[發明專利]固體電解質材料及其制造方法

有效

• 申請號: 201810264143.1
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108695549B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 菅野了次;堀智
• 申請（專利權）人: 國立大學法人東京工業大學;豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/052;H01M10/058
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 陳冠欽

本發明涉及固體電解質材料及其制造方法。本發明的課題在于，開發在為了提高電解質穩定性而不包含Li以外的金屬元素的Li?P?S?O系的硫化物系固體電解質中可具有高的離子傳導性的新型固體電解質，以及用于容易得到該固體電解質的制造方法。固體電解質材料及其制造方法，該固體電解質材料的特征在于，包含由組成式Li_4?4y?xP⁴⁺_1+y?xP⁵⁺_xS_4?zO_z(Li_4?4y?xP_1+yS_4?zO_z)表示的硫化物系組合物，0.6≤x＜1、0≤z≤0.2、?0.025≤y≤0.1。

技術領域

本發明涉及固體電解質材料，特別是包含Li元素、P(IV)元素、P(V)元素、S元素和O元素而成的固體電解質材料及其制造方法。

背景技術

近年來，伴隨著便攜式電話、筆記本電腦、平板電腦等信息電子設備的高性能化，期望通過一次充電以用于長時間驅動這些信息電子設備的高性能蓄電池。另外，由于溫室效應氣體的削減、汽油價格的暴漲等，混合動力車和電動車快速普及，期望用于驅動搭載于其中的馬達的高輸出且高容量的蓄電池。作為滿足這樣的要求的電池，當前主要使用鋰電池。

當前，作為鋰電池的電解質，出于離子傳導性高、電位窗寬、便宜等的原因，使用易燃性的有機溶劑。但是，鋰電池的能量密度非常高，因此從安全性的觀點考慮，不優選易燃性的有機溶劑。為了進一步提高鋰電池的安全性，期望使用難燃性的材料作為鋰電池的電解質。作為這樣的難燃性的材料，無機固體電解質受到關注。

作為無機固體電解質，有氮化物、氧化物、硫化物等的非晶質或結晶質的無機類電解質。作為硫化物系玻璃固體電解質，已知有硫化鋰、二硫化鍺和碘化鋰這三種成分體系的玻璃狀固體電解質(專利文獻1)以及使磷酸鋰存在于由通式Li₂-X表示的鋰離子傳導性硫化物玻璃中而成的固體電解質(專利文獻2)。它們的離子傳導率為10^-4S/cm的級別。另外，作為結晶質而不是非晶質，以高的離子傳導性為目標，探索了以SiS₄、PO₄、PS₄、PN₄四面體為基本結構的結晶物質，在Li₂S-GeS₂-Ga₂S₃系固體電解質中報道了離子傳導率為10^-5～10^-4S/cm(專利文獻3)。

在固體電解質中，作為鋰離子傳導率非常高的固體電解質，已知有被稱作硫化物系硫代-LISICON(thio-LISICON:LIthium SuperIonic CONductor)的硫化物系固體電解質。其中，Li_3.25Ge_0.25P_0.75S₄的離子傳導率為2.2×10^-3S/cm，在硫化物系硫代-LISICON中最高(例如參照非專利文獻1)。另外，作為為了提高電解質穩定性而不包含鋰以外的金屬元素的硫化物系硫代-LISICON，報道了Li-P-S系和Li-P-S-O系的硫化物系固體電解質(例如參照非專利文獻2和3)。

專利文獻4提出了一種由組成式Li_3+5xP_1-xS_4-zO_z(0.01≤x≤0.105并且0.01≤z≤1.55)表示的硫化物系固體電解質作為包含Li-P-S-O系的硫化物系固體電解質的導電率高的固體電解質。另外，專利文獻5提出了一種包含Li_5x+2y+3P^(III)_yP^(V)_1-x-yS₄(0≤x≤0.2、0＜y≤0.3)的組成的硫化物固體電解質材料。

現有技術文獻

專利文獻