JPH02302356A - リチウムイオン導電性固体電解質 - Google Patents

リチウムイオン導電性固体電解質

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JPH02302356A
JPH02302356A JP1123960A JP12396089A JPH02302356A JP H02302356 A JPH02302356 A JP H02302356A JP 1123960 A JP1123960 A JP 1123960A JP 12396089 A JP12396089 A JP 12396089A JP H02302356 A JPH02302356 A JP H02302356A
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JP
Japan
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lithium ion
solid electrolyte
lithium
ion conductive
conductivity
Prior art date
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Pending
Application number
JP1123960A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Yoshizawa
隆 吉澤
Hiroshi Wakamatsu
若松 寛
Kazuyuki Muroi
室井 和幸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
COSMO SOGO KENKYUSHO KK
Cosmo Oil Co Ltd
Cosmo Research Institute
Original Assignee
COSMO SOGO KENKYUSHO KK
Cosmo Oil Co Ltd
Cosmo Research Institute
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Publication date
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    • Y02E60/12

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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Primary Cells (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 −本発明は固体電池、エレクトロクロミック表示素子等
の材料として有用なリチウムイオン導電性固体電解質に
関する。
〔従来の技術及びその課題〕
リチウムを負極活物質として用いた固体電池は漏液がな
く、保存寿命が長く、小型化が可能である等の長所を有
するため、近年広く使用されている。そして該電池の品
質改良、特に該電池に使用するリチウムイオン導電性固
体電解質の品質改良に関する研究が盛んに行なわれてい
る。
従来、リチウムイオン導電性固体電解質としては、比較
的高いイオン導電性を示す窒化リチウム(Li=N)が
知られており、このものは室温でlXl0−30−10
IIl″′程度の導電率を示す。しがし窒化リチろムは
、微量の水分の存在下で容易に分解し、また脱水、脱酸
素雰囲気でさえも分解してしまい、化学的に不安定であ
るという欠点を有する。従って分解電圧は約0. /l
 Vと非常に低いものである。このため、窒化リチウム
を固体電解質とし、通常よく用いられる電極、例えば正
極材として二酸化マンガン、三酸化モリブデン、五酸化
バナジウム等を用い、負極材としてリチウムを用いて理
論起電力が3.0v以上となる固体電池を作成した場合
、固体電解質の分解によりその性能(起電力)を維持す
ることは極めて困難である。また、窒化リチウム以外に
Li1−LlS−hsa系ガラス及びLil (^l7
口、)等が知られているが、これらも強吸湿性であり、
合成や取り扱いが煩雑であり、化学的に不安定で低電圧
で分解し、更に使用温度域が狭い等の欠点を有していた
一方、近年に至って弱吸湿性および化学的安定性を重視
した固体電解質としてLi*5On−t、13vo4系
固溶体で代表されるTI−+)ン酸すチウム型固体電解
質が提案されている。この電解質は、分解電圧は3.0
v以上と高いものの、導電率は最大約1XIO−’Ω−
1cm−1程度である。従って、この電解質をリチウム
固体電池等に適用するにはイオン導電率は不充分であり
、これを適用した固体電池の出力電流はあまり大きくな
らないという欠点を有していた。
以上の如く、従来のリチウムイオン導電性固体電解質に
は、高いリチウムイオン導電性と化学的安定性の両者を
具備したものはなく、これらの要件を具備した工業的に
有利なリチウムイオン導電性固体電解質の開発が望まれ
ていた。
〔課題を解決するための手段〕 本発明者らは、前述の課題を解決すべく種々検討した結
果、1g −+3ン酸リチウム型結晶構造を有する電解
質中に希土類酸化物を特定量含有させると化学的に安定
で導電率が高(工業的に有利なリチウムイオン導電性固
体電解質が得られるごとを見出し本発明を完成した。
ずな4つら、本発明はrl  !Jン酸リチウム型結晶
構造を有する電解質中に希土類酸化物を10モル%以下
含有することを特徴とするリチウムイオン導電性固体電
解質を提供するものである。
本発明のリチウムイオン導電性固体電解質は、例えば、
次の一般式(1) %式% で表わされるものが好ましい。ここでMIVの例とLテ
l;tsi 、 Gc等; MvO:)例トLテハP、
 V’Ji :1口0は希土類酸化物であり、例えば5
c203、Y2O3、La204、 Ct! ’= 1
13、 l’r2(12、N 1120.、 ロy20
3、 Pm2O3、Sm20+、 If II a n
 3、 Gd201、 Th3口5、 If 0203
、 ロ「201、Tm2L 、YbJa 、Ltlal
ls又はこれらの混合物等が挙げられる。XはMIVの
含有割合を示し、この範囲は0.1〜0.1)が適当で
、好ましくは0.2〜0.8、最適には0.3〜0.7
である。yは希土類酸化物の含有割合であり、yから導
かれる希土類酸化物の好ましくは2〜8、最適には3〜
7である。希土類酸化物の含有割合が10モル%を越え
ると、化学的に安定で導電率の高いリチウムイオン導電
性固体電解質は得られない。
本発明のリチウムイオン導電性固体電解質を製造するに
は、一般的な方法を用いることができる。
すなわち、例えば各原料を秤取し混練後、電気炉等で焼
成する方法等が用いられる。−例として前記一般式(1
)で表わされる組成物について説明すると次の様になる
まず、rH−!Iン酸リチウム型結晶構造を有する電解
質の原料としては、通常用いられる一般的な原料を使用
することができる。すなわち、リチウム原料の例として
はLi、C口5、Li*S口1、Li8口1、LiC1
等若しくはこれらの混合物環;シリコン原料の例として
は5ins、SiO若しくはこれらの混合均等;ゲルマ
ニウム原料の例としてはGe0a、GeO若しくはそれ
らの混合均等;リン原料の例とじてはP、05、P、0
.若しくはそれらの混合物筒;バナジウム原料の例とし
てはり、05、V口、若しくはそれらの混合物等が挙げ
られる。
■ またこれらの原料の配合割合は、い、M、Mvおよび希
土類酸化物(l(liU)の割合が焼成後においても配
合時とほとんど同じである為、目的とするリチウムイオ
ン導電性固体電解質の組成より決定することができる。
希土類酸化物のモル%の調整は次の如くして行なうこと
ができる。ずなわら、目的とするリチウムイオン導電性
固体電解質が前記式(1)で表わされるものである場合
、Li原料;MN原料:M■原料の配合割合はモル比で とすると生成物はaモルとなる。従って、生成物中の希
土類酸化物モル%はその配合量をy′とず%をlO以下
にする様希土類酸化物を配合すればよい。
上記の原料を秤取し、混練後、電気炉等で焼成処理すれ
ば本発明リチウムイオン導電性固体電解質が得られる。
焼成は通常仮焼と本焼の2回に分けて行なうことが好ま
しい。仮焼は、約500〜900℃、好ましくは約70
0〜goo℃で約5〜15時間、好ましくは約8〜10
時間行ない、本焼は、約TOO〜1000℃、好ましく
は約800〜900℃で約1〜5時間、好ましくは約2
〜3時間行なう。なお焼成は特別な雰囲気を必要と「ず
大気中においても実施することができる。また焼成後の
冷却は急冷を避け、徐々に室温まで冷却することが、安
定な結晶構造を得るために望ましい。
〔発明の効果〕
本発明のリチウムイオン導電性固体電解質は化学的に安
定で導電率が高く工業的に有利なすぐれたリチウムイオ
ン導電性固体電解質である。
特に偶成湿性および化学的安定性にずぐれjこ特質をも
つrI−’Jン酸リすウム型結晶構浩を有する電解質の
導電率を著しく向上さ「たことは驚くべきことである。
本発明のリチウムイオン導電性固体電解質は」1記の如
く優れた特徴を有することから、固体電池のみならずエ
レクトロクロミック表示素子等の杓料に好適に用いるこ
とができる。
〔実施例〕
以下に実施例を示して本発明を更に具体的に説明するが
、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例1 炭酸リチウム(Li、Co3)、シリカ(Si口、)、
五酸化ハナジ’) A (12ss>をモル比テ1.7
 :0.4 :0.3の比率で秤取し、自動乳鉢で混練
して粉末試料へをm1lllLだ。粉末試料へに対して
酸化ネオジウム(NdJa)をそれぞtL 1.641
1iffi9fi、 4.84 fflffi%。
7.98重量%、15.47重量%秤取、添加して粉末
試料B、C,,D、Eを調製した。
各粉末試料を自動乳鉢で混練後、電気炉中750℃で1
0時間仮焼を行った。電気炉中で5時間保持して100
℃まで冷却した後、自動乳鉢で粉砕して粉末とした。得
られた粉末を油圧式錠剤成形器を用いて600kg/c
jで加圧成形してペレットを作成した後、電気炉中85
0℃で2時間焼結処理した。電気炉中で5時間保持して
100℃まで冷却した後、デシケータ内で室温まで冷却
して焼結成形ペレットB’ 、C’ 、D’ 、E’を
得た。
各生成物中のNdzO*の含有量はそれぞれ1モル%。
3モル%、5モル%、10モル%であり、T1−リン酸
リチウム型結晶構造を有する電解質の化学組成は、 L
is、4Sio、nVo、J<であった0試験例1 導電率の測定: 実施例1で得た本発明リチウムイオン導電性固体電解質
B’ 、C’ 、D’ 、E’の室温での導電率を金電
極付与による交流インピーダンス法により測定した。
すなわち試料に真空蒸着により金電極をつけ、交流イン
ピーダンスアナライザーを用いて、lHzからI MH
zの周波数領域においてインピーダンス測定を行ない、
コール−コール(Cole−Cole)の円弧則により
、プロットからイオン導電率を求めた。なお対照として
下記比較例t、、bよび2の導電率も求めた。
その結果を第1表に、NdJs含有Mと導電率との関係
を第1図に示す。
以上の結果から明らかなように、希土類酸化物を含有さ
せると導電率は向上し、5モル%の含有率(D′)では
、含有させない場合(A′)の約3倍の導電率の向上が
認められた。
(比較例1) 実施例1で調製した粉末試料Aを用いて、Nd2O3を
添加しない以外は、実施例1と同様にして焼結成形ペレ
ットA′を作成し、その導電率を測定した。
(比較例2) NdiOsの添加量を22.53重量%とじた以外は実
施例1と同様にして焼結成形ペレッ)F’を作成し、そ
の導電率を測定した。F′のNd2O,含有量は、15
モル%であり、γ1−リン酸リチウム型結晶構造を有す
る電解質の化学組成はL13. m5io、 4VO,
ahaであった。
以下余白 実施例2 希土類酸化物として酸化ジスプロシウム(Dya口、)
を用い、添加量を8.77重量%として以外は実施例1
と同様にして焼結成形ペレットを作成し、その導電率を
測定したところ、2. OX 10−’Ω−1efll
 −1であった。また生成物のDyzOs含有量は5モ
ル%、r  −IJン酸リチウム型結晶構造を有する電
解買置 の化学組成は、Li3、*SIo、 4VO,an<で
あった。
実施例3 希土類酸化物として酸化セリウム(CeaO+)を用い
、添加量を7.80重量%とじた以外は実施例1と同様
にして焼結成形ペレットを作成し、その導電率を測定し
たところ、1.8Xlo−’Ω−’Cm−’であった。
また生成物のCezL含有量は5モル%、Tg  !J
ン酸リチウム型結晶構造を有する電解質の化学組成は、
Lia、 4SlG、 4VD、 110.であった。
【図面の簡単な説明】
第1図はNdaLの含有量と導電率との関係を示す図面
である。 以  上 第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、γ_II−リン酸リチウム型結晶構造を有する電解質
    中に希土類酸化物を10モル%以下含有することを特徴
    とするリチウムイオン導電性固体電解質。
JP1123960A 1989-05-17 1989-05-17 リチウムイオン導電性固体電解質 Pending JPH02302356A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006108026A (ja) * 2004-10-08 2006-04-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体電解質およびそれを含んだ全固体電池
TWI920521B (zh) 2023-03-15 2026-04-01 南韓商博思有限公司 全固態電池用固態電解質的燒結助劑及包含其之固態電解質

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006108026A (ja) * 2004-10-08 2006-04-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体電解質およびそれを含んだ全固体電池
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