固体电解质材料及使用了该固体电解质材料的电池制造技术

一种固体电解质材料，其含有Li、Ti、Al、M及F。其中，M为选自Zr及Mg中的至少1种。M为选自Zr及Mg中的至少1种。M为选自Zr及Mg中的至少1种。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体电解质材料及使用了该固体电解质材料的电池


[0001]本公开涉及固体电解质材料及使用了该固体电解质材料的电池。

技术介绍

[0002]专利文献1公开了使用了硫化物固体电解质的全固体电池。专利文献2中公开了LiBF4作为氟化物固体电解质材料。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1：日本特开2011
‑
129312号公报
[0006]专利文献2：日本特开2008
‑
277170号公报

技术实现思路

[0007]专利技术所要解决的课题
[0008]本公开的目的在于，提供一种具有高的锂离子传导率(也称为锂离子电导率、锂离子导电率)的固体电解质材料。
[0009]用于解决课题的手段
[0010]本公开的固体电解质材料含有Li、Ti、Al、M及F，其中，M为选自Zr及Mg中的至少1种。
[0011]专利技术效果
[0012]本公开提供一种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示出第2实施方式的电池1000的剖视图。
[0014]图2示出第2实施方式的电池2000的剖视图。
[0015]图3示出用于评价固体电解质材料的离子传导率的加压成形模300的示意图。
[0016]图4是示出实施例1的固体电解质材料的通过阻抗测定而得到的科尔
‑
科尔作图(Cole
‑
Cole plot)的曲线图。
[0017]图5是示出实施例1及比较例1的电池的初期放电特性的曲线图。
具体实施方式
[0018]以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。
[0019](第1实施方式)
[0020]第1实施方式的固体电解质材料含有Li、Ti、Al、M及F。M为选自Zr及Mg中的至少1种。第1实施方式的固体电解质材料具有高的锂离子传导率。其中，所谓高的锂离子传导率，例如为1
×
10
‑8S/cm以上。也就是说，第1实施方式的固体电解质材料可具有例如1
×
10
‑8S/cm以上的离子传导率。
[0021]第1实施方式的固体电解质材料可用于得到充放电特性优异的电池。该电池的例子为全固体电池。全固体电池可以是一次电池，或者也可以是二次电池。
[0022]第1实施方式的固体电解质材料优选不含有硫。不含有硫的固体电解质材料即使暴露于大气中也不产生硫化氢，所以安全性优异。专利文献1中公开的硫化物固体电解质如果暴露于大气中，则可产生硫化氢。
[0023]第1实施方式的固体电解质材料因为含有F，所以可具有高的耐氧化性。这是因为F具有高的氧化还原电位。另一方面，因为F具有高的电负性度，所以与Li的结合比较强。其结果是，通常，含有Li及F的固体电解质材料的锂离子传导性会降低。例如，专利文献2中公开的LiBF4具有6.67
×
10
‑9S/cm的低的离子传导率。再者，LiBF4是后述的比较例1中所使用的固体电解质材料。与此相对，第1实施方式的固体电解质材料通过在含有Li及F以外还含有Ti、Al及M，从而能够具有例如1
×
10
‑8S/cm以上的高的离子传导率。
[0024]为了提高固体电解质材料的离子传导性，第1实施方式的固体电解质材料也可以含有F以外的阴离子。该阴离子的例子为Cl、Br、I、O、S或Se。
[0025]第1实施方式的固体电解质材料也可以实质上由Li、Ti、Al、M及F制成。其中，所谓“第1实施方式的固体电解质材料实质上由Li、Ti、Al、M及F制成”，是指Li、Ti、Al、M及F的物质的量的合计与构成第1实施方式的固体电解质材料的全部元素的物质的量的合计的摩尔比(即摩尔分率)为90％以上。作为一个例子，该摩尔比也可以为95％以上。第1实施方式的固体电解质材料也可以仅由Li、Ti、Al、M及F制成。
[0026]第1实施方式的固体电解质材料也可以含有不可避免地混入的元素。该元素的例子为氢、氧或氮。这样的元素可存在于固体电解质材料的原料粉或者用于制造或保管固体电解质材料的气氛中。
[0027]为了进一步提高固体电解质材料的离子传导性，在第1实施方式的固体电解质材料中，Li的物质的量与Ti、Al及M的物质的量的合计之比也可以为1.33以上且3.79以下。
[0028]为了提高固体电解质材料的离子传导性，M也可以是Zr。
[0029]第1实施方式的固体电解质材料也可以用以下的组成式(1)表示。
[0030]Li6‑
(4
‑
x
‑
(4
‑
a)y)b
(Ti1‑
x
‑
y
Al
x
M
y
)
b
F6ꢀꢀꢀꢀ
式(1)
[0031]式(1)中，a表示M的价数，满足数学式：0＜x＜1、0＜y＜1、0＜(x+y)＜1及0＜b≤1.5。具有这样的组成的固体电解质材料具有高的离子传导率。
[0032]为了提高固体电解质材料的离子传导性，式(1)中，也可以满足数学式：0.05≤x≤0.9。
[0033]当M为Mg时，为了提高固体电解质材料的离子传导性，式(1)中，也可以满足数学式：0.33≤x≤0.7。
[0034]式(1)中的x的范围的上限值及下限值可由选自0.05、0.1、0.33、0.37、0.5、0.6、0.7及0.9这些数值中的任意的组合来规定。
[0035]为了提高固体电解质材料的离子传导性，式(1)中，也可以满足数学式：0.05≤y≤0.9。
[0036]当M为Mg时，为了提高固体电解质材料的离子传导性，式(1)中，也可以满足数学式：0.1≤y≤0.33。
[0037]式(1)中的y的范围的上限值及下限值可由选自0.05、0.1、0.2、0.26、0.33、0.5、
0.8及0.9这些数值中的任意的组合来规定。
[0038]为了提高固体电解质材料的离子传导性，式(1)中，也可以满足数学式：0.8≤b≤1.2。
[0039]式(1)中的b的范围的上限值及下限值可由选自0.8、0.9、1.0、1.1及1.2这些数值中的任意的组合来规定。
[0040]第1实施方式的固体电解质材料可以是结晶质，或者也可以是非晶质。
[0041]第1实施方式的固体电解质材料的形状没有被限定。该形状的例子为针状、球状或椭圆球状。第1实施方式的固体电解质材料也可以是粒子。第1实施方式的固体电解质材料也可以以具有颗粒或板的形状的方式来形成。
[0042]在第1实施方式的固体电解质材料的形状例如为粒子状(例如球状)时，该固体电解质材料也可以具有0.1μm以上且100μm以下的中值粒径。所谓中值粒径，是指以体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种固体电解质材料，其含有Li、Ti、Al、M及F，其中，M为选自Zr及Mg中的至少1种。2.根据权利要求1所述的固体电解质材料，其中，Li的物质的量与Ti、Al及M的物质的量的合计之比为1.33以上且3.79以下。3.根据权利要求1或2所述的固体电解质材料，其用以下的组成式(1)表示，Li6‑
(4
‑
x
‑
(4
‑
a)y)b
(Ti1‑
x
‑
y
Al
x
M
y
)
b
F6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(1)其中，a表示M的价数，满足0＜x＜1、0＜y＜1、0＜(x+y)＜1及0＜b≤1.5。4.根据权利要求3所述的固体电解质材料，其中，满足数学式：0.05≤x≤0.9...

【专利技术属性】
技术研发人员：境田真志，名嘉真好政，
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：