JP3151925B2 - Amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and its synthesis method - Google Patents
Amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and its synthesis methodInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、全固体電池、コンデン
サ、固体エレクトロクロミック表示素子等の電気化学素
子の電解質として利用されるリチウムイオン伝導性固体
電解質に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium ion conductive solid electrolyte used as an electrolyte for electrochemical devices such as all solid state batteries, capacitors and solid state electrochromic display devices.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、有機リチウム電解質を用いたリチ
ウム二次電池の開発に関する研究が盛んに行われてい
る。有機電解質を用いたリチウム二次電池の開発には、
正極あるいは負極として可逆性に優れた活物質材料の開
発が必要であり、今日、そうした材料探索が盛んに行わ
れている。例えば、負極材料に関してはリチウム金属単
独あるいはリチウム合金を用いたものから、特殊なカー
ボンを利用し、カーボン層間へリチウムを可逆的に出し
入れさせる反応を利用する方向に進んでいる。2. Description of the Related Art In recent years, research on the development of lithium secondary batteries using an organic lithium electrolyte has been actively conducted. For the development of lithium secondary batteries using organic electrolytes,
It is necessary to develop an active material having excellent reversibility as a positive electrode or a negative electrode, and such materials are being actively searched for today. For example, with regard to the negative electrode material, the use of lithium metal alone or a lithium alloy has been used, and special carbon has been used, and a reaction for reversibly bringing lithium in and out of the carbon layer has been used.
【0003】また、正極材料に関しても同様に、活物質
の電気化学的酸化還元によって化学変化を伴うものから
電解質中のLiイオンが活物質中に出入りする材料が用
いられるようになって来ている。[0003] Similarly, as for the positive electrode material, a material in which Li ions in the electrolyte enter and exit the active material from those accompanied by a chemical change by electrochemical oxidation-reduction of the active material has been used. .
【0004】一方、電解質に関しては、電池の信頼性を
向上させる為にリチウムイオン伝導性固体電解質を必要
としている。しかし、現在の所、優れたリチウムイオン
伝導性固体電解質がなく、新しい固体電解質材料の研究
開発が盛んに行われている。On the other hand, as for the electrolyte, a lithium ion conductive solid electrolyte is required in order to improve the reliability of the battery. However, at present, there is no excellent lithium ion conductive solid electrolyte, and research and development of new solid electrolyte materials are being actively conducted.
【0005】こうした固体電解質に関する研究の一つと
してLi2 S・X(XはSiS2 、GeS2 、P
2 S5 、B2 S3 の群より選択される一種以上の硫化
物)系硫化物ガラスが優れたイオン伝導性を示す事から
盛んに研究されている。As one of the studies on such solid electrolytes, Li 2 SX (X is SiS 2 , GeS 2 , P
It is actively studied since it shows a 2 S 5, B 2 S sulfide least one selected from the group of 3) based sulfide glass is excellent ion conductivity.
【0006】Li2 S・X(XはSiS2 、GeS2 、
P2 S5 、B2 S3 の群より選択される一種以上の硫化
物)系硫化物ガラスは、XがSiS2 のLi2 S・Si
S2系において特に高い伝導率の値を有し、その値は、
5×10-4S/cm程度である。Li 2 SX (X is SiS 2 , GeS 2 ,
One or more sulfide-based sulfide glasses selected from the group consisting of P 2 S 5 and B 2 S 3 are those in which X is SiS 2 and Li 2 S · Si.
It has a particularly high conductivity value in the S 2 system,
It is about 5 × 10 −4 S / cm.
【0007】また、Li2 S・X系硫化物ガラスにヨウ
化リチウムを添加したLiI・Li 2 S・X系ガラスで
は、10-3S/cm程度と比較的高いイオン伝導率を持
つとして知られている。In addition, LiTwoIodine on S / X sulfide glass
LiI.Li with lithium chloride added TwoWith SX glass
Is 10-3Has relatively high ionic conductivity of about S / cm
Known as one.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】Li2 S・X(XはS
iS2 、GeS2 、P2 S5 、B2 S3 の群より選択さ
れる一種以上の硫化物)系硫化物ガラスの伝導率は、前
述のように5×10-4S/cmという高い値を示すが、
電気化学素子に応用するにはイオン伝導率がまだ低く、
更に該材料の化学的な安定性が不充分である。SUMMARY OF THE INVENTION Li 2 SX (X is S
The conductivity of one or more sulfide-based sulfide glasses selected from the group consisting of iS 2 , GeS 2 , P 2 S 5 , and B 2 S 3 is as high as 5 × 10 −4 S / cm as described above. Indicates the value,
The ionic conductivity is still low for application to electrochemical devices,
Furthermore, the chemical stability of the material is insufficient.
【0009】また、LiI・Li2 S・X系では、10
-3S/cm程度という高いイオン伝導率を示すが、リチ
ウム金属との接触により固体電解質が還元され伝導性が
低下するなど化学的な安定性が解決されておらず、全固
体リチウム電池などの電気化学素子への応用開発には数
々の問題を有していた。In the LiI.Li 2 SX system, 10
Despite high ionic conductivity of about -3 S / cm, chemical stability has not been solved, for example, the solid electrolyte is reduced by contact with lithium metal and the conductivity is reduced. The development of application to electrochemical devices had many problems.
【0010】本発明は、従来の課題である低い伝導率あ
るいは伝導率の低下をもたらす化学的安定性の問題を改
善したリチウムイオン伝導性固体電解質とその合成法を
提供しようとするものである。An object of the present invention is to provide a lithium ion conductive solid electrolyte which has solved the problems of chemical stability that causes a low conductivity or a decrease in conductivity, which is a conventional problem, and a method for synthesizing the same.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は、a’Li3 P
O4 ・b’Li2 S・c’X(但し、a’+b’+c’
が1であって、XがSiS2 、GeS2 、P2 S5 、B
2 S3 の群より選択される一種以上の硫化物)で表され
る非晶質化合物に複数種のハロゲン化リチウムZを混合
し、該混合物を加熱溶融し、その後急冷することで新し
い非晶質リチウムイオン伝導性固体電解質aLi3 PO
4 ・bLi2 S・cX・dZ(但し、a+b+c+dが
1であって、XがSiS2 、GeS2 、P2 S5 、B2
S3 の群より選択される一種以上の硫化物であり、Zは
複数種のハロゲン化リチウム)を合成し、非晶質リチウ
ムイオン伝導性固体電解質とする。According to the present invention, there is provided an a'Li 3 P
O 4 · b'Li 2 S · c'X (however, a '+ b' + c '
Is 1 and X is SiS 2 , GeS 2 , P 2 S 5 , B
A plurality of lithium halides Z are mixed with an amorphous compound represented by one or more sulfides selected from the group of 2 S 3 ), and the mixture is heated and melted, and then rapidly cooled to form a new amorphous material. Lithium ion conductive solid electrolyte aLi 3 PO
4 · bLi 2 S · cX · dZ (where a + b + c + d is 1 and X is SiS 2 , GeS 2 , P 2 S 5 , B 2
It is one or more sulfides selected from the group of S 3 , and Z is a compound of a plurality of types of lithium halides to form an amorphous lithium ion conductive solid electrolyte.
【0012】尚、前記一般式aLi3 PO4 ・bLi2
S・cX・dZ(但し、a+b+c+dが1であって、
XがSiS2 、GeS2 、P2 S5 、B2 S3 の群より
選択される一種以上の硫化物であり、Zは複数種のハロ
ゲン化リチウム)で表される非晶質リチウムイオン伝導
性固体電解質は組成比a、b、cの和が0.9≧a+b
+c≧0.4であり、かつdが0.1≦d≦0.6をみ
たすものである場合に化学的安定性に特に優れたものと
なる。Incidentally, the general formula aLi 3 PO 4 .bLi 2
S · cX · dZ (where a + b + c + d is 1 and
X is one or more sulfides selected from the group consisting of SiS 2 , GeS 2 , P 2 S 5 , and B 2 S 3 , and Z is a plurality of amorphous lithium ion conductors represented by a plurality of types of lithium halides. The solid electrolyte has a composition ratio of a ≧ b + c of 0.9 ≧ a + b
When + c ≧ 0.4 and d satisfies 0.1 ≦ d ≦ 0.6, the chemical stability becomes particularly excellent.
【0013】[0013]
【作用】Li3 PO4 は、高温領域においてイオン伝導
性の高い結晶構造を示すが、室温付近では相移転によっ
て構造が変わり、イオン伝導性が低下する事が知られて
いる。[Function] Li 3 PO 4 has a crystal structure with high ion conductivity in a high temperature region, but it is known that the structure changes due to phase transfer near room temperature, and the ion conductivity decreases.
【0014】しかし、Li3 PO4 を室温状態で非晶質
状態を示す材料に加え、これらを高温状態で一旦、非晶
質化させた後、室温状態に戻すことにより、Li3 PO
4 の状態を室温に於いても非晶質状態に保持させること
が可能となり、室温においても高いイオン伝導性をもた
せることが出来ると考えられる。However, Li 3 PO 4 is added to a material which shows an amorphous state at room temperature, and once these materials are made amorphous at a high temperature, and then returned to a room temperature, the Li 3 PO 4 is returned.
It is considered that the state 4 can be maintained in an amorphous state even at room temperature, and high ionic conductivity can be obtained even at room temperature.
【0015】これは、非晶質状態となることによって、
即ち、結晶構造の原子の配列がやや乱れた構造をとる
為、結晶性材料とは異なり、リチウムイオンが自由に動
き得るようになる結果、イオン伝導性が向上するものと
考えられる。 特に、a’Li 3 PO4 ・b’Li2 S
・c’X(但し、a’+b’+c’が1であって、Xが
SiS2 、GeS2 、P2 S5 、B2 S3 の群より選択
される一種以上の硫化物)で表される非晶質化合物に複
数種のハロゲン化リチウムZを混合し、該混合物を加熱
溶融し、その後急冷することにより、合成した新しい非
晶質リチウムイオン伝導性固体電解質aLi3 PO4 ・
bLi2 S・cX・dZ(但し、a+b+c+dが1で
あって、XがSiS2 、GeS2 、P2 S5 、B2 S3
の群より選択される一種以上の硫化物であり、Zは複数
種のハロゲン化リチウム)は自由に動き得るリチウムイ
オンが多くなる結果、a’Li3 PO4 ・b’Li2 S
・c’X(但し、a’+b’+c’が1であって、Xが
SiS2 、GeS2 、P2 S 5 、B2 S3 の群より選択
される一種以上の硫化物)で表される非晶質化合物材料
よりもイオン伝導率の高いリチウムイオン伝導性固体電
解質となる。This is because the amorphous state is obtained.
In other words, the structure of atoms in the crystal structure is slightly disordered.
Therefore, unlike crystalline materials, lithium ions move freely.
As a result, ion conductivity is improved.
Conceivable. In particular, a'Li ThreePOFour・ B'LiTwoS
C'X (where a '+ b' + c 'is 1 and X is
SiSTwo, GeSTwo, PTwoSFive, BTwoSThreeSelect from group
Or more than one sulfide)
Mix several kinds of lithium halides Z and heat the mixture
By melting and then quenching, the new synthesized
Amorphous lithium ion conductive solid electrolyte aLiThreePOFour・
bLiTwoS · cX · dZ (where a + b + c + d is 1
And X is SiSTwo, GeSTwo, PTwoSFive, BTwoSThree
Is at least one sulfide selected from the group consisting of
Species of lithium halides)
As a result of more on, a′LiThreePOFour・ B'LiTwoS
C'X (where a '+ b' + c 'is 1 and X is
SiSTwo, GeSTwo, PTwoS Five, BTwoSThreeSelect from group
Compound material represented by one or more sulfides
Lithium-ion conductive solid state electrode with higher ion conductivity than
It will be degraded.
【0016】[0016]
【実施例】本発明のリチウムイオン伝導性固体電解質
は、a’Li3 PO4 ・b’Li2S・c’X(但し、
a’+b’+c’が1であって、XがSiS2 、GeS
2 、P2 S5 、B2 S3 の群より選択される一種以上の
硫化物)で表される非晶質化合物を母材として用い、添
加する化合物として複数種のハロゲン化リチウムZ(こ
こで、Z=LiI、LiClあるいはLiBr)を用い
るが、母材となる非晶質化合物と、その原料および合成
した固体電解質が大気中の酸素や水分によって容易に分
解するため、取扱はすべて乾燥アルゴン雰囲気下のドラ
イボックス中で行った。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The lithium ion conductive solid electrolyte of the present invention comprises a'Li 3 PO 4 .b'Li 2 S'c'X (provided that
a ′ + b ′ + c ′ is 1 and X is SiS 2 , GeS
2, P 2 S 5, B 2 using the S least one sulfide selected from the group of 3) amorphous compound represented by a matrix, a plurality of kinds of lithium halide Z as the compound added (here Z = LiI, LiCl or LiBr) is used, but since the amorphous compound serving as the base material, the raw material thereof and the synthesized solid electrolyte are easily decomposed by oxygen and moisture in the atmosphere, all handling is performed with dry argon. Performed in a dry box under atmosphere.
【0017】ここではハロゲン化リチウムを始め、用い
た試薬は全て特級を使用し、特にLiI、LiClなど
は減圧下、400°Cで6時間乾燥した後使用した。Here, all reagents used, including lithium halide, were of a special grade, and LiI, LiCl, etc. were used after drying under reduced pressure at 400 ° C. for 6 hours.
【0018】以下、本発明を具体的に実施例を用い、よ
り詳細に説明する。 (実施例1)本発明による非晶質リチウムイオン伝導性
固体電解質の内、aLi3 PO4 ・bLi2 S・cSi
S2 系非晶質材料を用いた非晶質リチウムイオン伝導性
固体電解質aLi3 PO4 ・bLi2 S・cSiS2 ・
dZについての実施例を説明する。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. (Example 1) Among the amorphous lithium ion conductive solid electrolytes according to the present invention, aLi 3 PO 4 .bLi 2 S.cSi
Amorphous lithium ion conductive solid electrolyte aLi 3 PO 4 · bLi 2 S · cSiS 2 · using S 2 -based amorphous material
An example of dZ will be described.
【0019】先ず、b”Li2 S・c”SiS2 (b”
+c”=1)を合成した。この合成は硫化リチウム(L
i2 S)と硫化珪素(SiS2 )をb”=0.3〜0.
8となるように混合し、該混合粉末をガラス状カーボン
坩堝中にいれ、これを、アルゴン気流中950°Cで
1.5時間溶融し反応させた後、液体窒素中に投入して
急冷し、b”Li2 S・c”SiS2 (b”+c”=
1)を得た。First, b "Li 2 S.c" SiS 2 (b "
+ C "= 1). This synthesis is based on lithium sulfide (L
i 2 S) and silicon sulfide (SiS 2 ) with b ″ = 0.3 to 0.
8, and the mixed powder was placed in a glassy carbon crucible. The mixture was melted in an argon gas stream at 950 ° C. for 1.5 hours to react, then put into liquid nitrogen and quenched. , B ”Li 2 S · c” SiS 2 (b ″ + c ″ =
1) was obtained.
【0020】次に、これを粉砕し、リン酸リチウム(L
i3 PO4 )をa’Li3 PO4 ・b’Li2 S・c’
SiS2 において、a’=0.01〜0.3となるよう
に加えて混合し、該粉末をガラス状カーボン坩堝中にい
れ、これを、アルゴン気流中950°Cで1.5時間溶
融し反応させた後、液体窒素中に投入して急冷し、a’
Li3 PO4 ・b’Li2 S・c’SiS2 (a’+
b’+c’=1)を合成した。Next, this is crushed, and lithium phosphate (L
i 3 PO 4 ) is converted to a′Li 3 PO 4 .b′Li 2 S.c ′
In SiS 2 , a ′ = 0.01 to 0.3 was added and mixed, and the powder was placed in a glassy carbon crucible, which was melted at 950 ° C. for 1.5 hours in a stream of argon. After the reaction, put in liquid nitrogen and quench, a '
Li 3 PO 4 · b'Li 2 S · c'SiS 2 (a '+
b ′ + c ′ = 1) was synthesized.
【0021】得られたa’Li3 PO4 ・b’Li2 S
・c’SiS2 材料y量に対し、複数種のハロゲン化リ
チウムZとしてヨウ化リチウム(LiI)、塩化リチウ
ム(LiCl)が0.7:0.3の混合物をd量とり、
y+dが1となるように混合した後、該混合粉末をガラ
ス状カーボン坩堝中にいれ、これを、アルゴン気流中9
50℃で1.5時間溶融し反応させた後、液体窒素中に
投入して急冷しaLi 3 PO4 ・bLi2 S・cSiS
2 ・dZ(a+b+c+d=1)を得た。The obtained a'LiThreePOFour・ B'LiTwoS
・ C'SiSTwoMultiple kinds of halogenated resin
Lithium iodide (LiI), lithium chloride
The mixture (LiCl) having a ratio of 0.7: 0.3 is d-weighted,
After mixing so that y + d becomes 1, the mixed powder is mixed
Into a carbon crucible, and put it in an argon stream.
After melting and reacting at 50 ° C for 1.5 hours,
ALi ThreePOFour・ BLiTwoS ・ cSiS
TwoDZ (a + b + c + d = 1) was obtained.
【0022】合成した固体電解質の特性を調べるため、
交流インピーダンス法によるイオン伝導率の測定を行っ
た。In order to examine the characteristics of the synthesized solid electrolyte,
The ionic conductivity was measured by the AC impedance method.
【0023】得られた結果を図1に示した。縦軸はイオ
ン伝導率を示し、横軸は(0.03Li3 PO4 ・0.
58Li2 S・0.39SiS2 )に対する複数種から
なるハロゲン化リチウムZ(但し、Zはヨウ化リチウム
(LiI)、塩化リチウム(LiCl)0.7:0.3
の混合物を用いた)の添加量(モル%)を示したもので
ある。図1よりイオン伝導率はハロゲン化リチウムZの
添加と共に増大した後、極大を経て、減少している事が
示されており、イオン伝導率が最も大きくなるのは、
0.75(0.03Li3 PO4 ・0.58Li2 S・
0.39SiS2)・0.25(0.7LiI、0.3
LiCl)であり、そのイオン伝導率の値は2.3×1
0-3S/cmであった。FIG. 1 shows the obtained results. The vertical axis indicates ionic conductivity, and the horizontal axis indicates (0.03Li 3 PO 4 .0.
58Li 2 S.0.39SiS 2 ) composed of plural kinds of lithium halides Z (where Z is lithium iodide (LiI), lithium chloride (LiCl) 0.7: 0.3)
(A mixture of the above) was used (mol%). FIG. 1 shows that the ionic conductivity increases with the addition of lithium halide Z, then decreases through a local maximum, and the ionic conductivity becomes the largest
0.75 (0.03Li 3 PO 4 · 0.58Li 2 S ·
0.39SiS 2) · 0.25 (0.7LiI, 0.3
LiCl) whose ionic conductivity is 2.3 × 1
It was 0 -3 S / cm.
【0024】これに対し、ハロゲン化リチウムを添加し
ていない0.03Li3 PO4 ・0.58Li2 S・
0.39SiS2 のイオン伝導率は7×10-4S/cm
であった。On the other hand, 0.03Li 3 PO 4 .0.58 Li 2 S.
The ionic conductivity of 0.39 SiS 2 is 7 × 10 −4 S / cm.
Met.
【0025】次に、リチウム金属に対する電解質の化学
的安定性を調べるために、合成した各種組成の電解質を
厚さ0.5mm、直径10mmのディスク1にプレス成
形し、更に、ディスク1の両面にリチウム金属ディスク
2,2’を圧着し、図2に示したような密封セル3を作
成した。化学的安定性は、これら密封セル3を60°C
の恒温槽に500時間保存し、それぞれの密封セル3の
内部インピーダンスの経時変化を測定した。Next, in order to examine the chemical stability of the electrolyte with respect to lithium metal, the synthesized electrolytes having various compositions were pressed into a disc 1 having a thickness of 0.5 mm and a diameter of 10 mm. The lithium metal disks 2 and 2 ′ were crimped to form a sealed cell 3 as shown in FIG. The chemical stability is that these sealed cells 3 are kept at 60 ° C.
For 500 hours, and the change over time in the internal impedance of each sealed cell 3 was measured.
【0026】図3は得られた結果を示したもので、縦軸
はインピーダンス変化を保存前の内部インピーダンスで
規格化して示した。本結果から明白なように、ハロゲン
化リチウムが0.6以上では内部インピーダンスの経時
変化が著しく大きくなり、それ未満では内部インピーダ
ンスの増加が少ない事が分かった。FIG. 3 shows the obtained results. The vertical axis represents the impedance change normalized by the internal impedance before storage. As is apparent from this result, it was found that when the lithium halide was 0.6 or more, the change with time of the internal impedance became remarkably large, and when it was less than 0.6, the increase in the internal impedance was small.
【0027】(実施例2)実施例1において、a’Li
3 PO4 ・b’Li2 S・c’SiS2 材料y量に対
し、添加する複数種のハロゲン化リチウムZとしてヨウ
化リチウム(LiI)、塩化リチウム(LiCl)の
0.7:0.3の混合物を用いたが、ここでは、これを
ヨウ化リチウム(LiI)0.75:臭化リチウム(L
iBr)0.25からなる混合物をd量に変えた以外は
実施例1と同様にして、aLi3 PO4・bLi2 S・
cSiS2 ・dZ(a+b+c+d=1)を得た。(Example 2) In Example 1, a′Li
0.7: 0.3 of lithium iodide (LiI) and lithium chloride (LiCl) as a plurality of kinds of lithium halides Z to be added to the amount of 3 PO 4 .b'Li 2 S.c'SiS 2 material y. Here, a mixture of lithium iodide (LiI) 0.75: lithium bromide (L
iLi) In the same manner as in Example 1 except that the mixture consisting of 0.25 was changed to the amount of d, aLi 3 PO 4 .bLi 2 S.
cSiS 2 .dZ (a + b + c + d = 1) was obtained.
【0028】合成した固体電解質の特性を調べるため、
交流インピーダンス法によるイオン伝導率の測定を行っ
た。In order to examine the characteristics of the synthesized solid electrolyte,
The ionic conductivity was measured by the AC impedance method.
【0029】得られた結果を図4に示した。縦軸はイオ
ン伝導率を示し、横軸は(0.03Li3 PO4 ・0.
58Li2 S・0.39SiS2 )に対する複数種から
なるハロゲン化リチウムZ(但し、Zはヨウ化リチウム
(LiI)、臭化リチウム(LiBr)が0.75:
0.25の混合物)の添加量(モル%)を示したもので
ある。図4よりイオン伝導率はハロゲン化リチウムZの
添加と共に増大した後、極大を経て、減少している事が
示されており、イオン伝導率が最も大きくなるのは、
0.80(0.03Li3 PO4 ・0.58Li2 S・
0.39SiS2 )・0.20(0.75LiI、0.
25LiBr)であり、そのイオン伝導率の値は2.6
×10-3S/cmであった。FIG. 4 shows the obtained results. The vertical axis indicates ionic conductivity, and the horizontal axis indicates (0.03Li 3 PO 4 .0.
58Li 2 S.0.39SiS 2 ) composed of a plurality of kinds of lithium halides Z (where Z is lithium iodide (LiI) and lithium bromide (LiBr) 0.75:
(A mixture of 0.25). FIG. 4 shows that the ionic conductivity increases with the addition of the lithium halide Z, then decreases through a local maximum, and the ionic conductivity is highest.
0.80 (0.03Li 3 PO 4 · 0.58Li 2 S ·
0.39SiS 2 ) .0.20 (0.75LiI, 0.
25LiBr), and its ionic conductivity value is 2.6.
× 10 -3 S / cm.
【0030】(実施例3)実施例1において、a’Li
3 PO4 ・b’Li2 S・c’SiS2 材料y量に対
し、添加する複数種のハロゲン化リチウムZとしてヨウ
化リチウム(LiI)、塩化リチウム(LiCl)の
0.7:0.3の混合物を用いたが、ここでは、これを
ヨウ化リチウム(LiI)0.7:臭化リチウム(Li
Br)0.1:塩化リチウム(LiCl)0.2からな
る混合物をd量に変えた以外は実施例1と同様にして、
aLi3 PO4 ・bLi2 S・cSiS2 ・dZ(a+
b+c+d=1)を得た。(Example 3) In Example 1, a′Li
0.7: 0.3 of lithium iodide (LiI) and lithium chloride (LiCl) as a plurality of kinds of lithium halides Z to be added to the amount of 3 PO 4 .b'Li 2 S.c'SiS 2 material y. Here, a mixture of lithium iodide (LiI) 0.7: lithium bromide (Li) was used.
Br) 0.1: Same as Example 1 except that the mixture consisting of lithium chloride (LiCl) 0.2 was changed to d amount.
aLi 3 PO 4 .bLi 2 S.cSiS 2 .dZ (a +
b + c + d = 1) was obtained.
【0031】合成した固体電解質の特性を調べるため、
交流インピーダンス法によるイオン伝導率の測定を行っ
た。In order to examine the characteristics of the synthesized solid electrolyte,
The ionic conductivity was measured by the AC impedance method.
【0032】得られた結果を図5に示した。縦軸はイオ
ン伝導率を示し、横軸は(0.03Li3 PO4 ・0.
58Li2 S・0.39SiS2 )に対する複数種から
なるハロゲン化リチウムZ(但し、Zはヨウ化リチウム
(LiI)0.7、臭化リチウム(LiBr)0.1、
塩化リチウム(LiCl)0.2の混合物)の添加量
(モル%)を示したものである。図5よりイオン伝導率
はハロゲン化リチウムZの添加と共に増大した後、極大
を経て、減少している事が示されており、イオン伝導率
が最も大きくなるのは、0.80(0.03Li3 PO
4 ・0.58Li 2 S・0.39SiS2 )・0.20
(0.7LiI、0.1LiBr、0.2LiCl)で
あり、そのイオン伝導率の値は1.8×10-3S/cm
であった。FIG. 5 shows the obtained results. The vertical axis is Io
The horizontal axis indicates (0.03Li).ThreePOFour・ 0.
58LiTwoS ・ 0.39SiSTwoFrom multiple species
Lithium halide Z (where Z is lithium iodide
(LiI) 0.7, lithium bromide (LiBr) 0.1,
Lithium chloride (LiCl) 0.2 mixture)
(Mol%). Figure 5 shows the ionic conductivity
Increases with the addition of lithium halide Z and then reaches a maximum
It is shown that the ionic conductivity has decreased
Is largest at 0.80 (0.03LiThreePO
Four・ 0.58Li TwoS ・ 0.39SiSTwo) ・ 0.20
(0.7LiI, 0.1LiBr, 0.2LiCl)
And its ionic conductivity value is 1.8 × 10-3S / cm
Met.
【0033】(実施例4)aLi3 PO4 ・bLi2 S
・cGeS2 系非晶質材料を用いた非晶質リチウムイオ
ン伝導性固体電解質aLi3 PO4 ・bLi2 S・cG
eS2 ・dZについての実施例を説明する。Example 4 aLi 3 PO 4 .bLi 2 S
・ Amorphous lithium ion conductive solid electrolyte aLi 3 PO 4・ bLi 2 S ・ cG using cGeS 2 -based amorphous material
An example of eS 2 · dZ will be described.
【0034】先ず、最初に0.6Li2 S・0.4Ge
S2 ガラスを実施例1と同様に合成した。即ち、硫化リ
チウム(Li2 S)と硫化ゲルマニウム(GeS2 )を
モル比で3:2に混合し、該材料粉末をガラス状カーボ
ン坩堝中にいれ、これをアルゴン気流中950°Cで
1.5時間反応させた後、液体窒素中に投入して急冷し
0.6Li2 S・0.4GeS2 組成の材料を合成し
た。続いて、こうして得た材料0.6Li2 S・0.4
GeS2 を粉砕し、リン酸リチウム(Li3 PO4)を
モル比で97:3に混合し、該粉末をガラス状カーボン
坩堝中にいれ、アルゴン気流中950°Cで1.5時間
反応させた。然る後、液体窒素中に投入して急冷し、
0.03Li3 PO4 ・0.58Li2 S・0.39G
eS2 で示される非晶質材料を合成した。First, 0.6Li 2 S.0.4Ge
S 2 glass was synthesized as in Example 1. That is, lithium sulfide (Li 2 S) and germanium sulfide (GeS 2 ) are mixed at a molar ratio of 3: 2, and the material powder is placed in a glassy carbon crucible. after 5 hours of reaction was quenched put into liquid nitrogen to synthesize a material 0.6Li 2 S · 0.4GeS 2 composition. Subsequently, the thus obtained material 0.6Li 2 S.0.4
GeS 2 was pulverized, lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) was mixed at a molar ratio of 97: 3, and the powder was placed in a glassy carbon crucible and reacted at 950 ° C. for 1.5 hours in a stream of argon. Was. After that, put into liquid nitrogen and quench,
0.03Li 3 PO 4 · 0.58Li 2 S · 0.39G
The amorphous material represented by eS 2 were synthesized.
【0035】得られた0.03Li3 PO4 ・0.58
Li2 S・0.39GeS2 材料y量に対し、複数種の
ハロゲン化リチウムZとしてヨウ化リチウム(Li
I)、塩化リチウム(LiCl)が0.8:0.2の混
合物をd量とり、y+dが1となるように混合した後、
該材料粉末をガラス状カーボン坩堝中にいれ、これをア
ルゴン気流中950°Cで1.5時間溶融し反応させた
後、液体窒素中に投入して急冷しaLi3 PO4 ・bL
i2 S・cGeS2 ・dZ(a+b+c+d=1)を得
た。The obtained 0.03Li 3 PO 4 .0.58
Li 2 S · 0.39GeS 2 With respect to the amount of the material y, lithium iodide (Li
I), after taking a mixture of lithium chloride (LiCl) 0.8: 0.2 with d amount and mixing so that y + d becomes 1,
The material powder was placed in a glassy carbon crucible, which was melted and reacted at 950 ° C. for 1.5 hours in an argon gas stream, and then poured into liquid nitrogen to be rapidly cooled to aLi 3 PO 4 .bL.
i 2 S.cGeS 2 .dZ (a + b + c + d = 1) was obtained.
【0036】合成した各種組成の固体電解質の特性を調
べるため、交流インピーダンス法によるイオン伝導率の
測定を行った。In order to examine the characteristics of the synthesized solid electrolytes of various compositions, the ionic conductivity was measured by an AC impedance method.
【0037】得られた結果を図6に示した。縦軸はイオ
ン伝導率を示し、横軸は(0.03Li3 PO4 ・0.
58Li2 S・0.39GeS2 )に対する複数種のハ
ロゲン化リチウムZの添加量(モル%)を示したもので
ある。図6よりイオン伝導率はハロゲン化リチウムZの
添加と共に増大した後、極大を経て、減少している事が
示されており、イオン伝導率が最も大きくなるのは、
0.85(0.03Li 3 PO4 ・0.58Li2 S・
0.39GeS2 )・0.15(0.8LiI、0.2
LiCl)であり、そのイオン伝導率の値は1.2×1
0-3S/cmであった。FIG. 6 shows the obtained results. The vertical axis is Io
The horizontal axis indicates (0.03Li).ThreePOFour・ 0.
58LiTwoS ・ 0.39GeSTwoMultiple kinds of c
It shows the amount (mol%) of lithium logenide Z added.
is there. FIG. 6 shows that the ionic conductivity of lithium halide Z
After increasing with the addition, it has decreased through the maximum
It is shown that the ionic conductivity is highest
0.85 (0.03Li ThreePOFour・ 0.58LiTwoS.
0.39GeSTwo) .0.15 (0.8LiI, 0.2
LiCl) whose ionic conductivity is 1.2 × 1
0-3S / cm.
【0038】これに対し、ハロゲン化リチウムを添加し
ていない0.03Li3 PO4 ・0.58Li2 S・
0.39GeS2 のイオン伝導率は2.0×10-4S/
cmであった。On the other hand, 0.03Li 3 PO 4 .0.58Li 2 S.
The ionic conductivity of 0.39 GeS 2 is 2.0 × 10 −4 S /
cm.
【0039】次に、リチウム金属に対する電解質の化学
的安定性を実施例1と同様にして調べた。Next, the chemical stability of the electrolyte against lithium metal was examined in the same manner as in Example 1.
【0040】得られた結果は実施例1と同様、ハロゲン
化リチウムが0.6以上では内部インピーダンスの経時
変化が著しく大きくなり、それ未満では内部インピーダ
ンスの増加が少なくなる事が分かった。The obtained results show that, as in Example 1, when lithium halide is 0.6 or more, the change with time of the internal impedance is extremely large, and when it is less than 0.6, the increase in the internal impedance is small.
【0041】(実施例5)実施例4において、a’Li
3 PO4 ・b’Li2 S・c’GeS2 材料y量に対
し、添加する複数種のハロゲン化リチウムZとしてヨウ
化リチウム(LiI)、塩化リチウム(LiCl)が
0.8:0.2の混合物を用いたが、ここでは、これを
ヨウ化リチウム(LiI)0.75:臭化リチウム(L
iBr)0.15:塩化リチウム(LiCl)0.1か
らなる混合物をd量に変えた以外は実施例4と同様にし
て、aLi3 PO4 ・bLi2 S・cGeS2 ・dZ
(a+b+c+d=1)を得た。(Example 5) In Example 4, a′Li
Lithium iodide (LiI) and lithium chloride (LiCl) as a plurality of kinds of lithium halides Z to be added are 0.8: 0.2 with respect to the amount of the 3 PO 4 .b'Li 2 S.c'GeS 2 material y. Here, a mixture of lithium iodide (LiI) 0.75: lithium bromide (L
IBR) 0.15: In the same manner, except that a mixture of lithium chloride (LiCl) 0.1 was changed to d amount as in Example 4, aLi 3 PO 4 · bLi 2 S · cGeS 2 · dZ
(A + b + c + d = 1) was obtained.
【0042】合成した固体電解質の特性を調べるため、
交流インピーダンス法によるイオン伝導率の測定を行っ
た。In order to examine the characteristics of the synthesized solid electrolyte,
The ionic conductivity was measured by the AC impedance method.
【0043】得られた結果を図7に示した。縦軸はイオ
ン伝導率を示し、横軸は(0.03Li3 PO4 ・0.
58Li2 S・0.39GeS2 )に対する複数種から
なるハロゲン化リチウムZ(但し、Zはヨウ化リチウム
(LiI)0.75、臭化リチウム(LiBr)0.1
5、塩化リチウム(LiCl)0.1の混合物)の添加
量(モル%)を示したものである。図7よりイオン伝導
率はハロゲン化リチウムZの添加と共に増大した後、極
大を経て、減少している事が示されており、イオン伝導
率が最も大きくなるのは、0.75(0.03Li3 P
O4 ・0.58Li2 S・0.39GeS2 )・0.2
5(0.75LiI、0.15LiBr、0.10Li
Cl)であり、そのイオン伝導率の値は1.1×10-3
S/cmであった。FIG. 7 shows the obtained results. The vertical axis indicates ionic conductivity, and the horizontal axis indicates (0.03Li 3 PO 4 .0.
58Li 2 S.0.39GeS 2 ) composed of plural kinds of lithium halides Z (where Z is lithium iodide (LiI) 0.75, lithium bromide (LiBr) 0.1
5, a mixture of lithium chloride (LiCl) 0.1) (mol%). FIG. 7 shows that the ionic conductivity increased with the addition of lithium halide Z, then decreased through a local maximum, and the ionic conductivity was maximized at 0.75 (0.03Li 3 P
O 4 · 0.58Li 2 S · 0.39GeS 2) · 0.2
5 (0.75LiI, 0.15LiBr, 0.10Li
Cl) whose ionic conductivity value is 1.1 × 10 −3.
S / cm.
【0044】(実施例6)aLi3 PO4 ・bLi2 S
・cP2 S5 系非晶質材料を用いた非晶質リチウムイオ
ン伝導性固体電解質aLi3 PO4 ・bLi2 S・cP
2 S5 ・dZについての実施例を説明する。Example 6 aLi 3 PO 4 .bLi 2 S
Amorphous lithium ion conductive solid electrolyte aLi 3 PO 4 · bLi 2 S · cP using cP 2 S 5 amorphous material
Example of 2 S 5 · dZ be described.
【0045】先ず、最初に0.67Li2 S・0.33
P2 S5 ガラスを実施例1と同様に合成した。即ち、硫
化リチウム(Li2 S)と硫化燐(P2 S5 )をモル比
で2:1に混合し、該材料粉末をガラス状カーボン坩堝
中にいれ、これをアルゴン気流中500°Cで12時
間、続いて800°Cで2時間反応させた後、液体窒素
中に投入して急冷し、0.67Li2 S・0.33P2
S5 組成の材料を合成した。続いて、こうして得た材料
0.67Li2 S・0.33P2 S5 を粉砕し、リン酸
リチウム(Li3 PO4 )をモル比で97:3に混合
し、該粉末をガラス状カーボン坩堝中にいれ、アルゴン
気流中950°Cで1.5時間反応させた。然る後、液
体窒素中に投入して急冷し、0.03Li3 PO4 ・
0.65Li2S・0.32P2 S5 で示される非晶質
材料を合成した。First, 0.67 Li 2 S.0.33
P 2 S 5 glass was synthesized as in Example 1. That is, lithium sulfide (Li 2 S) and phosphorus sulfide (P 2 S 5 ) are mixed at a molar ratio of 2: 1 and the material powder is placed in a glassy carbon crucible, which is placed in an argon stream at 500 ° C. After reacting for 12 hours and then at 800 ° C. for 2 hours, the mixture is poured into liquid nitrogen and quenched, and 0.67Li 2 S.0.33P 2
It was synthesized material S 5 composition. Subsequently, the material 0.67Li 2 S.0.33P 2 S 5 thus obtained was pulverized, lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) was mixed at a molar ratio of 97: 3, and the powder was mixed with a glassy carbon crucible. The reaction was carried out at 950 ° C. for 1.5 hours in an argon stream. After that, it is poured into liquid nitrogen and quenched, and then 0.03Li 3 PO 4.
The amorphous material represented by 0.65Li 2 S · 0.32P 2 S 5 were synthesized.
【0046】得られた0.03Li3 PO4 ・0.65
Li2 S・0.32P2 S5 材料y量に対し、複数種の
ハロゲン化リチウムZとしてヨウ化リチウム(Li
I)、塩化リチウム(LiCl)が0.7:0.3の混
合物をd量とり、y+dが1となるように混合した後、
該混合粉末をガラス状カーボン坩堝中にいれ、これを、
アルゴン気流中950°Cで1.5時間溶融し反応させ
た後、液体窒素中に投入して急冷しaLi3 PO4 ・b
Li2 S・cP2 S5 ・dZ(a+b+c+d=1)を
得た。The obtained 0.03Li 3 PO 4 · 0.65
Li 2 S · 0.32 P 2 S 5 With respect to the amount of material y, lithium iodide (Li)
I), after taking a mixture of lithium chloride (LiCl) 0.7: 0.3 in d amount and mixing so that y + d becomes 1,
Put the mixed powder in a glassy carbon crucible,
After melting and reacting at 950 ° C. for 1.5 hours in an argon stream, the mixture was poured into liquid nitrogen and rapidly cooled to aLi 3 PO 4 .b.
Li 2 S.cP 2 S 5 .dZ (a + b + c + d = 1) was obtained.
【0047】合成した各種組成の固体電解質の特性を調
べるため、交流インピーダンス法によるイオン伝導率の
測定および本固体電解質のリチウム金属に対する化学的
安定性を調べた。In order to examine the characteristics of the synthesized solid electrolytes of various compositions, the ionic conductivity was measured by an AC impedance method, and the chemical stability of the solid electrolyte to lithium metal was examined.
【0048】得られた結果を図8に示した。縦軸はイオ
ン伝導率を示し、横軸は(0.03Li3 PO4 ・0.
65Li2 S・0.32P2 S5 )に対する複数種のハ
ロゲン化リチウム(ヨウ化リチウム、塩化リチウム混合
物)の添加量(モル%)を示したものである。イオン伝
導率が最も大な値を示した組成は、0.75(0.03
Li3 PO4 ・0.65Li2 S・0.32P2 S5 )
・0.25(0.7LiI、0.3LiCl)であり、
そのイオン伝導率の値は1.2×10-3S/cmであっ
た。FIG. 8 shows the obtained results. The vertical axis indicates ionic conductivity, and the horizontal axis indicates (0.03Li 3 PO 4 .0.
More of lithium halide (lithium iodide for 65Li 2 S · 0.32P 2 S 5 ), illustrates the addition amount of lithium chloride mixture) (mol%). The composition in which the ionic conductivity showed the largest value was 0.75 (0.03
Li 3 PO 4 · 0.65Li 2 S · 0.32P 2 S 5)
0.25 (0.7LiI, 0.3LiCl),
The value of the ionic conductivity was 1.2 × 10 −3 S / cm.
【0049】これに対し、ハロゲン化リチウムを添加し
ていない0.03Li3 PO4 ・0.65Li2 S・
0.32P2 S5 のイオン伝導率は4.2×10-4S/
cmであった。On the other hand, 0.03Li 3 PO 4 · 0.65Li 2 S ·
The ionic conductivity of 0.32P 2 S 5 is 4.2 × 10 −4 S /
cm.
【0050】次に、リチウム金属に対する電解質の化学
的安定性を実施例1と同様にして調べた。Next, the chemical stability of the electrolyte against lithium metal was examined in the same manner as in Example 1.
【0051】得られた結果は実施例1と同様、複数種の
ハロゲン化リチウムが0.6以上では内部インピーダン
スの経時変化が著しく大きくなり、それ未満では内部イ
ンピーダンスの増加が少なくなる事が分かった。The obtained results show that, as in Example 1, the variation of the internal impedance with time is remarkably large when a plurality of types of lithium halides are 0.6 or more, and when the content is less than 0.6, the increase of the internal impedance is small. .
【0052】(実施例7)実施例6において、a’Li
3 PO4 ・b’Li2 S・c’P2 S5 材料y量に対
し、添加する複数種のハロゲン化リチウムZとしてヨウ
化リチウム(LiI)、塩化リチウム(LiCl)が
0.7:0.3の混合物を用いたが、ここでは、これを
ヨウ化リチウム(LiI)0.75、臭化リチウム(L
iBr)0.1、塩化リチウム(LiCl)0.15か
らなる混合物をd量に変えた以外は実施例6と同様にし
て、aLi3 PO4 ・bLi2 S・cP2 S5 ・dZ
(a+b+c+d=1)を得た。(Example 7) In Example 6, a'Li
With respect to the amount of y of 3 PO 4 .b'Li 2 S.c'P 2 S 5 , lithium iodide (LiI) and lithium chloride (LiCl) 0.7-0 as a plurality of kinds of lithium halides Z to be added are added. .3 was used. Here, the mixture was prepared using lithium iodide (LiI) 0.75, lithium bromide (L
aLi 3 PO 4 .bLi 2 S.cP 2 S 5 .dZ in the same manner as in Example 6 except that the mixture consisting of iBr) 0.1 and lithium chloride (LiCl) 0.15 was changed to d amount.
(A + b + c + d = 1) was obtained.
【0053】合成した固体電解質の特性を調べるため、
交流インピーダンス法によるイオン導電率の測定を行っ
た。In order to examine the characteristics of the synthesized solid electrolyte,
The ionic conductivity was measured by the AC impedance method.
【0054】得られた結果を図9に示した。縦軸はイオ
ン伝導率を示し、横軸は(0.03Li3 PO4 ・0.
65Li2 S・0.32P2 S5 )に対する複数種から
なるハロゲン化リチウムZ(但し、Zはヨウ化リチウム
(LiI)0.75、臭化リチウム(LiBr)0.
1、塩化リチウム(LiCl)0.15の混合物)の添
加量(モル%)を示したものである。図9よりイオン伝
導率はハロゲン化リチウムZの添加と共に増大した後、
極大を経て、減少している事が示されており、イオン伝
導率が最も大きくなるのは、0.85(0.01Li3
PO4 ・0.64Li2 S・0.35P2 S5 )・0.
15(0.75LiI、0.1LiBr、0.15Li
Cl)であり、そのイオン伝導率の値は1.7×10-3
S/cmであった。FIG. 9 shows the obtained results. The vertical axis indicates ionic conductivity, and the horizontal axis indicates (0.03Li 3 PO 4 .0.
65Li 2 S.0.32P 2 S 5 ) composed of a plurality of kinds of lithium halides Z (where Z is lithium iodide (LiI) 0.75, lithium bromide (LiBr) 0.1.
1, a mixture of lithium chloride (LiCl) 0.15). FIG. 9 shows that the ionic conductivity increased with the addition of lithium halide Z,
It is shown that the ionic conductivity has decreased after passing through the maximum, and the ionic conductivity becomes the largest at 0.85 (0.01 Li 3
PO 4 · 0.64Li 2 S · 0.35P 2 S 5) · 0.
15 (0.75LiI, 0.1LiBr, 0.15Li
Cl) and its ionic conductivity value is 1.7 × 10 −3.
S / cm.
【0055】(実施例8)aLi3 PO4 ・bLi2 S
・cB2 S3 系非晶質材料を用いたリチウムイオン伝導
性固体電解質aLi3 PO4 ・bLi2 S・cB2 S3
・dZについての実施例を説明する。Example 8 aLi 3 PO 4 .bLi 2 S
Lithium ion conductive solid electrolyte aLi 3 PO 4 bLi 2 S cB 2 S 3 using cB 2 S 3 amorphous material
Example of dZ will be described.
【0056】先ず、最初に0.5Li2 S・0.5B2
S3 ガラスを実施例1と同様に合成した。即ち、硫化リ
チウム(Li2 S)と硫化ホウ素(B2 S3 )をモル比
で1:1に混合し、該材料粉末をガラス状カーボン坩堝
中にいれ、これを、アルゴン気流中500°Cで12時
間、続いて800°Cで3時間反応させた後、液体窒素
中に投入して急冷し0.5Li2 S・0.5B2 S3 組
成の材料を合成した。続いて、こうして得た材料0.5
Li2 S・0.5B2 S3 を粉砕し、リン酸リチウム
(Li3 PO4 )をモル比で96:4に混合し、該粉末
をガラス状カーボン坩堝中にいれ、アルゴン気流中80
0°Cで3時間反応させた。然る後、液体窒素中に投入
して急冷し、0.04Li3 PO4 ・0.48Li2 S
・0.48B2 S3 で示される非晶質材料を合成した。First, 0.5Li 2 S.0.5B 2
S 3 glass was synthesized as in Example 1. That is, lithium sulfide (Li 2 S) and boron sulfide (B 2 S 3 ) are mixed at a molar ratio of 1: 1 and the material powder is placed in a glassy carbon crucible, which is placed in an argon stream at 500 ° C. in 12 hours, followed by after reacting for 3 hours at 800 ° C, was synthesized material was quenched put in liquid nitrogen 0.5Li 2 S · 0.5B 2 S 3 composition. Subsequently, the thus obtained material 0.5
Li 2 S.0.5B 2 S 3 is pulverized, lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) is mixed at a molar ratio of 96: 4, and the powder is placed in a glassy carbon crucible and placed in an argon gas stream.
The reaction was performed at 0 ° C. for 3 hours. After that, it is poured into liquid nitrogen and quenched, and then 0.04Li 3 PO 4 .0.48Li 2 S
· 0.48B 2 was synthesized amorphous material represented by S 3.
【0057】得られた0.04Li3 PO4 ・0.48
Li2 S・0.48B2 S3 材料y量に対し、複数種の
ハロゲン化リチウムZとしてヨウ化リチウム(Li
I)、塩化リチウム(LiCl)が0.65:0.35
の混合物をd量とり、y+dが1となるように混合した
後、該混合粉末をガラス状カーボン坩堝中にいれ、これ
を、アルゴン気流中800°Cで1.5時間溶融し反応
させた後、液体窒素中に投入して急冷しaLi3 PO4
・bLi2 S・cB2 S3 ・dZ(a+b+c+d=
1)を得た。The resulting 0.04Li 3 PO 4 .0.48
Li 2 S · 0.48B 2 S 3 The amount of the material y is changed to lithium iodide (Li)
I), lithium chloride (LiCl) 0.65: 0.35
After mixing d so that y + d is 1, the mixed powder is put into a glassy carbon crucible, and the mixture is melted at 800 ° C. for 1.5 hours in an argon stream to react. , Quenched in liquid nitrogen and aLi 3 PO 4
· BLi 2 S · cB 2 S 3 · dZ (a + b + c + d =
1) was obtained.
【0058】合成した各種組成の固体電解質の特性を調
べるため、交流インピーダンス法によるイオン伝導率の
測定および本固体電解質のリチウム金属に対する化学的
安定性を調べた。In order to examine the characteristics of the synthesized solid electrolytes of various compositions, the ionic conductivity was measured by an AC impedance method, and the chemical stability of the solid electrolyte to lithium metal was examined.
【0059】得られた結果を図10に示した。縦軸はイ
オン伝導率を示し、横軸は(0.04Li3 PO4 ・
0.48Li2 S・0.48B2 S3 )に対する複数種
のハロゲン化リチウムの添加量(モル%)を示したもの
である。イオン伝導率が最も大きな値を示した組成は、
0.75(0.03Li3 PO4 ・0.65Li2 S・
0.32B2 S3 )・0.25(0.65LiI、0.
35LiCl)であり、そのイオン伝導率の値は1.8
×10-3S/cmであった。FIG. 10 shows the obtained results. The vertical axis indicates the ionic conductivity, and the horizontal axis indicates (0.04Li 3 PO 4.
It shows the amounts (mol%) of a plurality of types of lithium halides added to 0.48Li 2 S · 0.48B 2 S 3 ). The composition with the highest value of ionic conductivity is
0.75 (0.03Li 3 PO 4 · 0.65Li 2 S ·
0.32B 2 S 3 ) .0.25 (0.65 LiI, 0.
35LiCl), and its ionic conductivity value is 1.8.
× 10 -3 S / cm.
【0060】これに対し、複数種のハロゲン化リチウム
を添加していない0.03Li3 PO4 ・0.65Li
2 S・0.32B2 S3 のイオン伝導率は3.0×10
-4S/cmであった。On the other hand, 0.03Li 3 PO 4 .0.65Li without addition of a plurality of types of lithium halides was used.
Ionic conductivity of 2 S · 0.32B 2 S 3 is 3.0 × 10
-4 S / cm.
【0061】次に、リチウム金属に対する電解質の化学
的安定性を実施例1と同様にして調べた。Next, the chemical stability of the electrolyte against lithium metal was examined in the same manner as in Example 1.
【0062】得られた結果は実施例1と同様、複数種の
ハロゲンリチウムの添加量が0.6以上では内部インピ
ーダンスの経時変化が著しく大きくなり、それ未満では
内部インピーダンスの増加が少なくなる事が分かった。The obtained results show that, as in Example 1, when the amount of addition of a plurality of types of lithium lithium is 0.6 or more, the change with time of the internal impedance becomes remarkably large, and when it is less than 0.6, the increase in the internal impedance is small. Do you get it.
【0063】[0063]
【発明の効果】本発明のリチウムイオン伝導性固体電解
質は、Li3 PO4 ・Li2 S・X(XはSiS2 、G
eS2 、P2 S5 、B2 S3 の群より選択される一種以
上の硫化物)系硫化物非晶質材料に複数種のハロゲン化
リチウムからなる混合物を添加することによって得られ
るものであり、母材のLi2 S・X(XはSiS2 、G
eS2 、P2 S5 、B2 S3 の群より選択される一種以
上の硫化物)系非晶質材料に比べ、より高いリチウムイ
オン伝導性を示し、リチウム金属の接触に依っても化学
的変化の少ない固体電解質を提供する事が出来る。Lithium ion conductive solid electrolyte of the present invention exhibits, Li 3 PO 4 · Li 2 S · X (X is SiS 2, G
eS 2 , P 2 S 5 , and B 2 S 3 are obtained by adding a mixture of a plurality of types of lithium halides to one or more sulfide-based sulfide amorphous materials selected from the group of B 2 S 3. Yes, the base material Li 2 SX (X is SiS 2 , G
It shows higher lithium ion conductivity than one or more sulfide-based amorphous materials selected from the group consisting of eS 2 , P 2 S 5 , and B 2 S 3 , and exhibits chemical chemistry even by contact with lithium metal. It is possible to provide a solid electrolyte with little change in the target.
【0064】その結果、このリチウムイオン伝導性固体
電解質を、電池、コンデンサ、エレクトロクロミック表
示素子等の電気化学素子の電解質に用いても、極めて実
用性の高い電気化学素子を製造することが出来る事が期
待される。As a result, even if this lithium ion conductive solid electrolyte is used for an electrolyte of an electrochemical device such as a battery, a capacitor, and an electrochromic display device, an extremely practical electrochemical device can be manufactured. There is expected.
【0065】尚、本発明の実施例に於ける固体電解質の
合成に際しては、逐次非晶質材料を合成し、目的とする
本発明のリチウムイオン伝導性固体電解質を得たが、こ
れはそれぞれに於いて最高の条件を求めるために試行し
たものであって、電解質組成と合成温度、昇温条件等の
諸条件を選択することにより、簡略化させる事が出来る
事は自明の事であり、本発明の範疇に属するものであ
る。また複数種のハロゲン化物の混合比率として単一種
を用いたが、他組成の混合比率においてもイオン伝導性
固体電解質が得られる。従って、他組成の混合比率の電
解質も本発明の範疇に属する事はいうまでもない。In the synthesis of the solid electrolyte according to the embodiment of the present invention, an amorphous material was sequentially synthesized to obtain the intended lithium ion conductive solid electrolyte of the present invention. It was obvious that the simplification could be achieved by selecting various conditions such as the electrolyte composition, the synthesis temperature, and the heating condition. It belongs to the category of the invention. Although a single kind is used as a mixing ratio of a plurality of kinds of halides, an ion-conductive solid electrolyte can be obtained with a mixing ratio of another composition. Therefore, it goes without saying that an electrolyte having a mixing ratio of another composition also belongs to the category of the present invention.
【図1】a’Li3 PO4 ・b’Li2 S・c’SiS
2 への複数種のハロゲン化リチウム(LiI、LiCl
の混合物)の添加による伝導率変化を示す特性線図FIG. 1 a'Li 3 PO 4 .b'Li 2 S.c'SiS
2 to multiple lithium halides (LiI, LiCl
Diagram showing the change in conductivity due to the addition of a mixture of
【図2】内部インピーダンスの測定に用いる密封セルの
断面図FIG. 2 is a cross-sectional view of a sealed cell used for measuring internal impedance.
【図3】リチウム金属に対する化学的安定性を示す特性
線図FIG. 3 is a characteristic diagram showing chemical stability for lithium metal.
【図4】a’Li3 PO4 ・b’Li2 S・c’SiS
2 への複数種のハロゲン化リチウム(LiI、LiBr
の混合物)の添加による伝導率変化を示す特性線図FIG. 4 a'Li 3 PO 4 .b'Li 2 S.c'SiS
2 kinds of lithium halides (LiI, LiBr
Diagram showing the change in conductivity due to the addition of a mixture of
【図5】a’Li3 PO4 ・b’Li2 S・c’SiS
2 への複数種のハロゲン化リチウム(LiI、LiB
r、LiClの混合物)の添加による伝導率変化を示す
特性線図FIG. 5: a'Li 3 PO 4 .b'Li 2 S.c'SiS
2 kinds of lithium halides (LiI, LiB
characteristic diagram showing the change in conductivity due to the addition of a mixture of r and LiCl).
【図6】a’Li3 PO4 ・b’Li2 S・c’GeS
2 への複数種のハロゲン化リチウム(LiI、LiCl
の混合物)の添加による伝導率変化を示す特性線図FIG. 6: a'Li 3 PO 4 .b'Li 2 S.c'GeS
2 to multiple lithium halides (LiI, LiCl
Diagram showing the change in conductivity due to the addition of a mixture of
【図7】a’Li3 PO4 ・b’Li2 S・c’GeS
2 への複数種のハロゲン化リチウム(LiI、LiB
r、LiClの混合物)の添加による伝導率変化を示す
特性線図FIG. 7: a'Li 3 PO 4 .b'Li 2 S.c'GeS
2 kinds of lithium halides (LiI, LiB
characteristic diagram showing the change in conductivity due to the addition of a mixture of r and LiCl).
【図8】a’Li3 PO4 ・b’Li2 S・c’P2 S
5 への複数種のハロゲン化リチウム(LiI、LiCl
の混合物)の添加による伝導率変化を示す特性線図FIG. 8: a'Li 3 PO 4 .b'Li 2 S.c'P 2 S
5 kinds of lithium halides (LiI, LiCl
Diagram showing the change in conductivity due to the addition of a mixture of
【図9】a’Li3 PO4 ・b’Li2 S・c’P2 S
5 への複数種のハロゲン化リチウム(LiI、LiB
r、LiClの混合物)の添加による伝導率変化を示す
特性線図FIG. 9: a'Li 3 PO 4 .b'Li 2 S.c'P 2 S
5 kinds of lithium halides (LiI, LiB
characteristic diagram showing the change in conductivity due to the addition of a mixture of r and LiCl).
【図10】a’Li3 PO4 ・b’Li2 S・c’B2
S3 への複数種のハロゲン化リチウム(LiI、LiC
lの混合物)の添加による伝導率変化を示す特性線図FIG. 10: a'Li 3 PO 4 .b'Li 2 S.c'B 2
More of lithium halide to S 3 (LiI, LiC
characteristic diagram showing the change in conductivity due to the addition of
【符号の説明】 1 電解質ディスク 2 リチウム金属ディスク 2’リチウム金属ディスク 3 密封セル[Description of Signs] 1 electrolyte disk 2 lithium metal disk 2 'lithium metal disk 3 sealed cell
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−304805(JP,A) 特開 平3−269079(JP,A) 特開 平4−162306(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01B 25/30 H01B 1/06 H01M 6/18 Continuation of front page (56) References JP-A-2-304805 (JP, A) JP-A-3-269079 (JP, A) JP-A-4-162306 (JP, A) (58) Fields investigated (Int) .Cl. 7 , DB name) C01B 25/30 H01B 1/06 H01M 6/18
Claims (3)
X・dZ(但し、a+b+c+dが1であって、XがS
iS2 、GeS2 、P2 S5 、B2 S3 の群より選択さ
れる一種以上の硫化物であり、Zは複数種のハロゲン化
リチウム)で表される非晶質リチウムイオン伝導性固体
電解質。1. The formula aLi 3 PO 4 .bLi 2 S.c
X · dZ (where a + b + c + d is 1 and X is S
an amorphous lithium ion conductive solid represented by at least one sulfide selected from the group consisting of iS 2 , GeS 2 , P 2 S 5 and B 2 S 3 , wherein Z is a plurality of lithium halides Electrolytes.
+c≧0.4であり、かつdが0.1≦d≦0.6をみ
たすことを特徴とする請求項1記載の非晶質リチウムイ
オン伝導性固体電解質。2. The sum of the composition ratios a, b, and c is 0.9 ≧ a + b.
2. The amorphous lithium ion conductive solid electrolyte according to claim 1, wherein + c ≧ 0.4 and d satisfies 0.1 ≦ d ≦ 0.6.
チウムイオン伝導性固体電解質の合成法であって、ま
ず、a’Li3 PO4 ・b’Li2 S・c’X(但し、
a’+b’+c’が1であって、XがSiS2 、GeS
2 、P2 S5 、B 2 S3 の群より選択される一種以上の
硫化物)で表される非晶質化合物を合成した後、該非晶
質化合物に複数種のハロゲン化リチウムZを混合し、該
混合物を加熱溶融し、その後急冷することにより合成す
ることを特徴とする非晶質リチウムイオン伝導性固体電
解質の合成法。3. The amorphous resin according to claim 1 or 2, wherein
A method for synthesizing a lithium ion conductive solid electrolyte, comprising:
A'LiThreePOFour・ B'LiTwoS · c′X (however,
a '+ b' + c 'is 1 and X is SiSTwo, GeS
Two, PTwoSFive, B TwoSThreeMore than one kind selected from the group of
After synthesizing an amorphous compound represented by
Mixed with a plurality of lithium halides Z, and
The mixture is heated and melted, and then quenched to synthesize.
Amorphous lithium ion conductive solid state electrode
Synthetic method of resolving.
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