特許ウォッチ

公開番号2024172328
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-12
出願番号2023089976
出願日2023-05-31
発明の名称ガーネット型酸化物固体電解質
出願人DIC株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C01G 39/00 20060101AFI20241205BHJP(無機化学)
要約【課題】本発明によれば、ガーネット型酸化物Li₇La₃Zr₂O₁₂に対して、GaとMoとTaの3元素を何れも添加することで、リチウムイオン伝導率と充放電特性に優れる固体電解質を提供する。
【解決手段】ガーネット型酸化物固体電解質は、一般式Li₇La₃Zr₂O₁₂で表されるガーネット型酸化物に対して、GaとMoとTaの3元素を何れも添加するガーネット型酸化物を含む。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
一般式Ｌｉ
７
Ｌａ
３
Ｚｒ
２
Ｏ
１２
で表されるガーネット型酸化物に対して、ＧａとＭｏとＴａの３元素を何れも添加するガーネット型酸化物を含む、酸化物固体電解質。
続きを表示（約 540 文字）【請求項２】
一般式Ｌｉ
７
Ｌａ
３
Ｚｒ
２
Ｏ
１２
で表されるガーネット型酸化物のＬｉサイトの一部をＧａで置換し、さらにＺｒサイトの一部をＭｏとＴａで置換した下記一般式（１）で表されるガーネット型酸化物を含む、請求項１に記載の酸化物固体電解質。
Ｌｉ
（７－３ｘ－２ｙ－ｚ）
Ｇａ
ｘ
Ｌａ
３
Ｚｒ
（２－ｙ－ｚ）
Ｍｏ
ｙ
Ｔａ
ｚ
Ｏ
１２
（１）
（式（１）において、０＜ｘ＜２．３３、０＜ｙ＜２、０＜ｚ＜２、かつ、３ｘ＋２ｙ＋ｚ＜７、ｙ＋ｚ＜２である。）
【請求項３】
前記一般式（１）において、ｘが０＜ｘ≦０．１５を満たす、請求項２に記載の酸化物固体電解質。
【請求項４】
前記一般式（１）において、ｙが０＜ｙ≦０．１０を満たす、請求項２又は３に記載の酸化物固体電解質。
【請求項５】
前記一般式（１）において、ｙが０＜ｙ≦０．１０を満たし、かつ、０＜ｙ＋ｚ≦０．６を満たす、請求項２又は３に記載の酸化物固体電解質。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガーネット型酸化物固体電解質に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は、高いエネルギー密度を有しながら、高い電位で作動させられるため、携帯電話やノートパソコンなどの小型情報機器や電気自動車などに用いられている。安全性を考慮して、可燃性の電解液を使用しない全固体リチウムイオン二次電池の研究開発が行われている。全固体リチウムイオン二次電池に用いられる固体電解質には、高いリチウムイオン伝導率が要求される。高いリチウムイオン伝導率を有する酸化物として立方晶ガーネット型の結晶構造を有するＬｉ
７
Ｌａ
３
Ｚｒ
２
Ｏ
１２
が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
より高いリチウムイオン伝導率を実現するため、ガーネット型の結晶構造を有するＬｉ
７
Ｌａ
３
Ｚｒ
２
Ｏ
１２
に対して、Ｌａサイトにアルカリ土類元素を、ＺｒサイトにＮｂを置換（添加）したガーネット型酸化物を合成する研究が行われている（例えば、非特許文献１）。また、ガーネット型の結晶構造を有するＬｉ
７
Ｌａ
３
Ｚｒ
２
Ｏ
１２
に対して、ＺｒサイトをＭｏ及びＣｒに置換（添加）したガーネット型酸化物Ｌｉ
６．４
Ｌａ
３
Ｚｒ
１．７
Ｍ
０．３
Ｏ
１２
（Ｍ＝Ｍｏ及びＣｒ）を固相反応法で合成する研究が行われている（例えば、非特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開第２０１６／０１７７６９号
【非特許文献】
【０００５】
太田ら、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｌｕｘＧｒｏｗｔｈＶｏｌ．１１，Ｎｏ．１，２０１６，ｐａｇｅｓ１０－１４。
Ｇａｏｅｔ．ａｌ．，ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＩｏｎｉｃｓＶｏｌ．２９１，２０１６，ｐａｇｅｓ１－７。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１、２では、上記のとおり、リチウムイオン伝導率を向上させることを目的としてガーネット型酸化物Ｌｉ
７
Ｌａ
３
Ｚｒ
２
Ｏ
１２
に対する元素置換（添加）が開示されている。
【０００７】
全固体リチウムイオン二次電池を実現するためには、固体電解質のリチウムイオン伝導率向上に加え、固体電解質を用いた全固体リチウムイオン二次電池セルの充放電特性の改善が非常に重要となる。充放電特性の優劣を判断する指標としては、例えば、短時間で高速に充放電した場合（高Ｃレートで充放電した場合）の、充電容量に対する放電容量の低下量を挙げることができる。この評価指標では、高Ｃレートで充放電した時に、充電容量に対する放電容量の低下量が小さいほど、充放電特性に優れるということができる。しかしながら、非特許文献１、２では充放電特性に関する評価・検討がなされていない。このことより、ガーネット型酸化物Ｌｉ
７
Ｌａ
３
Ｚｒ
２
Ｏ
１２
に対する既知の元素置換（添加）では充放電特性の観点で更なる改善の余地があると考えられる。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ガーネット型酸化物Ｌｉ
７
Ｌａ
３
Ｚｒ
２
Ｏ
１２
に対して、ＧａとＭｏとＴａの３元素を何れも添加することで、リチウムイオン伝導率と充放電特性に優れる固体電解質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】
【０００９】
本開示の内容は、以下の実施態様［１］～［５］を含む。
［１］一般式Ｌｉ
７
Ｌａ
３
Ｚｒ
２
Ｏ
１２
で表されるガーネット型酸化物に対して、ＧａとＭｏとＴａの３元素を何れも添加するガーネット型酸化物を含む、酸化物固体電解質。
［２］一般式Ｌｉ
７
Ｌａ
３
Ｚｒ
２
Ｏ
１２
で表されるガーネット型酸化物のＬｉサイトの一部をＧａで置換し、さらにＺｒサイトの一部をＭｏとＴａで置換した下記一般式（１）で表されるガーネット型酸化物を含む、［１］に記載の酸化物固体電解質。
Ｌｉ
（７－３ｘ－２ｙ－ｚ）
Ｇａ
ｘ
Ｌａ
３
Ｚｒ
（２－ｙ－ｚ）
Ｍｏ
ｙ
Ｔａ
ｚ
Ｏ
１２
（１）
（式（１）において、０＜ｘ＜２．３３、０＜ｙ＜２、０＜ｚ＜２、かつ、３ｘ＋２ｙ＋ｚ＜７、ｙ＋ｚ＜２である。）
［３］前記一般式（１）において、ｘが０＜ｘ≦０．１５を満たす、［２］に記載の酸化物固体電解質。
［４］前記一般式（１）において、ｙが０＜ｙ≦０．１０を満たす、［２］または［３］に記載の酸化物固体電解質。
［５］前記一般式（１）において、ｙが０＜ｙ≦０．１０を満たし、かつ、０＜ｙ＋ｚ≦０．６を満たす、［２］～［４］の何れかに記載の酸化物固体電解質。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ガーネット型酸化物Ｌｉ
７
Ｌａ
３
Ｚｒ
２
Ｏ
１２
に対して、ＧａとＭｏとＴａの３元素を何れも添加することで、リチウムイオン伝導率と充放電特性に優れる固体電解質を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許