前記四面体Tおよび前記八面体Oは頂点を共有する結晶構造を主体として含有し、
前記Mは、Liと、Mg、CaおよびZnからなる群から選択される少なくとも一種の二価元素との組み合わせであり、
前記M2aおよび前記M2bは、それぞれ独立に、P、Sb、Si、Ge、Sn、B、Al、Ga、In、Ti、Zr、V、Nbからなる群から選択される少なくとも一種であり、
前記二価元素の置換量δ(%)が、0℃において、δ=0の場合よりも高いLiイオン伝導度を示す範囲内にあり、かつ、0<δ<1を満たすことを特徴とする硫化物固体電解質材料。
置換量δ(%)=2X1B/(X1A+2X1B)*100
(X1Aは、前記Mにおける前記Liのモル分率であり、X1Bは、前記Mにおける前記二価元素のモル分率である)

【請求項3】
正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に形成された電解質層とを含有する電池であって、
前記正極活物質層、前記負極活物質層および前記電解質層の少なくとも一つが、請求項1または請求項2に記載の硫化物固体電解質材料を含有することを特徴とする電池。

【請求項4】
請求項1に記載の硫化物固体電解質材料の製造方法であって、
前記M元素、前記M元素および前記S元素を含有する原料組成物を用いて、メカニカルミリングにより、非晶質化したイオン伝導性材料を合成するイオン伝導性材料合成工程と、
前記非晶質化したイオン伝導性材料を加熱することにより、前記硫化物固体電解質材料を得る加熱工程と、
を有することを特徴とする硫化物固体電解質材料の製造方法。

【請求項5】
請求項2に記載の硫化物固体電解質材料の製造方法であって、
前記M元素、前記M2a元素、前記M2b元素および前記S元素を含有する原料組成物を用いて、メカニカルミリングにより、非晶質化したイオン伝導性材料を合成するイオン伝導性材料合成工程と、
前記非晶質化したイオン伝導性材料を加熱することにより、前記硫化物固体電解質材料を得る加熱工程と、
を有することを特徴とする硫化物固体電解質材料の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2013006282thum.jpg
出願権利状態 登録
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