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公開番号2024174291
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-17
出願番号2023092040
出願日2023-06-05
発明の名称固体電解質、固体電池及び固体電池の製造方法
出願人FDK株式会社
代理人弁理士法人扶桑国際特許事務所
主分類H01B 1/06 20060101AFI20241210BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】コストを抑えた固体電解質を実現する。
【解決手段】固体電解質は、Li、Al、Sn、Ge及びPを含み、ポリリン酸骨格を有し、Liイオン伝導性を有し、Ge組成がSn組成よりも小さい。この固体電解質では、Ge含有量が削減され、低コスト化が実現される。このような固体電解質が用いられ、正極層11及び負極層12とそれらの間に設けられる電解質層13とを含む固体電池1が製造される。固体電解質は、組成式Li_1+xAl_xSn_yGe_2-x-y(PO₄)₃で表され、例えば、Sn組成y及びGe組成z=2-x-yが0.13≦z/(y+z)≦0.33、Al組成xが0.2≦x≦0.5の範囲とされる。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
Ｌｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｇｅ及びＰを含み、ポリリン酸骨格を有し、Ｌｉイオン伝導性を有する固体電解質であって、Ｇｅ組成がＳｎ組成よりも小さい、固体電解質。
続きを表示（約 730 文字）【請求項２】
組成式Ｌｉ
１＋ｘ
Ａｌ
ｘ
Ｓｎ
ｙ
Ｇｅ
２－ｘ－ｙ
（ＰＯ
４
）
３
で表され、Ｓｎ組成ｙ及びＧｅ組成２－ｘ－ｙ＝ｚが、０．１３≦ｚ／（ｙ＋ｚ）≦０．３３の関係を満たす、請求項１に記載の固体電解質。
【請求項３】
組成式Ｌｉ
１＋ｘ
Ａｌ
ｘ
Ｓｎ
ｙ
Ｇｅ
２－ｘ－ｙ
（ＰＯ
４
）
３
で表され、Ｓｎ組成ｙ及びＧｅ組成２－ｘ－ｙ＝ｚが、ｚ／（ｙ＋ｚ）＝０．２の関係を満たす、請求項１に記載の固体電解質。
【請求項４】
組成式Ｌｉ
１＋ｘ
Ａｌ
ｘ
Ｓｎ
ｙ
Ｇｅ
２－ｘ－ｙ
（ＰＯ
４
）
３
で表され、Ａｌ組成ｘが、０．２≦ｘ≦０．５の範囲である、請求項１、又は２、又は３に記載の固体電解質。
【請求項５】
請求項１、又は２、又は３、又は４に記載の固体電解質を含む、固体電池。
【請求項６】
前記固体電解質と、正極活物質であるＬｉ
２
ＣｏＰ
２
Ｏ
７
又はＬｉＣｏＰＯ
４
とを含む、請求項５に記載の固体電池。
【請求項７】
請求項１に記載の固体電解質を含む固体電池の製造方法であって、前記固体電解質を５００℃以上６５０℃以下の温度で焼成する工程を含む、固体電池の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電解質、固体電池及び固体電池の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
電解質として固体電解質を用いる固体電池が知られている。例えば、固体電解質として、Ｌｉ、Ａｌ、Ｇｅ及びＰを含み、組成式Ｌｉ
１＋ｘ
Ａｌ
ｘ
Ｇｅ
２－ｘ
（ＰＯ
４
）
３
で表されるＬＡＧＰ系材料等の固体電解質を用いる技術が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１５－６９８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
固体電池の固体電解質として、希少で高価な元素であるＧｅを比較的多量に含むものを用いると、固体電解質のコストの増大を招き、更には固体電解質を用いる固体電池のコストの増大を招く。
【０００５】
１つの側面では、本発明は、コストを抑えた固体電解質を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様では、Ｌｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｇｅ及びＰを含み、ポリリン酸骨格を有し、Ｌｉイオン伝導性を有する固体電解質であって、Ｇｅ組成がＳｎ組成よりも小さい、固体電解質が提供される。
【０００７】
また、別の態様では、上記のような固体電解質を含む固体電池及び固体電池の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
１つの側面では、コストを抑えた固体電解質を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
Ｌｉ
１＋ｘ
Ａｌ
ｘ
Ｓｎ
ｙ
Ｇｅ
２－ｘ－ｙ
（ＰＯ
４
）
３
のＸ線回折測定結果を示す図である。
Ｌｉ
２
ＣｏＰ
２
Ｏ
７
とＬｉ
１＋ｘ
Ａｌ
ｘ
Ｓｎ
ｙ
Ｇｅ
２－ｘ－ｙ
（ＰＯ
４
）
３
との混合粉末の焼成後のＸ線回折測定結果を示す図である。
Ｌｉ
１＋ｘ
Ａｌ
ｘ
Ｓｎ
ｙ
Ｇｅ
２－ｘ－ｙ
（ＰＯ
４
）
３
のイオン伝導率と組成との関係を示す図である。
Ｌｉ
１＋ｘ
Ａｌ
ｘ
Ｓｎ
ｙ
Ｇｅ
２－ｘ－ｙ
（ＰＯ
４
）
３
のＡｌ組成ｘ、イオン伝導率及び密度の関係を示す図である。
Ｌｉ
１＋ｘ
Ａｌ
ｘ
Ｓｎ
ｙ
Ｇｅ
２－ｘ－ｙ
（ＰＯ
４
）
３
の組成探索手順を示す図である。
固体電池の製造方法の一例について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
多くの電子機器でＬｉイオン二次電池が使用されているが、この電池の欠点の１つとして、電解液が燃え易く、引火や燃焼の危険があることが挙げられる。そのため、高温での使用は避ける、高い電圧を長時間かけ続けないようにする等、安全性を考慮した使用が求められてきた。電池の中の電解液をＬｉイオン伝導性の固体電解質に変更したものが固体電池である。固体電解質を用いることで、発火だけでなく、蒸発、分解、液漏れ等を防ぐことができる。また、固体電解質を用いることで、電解液の場合には使えなかった高性能な電極材料を用いることが可能となり、高容量化、高エネルギー密度化、長寿命化、低コスト化等が期待される。
（【００１１】以降は省略されています）

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