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公開番号2025132791
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-10
出願番号2024030583
出願日2024-02-29
発明の名称硫化物
出願人公立大学法人大阪
代理人個人,個人,個人
主分類C01G 9/00 20060101AFI20250903BHJP(無機化学)
要約【課題】InやGaのような高価な元素を含有せずとも、高いイオン伝導性を有し、固体電解質として有用な材料の提供。
【解決手段】式:
Na_3-xZn_1-xAl_1+xS₄
[式中、xは0以上0.5以下である。]
で表される硫化物。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
式：
Ｎａ
３－ｘ
Ｚｎ
１－ｘ
Ａｌ
１＋ｘ
Ｓ
４
［式中、ｘは０以上０．５以下である。］
で表される硫化物。
続きを表示（約 420 文字）【請求項２】
ｘが０．２５以下である、請求項１に記載の硫化物。
【請求項３】
ｘが０．０１以上である、請求項１又は２に記載の硫化物。
【請求項４】
ナトリウムイオン電池用の固体電解質である、請求項１又は２に記載の硫化物。
【請求項５】
全固体ナトリウムイオン電池用の固体電解質である、請求項１又は２に記載の硫化物。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の前記硫化物を含む電池部材。
【請求項７】
前記電池部材が負極である、請求項６に記載の電池部材。
【請求項８】
前記電池部材が正極である、請求項６に記載の電池部材。
【請求項９】
前記電池部材が電解質層である、請求項６に記載の電池部材。
【請求項１０】
前記電池部材が固体電解質層である、請求項６に記載の電池部材。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、硫化物、特に固体電解質として有用な硫化物に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年の研究で、Na
3
ZnMS
4
(M = In, Ga)結晶が高いイオン伝導性を有する構造であることが示唆された（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
S. Han, J. Y. Seo, W. B. Park, A. B. Ikhe, S. Y. Choi, S. C. Han, K. S. Sohn and M. Pyo, J. Mater. Chem. A, 10 (2022) 25039-25046.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１におけるInやGaを使用する材料は高価であり工業的に不利である。本開示は、InやGaのような高価な元素を含有せずとも、高いイオン伝導性を有し、固体電解質として有用な材料を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は以下の態様を含む：
［項１］
式：
Ｎａ
３－ｘ
Ｚｎ
１－ｘ
Ａｌ
１＋ｘ
Ｓ
４
［式中、ｘは０以上０．５以下である。］
で表される硫化物。
［項２］
ｘが０．２５以下である、項１に記載の硫化物。
［項３］
ｘが０．０１以上である、項１又は２に記載の硫化物。
［項４］
ナトリウムイオン電池用の固体電解質である、項１～３のいずれか一項に記載の硫化物。
［項５］
全固体ナトリウムイオン電池用の固体電解質である、項１～４のいずれか一項に記載の硫化物。
［項６］
項１～５のいずれか一項に記載の前記硫化物を含む電池部材。
［項７］
前記電池部材が負極である、項６に記載の電池部材。
［項８］
前記電池部材が正極である、項６に記載の電池部材。
［項９］
前記電池部材が電解質層である、項６に記載の電池部材。
［項１０］
前記電池部材が固体電解質層である、項６に記載の電池部材。
［項１１］
項６に記載の前記電池部材を備える、電池。
［項１２］
式：
Ｎａ
３－ｘ
Ｚｎ
１－ｘ
Ａｌ
１＋ｘ
Ｓ
４
［式中、ｘは０以上０．５以下である。］
で表される硫化物の製造方法であって、
Ｎａ
２
Ｓ
ｎ
（ｎは１以上１０以下）、Ｓ、Ｚｎ、及びＡｌを混合して混合物を得る原料混合工程、
前記混合物を加熱して熱処理物を得る加熱工程、及び
前記熱処理物を冷却する冷却工程
を含む、製造方法。
［項１３］
前記加熱工程が常圧で行われる、項１２に記載の製造方法。
［項１４］
前記加熱工程が５００℃以上１０００℃以下で行われる、項１２又は１３に記載の製造方法。
【発明の効果】
【０００６】
本開示における硫化物は良好なナトリウムイオン伝導性を有し、ナトリウムイオン電池の固体電解質として有用である。また、本開示における硫化物は汎用元素のみで構成されるため安価であり工業的に有利である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
＜硫化物＞
〔硫化物の特性等〕
本開示における硫化物は良好なイオン伝導性を有し、固体電解質として有用である。また、本開示における硫化物は汎用元素のみで構成されるため安価であり工業的に有利である。さらに、本開示における硫化物は、耐湿性（水分安定性）にも優れ得る。
【０００８】
〔硫化物の組成等〕
本開示における硫化物は、式：
Ｎａ
３－ｘ
Ｚｎ
１－ｘ
Ａｌ
１＋ｘ
Ｓ
４
［式中、ｘは０以上０．５以下である。］
で表されてよい。
【０００９】
ｘは硫化物におけるナトリウム欠陥の導入の程度を意味し、固溶体の形成の程度と関連し得る。ｘは０以上、０超、０．０１以上、０．０３以上、以上、０．０５以上、０．０７以上、０．１０以上、０．１５以上、０．２０以上、０．２５以上、又は０．３０以上であってよく、例えば０．０１以上であり、また、０．５０以下、０．４５以下、０．４０以下、０．３５以下、０．３０以下、０．２５以下、０．２０以下、０．１５以下、０．１０以下、又は０．０５以下であってよく、例えば０．２５以下であり、一態様において、０以上０．５以下、０以上０．２５以下、又は０．０３以上０．０２５以下であってよい。ｘを０超とする（ナトリウム欠陥を導入する）ことがイオン伝導度を特に向上する観点から好適である。
【００１０】
本開示における硫化物は、結晶質、ガラス、又はガラスセラミックス（結晶化ガラス）であってもよい。ガラスセラミックスとは、結晶質と非晶質が混在した状態、特にガラス相と該ガラス相中に分散した(析出)結晶相を有する状態のものをいう。硫化物における結晶質の割合は、１０重量％以上、３０重量％以上、５０重量％以上、又は７０重量％以上であってよく、また、９０重量％以下、７０重量％以下、５０重量％以下、又は３０重量％以下であってよく、一態様において１０重量％以上９０重量％以下である。結晶質部の割合は透過型電子顕微鏡観察やリートベルト法による結晶構造解析等により測定可能であり、製造工程における加熱温度や冷却状態を変更することで調整し得る。
（【００１１】以降は省略されています）

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