[发明专利]固体电解质、锂离子电池用电极和锂离子电池

说明书

本发明的固体电解质，其特征在于，包含下述化合物(A)、(B)和(C)中的至少一种。(A)Li₃PS₄中的部分Li原子被多价原子(除Mg以外)取代而得到的化合物、(B)Li₆PS₅X(X是Cl、Br或I)中的部分Li原子被多价原子取代而得到的化合物、(C)Li₇P₃S₁₁中的部分Li原子被多价原子取代而得到的化合物。

技术领域

本发明涉及构成锂离子电池的正极等电极、适合作为电解质层等的形成材料的固体电解质、锂离子电池用电极以及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池是充电时锂以离子形式从正极脱离并向负极移动而被吸留、且放电时锂离子从负极向正极插入而返回的结构的二次电池。该锂离子电池具有能量密度大、寿命长等特征，因此，以往作为个人计算机、照相机等家电产品、移动电话机等便携式电子设备或通信设备、动力工具等电动工具等的电源被广泛使用，最近，也被应用于电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)等所搭载的大型电池。在这样的锂离子电池中，如果使用固体电解质代替包含可燃性有机溶剂的电解液，则不仅可实现安全装置的简化，而且制造成本、生产性等也优异，因此，各种材料的研究正在积极地进行。其中，认为包含硫化物的固体电解质的电导率(锂离子传导率)高，在谋求电池的高输出化方面是有用的。

作为硫化物固体电解质，已知含有锂元素、磷元素和硫元素的固体电解质。

例如，专利文献1公开了一种硫代磷酸锂镁化合物，其特征在于，以通式Li_4-2xMg_xP₂S₆(其中，0x2)表示，且记载了x＝2/3的化合物的电导率低于2.0×10^-6S/cm。

专利文献2公开了一种全固体电池系统，其特征在于，具有全固体电池和加热单元，全固体电池包括含有正极活性物质的正极活性物质层、含有负极活性物质的负极活性物质层、以及形成于正极活性物质层与负极活性物质层之间的固体电解质层，加热单元将全固体电池加热到40℃以上，正极活性物质层、负极活性物质层和固体电解质层中的至少一层含有基本上不含交联硫的硫化物固体电解质材料。并且，记载了优选的硫化物固体电解质材料是Li₂S-P₂S₅材料、Li₂S-SiS₂材料、Li₂S-GeS₂材料或Li₂S-Al₂S₃材料，常温下的优选离子电导率为10^-4S/cm以上。

专利文献3公开了一种硫化物固体电解质材料，其特征在于，具有γ-Li₃PS₄晶相的2a位点的Li元素被M元素(M元素是Cu(I)元素、Mg元素和Ca元素中的至少一种)取代了的晶相作为主体，并记载了25℃时的优选离子电导率为1×10^-3S/cm以上。

专利文献4公开了一种硫化物固体电解质材料，其特征在于，含有Li元素、Mg元素、P元素、S元素，作为阴离子结构以PS₄^3-结构为主体，Mg元素相对于Li元素和Mg元素的合计的比例在1.69～5.26摩尔％的范围内，且记载了25℃时的优选离子电导率为1×10^-3S/cm以上。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2003-206110号公报

专利文献2：日本特开2011-28893号公报

专利文献3：日本特开2016-62718号公报

专利文献4：日本特开2016-62720号公报

发明内容