固体电解质材料和电池制造技术

现有技术中，希望实现具有高的锂离子传导率的固体电解质材料。本公开一方式中的固体电解质材料由下述组成式(1)表示。Li6‑

【技术实现步骤摘要】
固体电解质材料和电池
[0001]本申请是申请日为2017年7月7日、申请号为201780011697.4、专利技术名称为“固体电解质材料和电池”的中国专利申请的分案申请。


[0002]本公开涉及固体电解质材料和电池。

技术介绍

[0003]专利文献1公开了一种使用硫化物固体电解质的全固体电池。
[0004]专利文献2公开了一种使用含铟的卤化物作为固体电解质的全固体电池。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献1：日本特开2011
‑
129312号公报
[0007]专利文献2：日本特开2006
‑
244734号公报

技术实现思路

[0008]在现有技术中，希望实现具有高的锂离子传导率的固体电解质材料。
[0009]本公开的一方式中的固体电解质材料由下述组成式(1)表示。
[0010]Li6‑
3z
Y
z
X6…
式(1)
[0011]其中，满足0<z<2，X是Cl或Br。
[0012]根据本公开，能够实现具有高的锂离子传导率的固体电解质材料。
附图说明
[0013]图1是表示实施方式4中的电池1000的概略结构的截面图。
[0014]图2是表示Li3ErBr6结构的晶体结构的立体图。
[0015]图3是表示Li3ErCl6结构的晶体结构的立体图。
[0016]图4是表示离子传导率的评价方法的示意图。
[0017]图5是表示固体电解质的离子传导率的温度依赖性的坐标图。
[0018]图6是表示固体电解质材料的XRD图案的坐标图。
[0019]图7是表示初期放电特性的坐标图。
[0020]图8是表示Li3YbCl6结构的晶体结构的立体图。
[0021]图9是表示固体电解质的离子传导率的温度依赖性的坐标图。
[0022]图10是表示固体电解质材料的XRD图案的坐标图。
[0023]图11是表示初期放电特性的坐标图。
[0024]图12是表示固体电解质材料的XRD图案的坐标图。
具体实施方式
[0025]以下，一边参照附图一边说明本公开的实施方式。
[0026](实施方式1)
[0027]实施方式1中的固体电解质材料是由下述组成式(2)表示的化合物。
[0028]Li3YX6…
式(2)
[0029]其中，X是Cl(氯)或Br(溴)。
[0030]根据以上的技术方案，能够实现具有高锂离子传导率的固体电解质材料(卤化物固体电解材料)。另外，能够实现在电池的假设工作温度范围(例如
‑
30℃～80℃的范围)的结构稳定的固体电解质材料。即，实施方式1的固体电解质材料不是相变温度存在于电池的工作温度范围的结构(例如专利文献2的结构)。由此，即使在有温度变化的环境下，也不会在电池的工作温度范围发生相变，能够稳定地维持高的离子传导率。
[0031]另外，根据以上的技术方案，能够通过使用实施方式1的固体电解质材料，实现充放电特性优异的全固体二次电池。另外，能够通过使用实施方式1的固体电解质材料，实现不含硫的全固体二次电池。即，实施方式1的固体电解质材料不是暴露在大气时产生硫化氢的结构(例如专利文献1的结构)。因此，能够实现不产生硫化氢，安全性优异的全固体二次电池。
[0032]再者，实施方式1中的固体电解质材料可以包含晶相。作为该晶相，可举出下述的第1晶相和第2晶相。
[0033]即，实施方式1中的固体电解质材料可以包含第1晶相。
[0034]在第1晶相中，X即卤素的排列，与晶体结构属于空间群C2/m的Li3ErBr6(以下也记为LEB)中的Br的排列相同。
[0035]根据以上的技术方案，能够实现具有更高锂离子传导率的固体电解质材料。具体而言，通过采取第1晶相这样的晶体结构，X被更强烈地吸引到Y的周边。由此，形成锂离子扩散的路径。因此，锂离子传导率更加提高。
[0036]图2是表示Li3ErBr6结构的晶体结构的立体图。
[0037]Li3ErBr6结构(LEB结构)如图2所示，是具有单斜晶系的对称性，空间群为C2/m的晶体结构。其详细的原子排列被记载于无机晶体结构数据库(ICSD)。
[0038]具有与LEB结构同样的卤素排列的第1晶相在晶胞中包含2个上述组成式(2)。
[0039]用LEB结构定义的晶胞的晶格常数是用LEB结构定义的晶胞的晶格常数是α＝90
°
、β＝109
°
、γ＝90
°
。
[0040]以上的LEB结构可以通过使用X射线衍射法的结构分析来鉴定。使用Cu
‑
Kα射线(波长和)作为X射线，以θ
‑
2θ法测定的情况下，在衍射角2θ的值分别为25
°
～28
°
、29
°
～32
°
、41
°
～46
°
、49
°
～55
°
、51
°
～58
°
的范围内观测到强的峰。
[0041]再者，在实施方式1中的固体电解质材料中，可以满足I
LEB(110)
/I
LEB(200)
<0.01。
[0042]其中，I
LEB(200)
是与Li3ErBr6的晶体结构中的(200)面相当的第1晶相的面的X射线衍射强度。
[0043]另外，I
LEB(110)
是与Li3ErBr6的晶体结构中的(110)面相当的第1晶相的面的X射线衍射强度。
[0044]根据以上的技术方案，能够实现具有更高锂离子传导率的固体电解质材料。具体而言，能够使Y的配置不规则。由此，锂离子的传导路径立体地连续。因此，锂离子传导率更
加提高。
[0045]如上所述，实施方式1中的固体电解质材料的阳离子的排列可以与LEB结构的阳离子的排列不同。即，Y(钇)的至少一部分和Li的至少一部分可以不规则地配置。
[0046]阳离子的排列的不规则性可以利用XRD图案中的上述的强度比“I
LEB(110)
/I
LEB(200)”来评价。
[0047]当Y规则配置的情况下，I
LEB(110)
/I
LEB(200)
＝0.02左右(2％左右)。随着不规则性增加，I
LEB(110)
/I
LEB(200)
的值减少。如上所述，如果I
LEB(110)
/I
LEB(200)
<0.01(1％)，则能够使Y的配置充分地不规则。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体电解质材料，由下述组成式(1)表示，Li6‑
3z
Y
z
X6···
式(1)其中，满足0<z<2，X是Cl或Br，所述固体电解质材料包含第1晶相，在所述第1晶相中，所述X的排列与晶体结构属于空间群C2/m的Li3ErBr6中的Br的排列相同，将与所述Li3ErBr6的晶体结构中的(200)面相当的所述第1晶相的面的X射线衍射强度设为I
LEB(200)
，并将与所述Li3ErBr6的晶体结构中的(110)面相当的所述第1晶相的面的X射线衍射强度设为I
LEB(110)
，此时，满足I
LEB(110)
/I
LEB(200)
<0.01。2.根据权利要求1所述的固体电解质材料，满足0.75≤z≤1.5。3.根据权利要求2所述的固体电解质材料，满足1≤z≤1.25。4.根据权利要求1～3的任一项所述的固体电解质材料，将与所述Li3ErBr6的晶体结构中的(200)面相当的所述第1晶相的面的X射线衍射峰的半值宽设为FWHM1，并将所述X射线衍射峰的中心的衍射角度设为2θc1，此时，满足FWHM1/2θc1≥0.015。5.根据权利要求1～3的任一项所述的固体电解质材料，包含异种晶相，所述异种晶相具有与所述第1晶相不同的晶体结构，且所述异种晶相介于所述第1晶相之间。6.根据权利要求1～3的任一项所述的固体电解质材料，包含非晶相，所述非晶相介于所述第1晶相之间。7.根据权利要求1～3的任一项所述的固体电解质材料，包含第2晶相，在所述第2晶相中，所述X的排列与晶体结构属于空间群P
‑
3m1的Li3ErCl6中的Cl的排列相同。8.根据权利要求7所述的固体电解质材料，将与所述Li3ErCl6的晶体结构中的(303)面相当的所述第2晶相的面的X射线衍射强度设为I
LEC(303)
，并将与所述Li3ErCl6的晶体结构中的(110)面相当的所述第2晶相的面的X射线衍射强度设为I
LEC(110)
，此时，满足I
LEC(110)
/I
LEC(303)
<0.3。9.根据权利要求7所述的固体电解质材料，将与所述Li3ErCl6的晶体结构中的(303)面相当的所述第2晶相的面的X射线衍射峰的半值宽设为FWHM2，并将所述X射线衍射峰的中心的衍射角度设为2θc2，此时，满足FWHM2/2θc2≥0.015。10.根据权利要求7所述的固体电解质材料，包含异种晶相，所述异种晶相具有与所述第2晶相不同的晶体结构，且所述异种晶相介于所述第2晶相之间。11.根据权利要求7所述的固体电解质材料，包含非晶相，
所述非晶相介于所述第2晶相之间。12.根据权利要求1～3的任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：浅野哲也，酒井章裕，大内晓，境田真志，宫崎晃畅，长谷川真也，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：