[发明专利]锂离子传导性固体电解质及全固体锂离子二次电池

说明书

一种锂离子传导性固体电解质，其在0.01质量％以上且3.0质量％以下的范围内含有选自Zn、Ca、Mg及Cu中的至少一种金属元素。全固体锂离子二次电池包含该锂离子传导性固体电解质。

技术领域

本发明涉及一种锂离子传导性固体电解质及全固体锂离子二次电池。

本申请基于2016年9月29日在日本申请的特愿2016-192082号主张优先权，并在此引用其内容。

背景技术

锂离子二次电池作为例如手机、笔记本PC、PDA等便携式小型设备的电源而被广泛使用。要求提高在这种便携式小型设备中使用的锂离子二次电池的小型化、薄型化、可靠性。

作为锂离子二次电池，已知将有机电解液用于电解质的电池和使用固体电解质的电池。在电解质中使用固体电解质的锂离子二次电池(全固体锂离子二次电池)与使用了有机电解液的锂离子二次电池相比，有如下优点：电池形状的设计自由度高且电池尺寸的小型化或薄型化容易实现；不会出现电解液的漏液等可靠性高。

作为全固体锂离子二次电池的固体电解质的材料，在探讨一种具有聚阴离子的化合物，特别是具有钠超离子导体型晶体结构的化合物。例如，专利文献1中公开了一种全固体锂离子二次电池，其中，作为固体电解质，使用具有钠超离子导体型晶体结构的磷酸钛铝锂(LATP)。

另一方面，一般而言，固体电解质比有机电解液的锂离子传导性低，因此，与使用了有机电解液的锂离子二次电池相比，全固体锂离子二次电池存在内部电阻高且输出电流低等问题。因此，在全固体锂离子二次电池中，要求提高固体电解质的锂离子传导性。

专利文献2中公开了一种全固体锂离子二次电池，其中，固体电解质层包含由含锂氧化物构成的第一成分、和由含有选自镁、钙、钡及锶中的至少一种元素的化合物构成的第二成分。作为第一成分，可举出具有钠超离子导体型结构的含锂磷酸化合物，作为第二成分，可举出氧化物或磷酸化合物。根据该专利文献2，通过在作为固体电解质发挥作用的第一成分中加入第二成分而构成固体电解质层，可以提高烧成后的固体电解质层的致密度，并提高离子传导度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-1595号公报(A)

专利文献2：国际公开第2013/100000号(A)

发明内容

发明要解决的技术问题

但是，在专利文献2所述的全固体锂离子二次电池中，固体电解质层中包含的第二成分不具有锂离子传导性。因此，如果第二成分偏在于固体电解质层而第一成分彼此的接触面积减小，则反而可能出现固体电解质层的锂离子传导性降低，全固体锂离子二次电池的内部电阻增大的风险。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种提高锂离子传导性的锂离子传导性固体电解质。本发明的目的还在于提供一种内部电阻减小了的全固体锂离子二次电池。

用于解决技术问题的手段

本发明人等发现：通过使锂离子传导性固体电解质在规定范围内含有选自Zn、Ca、Mg及Cu中的至少一种金属元素，从而可以显著提高锂离子传导性，并且提高固体电解质的烧成后的致密度。而且，本发明人等通过进行研究确认通过使用该含有Zn、Ca、Mg及Cu等金属元素的锂离子传导性固体电解质，可以降低全固体锂离子二次电池的内部电阻，从而完成本发明。

因此，为了解决上述技术问题，本发明提供如下手段。

(1)本发明的一个方式的锂离子传导性固体电解质在0.01质量％以上且3.0质量％以下的范围内含有选自Zn、Ca、Mg及Cu中的至少一种金属元素。