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リチウムイオン伝導性材料 NEW

国内特許コード P180015051
整理番号 S2016-1205-N0
掲載日 2018年5月24日
出願番号 特願2016-187637
公開番号 特開2018-052755
出願日 平成28年9月26日(2016.9.26)
公開日 平成30年4月5日(2018.4.5)
発明者
  • 梶原 浩一
  • 手塚 直人
  • 金村 聖志
出願人
  • 公立大学法人首都大学東京
発明の名称 リチウムイオン伝導性材料 NEW
発明の概要 【課題】新規で、高いイオン伝導性を有し、簡易且つ簡便に製造することができ、化学的安定性にも優れたリチウムイオン伝導性材料の提供。
【解決手段】式(1)で表されるリチウムイオン伝導性材料。Li4-7(n-3)y(B1-yy12X・・・(1)(Mはn価の価数を有する陽イオンになる、一種又は複数種の原子;Xは1価又は多価の価数を有し、陰イオンになる一種又は複数種の原子又は分子;yは0.03~0.60の数)
【選択図】なし
従来技術、競合技術の概要


二次電池、センサー及びエレクトロクロミックデバイスに用いることができるリチウムイオン伝導体は、種々開発が行われ、提案がなされている。
例えば、固体のイオン伝導体において、該イオン伝導体がペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなり、このペロブスカイト構造のAサイトの半分以上がリチウム及び3価の金属原子によって占められているリチウムイオン伝導体およびこれを用いた固体電解質電池が提案されており(特許文献1)、また該イオン伝導体がガーネット型の結晶構造を有し、かつ3.4×10-6S・cm-1より大きいイオン伝導度を示すことを特徴とする固体のイオン伝導体が提案されている(特許文献2)。リチウム二次電池の固体電解質材料等として使用可能な程度の緻密度やリチウムイオン伝導度を示すことのできるセラミックス材料として、リチウム(Li)とランタン(La)とジルコニウム(Zr)と酸素(O)とアルミニウム(Al)とを含有するセラミックス材料とが提案されている(特許文献3)。
容易に製造でき、熱的、化学的に安定で、且つ、室温で高い伝導度を有するリチウムイオン伝導性ガラスセラミックスおよびこれを用いた電池、ガスセンサーとして、mol%で、P25=35~45%、SiO2=0~15%、GeO2=0~50%、TiO2=0~50%(但し、GeO2+TiO2=25~50%)、ZrO2=0~8%、M23=0<~12%(但し、MはIn,Fe,Cr,Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luの中から選ばれる1種または2種以上),Al23=0~12%,Ga23=0~12%,Li2O=10~25%、の範囲の組成を含有する原ガラスを、熔融成形後、熱処理工程を経て、Li1+X(M,Al,Ga)X(Ge1-YTiY2-X(PO43(0<X≦0.8,0≦Y<1.0)結晶相を析出させた材料を用いたリチウム電池やガスセンサーが提案されている(特許文献4)。電池の充放電電圧をより高めることができ、且つ、電池の充放電特性をより高めることが可能なリチウムイオン伝導性無機物質として、酸化物基準の質量%で、ZrO成分を2.6~52.0%含有するリチウムイオン伝導性無機物質が提案されている。また、この提案においては、このリチウムイオン伝導性無機物質は、正極層及び負極層と、これら正極層及び負極層の間に介在する固体電解質を含んだ固体電解質層と、を備えるリチウムイオン二次電池に用いられることが好ましいことが記載されている(特許文献5)。リチウムボラサイトの結晶構造とイオン伝導に関する研究が報告されており、750℃において、B-LiO-LiX三元系(X=Cl,Br)から、組成式Li4+x12+x/2X(X=Cl,Br)で表されるイオン伝導性結晶が得られると示唆されている(非特許文献1、2)。また、水熱条件下で、組成式Li12Cl、Li(OH)、LiH、およびLiHBOで表されるイオン伝導性結晶が示されている(非特許文献3)。

産業上の利用分野


本発明は、リチウムイオン伝導性材料に関し、さらに詳細には、全固体リチウムイオン電池の固体電解質として利用できるリチウムイオン伝導性材料に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
下記一般式(1)で表されるリチウム系化合物。
Li4-7(n-3)y(B1-yy12X ・・・(1)

(式中、Mは、n価の価数を有し、陽イオンになる、一種又は複数種の原子を示し、
Xは1価又は多価の価数を有し、陰イオンになる一種又は複数種の原子又は分子を示し、
yは0.03~0.60の数を示す。)

【請求項2】
請求項1記載のリチウム系化合物を用いてなるリチウムイオン伝導性材料。

【請求項3】
結晶質であり、上記yが0.03~0.45である請求項2記載のリチウムイオン伝導性材料。

【請求項4】
上記Mが、Si、Al、Ga又はPからなる群より選択される一種以上の原子である請求項2又は3記載のリチウムイオン伝導性材料。

【請求項5】
請求項2~4のいずれかに記載のリチウムイオン伝導性材料を用いてなる固体電解質。

【請求項6】
請求項5記載の固体電解質を有するリチウム電池。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 公開
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