[发明专利]固体电解质材料及其制造方法

说明书

本发明涉及固体电解质材料及其制造方法。本发明的课题在于，开发在为了提高电解质稳定性而不包含锂以外的金属元素的Li‑P‑S‑X系(X为F、Cl、N或OH的至少任一种)的硫化物系固体电解质中可具有高的离子传导性的新型固体电解质，以及用于容易得到该固体电解质的制造方法。固体电解质材料及其制造方法，该固体电解质材料的特征在于，包含由组成式Li_{4‑4y‑x‑z}P⁴⁺_1+y‑xP⁵⁺_xS_4‑zX_z(Li_{4‑4y‑x‑z}P_1+yS_4‑zX_z)表示的硫化物系组合物，其中0.2≤x＜1.0、0≤z≤0.2、0≤y≤0.075，X为F、Cl、N或OH的至少任一种，在使用了CuKα射线的X射线衍射测定中的2θ＝17.8°±0.1°、19.1°±0.1°、21.7°±0.1°、23.8°±0.1°、30.85°±0.1°的位置具有峰。

技术领域

本发明涉及固体电解质材料、特别是包含Li元素、P(IV)元素、P(V)元素、S元素、以及F、Cl、N或OH的至少任一种元素或基团而成的固体电解质材料及其制造方法。

背景技术

近年来，伴随着便携式电话、笔记本电脑、平板电脑等信息电子设备的高性能化，期望通过一次充电以用于长时间驱动这些信息电子设备的高性能蓄电池。另外，由于温室效应气体的削减、汽油价格的暴涨等，混合动力车和电动车快速普及，期望用于驱动搭载于其中的马达的高输出且高容量的蓄电池。作为满足这样的要求的电池，当前主要使用锂电池。

当前，作为锂电池的电解质，出于离子传导性高、电位窗宽、便宜等的原因，使用易燃性的有机溶剂。但是，锂电池的能量密度非常高，因此从安全性的观点考虑，不优选易燃性的有机溶剂。为了进一步提高锂电池的安全性，期望使用难燃性的材料作为锂电池的电解质。作为这样的难燃性的材料，无机固体电解质受到关注。

作为无机固体电解质，有氮化物、氧化物、硫化物等的非晶质或结晶质的无机类电解质。作为硫化物系玻璃固体电解质，已知有硫化锂、二硫化锗和碘化锂这三种成分体系的玻璃状固体电解质(专利文献1)以及使磷酸锂存在于由通式Li₂-X表示的锂离子传导性硫化物玻璃中而成的固体电解质(专利文献2)。它们的离子传导率为10^-4S/cm的级别。另外，作为结晶质而不是非晶质，以高的离子传导性为目标，探索了以SiS₄、PO₄、PS₄、PN₄四面体为基本结构的结晶物质，在Li₂S-GeS₂-Ga₂S₃系固体电解质中报道了离子传导率为10^-5～10^-4S/cm(专利文献3)。

在固体电解质中，作为锂离子传导率非常高的固体电解质，已知有被称作硫化物系硫代-LISICON(thio-LISICON:LIthiumSuperIonic CONductor)的硫化物系固体电解质。其中，Li_3.25Ge_0.25P_0.75S₄的离子传导率为2.2×10^-3S/cm，在硫化物系硫代-LISICON中最高(例如参照非专利文献1)。另外，作为为了提高电解质稳定性而不包含锂以外的金属元素的硫化物系硫代-LISICON，报道了Li-P-S系和Li-P-S-O系的硫化物系固体电解质(例如参照非专利文献2和3)。