本发明专利技术公开了一种由通式Ｌｉ↓［ｘ］ＭＯ↓［ｙ］Ｎ↓［ｚ］表示的固体电解质，其中Ｍ是选自Ｓｉ、Ｂ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃ、Ｇａ和Ｓ中的至少一种元素，并且ｘ、ｙ和ｚ分别满足：ｘ＝０．６至５．０，ｙ＝１．０５０至３．９８５，ｚ＝０．０１至０．５０。所述固体电解质在湿气氛中几乎不劣化。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体电解质和使用该固体电解质的全固态电池
本专利技术涉及一种全固态电池，具体地说涉及一种在全固态薄膜锂二次电池中使用的固体电解质。
技术介绍
随着便携式设备，例如个人计算机和移动电话的发展，对作为这种器件电源的电池的需求日益增长。在这种应用的电池中，已经使用由例如有机溶剂的液体组成的电解质作为传输离子的介质。为此，可能发生例如电解质从电池中漏出的问题。为了解决上述问题，正在开发使用固体电解质代替液体电解质来生产全固态电池。特别是许多领域中正在全力研究全固态锂二次电池作为能够提供高能量密度的电池。这是因为Li具有低的原子重量、最大电离倾向和最低的还原电势，因此举例来说，在负极活性材料中使用Li金属产生了高的电动势。用于全固态锂二次电池的固体电解质的公知实例是卤化锂、氮化锂、锂含氧酸盐(lithium oxyacid salts)及其衍生物。例如，美国专利第5,597,660号在说明书中报道通过将氮(N)引入正磷酸锂(Li3PO4)中获得的锂磷氧氮化物(LixPOyNz，其中x、y和z满足：x＝2.8且3z+2y＝7.8)，所述锂磷氧氮化物尽管是氧化物基的材料，但却具有非常高的锂离子电导率(1×10-6至2×10-6S/cm)。但是当锂磷氧氮化物暴露到湿的气氛下时，形成锂磷氧氮化物的磷原子(P)与湿气氛中存在的水分子反应，磷原子从+5氧化态被还-->原成较低的氧化态。因而，锂磷氧氮化物分解，这会显著降低其离子电导率。当在使用由锂磷氧氮化物组成的固体电解质的全固态电池中发生离子电导率降低时，内阻增加。因此，将显著损害其充/放电速度的特性。从上述方面考虑，本专利技术的目的是提供一种即使在湿气氛中也能够防止离子电导率降低的固体电解质，以及使用所述固体电解质的全固态电池。
技术实现思路
本专利技术的固体电解质由下面的通式表示：LixMOyNz，其中M是选自Si、B、Ge、Al、C、Ga和S中的至少一种元素，并且x、y和z分别满足：x＝0.6至5.0，y＝1.050至3.985，z＝0.01至0.50。式中，进一步优选x＝0.6至1.0，y＝1.050至1.985，z＝0.01至0.50。式中，进一步优选x＝1.6至2.0，y＝2.050至2.985，z＝0.01至0.50。式中，进一步优选x＝1.6至2.0，y＝3.050至3.985，z＝0.01至0.50。式中，进一步优选x＝2.6至3.0，y＝2.050至2.985，z＝0.01至0.50。式中，进一步优选x＝3.6至4.0，y＝3.050至3.985，z＝0.01至0.50。式中，进一步优选x＝4.6至5.0，y＝3.050至3.985，z＝0.01至0.50。本专利技术还涉及一种全固态电池，其包含正极、负极和插在正极和负极之间的上述固体电解质。--> 附图说明图1是用来评价本专利技术实施例中固体电解质的试验电池的示意剖视图。图2是本专利技术实施例中全固态电池的示意剖视图。 具体实施方式本专利技术的固体电解质由Li(锂)、O(氧)、N(氮)和至少一种元素M组成，M选自Si(硅)、B(硼)、Ge(锗)、Al(铝)、C(碳)、Ga(镓)和S(硫)中。举例来说，固体电解质由包含元素M的锂含氧酸盐的氮化物组成。所述锂含氧酸盐的氮化物通过用氮部分取代锂含氧酸盐中的氧来获得。本专利技术的固体电解质由通式LixMOyNz表示：其中M是选自Si、B、Ge、Al、C、Ga和S中的至少一种元素，并且x、y和z分别满足：x＝0.6至5.0，y＝1.050至3.985，z＝0.01至0.50。注意x、y和z分别表示Li与元素M、O与元素M以及N与元素M的原子比。当将常用作固体电解质的锂磷氧氮化物保持在湿气氛中时，其将容易与水反应，这会显著降其离子电导率。这是因为锂磷氧氮化物中包含的一部分P(磷)与湿气氛中存在的水反应，并且从+5价被还原。另一方面，本专利技术的固体电解质包含能够在热动力学上与氧形成比锂磷氧氮化物中磷与氧之间键合状态更加稳定的键的元素M。这就稳定了固体电解质的结构，并且防止了固体电解质的离子电导率在湿气氛中降低。在上述通式中，当z是0.01至0.50时，将获得高的离子电导率，并且可以防止由于在湿气氛中储存而离子电导率降低。当z小于0.01时，几乎不能保持高的离子电导率。相反，当z高于0.50时，将会损害固体电解质的骨架结构，并且离子电导率可能降低。在全固态二-->次电池中使用这种离子电导率降低的固体电解质增加了固体电解质的电阻，这会显著损害充/放电特性。更优选，z是0.1至0.5。锂离子的导电通道通过引起固体电解质的结构扭曲而增加。固体电解质的组成根据所用元素M的类型而变化。换句话说，上述通式中的x、y和z取决于用作原材料的锂含氧酸盐的组成或类型。因此，x在0.6至5.0的范围内，并且y在1.050至3.985的范围内。只要不损害本专利技术的效果，上述固体电解质可以进一步包含上述列出的元素以外的元素。举例来说，本专利技术的固体电解质还可以通过用氮原子部分取代锂含氧酸盐的氧原子来获得。当锂含氧酸盐是LiBO2、LiAlO2或LiGaO2时，换句话说，当前面提到的通式中M是B、Al或Ga时，优选x＝0.6至1.0，y＝1.050至1.985，z＝0.01至0.50。当锂含氧酸盐是Li2SiO3、Li2GeO3或Li2CO3时，换句话说，当前面提到的通式中M是Si、Ge或C时，优选x＝1.6至2.0，y＝2.050至2.985，z＝0.01至0.50。当锂含氧酸盐是Li2SO4时，换句话说，当前面提到的通式中M是S时，优选x＝1.6至2.0，y＝3.050至3.985，z＝0.01至0.50。当锂含氧酸盐是Li2BiO3时，换句话说，当前面提到的通式中M是Bi时，优选x＝2.6至3.0，y＝2.050至2.985，z＝0.01至0.50。当锂含氧酸盐是Li4SiO4或Li4GeO4时，换句话说，当前面提到的通式中M是Si或Ge时，优选x＝2.6至4.0，y＝3.050至3.985，z＝0.01至0.50。当锂含氧酸盐是Li5AlO4时，换句话说，当前面提到的通式中M是Al时，优选x＝4.6至5.0，y＝3.050至3.985，z＝0.01至0.50。本专利技术的固体电解质优选是薄膜。可以适当调节其厚度，并且优-->选厚度为0.1至10微米。本专利技术的固体电解质可以是晶形或者无定形的。作为生产本专利技术的固体电解质的方法，与生产传统固体电解质，即锂磷氧氮化物的方法相似，例如可以使用利用真空设备的薄膜形成技术。不用说还可以使用其它的方法。形成薄膜的方法的实例包括利用磁控管或高频率使用氮气(N2)溅射靶的溅射方法，以及蒸气沉积和离子束照射来引入氮离子的组合方法。蒸气沉积的实例包括其中通过使用电阻加热蒸气沉积源来实施蒸气沉积的电阻加热蒸气沉积方法；其中通过使用电子束加热蒸气沉积源来实施蒸气沉积的电子束加热蒸气沉积方法；以及其中通过使用激光加热蒸气沉积源来实施蒸气沉积的激光烧蚀蒸气沉积方法。在蒸气沉积中，使用上述锂含本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种由下面的通式表示的固体电解质： Ｌｉ↓［ｘ］ＭＯ↓［ｙ］Ｎ↓［ｚ］， 其中Ｍ是选自Ｓｉ、Ｂ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃ、Ｇａ和Ｓ中的至少一种元素，并且ｘ、ｙ和ｚ分别满足：ｘ＝０．６至５．０，ｙ＝１．０５０至３．９８５，ｚ＝０．０１至０．５０。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-6-27 184626/20031.一种由下面的通式表示的固体电解质：LixMOyNz，其中M是选自Si、B、Ge、Al、C、Ga和S中的至少一种元素，并且x、y和z分别满足：x＝0.6至5.0，y＝1.050至3.985，z＝0.01至0.50。2.根据权利要求1的固体电解质，其中所述通式满足：x＝0.6至1.0，y＝1.050至1.985，z＝0.01至0.50。3.根据权利要求1的固体电解质，其中所述通式满足：x＝1.6至2.0，y＝2.050至2.985，z＝0.01至0.50。4.根据权利要求1的...
【专利技术属性】
技术研发人员：宇贺治正弥，美浓辰治，柴野靖幸，伊藤修二，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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