JPS60100301A - リチウムイオン導電体 - Google Patents
リチウムイオン導電体Info
- Publication number
- JPS60100301A JPS60100301A JP20742483A JP20742483A JPS60100301A JP S60100301 A JPS60100301 A JP S60100301A JP 20742483 A JP20742483 A JP 20742483A JP 20742483 A JP20742483 A JP 20742483A JP S60100301 A JPS60100301 A JP S60100301A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lithium ion
- composition
- range
- conductivity
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Surface Treatment Of Glass (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、リチウム、二価金属および三価金属のぶつ化
物である固体化合物に関するもので、特にリチウムイオ
ン導電体に好適な、り手つム、二価金属および三価金属
のふつ化物よシ成る固体化合物に関するものである。
物である固体化合物に関するもので、特にリチウムイオ
ン導電体に好適な、り手つム、二価金属および三価金属
のふつ化物よシ成る固体化合物に関するものである。
全固体エレクトロクロミンク表示素子のような固体イオ
ン素子を作製するには、室温におけるリチウムイオン導
電率がl X I Q−5S 7m以上の値を持ち、大
気中で安定であシ、かつ厚さが0.1〜10ミクロンの
薄膜を形成できる必要がある。この目的に合致する物質
として、従来、LixNa+−xベータアルミナ、Li
5Nなどが検討された。しかし、前者は薄膜形成困難、
後者は大気中で不安定、などの欠点があった。
ン素子を作製するには、室温におけるリチウムイオン導
電率がl X I Q−5S 7m以上の値を持ち、大
気中で安定であシ、かつ厚さが0.1〜10ミクロンの
薄膜を形成できる必要がある。この目的に合致する物質
として、従来、LixNa+−xベータアルミナ、Li
5Nなどが検討された。しかし、前者は薄膜形成困難、
後者は大気中で不安定、などの欠点があった。
本発明の目的は、リチウムイオン導電率の大きい薄膜を
形成できる固体化合物を提供することにある。
形成できる固体化合物を提供することにある。
本発明者は先に、a’Lix 、 Na1−x、 F−
b’ALF3(ただし、a′は0.45から0.7の範
囲の数値、b′は0.3から0.55の範囲の数値、X
′は0.1くx’く1.0の範囲の数値)に相当する組
成の非晶質化合物が優れたリチウムイオン導電体である
ことを見出した。また、一般式 a//MIF−b″MmF3 (ここに、M”はLiおよびNaよシ成る群中より選ば
れた少なくとも一種の元素を表わし、MlI[ij:s
c、Ti、V、Cr、Fe、Rh、I”+Ga、Atよ
り成る群中より選ばれた少なくとも一種の元素を表わし
、a“は、0.3 <a“<0.7またはO,S <a
“く0.95である数値、b“は、b“=1−a“であ
る数値)で表わされる組成物が優れたアルカリイオン導
電体であることを見出した。またさらに、一般式、 aMMlF−b−/″MIIF2 (ここに、M”は、L +およびNaから成る群から選
ばれた少なくとも一種の元素を表わし、MMは、Cr+
Fe、Co、Ni、Cu、Znから成る群から選ばれ
た少なくとも一種の元素を表わし、a″は、o、3<a
′′′<0.999の範囲の数値であ如、b///は、
bM=1−a″で表わされる数値である)で表わされる
組成物が優れたアルカリイオン導電体であることを見出
した。これらの知見に基づき、同様の導電率を実現し得
るような、三種類以上の金属イオンを含むふっ素化合物
を、リチウムイオン、二価金属イオンおよび三価金属イ
オンの組合せについて実験的検討を行った結果、本発明
に到達したものである。
b’ALF3(ただし、a′は0.45から0.7の範
囲の数値、b′は0.3から0.55の範囲の数値、X
′は0.1くx’く1.0の範囲の数値)に相当する組
成の非晶質化合物が優れたリチウムイオン導電体である
ことを見出した。また、一般式 a//MIF−b″MmF3 (ここに、M”はLiおよびNaよシ成る群中より選ば
れた少なくとも一種の元素を表わし、MlI[ij:s
c、Ti、V、Cr、Fe、Rh、I”+Ga、Atよ
り成る群中より選ばれた少なくとも一種の元素を表わし
、a“は、0.3 <a“<0.7またはO,S <a
“く0.95である数値、b“は、b“=1−a“であ
る数値)で表わされる組成物が優れたアルカリイオン導
電体であることを見出した。またさらに、一般式、 aMMlF−b−/″MIIF2 (ここに、M”は、L +およびNaから成る群から選
ばれた少なくとも一種の元素を表わし、MMは、Cr+
Fe、Co、Ni、Cu、Znから成る群から選ばれ
た少なくとも一種の元素を表わし、a″は、o、3<a
′′′<0.999の範囲の数値であ如、b///は、
bM=1−a″で表わされる数値である)で表わされる
組成物が優れたアルカリイオン導電体であることを見出
した。これらの知見に基づき、同様の導電率を実現し得
るような、三種類以上の金属イオンを含むふっ素化合物
を、リチウムイオン、二価金属イオンおよび三価金属イ
オンの組合せについて実験的検討を行った結果、本発明
に到達したものである。
上記による本発明の固体化合物は、一般式、XLiF”
yM”Fz・ZMII[F3’(ここにM は、Mg、
Mn、Niなど、六配位イオン半径が60pmからi
o o pmO間の値である二価金属元素から選ばれた
少なくとも一種の元素を表わし、Mlは、At、Cr、
Gaなど、六配位イオン半径が40pmから90pmの
間の値である三価金属元素から選ばれた少なくとも一種
の元素を表わし、Xは、35くXく95の範囲の数値で
あり、yは、O(yく65の範囲の数値であり、2は、
0くzく65の範囲の数値であシ、かり、x、y。
yM”Fz・ZMII[F3’(ここにM は、Mg、
Mn、Niなど、六配位イオン半径が60pmからi
o o pmO間の値である二価金属元素から選ばれた
少なくとも一種の元素を表わし、Mlは、At、Cr、
Gaなど、六配位イオン半径が40pmから90pmの
間の値である三価金属元素から選ばれた少なくとも一種
の元素を表わし、Xは、35くXく95の範囲の数値で
あり、yは、O(yく65の範囲の数値であり、2は、
0くzく65の範囲の数値であシ、かり、x、y。
2は相互に、x+ Y + Z= 100の条件を満足
する)で表わされるものであることを特徴とする、一般
に非晶質構造を持つ固体化合物である。
する)で表わされるものであることを特徴とする、一般
に非晶質構造を持つ固体化合物である。
本発明の固体化合物は、内在する結晶構造の観点から、
以下に述べるウェーバライト型結晶構造を基体として考
えることができる。ウェーバライトという鉱物学的名称
はN a 2 M g A Z F 7 化合物結晶に
対して与えられたものであシ、この化合物はまた、2N
aF −MgFz ・A/、Faと書き直すことができ
る。そしてこの化合物はまた、NaF−M g F2
、A L P3三元状態図上の、50モル%NaF−2
5モル%MgFz 25%ル%4 t F a組成物に
対応することは言う薫でもない。さらに結晶学的研究の
結果とのウェーバライトは、(Mg2J”s’″)4−
八面体と、ノ(A7”Fa−)3− 八面体の頂点共有
によって形成した、すき間の多い三次元骨組構造の中に
、F−イオンを8個配位する位置にNa“イオンが存在
する構造であることが判っている。
以下に述べるウェーバライト型結晶構造を基体として考
えることができる。ウェーバライトという鉱物学的名称
はN a 2 M g A Z F 7 化合物結晶に
対して与えられたものであシ、この化合物はまた、2N
aF −MgFz ・A/、Faと書き直すことができ
る。そしてこの化合物はまた、NaF−M g F2
、A L P3三元状態図上の、50モル%NaF−2
5モル%MgFz 25%ル%4 t F a組成物に
対応することは言う薫でもない。さらに結晶学的研究の
結果とのウェーバライトは、(Mg2J”s’″)4−
八面体と、ノ(A7”Fa−)3− 八面体の頂点共有
によって形成した、すき間の多い三次元骨組構造の中に
、F−イオンを8個配位する位置にNa“イオンが存在
する構造であることが判っている。
ここで、Na+イオンをLi+イオンで置換することを
考えてみる。すると、Llのイオン半径(74pm)は
Naのイオン半径(102p m )よシ著しく小さい
ため、もはやLi2MgklF7という化合物は安定相
としては存在しない。しかしながら、対応する組成物を
、たとえば気相からの急速冷却法(蒸着法など)という
手段によって作成すると、該当する組成の単相非晶質体
を形成できる。しかも、このような化合物の非晶質構造
に関する通則よ’)、(MgFa)’−原子団および(
A7Fg)3− 原子団は結晶体と同様に形成され、原
子団同志の配列のみが周期性を失うものと考えられる。
考えてみる。すると、Llのイオン半径(74pm)は
Naのイオン半径(102p m )よシ著しく小さい
ため、もはやLi2MgklF7という化合物は安定相
としては存在しない。しかしながら、対応する組成物を
、たとえば気相からの急速冷却法(蒸着法など)という
手段によって作成すると、該当する組成の単相非晶質体
を形成できる。しかも、このような化合物の非晶質構造
に関する通則よ’)、(MgFa)’−原子団および(
A7Fg)3− 原子団は結晶体と同様に形成され、原
子団同志の配列のみが周期性を失うものと考えられる。
いいかえれば、L L 2 M、gAtFa 組成物非
晶質体は、ウェーバライト結晶中の三次元骨組構造がゆ
がんで長距離秩序を失った三次元骨組構造の中に、リチ
ウムイオンが強制的に配位した構造をとっていると考え
られる。したがってこのリチウムイオンは三次元骨組構
造中の広いすき間を容易に拡散することができ、大きい
リチウムイオン導電率をもたらすと考えられる。
晶質体は、ウェーバライト結晶中の三次元骨組構造がゆ
がんで長距離秩序を失った三次元骨組構造の中に、リチ
ウムイオンが強制的に配位した構造をとっていると考え
られる。したがってこのリチウムイオンは三次元骨組構
造中の広いすき間を容易に拡散することができ、大きい
リチウムイオン導電率をもたらすと考えられる。
一方、このようなウェーバライト構造をとる物質はNa
zMgktPs に限られるわけではなく、今までに、
N a 2 Mg G aF 71 N a2 M g
I u F y +Na2Mg5CF7.Na2Mg
VF7.Na2MgCrF7+Na2MgFeF7.N
a2PeFeF7.Na2PeFeF7゜N a2 C
oFeF7 + N ” 2N ’ F eFt +
N ” 2 N I COF7の存在が知られている。
zMgktPs に限られるわけではなく、今までに、
N a 2 Mg G aF 71 N a2 M g
I u F y +Na2Mg5CF7.Na2Mg
VF7.Na2MgCrF7+Na2MgFeF7.N
a2PeFeF7.Na2PeFeF7゜N a2 C
oFeF7 + N ” 2N ’ F eFt +
N ” 2 N I COF7の存在が知られている。
すなわち、一般式N22M M F7において、M に
ついては、イオン半径が35pmと著しくJ\さいf3
eおよび、121pm以上と著しく大きいSrl 13
a、 sn。
ついては、イオン半径が35pmと著しくJ\さいf3
eおよび、121pm以上と著しく大きいSrl 13
a、 sn。
pbなどを除いた元素、ならびにM11′については、
イオン半径が23pmと著しく小さいBおよび、110
0p以上と著しく大きいLa、(:’eなどを除いた元
素はクエーバライ°ト型三次元骨組構造を形成する。い
いかえれば、六配位イオン半径が60pmからioop
mO間の値である。Mg。
イオン半径が23pmと著しく小さいBおよび、110
0p以上と著しく大きいLa、(:’eなどを除いた元
素はクエーバライ°ト型三次元骨組構造を形成する。い
いかえれば、六配位イオン半径が60pmからioop
mO間の値である。Mg。
Mn、Fe、Co、Niなどの二価金属元素、ならびに
、六配位イオン半径が40pmから90pmの間の値で
ある。A/=、Gal Iul sc。
、六配位イオン半径が40pmから90pmの間の値で
ある。A/=、Gal Iul sc。
V + Crr F er COなどの三価金属元素が
ウェーバライト型三次元骨組構造を形成し、L12M
M F7およびその周辺の組成を持つ非晶質固体化合物
のリチウムイオン導電率の増大をもたらす。
ウェーバライト型三次元骨組構造を形成し、L12M
M F7およびその周辺の組成を持つ非晶質固体化合物
のリチウムイオン導電率の増大をもたらす。
以下、実施例によシ本発明を説明する。
実施例I
L i F : AAF3 = 2 : 1 (モル比
)の混合物をクヌードセンセル型蒸発答器(タンタル製
)に装入し、真空蒸着装置の抵抗蒸着治具に装着した。
)の混合物をクヌードセンセル型蒸発答器(タンタル製
)に装入し、真空蒸着装置の抵抗蒸着治具に装着した。
また、M g F 2粉末を圧粉成型焼成し、同一装置
内の電子ビーム蒸着ハースに装入した。これらを同時に
適宜加熱して、LiFとA t F 3の混合物の蒸発
速度とM g F 2の蒸発速度の比がおおよそ2:1
になるよう制御しながら、約500μpaの真空就にお
いて真空蒸着した。このとき、基板としては、下部電極
であるアルミニウム蒸着膜被覆を施したスライドガラス
を用い、基板温度は室温に保った。
内の電子ビーム蒸着ハースに装入した。これらを同時に
適宜加熱して、LiFとA t F 3の混合物の蒸発
速度とM g F 2の蒸発速度の比がおおよそ2:1
になるよう制御しながら、約500μpaの真空就にお
いて真空蒸着した。このとき、基板としては、下部電極
であるアルミニウム蒸着膜被覆を施したスライドガラス
を用い、基板温度は室温に保った。
こうして形成した厚さ0.5ミクロンの蒸着膜は無色透
明であシ、表面平滑で微a組織を持たず、割れや剥れな
どの欠陥は無かった。この薄膜を化学分析したところ、
L I F2 =52モル%、A L F s = 2
4モル%、Mg F2 =24モル%であることが判っ
た。また、この薄膜のX線回折の結果は非晶質であった
。
明であシ、表面平滑で微a組織を持たず、割れや剥れな
どの欠陥は無かった。この薄膜を化学分析したところ、
L I F2 =52モル%、A L F s = 2
4モル%、Mg F2 =24モル%であることが判っ
た。また、この薄膜のX線回折の結果は非晶質であった
。
次いで、この薄膜上に、リチウムとアルミニウムを逐次
蒸着して重ね膜とし、上部電極として用いた。これらの
下部電極と上部電極との間に±2V以内の直流電圧を印
加したところ、正電荷を持つリチウムイオンが移動する
とみなされる時のみ大電流が流れ、その時の導電率は室
温において3X10−’s/mであった。他方、リチウ
ムイオンの移動が起シ得々い条件(たとえば、リチウム
イオンがすべて上部電極直下にあシ、かつ、上部電極が
負、下部電極が正となるような電界が印加されたとき)
においては電流は著しぐ小さく、そのときの導電率はほ
ぼ10−10s 7mであった。この導電率は電子伝導
によると思われる。したがって本実施例に示した組成物
は優れたリチウムイオン導電体である。
蒸着して重ね膜とし、上部電極として用いた。これらの
下部電極と上部電極との間に±2V以内の直流電圧を印
加したところ、正電荷を持つリチウムイオンが移動する
とみなされる時のみ大電流が流れ、その時の導電率は室
温において3X10−’s/mであった。他方、リチウ
ムイオンの移動が起シ得々い条件(たとえば、リチウム
イオンがすべて上部電極直下にあシ、かつ、上部電極が
負、下部電極が正となるような電界が印加されたとき)
においては電流は著しぐ小さく、そのときの導電率はほ
ぼ10−10s 7mであった。この導電率は電子伝導
によると思われる。したがって本実施例に示した組成物
は優れたリチウムイオン導電体である。
実施例2
実施例1と同様の方法で、組成を異にするL I F
MgF2 AtF3系組成物を作製した。
MgF2 AtF3系組成物を作製した。
このときクヌードセンセル内装入物の混合比、および混
合物とMgFzの蒸発速度比を、所望の薄膜組成が得ら
れるよう変更した。作製した薄膜は厚さ約0.5ミクロ
ン、無色透明、がっ非晶質であった。またこれらの化学
分析を行ったほか、実施例1と同様の方法で導電率を測
定した。その結果をまとめると第1図のようになシ、5
0モル%LiF−25モル%MgPx −25モル%A
tF g組成を中心とする広い組成範囲でl X I
Q−5s/m以上の、リチウムイオン伝導に由来する大
きい導電率が得られることが判る。そして、大きいイオ
ン導電率が得られる組成範囲は第1図の斜線を施L7’
ci囲、スナワチ、95 L i F 5 M g F
r0AtF 3゜35LiF65MgF2・0AIF3
,35LiFOMgFz65AtFs、95LiFOM
gFz・5A7Fsの四点にかこまれる組成範囲といえ
る。この組成範囲は言いかえればXLiF)’MgF2
ZA7F3においてX−35〜95.y−0〜65.z
=o〜65.X+y十Z=100. と表わされる。
合物とMgFzの蒸発速度比を、所望の薄膜組成が得ら
れるよう変更した。作製した薄膜は厚さ約0.5ミクロ
ン、無色透明、がっ非晶質であった。またこれらの化学
分析を行ったほか、実施例1と同様の方法で導電率を測
定した。その結果をまとめると第1図のようになシ、5
0モル%LiF−25モル%MgPx −25モル%A
tF g組成を中心とする広い組成範囲でl X I
Q−5s/m以上の、リチウムイオン伝導に由来する大
きい導電率が得られることが判る。そして、大きいイオ
ン導電率が得られる組成範囲は第1図の斜線を施L7’
ci囲、スナワチ、95 L i F 5 M g F
r0AtF 3゜35LiF65MgF2・0AIF3
,35LiFOMgFz65AtFs、95LiFOM
gFz・5A7Fsの四点にかこまれる組成範囲といえ
る。この組成範囲は言いかえればXLiF)’MgF2
ZA7F3においてX−35〜95.y−0〜65.z
=o〜65.X+y十Z=100. と表わされる。
実施例3
LiF、FeF2.5CF3をそれぞれ秤量、混合。
圧粉成型、焼成(5ooc)、破砕した蒸着原料をクヌ
ートーセンセル型蒸発容器(クンタル製)ニ装入し、抵
抗加熱法によって真空蒸着し、無色透明、非晶質、0.
5ミクロン厚の薄膜を作製した。
ートーセンセル型蒸発容器(クンタル製)ニ装入し、抵
抗加熱法によって真空蒸着し、無色透明、非晶質、0.
5ミクロン厚の薄膜を作製した。
その化学組成と導電率との関係を第2図に示す。
導電率がI X 10−5s 7m以上になる組成範囲
は斜線で示され、xLiFyFeF2ZSCFsにおい
てX=35〜95.y−0〜65.z−0〜65.X+
y+z=100、と表わされる。
は斜線で示され、xLiFyFeF2ZSCFsにおい
てX=35〜95.y−0〜65.z−0〜65.X+
y+z=100、と表わされる。
実施例4
実施例1において、A I F 3の一部を5CF3で
゛置きかえた、52LiF24MgFz15AtF39
SCFa組成物を作製しそのリチウムイオン導電率を調
べたところ、44X10−’s/mと大きかった。
゛置きかえた、52LiF24MgFz15AtF39
SCFa組成物を作製しそのリチウムイオン導電率を調
べたところ、44X10−’s/mと大きかった。
なお第1図及び第2図において組成は三元ダイアグラム
上の○印の位置で示され、導電率は○印の傍らに記した
数字に10−5を乗じだ値(単位S/m)で示される。
上の○印の位置で示され、導電率は○印の傍らに記した
数字に10−5を乗じだ値(単位S/m)で示される。
たとえば、20と記した試料の導電率は20XlO−’
s/mである。ただし、O印の傍に記した数字が指数表
示であるものは、10−5を乗じない。たとえば、’I
O−’° と記した試料の導電率は10−10 57m
である。
s/mである。ただし、O印の傍に記した数字が指数表
示であるものは、10−5を乗じない。たとえば、’I
O−’° と記した試料の導電率は10−10 57m
である。
以上のように、本発明による、ぶつ化リチウム、二価金
属ぶつ化物、および二価金属ぶつ化物を混晶させた組成
を持つ固体化合物から成る非晶質薄膜がおおよそl 、
Q−’ s 7m以上の大きいリチウムイオン導電率を
室温で示すので、これらをエレクトロクロミック表示素
子に応用でき、産業上の利益は太きい。
属ぶつ化物、および二価金属ぶつ化物を混晶させた組成
を持つ固体化合物から成る非晶質薄膜がおおよそl 、
Q−’ s 7m以上の大きいリチウムイオン導電率を
室温で示すので、これらをエレクトロクロミック表示素
子に応用でき、産業上の利益は太きい。
第1図はLiF MgFz ktFs系蒸着薄膜の組成
とリチウムイオン導電率の関係図、第2図はLiF F
eF2 5CFs系蒸着薄膜の組第1図 葛 2 図
とリチウムイオン導電率の関係図、第2図はLiF F
eF2 5CFs系蒸着薄膜の組第1図 葛 2 図
Claims (1)
- 一般式xLiF”yMFz ・ZM”Fs + (ここ
にMIIは六配位イオン半径が60pm−から1100
pの間の値である二価金属元素、MII[は六配位イオ
ン半径が40pmから90pmの間の値である三価金属
元素、のそれぞれ少なくとも一種ずつの元素を表わし、
Xは35≦X≦95の範囲、yは0<y≦65の範囲、
2はQ(z≦65の範囲、かつ、x+y+Z=100の
条件を満たす数値である)で衣わされる化分物であるこ
とを特徴とするリチウムイオン導電体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20742483A JPS60100301A (ja) | 1983-11-07 | 1983-11-07 | リチウムイオン導電体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20742483A JPS60100301A (ja) | 1983-11-07 | 1983-11-07 | リチウムイオン導電体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60100301A true JPS60100301A (ja) | 1985-06-04 |
Family
ID=16539522
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20742483A Pending JPS60100301A (ja) | 1983-11-07 | 1983-11-07 | リチウムイオン導電体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60100301A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017107836A (ja) * | 2015-11-26 | 2017-06-15 | 旭化成株式会社 | 透明導電膜 |
-
1983
- 1983-11-07 JP JP20742483A patent/JPS60100301A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017107836A (ja) * | 2015-11-26 | 2017-06-15 | 旭化成株式会社 | 透明導電膜 |
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