JP6015762B2 - イオン導電体及び二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は、イオン導電体及び二次電池に関する。
太陽光、振動、人や動物の体温等の微小なエネルギーから発電した電力を蓄え、センサーや無線発信電力に利用する環境発電技術においては、あらゆる地球環境下において安全で信頼性の高い二次電池が求められている。現在広く利用されている二次電池は、液体である有機電解液を用いたものであり、使用を重ねることにより正極活物質が劣化して電池の容量が低下する場合や、デンドライトの形成による電池短絡によって、二次電池内における有機電解質に引火し発火する場合がある。従って、例えば１０年以上の利用が考えられている環境発電においては、現状の有機電解液を用いた二次電池を用いることは、信頼性や安全性の観点より好ましくない。
一方、有機電解質を用いることなく、すべて固体の構成材料により形成されている全固体リチウム二次電池は、液漏れや発火等のおそれもなく、サイクル特性も優れているため注目されている。このような全固体リチウム二次電池に用いられる固体電解質であるリチウムイオン導電体としては、酸化物系と硫化物系等がある。酸化物系では、Ｌｉ３ＰＯ４やＬｉ４ＧｅＯ４をベースとしたＬＩＳＩＣＯＮ（LIthium SuperIonic CONductor）型、ナトリウムイオン導電体をベースとしたＮＡＳＩＣＯＮ（Na SuperIonic CONductor）型、ＬｉＬａＺｒＯガーネット型、ＬＬＴＯ等のペロブスカイト型等がある。また、硫化物系では、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１１やＬｉ７Ｐ３Ｓ１１等がある。
ところで、二次電池の正極材料には、ＬｉＣｏＯ２（理論容量：１３７ｍＡｈ／ｇ）が広く普及しているが、近年、これを上回るものとして、非特許文献６において、Ｌｉ９Ｖ ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２（理論容量：１７３ｍＡｈ／ｇ）が開示されている。このＬｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２は、Ｖ３＋→Ｖ５＋の酸化還元反応を利用するものであり、ＬｉＣｏＯ２の１．２倍の理論容量を有している。
特開２００７−５２８１０８号公報 特開２０１０−２７２３４４号公報 特開平０８−１９８６３８号公報
H.Y-P. Hong., Materials Research Bulletin, Volume 13, Issue 2, February 1978, Pages 117-124 R. Murugan, V. Thangadurai, W. Weppner., Ａｎｇｅｗ． Ｃｈｅｍ． Ｉｎｔ． Ｅｄ．， (２００７)、４６、P. ７７７８−７７８１ Y. Inaguma, C. Liquan?, M. Itoh, T. Nakamura, T. Uchida, H. Ikuta, M. Wakihara., Solid State Communications Volume 86, Issue 10, June 1993, Pages 689-693 N. Kamaya, K. Homma, Y. Yamakawa, M. Hirayama, R. Kanno, M. Yonemura, T.Kamiyama, Y. Kato, S. Hama, K. Kawamoto & A. Mitsui., Nature Materials Volume:10, Pages:682-686Year published: (2011) A. Hayashi, S. Hama, T. Minami, M. Tatsumisago., Electrochem. Commun., 5 (2003), p. 111 Electrochimica Acta 56 (2011) 2201-2205 Journal of The Electrochemical Society, 159 (5) A622-A633 (2012)
しかしながら、Ｌｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２は、今までの正極材料として用いられていたＬｉＣｏＯ２とは、結晶構造が大きく異なる材料であり、Ｌｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２に適した固体電解質となるイオン導電体は存在していなかった。
よって、理論容量の高い正極材料となるＬｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２との整合性が高く、内部抵抗を少なくすることのできるイオン導電体及び二次電池が求められている。
本実施の形態の一観点によれば、組成式が、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＧｅＯ４）ｘであって、ｘの範囲が、０＜ｘ≦２．０であることを特徴とする。
また、本実施の形態の他の一観点によれば、組成式が、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７） ３（ＰＯ４）２−ｘ（ＳｉＯ４）ｘであって、ｘの範囲が、０＜ｘ≦２．０であることを特徴とする。
また、本実施の形態の他の一観点によれば、組成式が、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７） ３（ＰＯ４）２−ｘ（ＳｉＯ４）ｘ／２（ＧｅＯ４）ｘ／２であって、ｘの範囲が、０＜ｘ≦２．０であることを特徴とする。
また、本実施の形態の他の一観点によれば、組成式が、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＭＯ４）ｘであって、Ｍが、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂのうちから選ばれる１または２以上の元素となるものであって、ｘの範囲が、０＜ｘ≦２．０であることを特徴とする。
開示のイオン導電体及び二次電池によれば、正極材料となるＬｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２との整合性が高く、内部抵抗を少なくすることができるため、二次電池における特性を向上させることができる。
正極材料として用いられるＬＶＰＰの構造図 ＮＡＳＩＣＯＮ型のイオン導電体の構造図 第１の実施の形態におけるイオン導電体の構造図 第２の実施の形態における二次電池の構造図 実施例１〜５におけるイオン導電体の組成比と導電率の相関図 実施例１〜５におけるイオン導電体のＸ線回折の結果を示す図 実施例６〜１０におけるイオン導電体の組成比と導電率の相関図 実施例６〜１０におけるイオン導電体のＸ線回折の結果を示す図 実施例１１〜１３におけるイオン導電体の組成比と導電率の相関図 実施例１１〜１３におけるイオン導電体のＸ線回折の結果を示す図
発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
〔第１の実施の形態〕
前述したように、Ｌｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２は、Ｖ３＋→Ｖ５＋の酸化還元反応を利用するものであり、ＬｉＣｏＯ２の１．２倍の理論容量を有している。このＬｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２は、ＬｉＣｏＯ２とは異なる結晶構造を有しているため、Ｌｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２と整合性の高い固体電解質となるイオン導電体は、現在のところ存在していない。従って、現状においては、既知のイオン導電体と静電電極としてＬｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２とを組み合わせて二次電池を作製したとしても、Ｌｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２を用いた効果を十分に引き出すことができない。よって、Ｌｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２を用いた効果を十分に引き出すことのできるイオン導電体が求められている。
ところで、発明者は、Ｌｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２を正極材料として用いた場合に、好ましいイオン導電体について検討を行ったところ、Ｌｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２と同様の結晶構造のイオン導電体であれば、整合性が高くなるとの考えに想到した。この考えに基づき、イオン導電体の合成に努めた結果、Ｌｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７） ３（ＰＯ４）２と同様の結晶構造、即ち、空間群Ｐ−３ｃ１（１６５）となるイオン導電体を得ることができた。本実施の形態は、このような経緯に基づくものであり、正極材料としてＬｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２を用い、固体電解質として本実施の形態におけるイオン導電体を用いることにより、二次電池の特性を従来のものよりも向上させることができる。
（イオン導電体）
最初に、二次電池の正極材料となるＬｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２について説明する。図１に示されるように、Ｌｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２は、Ｌｉ（リチウム）、ＶＯ６、Ｐ２Ｏ７、ＰＯ４により形成されている。Ｌｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２は、空間群がＰ−３ｃ１（１６５）であり、リチウムの拡散経路となるｃ軸方向に異方性がある。尚、本実施の形態においては、Ｌｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４） ２をＬＶＰＰと記載する場合がある。
一方、図２には、固体電解質として一般的に用いられているＮＡＳＩＣＯＮ型の固体電解質であるＬｉ１．５Ａｌ０．５Ｇｅ１．５（ＰＯ４）３を示す。Ｌｉ１．５Ａｌ０．５Ｇｅ１．５（ＰＯ４）３は、空間群がＲ−３ｃＨ（１６７）であり、Ｌｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ ７）３（ＰＯ４）２とは結晶構造が異なっており、また、リチウムの拡散経路も、Ｌｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２と異なり等方的である。このＬｉ１．５Ａｌ０．５Ｇｅ １．５（ＰＯ４）３においては、固体電解質から正極最表面までのリチウムの移動距離は、１２．７６９Åである。
次に、本実施の形態における固体電解質を形成するためのイオン導電体について説明する。本実施の形態におけるイオン導電体は、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４） ２−ｘ（ＧｅＯ４）ｘであり、Ｌｉ９Ａｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２における（ＰＯ ４）の一部を（ＧｅＯ４）により置換したものである。ここで、ｘの範囲は、０＜ｘ≦２．０である。このように、（ＰＯ４）の一部を（ＧｅＯ４）で置換することにより、この分、Ｌｉが増加しキャリアも増える。尚、本実施の形態においては、Ｌｉ９Ａｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２をＬＡＰＰと記載する場合があり、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７） ３（ＰＯ４）２−ｘ（ＧｅＯ４）ｘをＬＡＰＰＧと記載する場合がある。
図３には、本実施の形態におけるイオン導電体であるＬｉ１０Ａｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）（ＧｅＯ４）の構造を示す。このＬｉ１０Ａｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）（ＧｅＯ４）は、Ｌｉ（リチウム）、ＡｌＯ６、Ｐ２Ｏ７、ＰＯ４、ＧｅＯ４により形成されている。本実施の形態におけるＬｉ１０Ａｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）（ＧｅＯ４）は、正極材料となるＬｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２と同様の結晶構造を有しており、空間群が、Ｐ−３ｃ１（１６５）であり、リチウムの拡散経路となるｃ軸方向に異方性がある。即ち、正極材料となるＬｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２と同じ結晶構造となる空間群を有しており、リチウムの拡散経路と同様の異方性を有している。従って、正極材料であるＬｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２との整合性が高い。また、このイオン導電体の固体電解質から正極最表面までのリチウムの移動距離は、６．７９７Åであり、ＬＡＧＰよりも短く、リチウムサイト間の移動抵抗を低減することができる。
また、本実施の形態におけるイオン導電体は、上述したＬｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７） ３（ＰＯ４）２−ｘ（ＧｅＯ４）ｘの他、（ＰＯ４）の一部を（ＳｉＯ４）により置換したＬｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＳｉＯ４）ｘであってもよい。また、（ＰＯ４）の一部を（ＳｉＯ４）と（ＧｅＯ４）により置換した、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＳｉＯ４）ｘ／２（ＧｅＯ４）ｘ／２であってもよい。尚、本実施の形態においては、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＳｉＯ４）ｘをＬＡＰＰＳと記載する場合があり、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ ４）２−ｘ（ＳｉＯ４）ｘ／２（ＧｅＯ４）ｘ／２をＬＡＰＰＳＧと記載する場合がある。
更には、（ＧｅＯ４）におけるＧｅ、（ＳｉＯ４）におけるＳｉ以外であっても、Ｓｎ、Ｐｂ等の元素であれば、同様の効果を得ることができるものと考えられる。即ち、本実施の形態におけるイオン導電体は、組成式が、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＭＯ４）ｘであって、Ｍが、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂのうちから選ばれる１または２以上の元素により形成されるものであってもよい。
（イオン導電体の製造方法）
次に、本実施の形態におけるイオン導電体であるＬｉ１０Ａｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ ４）（ＧｅＯ４）の製造方法について説明する。
最初に、リン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）をメノウ製の乳鉢を用いて混合する。次に、混合したものを白金ルツボに入れて９００℃まで加熱した後、８５０℃までは５０℃／Ｈで徐冷し、この後、６００℃までは２℃／Ｈで徐冷し、この後、室温までは２００℃／Ｈで徐冷を行う。
尚、各々の秤量値は、リン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）は４．０８７８ｇ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）は１．６９２２ｇ、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）は１１．５７６７ｇ、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）は１０．２２８５ｇである。このようにして、本実施の形態におけるイオン導電体であるＬｉ１０Ａｌ３（Ｐ２Ｏ７） ３（ＰＯ４）（ＧｅＯ４）を作製することができる。
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態における二次電池について説明する。本実施の形態における二次電池は、第１の実施の形態におけるイオン導電体を固体電解質に用いたものである。具体的には、本実施の形態における二次電池は、図４に示されるように、第１の実施の形態におけるイオン導電体により形成された固体電解質３０の一方の面に正極となる電極３１が設けられ、他方の面に負極となる電極３２が設けられている構造のものである。尚、正極となる電極３１には、Ｌｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２が用いられており、負極となる電極３２には、Ｌｉが用いられている。
次に、第１の実施の形態におけるイオン導電体の実施例について説明する。
（実施例１）
実施例１として、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＧｅＯ４）ｘにおいてｘが０．２５となるＬＡＰＰＧ、即ち、Ｌｉ９．２５Ａｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ ４）１．７５（ＧｅＯ４）０．２５を作製した。
具体的には、最初に、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）を１．９７０８ｇ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を０．８８１８ｇ、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）を０．１５１０ｇ、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）を５．９０１０ｇ秤量した。次に、秤量した炭酸リチウム、酸化アルミニウム、酸化ゲルマニウム、リン酸水素二アンモニウムをボールミルにより、２００ｒｐｍで３時間混合し、この後、アルゴン雰囲気中で３００℃の温度で５時間の仮焼成を行った。次に、仮焼成したものをボールミルにより、３００ｒｐｍで３時間粉砕し、１０ｍｍφの金型を用いてペレット成形を行い、この後、アルゴン雰囲気中で、７５０℃の温度で１０時間の本焼成を行うことにより、実施例１におけるイオン導電体を作製した。作製されたイオン導電体の導電率を測定したところ、導電率は、３．４×１０−７Ｓ・ｃｍ−１であった。
（実施例２）
実施例２として、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＧｅＯ４）ｘにおいてｘが０．５となるＬＡＰＰＧ、即ち、Ｌｉ９．５Ａｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４） １．５（ＧｅＯ４）０．５を作製した。
具体的には、最初に、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）を１．９９６０ｇ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を０．８６９７ｇ、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）を０．２９７９ｇ、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）を５．６３２３ｇ秤量した。次に、秤量した炭酸リチウム、酸化アルミニウム、酸化ゲルマニウム、リン酸水素二アンモニウムをボールミルにより、２００ｒｐｍで３時間混合し、この後、アルゴン雰囲気中で３００℃の温度で５時間の仮焼成を行った。次に、仮焼成したものをボールミルにより、３００ｒｐｍで３時間粉砕し、１０ｍｍφの金型を用いてペレット成形を行い、この後、アルゴン雰囲気中で、７５０℃の温度で１０時間の本焼成を行うことにより、実施例２におけるイオン導電体を作製した。作製されたイオン導電体の導電率を測定したところ、導電率は、２．２×１０−７Ｓ・ｃｍ−１であった。
（実施例３）
実施例３として、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＧｅＯ４）ｘにおいてｘが１．０となるＬＡＰＰＧ、即ち、Ｌｉ１０Ａｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）１ ．０（ＧｅＯ４）１．０を作製した。
具体的には、最初に、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）を２．０４４７ｇ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を０．８４６５ｇ、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）を０．５７９３ｇ、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）を５．１１４２ｇ秤量した。次に、秤量した炭酸リチウム、酸化アルミニウム、酸化ゲルマニウム、リン酸水素二アンモニウムをボールミルにより、２００ｒｐｍで３時間混合し、この後、アルゴン雰囲気中で３００℃の温度で５時間の仮焼成を行った。次に、仮焼成したものをボールミルにより、３００ｒｐｍで３時間粉砕し、１０ｍｍφの金型を用いてペレット成形を行い、この後、アルゴン雰囲気中で、７５０℃の温度で１０時間の本焼成を行うことにより、実施例３におけるイオン導電体を作製した。作製されたイオン導電体の導電率を測定したところ、導電率は、１．７×１０−７Ｓ・ｃｍ−１であった。
（実施例４）
実施例４として、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＧｅＯ４）ｘにおいてｘが１．５となるＬＡＰＰＧ、即ち、Ｌｉ１０．５Ａｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）０．５（ＧｅＯ４）１．５を作製した。
具体的には、最初に、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）を２．０８８５ｇ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を０．８２３０ｇ、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）を０．８４５４ｇ、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）を４．６２６０ｇ秤量した。次に、秤量した炭酸リチウム、酸化アルミニウム、酸化ゲルマニウム、リン酸水素二アンモニウムをボールミルにより、２００ｒｐｍで３時間混合し、この後、アルゴン雰囲気中で３００℃の温度で５時間の仮焼成を行った。次に、仮焼成したものをボールミルにより、３００ｒｐｍで３時間粉砕し、１０ｍｍφの金型を用いてペレット成形を行い、この後、アルゴン雰囲気中で、７５０℃の温度で１０時間の本焼成を行うことにより、実施例４におけるイオン導電体を作製した。作製されたイオン導電体の導電率を測定したところ、導電率は、１．５×１０−７Ｓ・ｃｍ−１であった。
（実施例５）
実施例５として、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＧｅＯ４）ｘにおいてｘが２．０となるＬｉ１１Ａｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＧｅＯ４）２．０を作製した。
具体的には、最初に、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）を２．１３３８ｇ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を０．８０２０ｇ、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）を１．０９８７ｇ、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）を４．１５８５ｇ秤量した。次に、秤量した炭酸リチウム、酸化アルミニウム、酸化ゲルマニウム、リン酸水素二アンモニウムをボールミルにより、２００ｒｐｍで３時間混合し、この後、アルゴン雰囲気中で３００℃の温度で５時間の仮焼成を行った。次に、仮焼成したものをボールミルにより、３００ｒｐｍで３時間粉砕し、１０ｍｍφの金型を用いてペレット成形を行い、この後、アルゴン雰囲気中で、７５０℃の温度で１０時間の本焼成を行うことにより、実施例５におけるイオン導電体を作製した。作製されたイオン導電体の導電率を測定したところ、導電率は、１．０×１０−７Ｓ・ｃｍ−１であった。
（実施例６）
実施例６として、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＳｉＯ４）ｘにおいてｘが０．２５となるＬＡＰＰＳ、即ち、Ｌｉ９．２５Ａｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ ４）１．７５（ＳｉＯ４）０．２５を作製した。
具体的には、最初に、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）を１．９９７０ｇ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を０．８９３５ｇ、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を０．０８９１ｇ、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）を５．９７６８ｇ秤量した。次に、秤量した炭酸リチウム、酸化アルミニウム、酸化シリコン、リン酸水素二アンモニウムをボールミルにより、２００ｒｐｍで３時間混合し、この後、アルゴン雰囲気中で３００℃の温度で５時間の仮焼成を行った。次に、仮焼成したものをボールミルにより、３００ｒｐｍで３時間粉砕し、１０ｍｍφの金型を用いてペレット成形を行い、この後、アルゴン雰囲気中で、７５０℃の温度で１０時間の本焼成を行うことにより、実施例６におけるイオン導電体を作製した。作製されたイオン導電体の導電率を測定したところ、導電率は、１．５×１０−７Ｓ・ｃｍ−１であった。
（実施例７）
実施例７として、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＳｉＯ４）ｘにおいてｘが０．５となるＬＡＰＰＳ、即ち、Ｌｉ９．５Ａｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４） １．５（ＳｉＯ４）０．５を作製した。
具体的には、最初に、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）を２．０４８３ｇ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を０．８９２０ｇ、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を０．１７６３ｇ、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）を５．７７８７ｇ秤量した。次に、秤量した炭酸リチウム、酸化アルミニウム、酸化シリコン、リン酸水素二アンモニウムをボールミルにより、２００ｒｐｍで３時間混合し、この後、アルゴン雰囲気中で３００℃の温度で５時間の仮焼成を行った。次に、仮焼成したものをボールミルにより、３００ｒｐｍで３時間粉砕し、１０ｍｍφの金型を用いてペレット成形を行い、この後、アルゴン雰囲気中で、７５０℃の温度で１０時間の本焼成を行うことにより、実施例７におけるイオン導電体を作製した。作製されたイオン導電体の導電率を測定したところ、導電率は、２．４×１０−７Ｓ・ｃｍ−１であった。
（実施例８）
実施例８として、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＳｉＯ４）ｘにおいてｘが１．０となるＬＡＰＰＳ、即ち、Ｌｉ１０Ａｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）１ ．０（ＳｉＯ４）１．０を作製した。
具体的には、最初に、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）を２．１５００ｇ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を０．８８９５ｇ、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を０．３４９８ｇ、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）を５．３８０５ｇ秤量した。次に、秤量した炭酸リチウム、酸化アルミニウム、酸化シリコン、リン酸水素二アンモニウムをボールミルにより、２００ｒｐｍで３時間混合し、この後、アルゴン雰囲気中で３００℃の温度で５時間の仮焼成を行った。次に、仮焼成したものをボールミルにより、３００ｒｐｍで３時間粉砕し、１０ｍｍφの金型を用いてペレット成形を行い、この後、アルゴン雰囲気中で、７５０℃の温度で１０時間の本焼成を行うことにより、実施例８におけるイオン導電体を作製した。作製されたイオン導電体の導電率を測定したところ、導電率は、３．７×１０−７Ｓ・ｃｍ−１であった。
（実施例９）
実施例９として、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＳｉＯ４）ｘにおいてｘが１．５となるＬＡＰＰＳ、即ち、Ｌｉ１０．５Ａｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）０．５（ＳｉＯ４）１．５を作製した。
具体的には、最初に、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）を２．２５２１ｇ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を０．８８７２ｇ、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を０．５２３８ｇ、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）を４．９８５３ｇ秤量した。次に、秤量した炭酸リチウム、酸化アルミニウム、酸化シリコン、リン酸水素二アンモニウムをボールミルにより、２００ｒｐｍで３時間混合し、この後、アルゴン雰囲気中で３００℃の温度で５時間の仮焼成を行った。次に、仮焼成したものをボールミルにより、３００ｒｐｍで３時間粉砕し、１０ｍｍφの金型を用いてペレット成形を行い、この後、アルゴン雰囲気中で、７５０℃の温度で１０時間の本焼成を行うことにより、実施例９におけるイオン導電体を作製した。作製されたイオン導電体の導電率を測定したところ、導電率は、４．１×１０−７Ｓ・ｃｍ−１であった。
（実施例１０）
実施例１０として、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＳｉＯ４）ｘにおいてｘが２．０となるＬｉ１１Ａｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＳｉＯ４）２．０を作製した。
具体的には、最初に、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）を２．５４７０ｇ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を０．８８５５ｇ、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を０．６９５４ｇ、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）を４．５８８０ｇ秤量した。次に、秤量した炭酸リチウム、酸化アルミニウム、酸化シリコン、リン酸水素二アンモニウムをボールミルにより、２００ｒｐｍで３時間混合し、この後、アルゴン雰囲気中で３００℃の温度で５時間の仮焼成を行った。次に、仮焼成したものをボールミルにより、３００ｒｐｍで３時間粉砕し、１０ｍｍφの金型を用いてペレット成形を行い、この後、アルゴン雰囲気中で、７５０℃の温度で１０時間の本焼成を行うことにより、実施例１０におけるイオン導電体を作製した。作製されたイオン導電体の導電率を測定したところ、導電率は、２．６×１０−７Ｓ・ｃｍ−１であった。
（実施例１１）
実施例１１として、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＳｉＯ４）ｘ ／２（ＧｅＯ４）ｘ／２においてｘが０．５となるＬＡＰＰＳＧ、即ち、Ｌｉ９．５Ａｌ ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）１．５（ＳｉＯ４）０．２５（ＧｅＯ４）０．２５を作製した。
具体的には、最初に、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）を２．２２９０ｇ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を０．８８０７ｇ、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を０．０８７７ｇ、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）を０．１５０９ｇ、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ４） ２ＨＰＯ４）を５．７０１８ｇ秤量した。次に、秤量した炭酸リチウム、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化ゲルマニウム、リン酸水素二アンモニウムをボールミルにより、２００ｒｐｍで３時間混合し、この後、アルゴン雰囲気中で３００℃の温度で５時間の仮焼成を行った。次に、仮焼成したものをボールミルにより、３００ｒｐｍで３時間粉砕し、１０ｍｍφの金型を用いてペレット成形を行い、この後、アルゴン雰囲気中で、７５０℃の温度で１０時間の本焼成を行うことにより、実施例１１におけるイオン導電体を作製した。作製されたイオン導電体の導電率を測定したところ、導電率は、１．５×１０−７Ｓ・ｃｍ−１であった。
（実施例１２）
実施例１２として、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＳｉＯ４）ｘ ／２（ＧｅＯ４）ｘ／２においてｘが１．０となるＬＡＰＰＳＧ、即ち、Ｌｉ１０Ａｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）１．０（ＳｉＯ４）０．５（ＧｅＯ４）０．５を作製した。
具体的には、最初に、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）を２．０９５７ｇ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を０．８６７０ｇ、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を０．１７２０ｇ、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）を０．２９８０ｇ、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ４） ２ＨＰＯ４）を５．２４３７ｇ秤量した。次に、秤量した炭酸リチウム、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化ゲルマニウム、リン酸水素二アンモニウムをボールミルにより、２００ｒｐｍで３時間混合し、この後、アルゴン雰囲気中で３００℃の温度で５時間の仮焼成を行った。次に、仮焼成したものをボールミルにより、３００ｒｐｍで３時間粉砕し、１０ｍｍφの金型を用いてペレット成形を行い、この後、アルゴン雰囲気中で、７５０℃の温度で１０時間の本焼成を行うことにより、実施例１２におけるイオン導電体を作製した。作製されたイオン導電体の導電率を測定したところ、導電率は、３．５×１０−７Ｓ・ｃｍ−１であった。
（実施例１３）
実施例１３として、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＳｉＯ４）ｘ ／２（ＧｅＯ４）ｘ／２においてｘが２．０となるＬｉ１１Ａｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＳｉＯ４）１．０（ＧｅＯ４）１．０を作製した。
具体的には、最初に、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）を２．２３８９ｇ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を０．８４２９ｇ、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を０．３３００ｇ、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）を０．５７７３ｇ、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ４） ２ＨＰＯ４）を４．３６５３ｇ秤量した。次に、秤量した炭酸リチウム、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化ゲルマニウム、リン酸水素二アンモニウムをボールミルにより、２００ｒｐｍで３時間混合し、この後、アルゴン雰囲気中で３００℃の温度で５時間の仮焼成を行った。次に、仮焼成したものをボールミルにより、３００ｒｐｍで３時間粉砕し、１０ｍｍφの金型を用いてペレット成形を行い、この後、アルゴン雰囲気中で、７５０℃の温度で１０時間の本焼成を行うことにより、実施例１３におけるイオン導電体を作製した。作製されたイオン導電体の導電率を測定したところ、導電率は、１．４×１０−７Ｓ・ｃｍ−１であった。
実施例１〜５におけるイオン導電体の導電率を図５及び表１に示し、Ｘ線回折による結果を図６に示す。また、実施例６〜１０におけるイオン導電体の導電率を図７及び表２に示し、Ｘ線回折による結果を図８に示す。また、実施例１１〜１３におけるイオン導電体の導電率を図９及び表３に示し、Ｘ線回折による結果を図１０に示す。

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
３０ 固体電解質
３１ 電極（正極）
３２ 電極（負極）

Claims (8)

  1. 組成式が、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＧｅＯ４）ｘであって、
    ｘの範囲が、０＜ｘ≦２．０であることを特徴とするイオン導電体。
  2. 組成式が、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＳｉＯ４）ｘであって、
    ｘの範囲が、０＜ｘ≦２．０であることを特徴とするイオン導電体。
  3. 組成式が、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＳｉＯ４）ｘ／２（ＧｅＯ４）ｘ／２であって、
    ｘの範囲が、０＜ｘ≦２．０であることを特徴とするイオン導電体。
  4. 組成式が、Ｌｉ９＋ｘＡｌ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２−ｘ（ＭＯ４）ｘであって、
    Ｍが、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂのうちから選ばれる１または２以上の元素となるものであって、
    ｘの範囲が、０＜ｘ≦２．０であることを特徴とするイオン導電体。
  5. 前記イオン導電体は、空間群ｐ−３ｃ１の結晶構造を有するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のイオン導電体。
  6. 請求項１から５のいずれかに記載のイオン導電体により形成された固体電解質と、
    前記固体電解質の一方の面に形成された電極と、
    前記固体電解質の他方の面に形成された電極と、
    を有することを特徴とする二次電池。
  7. 前記一方の面に形成された電極は、Ｌｉ９Ｖ３（Ｐ２Ｏ７）３（ＰＯ４）２により形成されているものであることを特徴とする請求項６に記載の二次電池。
  8. 前記イオン導電体と前記一方の面に形成された電極とは、同じ結晶構造であることを特徴とする請求項６または７に記載の二次電池。
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