JPS61122122A - 超イオン伝導体及び固体電池 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、陽イオンが固体中の電荷担体となる超イオ
ン伝導体とその応用である固体電池に関するものである
。

〔従来の技術〕

固体中を電子ではなくイオンによって電荷が運ばれる超
イオン伝導体は、液漏れのない高信頼性が必要とされる
電池の電解質や、センサー、電気化学的デバイス等に広
く応用されはじめている。

超イオン伝導体が上記応用分野に一層広く適用されるた
めには、その導電率が大きいこと、電池を形成したとき
これが高エネルギー密度を有することが要求される。

従来、導電率の大きい超イオン伝導体として、Ａｇ３Ｓ
Ｉ、ＲｂＡｇ４　■５．Ａｇ５１６　　（Ｃ６Ｈ６Ｎ）
、Ａｇ５　ｒ５　ＷＯ２等（Ｄ銀イオン導電体が知られ
ている。これらの化合物はα−ＡｇＩ型とよばれる構造
、即ち、単位体積当りのＡｇ＋イオンの数に比べて、単
位体積当りの、Ａｇ＋イオンが占めることができる位置
の数が多いいわゆる一層　　　−ｌ 平均構造を有するため、室温で１Ｏ８ＣＩ１１　　前後
の高い導電率を示す。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、これらの銀イオン導電体を用いて電池を形成し
た場合、該電池はその出力電圧が低い、即ちエネルギー
密度が小さいという欠点があった。

例えば （−＞　　Ａｇ　　ｌＡｇ３　Ｓ　Ｉ　　Ｉ　　Ｉ２　
　（＋）銀電池では、その開路電圧は０．６８Ｖと、比
較的低い値しか示さない。

この発明は、このような問題点を解消するためになされ
たもので、導電率が高い超イオン伝導体を提供すること
、及びその超イオン伝導体を用いた高エネルギー密度の
固体電池を提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この出願の第１の発明に係る超イオン伝導体は、導電率
の高い代表的な平均構造を有するＡｇ３ＳＩの一部をリ
チウム化合物で置換して合成したもので、その組成がＡ
ｇ／２ＱＬｉｌ−１！　Ｏ／−ＸＳＸＩ　　（０≦ｘく
１）の化学式で表わされるものである。

また、この出願の第２の発明に係る固体電池は、電解質
に上記超イオン伝導体を、負極活物質にリチウムを用い
たものである。

〔作用〕

この出願の第１の発明のＡｇ　／’ｒ２ＸＬｔｌ−ｕ　
ｏ、−、ｓ、ｒ（Ｏ≦ｘ＜ｌ）の化学式で表わされる超
イオン伝導体は、常温で、通常のリチウムイオン導電体
に比較して高い導電率を示す。

また、この出願の第２の発明の固体電池は、電解質に上
記超イオン伝導体を、負極活物質にリチウムを用いてこ
れを形成したから、従来の銀電池よりも大きな開路電圧
を示し、高エネルギー密度の電池が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

図面は電解質に本願の第１の発明の一実施例による超イ
オン伝導体を用いて構成した本願の第２の発明の一実施
例による固体電池を示し、図において、１はリチウムか
らなる負極、２はＡｇ／＋２１Ｌｉユ。

Ｏ７，ｓχＩ　　（０≦ｘく１）の超イオン伝導体で構
成される電解質、３は正極であり、これはヨウ素とこれ
に導電性を良好に保つために添加されたカーボン粉末と
からなる。４１！Ｉ７−ド線、５は負荷であり、この場
合本固体電池の外部回路は、該負荷５及びリード線４か
らなるものとなっている。

この超イオン伝導体を得るに当たっては、導電率が高（
、代表的な平均構造を有するＡｇ３　Ｓ　Ｉに着目し、
その一部をリチウム化合物で置換し、目的とするリチウ
ムイオン導電体を合成した。即ち、Ａｇ１１モルと、（
Ａｇ２Ｓ＋Ｌｉ２０）の混合物１モルとを混合し、これ
をパイレックス管に真空封入し、生成物の分解防止のた
めのイオウ粉末を、同一パイレックス管内の上記真空封
入した混合物と接触しない位置に真空封入し、５００℃
。

２４時間かけて下記の化合物を焼結させた。

Ａｇ　／＋２２　Ｌｉ　ｚ−２２０ｔ−ｚｓｚ　Ｉ　　
　（０≦ｘく１）この化合物の導電率（体積抵抗率）を
測定したところ、混合比率にもよるが、常温で通常のリ
チウムイオン導電体に比較して１桁以上高い１０　５ｃ
ｍ−１以上の値を示した。

この化合物を電解質とし下記の組合せとした電池、即ち
電解質番に上記超イオン伝導体Ａｇ　／−）：ｌ□Ｌ　
ｉ　ｚ−ｍＯ７−７Ｓ工Ｉ　　（０≦ｘく１）を、負極
にリチウムＬｉを、正極にヨウ素■２を用いた電池が本
出願の第２の発明の固体電池である。

（）　Ｌｉ　ｌＡｇｎ＞ｚＬｉ２−２ｚｏ＋−ｚｓ：ｃ
Ｉ　ｌ　１２　　（＋）この固体電池においては、負極
１でリチウムＬｉは電子を放出してリチウムイオン・Ｌ
ｉ＋となり、これは電池内を正極３方向に進み、一方上
記放出された電子は該方向と反対方向に進行する。上記
リチウムイオンＬｉ＋はヨウ素イオンＩ−と結合してＬ
ｉＩとなり、電気的に中性の状態になることにより反応
は完結する。上記電子は負極ｌから外部回路を通り、負
荷５で仕事をして正極３に到達する。

本実施例の電池は、その開路電圧は、約２．２ｖを示し
、これは従来の銀電池 （−）Ｌｉ　ｌＡｇ５ｓＩ　ｌ　１２　　（＋）の０．
６８Ｖに比較して３倍以上も高いものであり、で液漏れ
の心配は全くない。

なお上記実施例では、電池の正極にヨウ素Ｉ２を用いた
が、これは他のハロゲンＢｒ２．Ｃ１２を用いてもよく
、’ｒｔｓ２のようなインターカレーション化合物を用
いてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、その組成がＡｇ　＋
−ｔｚｔＬｉｚ−ｚｚ　０ｔ−２ｓｚ　Ｉ　　（０≦ｘ
〈１）の化学式で表わされる超イオン伝導体を合成し、
さらにこれを電解質とし、リチウムを負極とする電池を
形成したので、エネルギー密度が高く高信頼性の電池が
得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本願の第１の発明の一実施例による超イオン伝導
体を電解質に用いて形成された本願の第２の発明の一実
施例による固体電池を示す構成図である。 １・・・負極（Ｌｆ　）　、２・・・電解質（Ａｇ／−
？ＺえＬｉｚ−１２０１−１Ｓ　ｚｌ　＋　　０≦ｘく
１）。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）銀、リチウム、酸素、硫黄、及びヨウ素の化合物
   からなる超イオン伝導体であって、その組成がＡｇ＿１
   ＿＋＿２＿ｘＬｉ＿２＿−＿２＿ｘＯ＿１＿ｘＳ＿ｘＩ
   （０≦ｘ＜１）の化学式で表わされることを特徴とする
   超イオン伝導体。
2. （２）その負極活物質がリチウムである固体電池におい
   て、該固体電池の電解質にＡｇ＿１＿＋＿２＿ｘＬｉ＿
   ２＿−＿２＿ｘＯ＿１＿−＿ｘＳ＿ｘＩ（０≦ｘ＜１）
   の化学式で表わされる超イオン伝導体を用いたことを特
   徴とする固体電池。