固体电解质材料和氟化物离子电池制造技术

本发明专利技术涉及固体电解质材料和氟化物离子电池。本公开的主要目的在于提供一种氟化物离子传导性高的固体电解质材料。在本公开中，通过提供一种固体电解质材料来解决上述课题，该固体电解质材料是用于氟化物离子电池的固体电解质材料，其具有BixM1‑xF2+x(0.4≤x≤0.9，M为选自Sn、Ca、Sr、Ba和Pb的至少一种)的组成，具有氟铈镧矿型结构的结晶相。

【技术实现步骤摘要】
固体电解质材料和氟化物离子电池
本公开涉及氟化物离子传导性高的固体电解质材料。
技术介绍
作为高电压且高能量密度的电池，已知有例如Li离子电池。Li离子电池是利用了Li离子与正极活性物质的反应以及Li离子与负极活性物质的反应的阳离子基的电池。另一方面，作为阴离子基的电池，已知有利用了氟化物离子的反应的氟化物离子电池。用于氟化物离子电池的固体电解质材料是已知的。例如，在非专利文献1中，公开了具有氟铈镧矿型结构的La1-yBayF3-y(0≤y≤0.15)具有氟化物离子传导性。现有技术文献非专利文献非专利文献1：CarineRongeatetal.,“SolidElectrolytesforFluorideIonBatteries:IonicConductivityinPolycrystallineTysonite-TypeFluorides”,ACSAppl.Mater.Interfaces2014,6,2103-2110
技术实现思路
专利技术所要解决的课题从氟化物离子电池的性能提高的观点考虑，需要氟化物离子传导性高的固体电解质材料。本公开是鉴于上述实际情况而完成的，主要目的在于，提供一种氟化物离子传导性高的固体电解质材料。用于解决课题的手段为了达成上述课题，在本公开中，提供一种固体电解质材料，其是用于氟化物离子电池的固体电解质材料，其具有BixM1-xF2+x(0.4≤x≤0.9，M为选自Sn、Ca、Sr、Ba和Pb的至少一种)的组成，具有氟铈镧矿型结构的结晶相。根据本公开，由于具有特定的组成和结晶相，因此可制得氟化物离子传导性高的固体电解质材料。在上述公开中，优选所述x满足0.6≤x≤0.9。这是因为可容易以单相得到氟铈镧矿型结构的结晶相，可进一步提高氟化物离子传导性。另外，在本公开中，提供一种氟化物离子电池，其是具有正极层、负极层以及形成于所述正极层和所述负极层之间的固体电解质层的氟化物离子电池，其中，所述正极层、所述负极层和所述固体电解质层的至少一者含有上述的固体电解质材料。根据本公开，由于正极层、负极层和固体电解质层的至少一者含有上述的固体电解质材料，因此可制得例如高输出的氟化物离子电池。专利技术效果本公开的固体电解质材料取得氟化物离子传导性高这样的效果。附图说明图1是示出本公开的氟化物离子电池的一例的概要截面图。图2是对于实施例1、2、4～6和比较例1、2中得到的固体电解质材料的XRD测定的结果。图3是对于实施例1～6和比较例1、2中得到的固体电解质材料的氟化物离子传导率测定的结果，示出室温下的氟化物离子传导率。图4是对于实施例1～6和比较例1、2中得到的固体电解质材料的氟化物离子传导率测定的结果，示出氟化物离子传导率的温度依赖性。图5是说明晶体结构的对称性的示意图。图6是对于实施例1、7～10和比较例3中得到的固体电解质材料的XRD测定的结果。图7是对于实施例1、7～10和比较例3中得到的固体电解质材料的氟化物离子传导率测定的结果，示出室温下的氟化物离子传导率。图8是对于实施例1、7～10和比较例3中得到的固体电解质材料的氟化物离子传导率测定的结果，示出氟化物离子传导率的温度依赖性。附图标记说明1正极层2负极层3固体电解质层4正极集电体5负极集电体6电池壳体10氟化物离子电池具体实施方式以下，对本公开的固体电解质材料和氟化物离子电池进行详细说明。A.固体电解质材料本公开的固体电解质材料是用于氟化物离子电池的固体电解质材料，其具有BixM1-xF2+x(0.4≤x≤0.9，M为选自Sn、Ca、Sr、Ba和Pb的至少一种)的组成，具有氟铈镧矿型结构的结晶相。根据本公开，由于具有特定的组成和结晶相，因此可制得氟化物离子传导性高的固体电解质材料。另外，本公开的固体电解质材料是以往未知的新型材料。另外，如后述的实施例所示的那样，本公开的固体电解质材料即使在压粉成型体的状态下仍在室温下具有10-6S/cm以上的高氟化物离子传导率。该值是比非专利文献1中记载的La1-yBayF3-y的氟化物离子传导率高约1个数量级(约10倍)的值。可得到如此高的氟化物离子传导率的原因推测是由于，如后述那样，上述结晶相具有对称性高的晶体结构。另外，PbSnF4具有高的氟化物离子传导性。但是，该固体电解质材料含有Pb元素，因此有可能对环境的负荷大。与此相对，本公开的固体电解质材料例如在选择了Pb以外的元素作为M的情况下，对环境的负荷小。即，本公开的固体电解质材料例如在选择了Pb以外的元素作为M的情况下具有对环境的负荷小、另外氟化物离子传导性高这样的优点。本公开的固体电解质材料通常是含有Bi元素、M元素(M为选自Sn、Ca、Sr、Ba和Pb的至少一种)和F元素的氟化物固溶体。进而，本公开的固体电解质材料具有BixM1-xF2+x(0.4≤x≤0.9)的组成。在此，“具有BixM1-xF2+x(0.4≤x≤0.9)的组成”表示固体电解质材料以BixM1-xF2+x(0.4≤x≤0.9)的组成仅具有Bi元素、M元素和F元素的情形以及固体电解质材料进一步含有其它元素的情形这两者。在后者的情况下，Bi元素、M元素和F元素的合计相对于构成固体电解质材料的全部元素的比例优选为90mol％以上，更优选为95mol％以上。予以说明，其它元素只要是Bi元素、M元素和F元素以外的元素就不特别限定。另外，本公开的固体电解质材料可以含有Pb元素，也可以不含有Pb元素，但优选后者。这是由于能制得对环境的负荷小的固体电解质材料。予以说明，即使在本公开的固体电解质材料含有Pb元素的情况下，只要其比例小，仍能降低对环境的负荷。另外，在BixM1-xF2+x的组成中，x为0.4以上，可以为0.55以上，也可以为0.6以上。如果x的值过小，则氟铈镧矿型结构的结晶相的比例容易变少。另一方面，x为0.9以下，可以为0.8以下。特别地，M优选包含Sn。本公开的固体电解质材料具有氟铈镧矿型结构的结晶相。该结晶相是含有Bi元素、M元素和F元素的结晶相。另外，上述结晶相的空间群通常为P63/mmc。上述结晶相优选在使用了CuKα射线的X射线衍射(XRD)测定中具有2θ＝24.4°±0.5°、2θ＝24.9°±0.5°、2θ＝27.7°±0.5°、2θ＝35.1°±0.5°、2θ＝43.8°±0.5°、2θ＝45.1°±0.5°、2θ＝50.0°±0.5°、2θ＝50.7°±0.5°、2θ＝52.5°±0.5°。予以说明，晶格因材料组成等稍有变化，因此这些峰位置设为±0.5°的范围内。各峰的位置可以在±0.3°的范围内，也可以在±0.1°的范围内。予以说明，LaF3和CeF3等氟铈镧矿型结构的结晶相的空间群P-3c1在2θ＝14.2°附近(例如14.2°±0.5°)、40.4°附近(例如40.4°±0.5°)具有峰，但结晶群P63/mmc通常在这些位置不具有峰。本公开的固体电解质材料优选具有上述结晶相作为主相。固体电解质材料中的全部结晶相中的上述结晶相(氟铈镧矿型结构的结晶相)的比例例如为50mol％以上，可以为70mol％以上，也可以为90mol％以上。特别地，本公开的固体电解质材料优选以单相具有上述结晶相。这是由于可制得氟化物离子传导性高的固体电解质材料。本公开的固本文档来自技高网...

【技术保护点】
固体电解质材料，其是用于氟化物离子电池的固体电解质材料，其具有BixM1‑xF2+x的组成，具有氟铈镧矿型结构的结晶相，其中，0.4≤x≤0.9，M为选自Sn、Ca、Sr、Ba和Pb的至少一种。

【技术特征摘要】
2016.11.30 JP 2016-232059;2017.07.19 JP 2017-139801.固体电解质材料，其是用于氟化物离子电池的固体电解质材料，其具有BixM1-xF2+x的组成，具有氟铈镧矿型结构的结晶相，其中，0.4≤...

【专利技术属性】
技术研发人员：井手一人，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP