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公開番号2024146206
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-15
出願番号2023058975
出願日2023-03-31
発明の名称固体電解質及び全固体電池
出願人TDK株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01B 1/06 20060101AFI20241004BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高いイオン伝導度と高い熱安定性を両立する固体電解質を提供することである。
【解決手段】本発明に係る固体電解質は、Liと、第3族から第15族元素から選ばれる1種以上の元素と、ハロゲンを含む化合物であって、前記ハロゲンはClを含み、前記化合物の飛行時間型二次イオン質量分析による負イオン分析でLiCl₂のピークが検出され、全イオンのピーク強度Rbに対する、前記LiCl₂のピーク強度Raとのピーク強度比R1(Ra/Rb)が0.041>R1>0.011を満たす。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
Ｌｉと、第３族から第１５族元素から選ばれる１種以上の元素と、ハロゲンを含む化合物であって、
前記ハロゲンはＣｌを含み、
前記化合物の飛行時間型二次イオン質量分析による負イオン分析でＬｉＣｌ
２
のピークが検出され、
全イオンのピーク強度Ｒｂに対する、前記ＬｉＣｌ
２
のピーク強度Ｒａとのピーク強度比Ｒ１（Ｒａ／Ｒｂ）が０．０４１＞Ｒ１＞０．０１１を満たす、固体電解質。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記Ｒ１（Ｒａ／Ｒｂ）が０．０３０＞Ｒ１＞０．０１９を満たす、請求項１に記載の固体電解質。
【請求項３】
前記化合物が下記式（１）で表される、請求項１に記載の固体電解質；
ＬｉａＥｂＧｃＣｌｄＸｅ・・・（１）
（式（１）中において、ＥはＡｌ、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、ランタノイドからなる群から選択される少なくとも１種の元素であり、ＧはＯＨ、ＢＯ
２
、ＢＯ
３
、ＢＯ
４
、Ｂ
３
Ｏ
６
、Ｂ
４
Ｏ
７
、ＣＯ
３
、ＮＯ
３
、ＡｌＯ
２
、ＳｉＯ
３
、ＳｉＯ
４
、Ｓｉ
２
Ｏ
７
、Ｓｉ
３
Ｏ
９
、Ｓｉ
４
Ｏ
１１
、Ｓｉ
６
Ｏ
１８
、ＰＯ
３
、ＰＯ
４
、Ｐ
２
Ｏ
７
、Ｐ
３
Ｏ
１０
、ＳＯ
３
、ＳＯ
４
、ＳＯ
５
、Ｓ
２
Ｏ
３
、Ｓ
２
Ｏ
４
、Ｓ
２
Ｏ
５
、Ｓ
２
Ｏ
６
、Ｓ
２
Ｏ
７
、Ｓ
２
Ｏ
８
、ＢＦ
４
、ＰＦ
６
、ＢＯＢ、（ＣＯＯ）
２
、Ｎ、ＡｌＣｌ
４
、ＣＦ
３
ＳＯ
３
、ＣＨ
３
【請求項４】
前記化合物が下記式（２）で表される、請求項１に記載の固体電解質；
ＬｉｑＭｒＰｓＯｔＣｌｕＳｖ・・・（２）
（式（２）において、Ｌｉは、リチウムであり、Ｍは、４価の金属であり、Ｐは、リンであり、Ｏは、酸素であり、Ｓは、硫黄であり、Ｃｌは塩素である。ｑ、ｒ、ｓ、ｔ、ｕ、ｖはそれぞれ、１≦ｑ≦２０、０≦ｒ≦２、１≦ｓ≦５、０≦ｔ≦５、０≦ｕ≦５、ｖ＝ｑ／２＋２×ｒ＋２．５×ｓ－ｔ－ｕ／２である。）
【請求項５】
前記化合物が下記式（３）～（６）で表される１種以上である、請求項１に記載の固体電解質。
Ｌｉ
２
ＺｒＣｌ
６
・・・（３）
Ｌｉ
２
ＺｒＯＣｌ
４
・・・（４）
Ｌｉ
２
ＺｒＳＯ
４
Ｃｌ
４
・・・（５）
Ｌｉ
３
ＺｒＰＯ
４
Ｃｌ
４
・・・（６）
【請求項６】
固体電解質層を介して正極と負極とが対向し、
前記固体電解質層、前記正極、前記負極の少なくともいずれかに請求項１～５のいずれか一項に記載の固体電解質を含む、全固体電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電解質及び全固体電池に関する。
続きを表示（約 1,100 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、安全性の向上や高出力化の観点から全固体電池が注目されている。全固体電池の特徴の１つとして、電解質に固体を用いることがある。ここで固体電解質に求められる特性として、イオン伝導性、酸化還元耐性、成型性などが上げられる。従来の有機系電解液と比較してイオン伝導性の向上させることが課題の１つとしてある。一般的に多くの固体電解質は有機系電解液と比較して伝導度が低い。
【０００３】
特許文献１には、下記の組成式（i）により表される固体電解質（ここで、０＜ｚ＜２を満たし、Ｘは、ＣｌまたはＢｒである）が開示されている。
Ｌｉ
６－３ｚ
Ｙ
ｚ
Ｘ
６
・・・式（i）
【０００４】
特許文献２には、下記式（ii）で表される化合物からなる、固体電解質（ここで、Ａは、Ｌｉ、Ｃｓ及びＣａからなる群から選択される少なくとも１種の元素であり、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉからなる群から選択される少なくとも１種の元素である。）が開示されている。
ＡａＥｂＧｃＸｄ・・・（ii）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開第２０１８／０２５５８２号
国際公開第２０２１／２６１５５８号
【非特許文献】
【０００６】
Wu et al., InfoMat. 2021; 3(8):827-853
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１によると、固体電解質の中での高いイオン伝導性や高い化学的、電気化学的安定性からハライド系固体電解質は注目されているが、熱安定性の改善が必要である。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、高いイオン伝導度と高い熱安定性を両立する固体電解質及び全固体電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
【００１０】
本発明の態様１は、Ｌｉと、第３族から第１５族元素から選ばれる１種以上の元素と、ハロゲンを含む化合物であって、前記ハロゲンはＣｌを含み、前記化合物の飛行時間型二次イオン質量分析による負イオン分析でＬｉＣｌ
２
のピークが検出され、全イオンのピーク強度Ｒｂに対する、前記ＬｉＣｌ
２
のピーク強度Ｒａとのピーク強度比Ｒ１（Ｒａ／Ｒｂ）が０．０４１＞Ｒ１＞０．０１１を満たす、固体電解質である。
（【００１１】以降は省略されています）

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