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公開番号2024040037
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-25
出願番号2022144851
出願日2022-09-12
発明の名称イオン伝導性物質、電解質、及び電池
出願人住友化学株式会社,国立大学法人京都大学
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01B 1/06 20060101AFI20240315BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】イオン伝導度に優れるイオン伝導性物質、電解質及び電池を提供する。
【解決手段】イオン伝導性物質は、アルカリ金属元素、4価の金属元素M、ハロゲン元素、ドーパント元素X、及び酸素元素を含有し、ドーパント元素Xの含有量は金属元素Mの含有量に対して50モル%以下であり、25℃においてCuKα線を用いて測定して得られたX線回折チャートにおいて、2θ角が10～20°の範囲に半値幅が2.0～10°である回折ピークを有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
アルカリ金属元素、４価の金属元素Ｍ、ハロゲン元素、ドーパント元素Ｘ、及び酸素元素を含有し、ドーパント元素Ｘの含有量は金属元素Ｍの含有量に対して５０モル％以下であり、
２５℃においてＣｕＫα線を用いて測定して得られたＸ線回折チャートにおいて、２θ角が１０～２０°の範囲に半値幅が２．０～１０°である回折ピークを有する、イオン伝導性物質。
続きを表示（約 440 文字）【請求項２】
アモルファス相と、当該アモルファス相に分散された結晶子とを含むと共に、アルカリ金属元素、４価の金属元素Ｍ、ハロゲン元素、ドーパント元素Ｘ、及び酸素元素を含有し、
前記結晶子の平均円相当径が２０ｎｍ以下である、イオン伝導性物質。
【請求項３】
前記ドーパント元素が、Ｐ及びＳの少なくとも一方である、請求項１又は２に記載のイオン伝導性物質。
【請求項４】
前記イオン伝導性物質中に含まれる原子の総量に対して
アルカリ金属元素の含有量が２０～３０モル％であり、
元素Ｍの含有量が５～２０モル％であり、
ハロゲン元素の含有量が４０～６０モル％であり、
ドーパント元素Ｘの含有量が０．０５～５モル％である、請求項１又は２に記載のイオン伝導性物質。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のイオン伝導性物質を含む、電解質。
【請求項６】
請求項５に記載の電解質を含む、電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン伝導性物質、電解質、及び電池に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン電池等の電気化学デバイスに使用される電解質として、固体電解質が注目されている（特許文献１～３）。固体電解質は、従来の電解液と比較して、高温耐久性、高電圧耐性等に優れるため、安全性、高容量化、急速充放電、パックエネルギー密度などの電池の性能の向上に有用であると考えられている。
【０００３】
特許文献１～３に記載されるように、リチウムイオン電池の固体電解質に使用される材料としてリチウム及びリチウム以外の金属元素を含むハロゲン化物の固体電解質が知られている。ハロゲン化物固体電解質は、柔軟性が高いため焼結を必要としないこと、Ｈ
２
Ｓ等の有害な物質を放出しないため安全性が高いことなど、酸化物系又は硫化物系の固体電解質にはない利点を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開第２０２１００２０６４号
国際公開第２０２１０２４７８５号
国際公開第２０２１２２０５７７号
特許第６９４７３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ハロゲン化物固体電解質には、未だにイオン伝導度について改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、上述の事情に鑑みなされたものであって、イオン伝導度に優れるイオン伝導性物質、並びにそれを用いた電解質、及び電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下の実施形態［１］～［６］を含む。
［１］アルカリ金属元素、４価の金属元素Ｍ、ハロゲン元素、ドーパント元素Ｘ、及び酸素元素を含有し、ドーパント元素Ｘの含有量は金属元素Ｍの含有量に対して５０モル％以下であり、２５℃においてＣｕＫα線を用いて測定して得られたＸ線回折チャートにおいて、２θ角が１０～２０°の範囲に半値幅が２．０～１０°である回折ピークを有する、イオン伝導性物質。
［２］アモルファス相と、当該アモルファス相に分散された結晶子とを含むと共に、アルカリ金属元素、４価の金属元素Ｍ、ハロゲン元素、ドーパント元素Ｘ、及び酸素元素を含有し、前記結晶子の平均円相当径が２０ｎｍ以下である、イオン伝導性物質。
［３］前記ドーパント元素が、Ｐ及びＳの少なくとも一方である、［１］又は［２］のイオン伝導性物質。
［４］前記イオン伝導性物質中に含まれる原子の総量に対して、アルカリ金属元素の含有量が２０～３０モル％であり、元素Ｍの含有量が５～２０モル％であり、ハロゲン元素の含有量が４０～６０モル％であり、ドーパント元素Ｘの含有量が０．０５～５モル％である、［１］～［３］のいずれか一つのイオン伝導性物質。
［５］［１］～［４］のいずれか一つのイオン伝導性物質を含む、電解質。
［６］［５］に記載の電解質を含む、電池。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、イオン伝導度に優れるイオン伝導性物質、並びにそれを用いた電解質、及び電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、実施例１～６及び比較例１～３について得られたＸ線回折チャートを示す図である。
図２は、実施例３、５及び６、並びに比較例１～３のイオン伝導性物質について得られたアレーニウスプロットを示すグラフである。
図３は、実施例３のイオン伝導性物質のＴＥＭ像である。
図４は、実施例１～５、及び比較例１のサイクリックボルタンメトリーの結果を示すグラフである。
図５は、実施例１の充放電試験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施形態のイオン伝導性物質（アルカリ金属含有ハロゲン化物）は、アルカリ金属元素、４価の金属元素Ｍ（元素Ｍとも呼ぶ。）、ハロゲン元素、ドーパント元素Ｘ、及び酸素元素を含有すると共にドーパント元素Ｘの含有量は金属元素Ｍの含有量に対して５０モル％以下であり、且つ、以下の（１）及び（２）の少なくとも一方を満たす。
（１）２５℃においてＣｕＫα線を用いて測定したＸ線回折チャートにおいて、２θ角が１０～２０°の範囲に半値幅が２．０～１０°である回折ピークを有する。
（２）アモルファス相と、当該アモルファス相に分散された結晶子とを含み、結晶子の平均粒子径が２０ｎｍ以下である。
（【００１１】以降は省略されています）

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