JP6989345B2 - リチウムイオン伝導体前駆体ガラス及びリチウムイオン伝導体 - Google Patents
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Description
現在市販されているリチウムイオン二次電池の多くは、高いエネルギー密度を有するために、有機溶媒などの液体の電解質(電解液)が一般的に使用されている。この電解液は、炭酸エステルや環状エステルなどの非プロトン性有機溶媒などにリチウム塩を溶解させて用いられている。
Li2O成分 10〜35%
P2O5成分 20〜50%
Al2O3成分 0超〜15%
GeO2成分 20〜50%及び、
Bi2O3成分又は/及びTeO2成分 0超〜15%
含有するリチウムイオン伝導体前駆体ガラス。
他方で、Li2O成分の含有量を35%以下にすることで、熔解時のガラスの失透を低減でき、耐候性を向上させることができる。また、Li2O成分の含有量を低減させることで、リチウムイオン伝導性結晶以外の結晶の析出を抑え、リチウムイオン伝導率が向上する傾向がある。従って、Li2O成分の含有量は、好ましくは35%以下、より好ましくは35%未満、より好ましくは30%未満、さらに好ましくは27%以下である。
他方で、P2O5成分の含有量を50%以下にすることで、リチウムイオン伝導性結晶の析出を維持し、高いリチウムイオン伝導性を保持できる傾向にある。従って、P2O5成分の含有量は、好ましくは50%以下、より好ましくは50%未満、より好ましくは47%以下、より好ましくは45%未満、さらに好ましくは42%以下とする。
他方で、GeO2成分の含有量を50%以下にすることで、リチウムイオン伝導性結晶の析出を維持し、高いリチウムイオン伝導性を保持できる傾向にある。従って、GeO2成分の含有量は、好ましくは50%以下、より好ましくは50%未満、より好ましくは47%以下、より好ましくは45%未満、さらに好ましくは42%以下とする。
他方で、Al2O3成分の含有量を15%以下にすることで、リチウムイオン伝導性結晶の析出を維持し、高いリチウムイオン伝導性を保持できる傾向にある。従って、Al2O3成分の含有量は、好ましくは15%以下、より好ましくは15%未満、より好ましくは12%以下、より好ましくは10%未満、さらに好ましくは8%以下とする。
他方で、Bi2O3成分の含有量を15%以下にすることで、低温でのリチウムイオン伝導性結晶の析出しやすさを維持し、高いリチウムイオン伝導性を保持できる傾向にある。 従って、Bi2O3成分の含有量は、好ましくは15%以下、より好ましくは15%未満、より好ましくは10%未満、より好ましくは8%以下、さらに好ましくは5%未満とする。
他方で、TeO2成分の含有量を15%以下にすることで、低温でのリチウムイオン伝導性結晶の析出しやすさを維持し、高いリチウムイオン伝導性を保持できる傾向にある。 従って、TeO2成分の含有量は、好ましくは15%以下、より好ましくは15%未満、より好ましくは12%以下、より好ましくは10%未満、さらに好ましくは8.5%以下とする。
他方で、SiO2成分の含有量が多すぎると、ガラスは安定化するが、結晶化しにくくなりリチウムイオン伝導率が低下しやすくなる。従って、SiO2成分の含有量は、好ましくは5%以下、より好ましくは5%未満、より好ましくは3%以下、より好ましくは2%以下、さらに好ましくは1%未満とする。
他方で、B2O3成分の含有量が多すぎると、ガラスは安定化するが、結晶化しにくくなりリチウムイオン伝導率が低下しやすくなる。従って、B2O3成分の含有量は、好ましくは8%以下、より好ましくは6%以下、さらに好ましくは4%未満とする。
他方で、Nb2O5成分の含有量を15%以下にすることで、還元反応による価数状態の変化が小さくなり、リチウムイオン伝導性を向上させることができる。従って、Nb2O5成分の含有量は、好ましくは15%以下、好ましくは15%未満、より好ましくは10%未満、さらに好ましくは5%未満とする。
他方で、TiO2成分の含有量を15%以下にすることで、還元反応による価数状態の変化が小さくなり、リチウムイオン伝導性を向上させることができる。従って、TiO2成分の含有量は、好ましくは15%以下、より好ましくは15%未満、より好ましくは10%未満、より好ましくは5%未満、さらに好ましくは1%未満とする。
他方で、ZrO2成分が多すぎるとガラス溶融しにくく、また冷却時に失透しやすくなり安定にガラスを得ることができなくなる。さらに、結晶化した際のリチウムイオン伝導率が低下する。従って、ZrO2成分の含有量は、好ましくは15%以下、より好ましくは15%未満、より好ましくは10%未満、より好ましくは5%未満、さらに好ましくは1%未満とする。
Claims (10)
- ガラス組成として、モル%で
Li2O成分 10〜35%、
P2O5成分 20〜50%、
Al2O3成分 0超〜15%、
GeO2成分 20〜50%及び
Bi2O3 成分 0超〜15%
を含有し、
TeO 2 成分 0〜15%であり、
Bi 2 O 3 成分及びTeO 2 成分の合計含有量が0%超15%以下であり、
600℃で1時間熱処理してリチウムイオン伝導体を得たときの、該リチウムイオン伝導体のリチウムイオン伝導率が6.9×10 −5 S/cm以上である、リチウムイオン伝導体前駆体ガラス。 - ガラス組成として、モル%で
Li 2 O成分 10〜35%、
P 2 O 5 成分 20〜50%、
Al 2 O 3 成分 0超〜15%、
GeO 2 成分 20〜50%及び
TeO 2 成分 0超〜15%
を含有し、
Bi 2 O 3 成分 0〜15%であり、
Bi 2 O 3 成分及びTeO 2 成分の合計含有量が0%超15%以下であり、
600℃で1時間熱処理してリチウムイオン伝導体を得たときの、該リチウムイオン伝導体のリチウムイオン伝導率が5.1×10 −5 S/cm以上である、リチウムイオン伝導体前駆体ガラス。 - 質量比(Bi2O3又は/及びTeO2)/GeO2が1.0以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウムイオン伝導体前駆体ガラス。
- TG−DTA測定におけるTx温度が590℃未満である請求項1から3のいずれか1項に記載のリチウムイオン伝導体前駆体ガラス。
- 請求項1から4のいずれか1項に記載のリチウムイオン伝導体前駆体ガラスと同一の組成を有し、結晶が析出されたリチウムイオン伝導体。
- Li1+xAlxGe2−x(PO4)3結晶(0<x<2)が析出していることを特徴とする請求項5に記載のリチウムイオン伝導体。
- 25℃におけるリチウムイオン伝導率が1×10−7 S/cmS以上であることを特徴とする請求項5又は6に記載のリチウムイオン伝導体。
- リチウムイオン電池用固体電解質に使用されることを特徴とする請求項5から7のいずれかに記載のリチウムイオン伝導体。
- 正極又は負極活物質を1.0〜99.9体積%含有し、請求項5から8のいずれかに記載のリチウムイオン伝導体を0.1〜99.0体積%含有する電極複合体素子。
- 請求項5から8のいずれかに記載のリチウムイオン伝導体と請求項9に記載の電極複合体素子を組み合わせてなるリチウムイオン半電池又はリチウムイオン電池。
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