锂离子传导性氧化物烧结体及其用途制造技术

本发明专利技术的课题是提供能提供离子传导性优异的固体电解质的锂离子传导性氧化物烧结体、使用了该锂离子传导性氧化物烧结体的固体电解质、电极以及全固体电池。一种锂离子传导性氧化物烧结体，其特征在于，至少包含锂、钽、磷、硅及氧作为构成元素，具有由晶粒和形成于该晶粒间的晶界构成的多晶结构。粒间的晶界构成的多晶结构。粒间的晶界构成的多晶结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂离子传导性氧化物烧结体及其用途


[0001]本专利技术涉及锂离子传导性氧化物烧结体、使用了该锂离子传导性氧化物烧结体的固体电解质、电极以及全固体电池。

技术介绍

[0002]近年来，作为笔记本电脑、平板终端、便携式电话、智能手机、以及电动汽车(EV)等的电源，要求开发高输出且高容量的电池。其中，代替有机溶剂等液体电解质而使用了固体电解质的全固体锂离子电池被期待作为充放电效率、充电速度、安全性及生产率优异的电池。
[0003]作为传导锂离子的固体电解质，也知道硫化物系的固体电解质，但从安全性的观点出发，优选氧化物系的固体电解质。作为氧化物系的固体电解质，例如在专利文献1中公开了一种含有锂且基本构成为SrZrO3的钙钛矿型离子传导性氧化物。另外，在非专利文献1中记载了一种具有单斜晶的晶体结构的LiTa2PO8。
[0004]然而，专利文献1所公开的离子传导性氧化物，通过具有Sr位点、Zr位点由其他元素置换的基本组成，使在晶界部的电导率提高，但是尚不充分，希望在晶界处的锂离子传导性高、且晶粒内和晶界的锂离子传导率的总体(整体)的离子传导率提高。另外，非专利文献1中公开的LiTa2PO8的整体的锂离子传导率为2.48
×
10
‑4(S/cm)，比例如专利文献1所公开的钙钛矿型化合物低。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1：日本特开2016
‑
169145号公报
[0008]非专利文献
[0009]非专利文献1：J.Kim et al.,J.Mater.Chem.A,2018,6,p22478
‑
22482

技术实现思路

[0010]本专利技术的课题是提供能提供离子传导性优异的固体电解质的锂离子传导性氧化物烧结体、使用了该锂离子传导性氧化物烧结体的固体电解质、电极以及全固体电池。
[0011]本专利技术人鉴于上述状况而进行深入研究的结果，发现包含锂、钽、磷、硅的氧化物烧结体显示出高的锂离子传导率，发现作为固体电解质是有用的，从而完成了本专利技术。
[0012]再者，在上述的专利文献1及非专利文献1所记载的现有技术中，在具有锂、钽、磷及氧作为构成元素的锂离子传导性氧化物中，没有使晶粒内和晶界的锂离子传导率的总体的离子传导率提高的记载和启示。
[0013]本专利技术涉及以下的〔1〕～〔11〕的方案。
[0014]〔1〕一种锂离子传导性氧化物烧结体，其特征在于，
[0015]至少包含锂、钽、磷、硅及氧作为构成元素，
[0016]具有由晶粒和形成于该晶粒间的晶界构成的多晶结构。
[0017]〔2〕根据〔1〕所述的锂离子传导性氧化物烧结体，其特征在于，通过扫描透射电子显微镜(STEM)
‑
能量色散型X射线光谱(EDX)组成分析确认到在所述晶界包含硅元素。
[0018]〔3〕根据〔1〕或〔2〕所述的锂离子传导性氧化物烧结体，其特征在于，所述晶界的元素组成中的钽元素的原子数的含有比例小于所述晶粒的元素组成中的钽元素的原子数的含有比例。
[0019]〔4〕根据〔1〕～〔3〕的任一项所述的锂离子传导性氧化物烧结体，其特征在于，在透射电子显微镜(TEM)截面观察中，所述晶界的厚度为10nm以下。
[0020]〔5〕根据〔1〕～〔4〕的任一项所述的锂离子传导性氧化物烧结体，其特征在于，所述晶界的元素组成中的磷元素的原子数的含有比例大于所述晶粒的元素组成中的磷元素的原子数的含有比例。
[0021]〔6〕根据〔1〕～〔5〕的任一项所述的锂离子传导性氧化物烧结体，其特征在于，所述晶粒的平均粒径为6.0μm以下。
[0022]〔7〕根据〔1〕～〔6〕的任一项所述的锂离子传导性氧化物烧结体，其特征在于，相对密度为理论密度的50％以上。
[0023]〔8〕根据〔1〕～〔7〕的任一项所述的锂离子传导性氧化物烧结体，其特征在于，在通过所述锂离子传导性氧化物烧结体的交流阻抗测定而检测出的离子传导率中，所述晶界处的离子传导率大于所述晶粒的内部的离子传导率。
[0024]〔9〕一种固体电解质，由〔1〕～〔8〕的任一项所述的锂离子传导性氧化物烧结体构成。
[0025]〔10〕一种电极，包含〔1〕～〔8〕的任一项所述的锂离子传导性氧化物烧结体。
[0026]〔11〕一种全固体电池，包含〔1〕～〔8〕的任一项所述的锂离子传导性氧化物烧结体。
[0027]根据本专利技术，能够提供能作为安全性高的氧化物系的固体电解质使用、且在作为固体电解质使用时显示出优异的离子传导性的锂离子传导性氧化物烧结体、使用了该锂离子传导性氧化物烧结体的固体电解质、电极以及全固体电池。
附图说明
[0028]图1示出在实施例1中得到的锂离子传导性氧化物烧结体(1)的、利用透射电子显微镜(TEM)得到的截面观察结果。
[0029]图2示出在实施例1中得到的锂离子传导性氧化物烧结体(1)的、通过粉末X射线解析测定(XRD)得到的X射线解析图形。
[0030]图3示出在比较例1中得到的锂离子传导性氧化物烧结体(2)的、通过粉末X射线解析测定(XRD)得到的X射线解析图形。
[0031]图4示出在实施例2中得到的锂离子传导性氧化物烧结体(3)的、利用电子探针显微分析仪(EPMA)得到的二次电子像及硼映射图像。
具体实施方式
[0032]以下，对本专利技术的优选的实施方式进行详细说明。
[0033]<锂离子传导性氧化物烧结体>
[0034]本专利技术涉及的锂离子传导性氧化物烧结体，作为构成元素至少包含锂(Li)、钽(Ta)、磷(P)、硅(Si)及氧(O)，具有由晶粒和形成于该晶粒间的晶界构成的多晶结构。
[0035]本专利技术的优选的实施方式的锂离子传导性氧化物烧结体，具有晶粒和晶界，通常，晶粒至少包含锂(Li)、钽(Ta)、磷(P)及氧(O)作为构成元素。锂离子传导性氧化物烧结体的晶粒，没有特别限定，也可以不包含硅(Si)，在扫描透射电子显微镜(STEM)
‑
能量色散型X射线光谱(EDX)组成分析中，即使在晶粒中没有确认到硅元素也可以。
[0036]在本专利技术的优选的实施方式中，锂离子传导性氧化物烧结体的晶粒的平均粒径没有特别限定，但优选为6.0μm以下，更优选为3.0μm以下，进一步优选为1.5μm以下。锂离子传导性氧化物烧结体的晶粒的平均粒径，能够使用透射型电子显微镜(TEM)以1000倍以上的倍率得到透射图像，在任意的100μm见方的区域中测量至少100个晶粒的粒径而求出。由于晶粒不是完全的球形，因此将最长径作为晶粒的粒径。在本说明书中，所谓晶粒的最长径意指如以下那样求出的构成晶粒的轮廓的多边形具有的最长的对角线的长度。
[0037]在锂离子传导性氧化物烧结体的透射图像中，晶粒的轮廓在视场平面中作为凸多边形被观测到。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种锂离子传导性氧化物烧结体，其特征在于，至少包含锂、钽、磷、硅及氧作为构成元素，具有由晶粒和形成于该晶粒间的晶界构成的多晶结构。2.根据权利要求1所述的锂离子传导性氧化物烧结体，其特征在于，通过扫描透射电子显微镜(STEM)
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能量色散型X射线光谱(EDX)组成分析确认到在所述晶界包含硅元素。3.根据权利要求1或2所述的锂离子传导性氧化物烧结体，其特征在于，所述晶界的元素组成中的钽元素的原子数的含有比例小于所述晶粒的元素组成中的钽元素的原子数的含有比例。4.根据权利要求1～3的任一项所述的锂离子传导性氧化物烧结体，其特征在于，在透射电子显微镜(TEM)截面观察中，所述晶界的厚度为10nm以下。5.根据权利要求1～4的任一项所述的锂离子传导性氧化物烧结体，其特征在于，所述晶界的元素组成中的磷元素...

【专利技术属性】
技术研发人员：清良辅，李建灿，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：