α‑锂固体电解质制造技术

本发明专利技术是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供兼具优异的电化学稳定性和高的锂离子导电率的Li‑P‑S系的硫化物固体电解质材料、其制造方法以及包含该硫化物固体电解质材料的锂电池。硫化物固体电解质材料，其特征在于，含有Li元素、P元素和S元素，在使用了X射线波长1.5418埃的Cu‑Kα射线的粉末X射线衍射测定中在2θ＝17.90±0.20、29.0±0.50、29.75±0.25°的位置具有峰，在将所述2θ＝17.90±0.20的峰的衍射强度设为IA、将2θ＝18.50±0.20的峰的衍射强度设为IB时，IB/IA的值小于0.50。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】α-锂固体电解质
本专利技术涉及电化学稳定性和离子传导性良好的锂固体电解质、包含该固体电解质的锂电池以及该固体电解质的制造方法。
技术介绍
随着近年来的计算机、摄像机和便携电话等的信息关联设备和通信设备等的快速普及，作为其电源而被利用的电池的开发受到重视。另外，在汽车产业界等中，电动汽车用或混合动力汽车用的高输出且高容量的电池的开发也正在推进。当前，在各种电池中，从能量密度高这样的观点考虑，锂电池正受到关注。当前市售的锂电池使用包含易燃性有机溶剂的电解液，因此需要安装抑制短路时温度上升的安全装置和用于防止短路的结构·材料方面的改善。与此相对，将电解液变为固体电解质层而使电池全固体化的锂电池由于在电池内不使用易燃性的有机溶剂，因此认为实现了安全装置的简化，制造成本和生产率优异。但是，全固体化的锂电池的现状是，与液体类电池相比，能量密度低。作为用于全固体锂电池的固体电解质材料，已知有硫化物固体电解质材料。例如，报道了Li-P-S系的硫化物系固体电解质(例如，参照非专利文献1～5)。但是，已报道的结晶性硫化物的离子导电率为10-7～10-4Scm-2左右，不能充分实现全固体化锂电池的高能量密度化。非专利文献6报道了显示12×10-3Scm-1这样高得匹敌电解液的离子导电率的Li10GeP2S12(以下有时称作“LGPS系硫化物固体电解质”“LGPS”等)。但是，迄今为止所提出的Li10GeP2S12(LGPS)等Li-Ge-P-S系硫化物固体电解质在锂基准(vsLi/Li+。以下相同。)计0.25V附近的电位发生还原分解，因此为了用于锂电池，需要进一步提高电化学稳定性。现有技术文献非专利文献非专利文献1:K.Homma,M.Yonemura,T.Kobayashi,M.Nagao,M.Hirayama,R.Kanno,SolidStateIonics,182,53-58(2011)非专利文献2:H.Yamane,M.Shibata,Y.Shimane,T.Junke,Y.Seino,S.Adams,K.Minami,A.Hayashi,M.Tatsumisago,SolidStateIonics,178,1163-1167(2007)非专利文献3:R.Mercier,J.P.Malugani,B.Fahys,J.Douglande,G.Robert,J.SolidStateChem.,43,151-162(1982)非专利文献4:S.T.Kong,O.Gun,B.Koch,H.J.Deiseroth,H.Eckert,C.Reiner,Chemistry-AEuropeanJournal,16,5138-5147(2010)非专利文献5:K.Homma,M.Yonemura,M.Nagao,M.Hirayama,R.Kanno,J.Phys.Soc.Jpn.,79,90-93(2010)非专利文献6:N.Kamaya,K.Homma,Y.Yamakawa,M.Hirayama,R.Kanno,M.Yonemura,T.Kamiyama,Y.Kato,S.Hama,K.Kawamoto,A.Mitsui,Nat.Mater.,10,682-686(2011)
技术实现思路
专利技术所要解决的课题本专利技术是鉴于上述问题而完成的，目的在于，提供兼具优异的电化学稳定性和高的锂离子导电率的Li-P-S系的硫化物固体电解质材料及其制造方法。进而，本专利技术的目的还在于，提供包含上述的硫化物固体电解质材料的锂电池。用于解决课题的手段为了解决上述课题，通过本专利技术提供以下手段。[1]硫化物固体电解质材料，其特征在于，含有Li元素、P元素和S元素，在使用了X射线波长1.5418埃的Cu-Kα射线的粉末X射线衍射测定中在2θ＝17.90±0.20、29.0±0.50、29.75±0.25°的位置具有峰，在将所述2θ＝17.90±0.20的峰的衍射强度设为IA、将2θ＝18.50±0.20的峰的衍射强度设为IB时，IB/IA的值小于0.50。[2]项目[1]中记载的硫化物固体电解质材料，其特征在于，包含Li3+x+5yP1-yS4(0＜x≤0.6，0＜y＜0.2)的组成。[3]项目[1]中记载的硫化物固体电解质材料，其特征在于，包含Li3+5yP1-yS4(0＜y＜0.2)的组成。[4]项目[1]中记载的硫化物固体电解质材料，其特征在于，包含Li3+xPS4(0＜x≤0.6)的组成。[5]项目[1]中记载的硫化物固体电解质材料，其特征在于，包含Li3+xPS4(0.1≤x≤0.2)的组成。[6]项目[1]～[5]的任一项中记载的硫化物固体电解质材料，其特征在于，具有如下的晶体结构，该晶体结构包含多个PS4四面体，各PS4四面体以PS4四面体顶点的方向相互不同的方式排列，并且各PS4四面体不共有棱，并且衍射测定中确定的晶格常数中最大轴长与最小轴长之比为1.1以下。[7]电池，其是具有含有正极活性物质的正极活性物质层、含有负极活性物质的负极活性物质层以及形成于所述正极活性物质层与所述负极活性物质层之间的电解质层的电池，其特征在于，所述正极活性物质层、所述负极活性物质层和所述电解质层的至少一者含有项目[1]～[6]的任一项中记载的硫化物固体电解质材料。[8]硫化物固体电解质材料的制造方法，其是项目[1]～[6]的任一项中记载的硫化物固体电解质的制造方法，其特征在于，具有：将含有所述硫化物固体电解质的构成成分的原料组合物微细化的工序，合成将所述微细化的原料组合物通过机械混合法非晶化的离子导电性材料的离子传导性材料合成工序，和通过对所述非晶化的离子传导性材料进行加热，得到所述硫化物固体电解质材料的加热工序。专利技术效果根据本专利技术，提供兼具优异的电化学稳定性和高的锂离子导电率的Li-P-S系的硫化物固体电解质材料及其制造方法。另外，还提供包含该硫化物固体电解质材料的电池。附图说明图1是本专利技术的硫化物系固体电解质和已知的Li-P-S系的电解质的X射线衍射图形。图2是示出本专利技术的硫化物系固体电解质的组成范围的例子的Li2S-P2S4-P2S5系的三元组成图。图3是示出本专利技术的硫化物系固体电解质材料的晶体结构(三维结构)的例子的说明图。图4是示出本专利技术的硫化物系固体电解质材料的晶体结构的晶格常数的例子的说明图。图5是示出本专利技术的锂电池的例子的截面的略图。图6是本专利技术例和比较例的硫化物系固体电解质的X射线衍射图形。图7是参照例和比较例的硫化物系固体电解质的X射线衍射图形。图8是本专利技术例和参照例的硫化物系固体电解质的循环伏安图的测定结果。图9是本专利技术例和参照例的硫化物系固体电解质的恒电流充放电结果。具体实施方式以下，对本专利技术的硫化物固体电解质材料及其制造方法以及包含该电解质材料而成的电池进行详细说明，但本专利技术不受下述的实施方式限定。首先，对本专利技术的硫化物固体电解质材料进行说明。本专利技术的硫化物固体电解质材料的特征在于，含有Li元素、P元素和S元素，在使用了X射线波长1.5418埃的Cu-Kα射线的粉末X射线衍射测定中在2θ＝17.90±0.20、29.0±0.50、29.75±0.25°的位置具有峰，在将所述2θ＝17.90±0.20的峰的衍射强度设为IA、将2本文档来自技高网...

【技术保护点】
硫化物固体电解质材料，其特征在于，含有Li元素、P元素和S元素，在使用了X射线波长1.5418埃的Cu‑Kα射线的粉末X射线衍射测定中在2θ＝17.90±0.20、29.0±0.50、29.75±0.25°的位置具有峰，在将所述2θ＝17.90±0.20的峰的衍射强度设为IA、将2θ＝18.50±0.20的峰的衍射强度设为IB时，IB/IA的值小于0.50。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.31 JP 2015-1526341.硫化物固体电解质材料，其特征在于，含有Li元素、P元素和S元素，在使用了X射线波长1.5418埃的Cu-Kα射线的粉末X射线衍射测定中在2θ＝17.90±0.20、29.0±0.50、29.75±0.25°的位置具有峰，在将所述2θ＝17.90±0.20的峰的衍射强度设为IA、将2θ＝18.50±0.20的峰的衍射强度设为IB时，IB/IA的值小于0.50。2.权利要求1所述的硫化物固体电解质材料，其特征在于，包含Li3+x+5yP1-yS4的组成，其中0＜x≤0.6，0＜y＜0.2。3.权利要求1所述的硫化物固体电解质材料，其特征在于，包含Li3+5yP1-yS4的组成，其中0＜y＜0.2。4.权利要求1所述的硫化物固体电解质材料，其特征在于，包含Li3+xPS4的组成，其中0＜x≤0.6。5.权利要求1所述的硫化物固体电解质材料，其特征在于，包含Li3+xPS4的组成，其中0.1≤x≤0...

【专利技术属性】
技术研发人员：菅野了次，堀智，
申请(专利权)人：国立大学法人东京工业大学，丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP