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SULFIDE SOLID ELECTROLYTE MATERIAL, BATTERY AND PRODUCTION METHOD OF SULFIDE SOLID ELECTROLYTE MATERIAL

Patent code P150011373
File No. S2013-0428-N0
Posted date Feb 20, 2015
Application number P2013-006282
Publication number P2014-137918A
Patent number P6037444
Date of filing Jan 17, 2013
Date of publication of application Jul 28, 2014
Date of registration Nov 11, 2016
Inventor
  • (In Japanese)菅野 了次
  • (In Japanese)平山 雅章
  • (In Japanese)加藤 祐樹
  • (In Japanese)山崎 久嗣
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人東京工業大学
  • (In Japanese)トヨタ自動車株式会社
Title SULFIDE SOLID ELECTROLYTE MATERIAL, BATTERY AND PRODUCTION METHOD OF SULFIDE SOLID ELECTROLYTE MATERIAL
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sulfide solid electrolyte material exhibiting excellent Li ion conductivity under a low temperature environment.
SOLUTION: A sulfide solid electrolyte material contains an M1 element (e.g., a Li element and a Mg element), an M2 element (e.g., a Ge element and a P element) and a S element, has a peak at the position of 2θ=29.58° ±0.50° in X-ray diffraction measurement using a CuKα ray, not has a peak or has a peak slightly at the position of 2θ=27.33° ±0.50°, and in which the substitution amount δ(%) of a bivalent element in the M1 element is in a range exhibiting an Li ion conductivity higher than that when δ=0 at 0°C.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

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)PxS4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。

Field of industrial application (In Japanese)

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。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
M1元素、M2元素およびS元素を含有し、
前記M1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M2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IAとし、前記2θ=27.33°±0.50°のピークの回折強度をIBとした際に、IB/IA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M1における前記Liのモル分率であり、X1Bは、前記M1における前記二価元素のモル分率である)

【請求項2】
 
M1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T1と、M2b元素およびS元素から構成される四面体T2とを有し、前記四面体T1および前記八面体Oは稜を共有し、前記四面体T2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M1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M1における前記Liのモル分率であり、X1Bは、前記M1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M1元素、前記M2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M1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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2013006282thum.jpg
State of application right Registered
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