(57)【要約】【課題】本発明は、Ｌｉ伝導度が高い個体電解質材料を提供することを主目的としている。【解決手段】上記目的を達成するために、本発明は、ＬｉＮｂＯ３およびＬｉＮｂ３Ｏ８を、モル比で７：３〜５：５の範囲内の割合で含有し、かつ、結晶構造を有するＬｉＮｂＯ３−ＬｉＮｂ３Ｏ８複合体からなることを特徴とする固体電解質材料を提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬｉＮｂＯ３およびＬｉＮｂ３Ｏ８を、モル比で７：３〜５：５の範囲内の割合で含有し、かつ、結晶構造を有するＬｉＮｂＯ３−ＬｉＮｂ３Ｏ８複合体からなることを特徴とする固体電解質材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｌｉ伝導度が高い固体電解質材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年におけるパソコン、ビデオカメラおよび携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。また、自動車産業界等においても、電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の高出力かつ高容量の電池の開発が進められている。現在、種々の電池の中でも、エネルギー密度が高いという観点から、リチウム電池が注目を浴びている。
【０００３】
現在市販されているリチウム電池は、可燃性の有機溶剤を溶媒とする有機電解液が使用されているため、短絡時の温度上昇を抑える安全装置の取り付けや短絡防止のための構造・材料面での改善が必要となる。
【０００４】
これに対し、液体電解質を固体電解質材料に変えて、電池を全固体化した全固体型リチウム電池は、電池内に可燃性の有機溶媒を用いないので、安全装置の簡素化が図れ、製造コストや生産性に優れると考えられている。
このような全固体リチウム電池に用いられる固体電解質層としては、固体電解質材料としてニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を用いるものが知られている（特許文献１〜３）。また、正極活物質と、正極活物質と反応し高抵抗層を形成する高抵抗層形成固体電解質材料とが反応することを抑制するため、正極活物質と高抵抗層形成固体電解質材料との界面にニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の固体電解質材料からなる反応抑制部を有する全固体電池が知られている。一方、このような用途に用いられるＬｉＮｂＯ３としては、ＬｉＮｂＯ３をガラス化することによるＬｉイオン伝導性の向上について知られている（非特許文献１）。
しかしながら、従来のＬｉＮｂＯ３を含む固体電解質材料では、Ｌｉイオン伝導性が低く、上述した固体電解質層や反応抑制部の要求性能を満たすことができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平３−５１０６３号公報
【特許文献２】特公平４−６０３０３号公報
【特許文献３】特開２００４−１５２６５９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４９（９）、Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ（１９７８）４８０８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、Ｌｉ伝導度が高い固体電解質材料を提供することを主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、ＬｉＮｂＯ３およびＬｉＮｂ３Ｏ８を、モル比で７：３〜５：５の範囲内の割合で含有し、かつ、結晶構造を有するＬｉＮｂＯ３−ＬｉＮｂ３Ｏ８複合体からなることを特徴とする固体電解質材料を提供する。
【０００９】
本発明によれば、ＬｉＮｂＯ３およびＬｉＮｂ３Ｏ８を上述したモル比で含有し、結晶構造を有するＬｉＮｂＯ３−ＬｉＮｂ３Ｏ８複合体からなるものとすることにより、Ｌｉ伝導性が高いものとすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、Ｌｉ伝導度が高い固体電解質材料を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の固体電解質材料の製造方法の一例を示す工程図である。
【図２】実施例１〜２および比較例１で得られた固体電解質材料のＬｉ伝導度の測定結果である。
【図３】実施例１で得られた固体電解質材料のＸＲＤ測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の固体電解質材料について、以下詳細に説明する。
本発明の固体電解質材料は、ＬｉＮｂＯ３およびＬｉＮｂ３Ｏ８を、モル比で７：３〜５：５の範囲内の割合で含有し、かつ、結晶構造を有するＬｉＮｂＯ３−ＬｉＮｂ３Ｏ８複合体からなることを特徴とするものである。
なお、結晶状態については、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定により確認することができる。また、ＬｉＮｂＯ３およびＬｉＮｂ３Ｏ８の含有割合については、誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）により確認することができる。
【００１３】
本発明の固体電解質材料の製造方法としては、ＬｉＮｂＯ３およびＬｉＮｂ３Ｏ８を上述したモル比で含有し、かつ、結晶構造を有するＬｉＮｂＯ３−ＬｉＮｂ３Ｏ８複合体からなるものとすることができるものであれば良く、例えば、図１に示すように、まず、ＬｉＮｂＯ３を圧粉したものをターゲットとして準備し（原料調製工程）、その後、チャンバー内を真空引きし、次いで、チャンバー内の酸素分圧が６Ｐａ〜７Ｐａの範囲内となるように酸素を充填し、さらにこの酸素分圧を維持できるようにチャンバー内に酸素を注入しつつ、パルスレーザーを照射し（固体電解質材料形成工程）、固体電解質材料を得る方法を挙げることができる。
【００１４】
本発明の固体電解質材料の用途としては、例えば、全固体電池の固体電解質層を構成する材料として用いることができる。具体的には、上記固体電解質材料の粉末を圧縮成形することで、固体電解質層として用いることができる。
また、全固体電池に含まれる正極活物質等と、正極活物質と反応し高抵抗層を形成する高抵抗層形成固体電解質材料と、が反応することを抑制するために、上記正極活物質および高抵抗層形成固体電解質材料との界面に配置される反応抑制部を構成する材料として用いることができる。
【００１５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００１６】
以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。
【００１７】
[実施例１]
ＬｉＮｂＯ３を圧粉したものをターゲットとして配置した。次にチャンバー内を４．０×１０−４Ｐａとなるまで真空引きを行った後、チャンバー内の酸素分圧が６．６Ｐａとなるように酸素を注入し、次いで、この酸素分圧を維持するように酸素を注入しつつパルスレーザーを照射し固体電解質材料を形成した。
なお、照射したパルスレーザーのエネルギー密度は６〜７ｍＪ／ｃｍ２とした。
【００１８】
[比較例１]
チャンバー内に酸素を注入せず、４．０×１０−４Ｐａの真空状態でパルスレーザーを照射した以外は実施例１と同様にして、固体電解質材料を形成した。
【００１９】
[実施例２]
４．０×１０−４Ｐａとなるまで真空引きを行った後、チャンバー内の酸素分圧が３．３Ｐａとなるまで酸素を注入し、この酸素分圧を維持しつつ、パルスレーザーを照射した以外は実施例１と同様にして、固体電解質材料を形成した。
【００２０】
［評価］
実施例１〜２、比較例１で得られた固体電解質材料に対して、Ｌｉ伝導度の測定および成分分析を行った。また、実施例１で得られた固体電解質材料について結晶状態の確認を行った。
【００２１】
（１）Ｌｉ伝導度の測定
実施例１〜２、比較例１で得られた固体電解質材料についてインピーダンス測定により、Ｌｉ伝導度を求めた。インピーダンス測定は、電極としてＮＴＴアドバンステクノロジ（株）製くし型電極Ｐｔを用い、電圧振幅５００ｍＶ、測定周波数１０００００Ｈｚ〜０．１Ｈｚ、２５℃の条件下で行った。得られたＬｉ伝導度（Ｓ／ｃｍ）を図２に示す。なお、横軸は、固体電解質材料形成時の酸素分圧（Ｐａ）である。
【００２２】
（２）成分分析
実施例１〜２、比較例１で得られた固体電解質材料中のＬｉおよびＮｂの含有量について、誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）（アジレント・テクノロジー製、Ａｇｉｌｅｎｔ７５００ｃｓ型）により成分分析を行った。結果を下記表１に示す。
【００２３】
【表１】
2010251257.tif 000002
【００２４】
（３）結晶状態の確認
実施例１で得られた固体電解質材料についてＸ線回折（ＸＲＤ）（装置：ＲＩＮＴ−ＵｌｔｉｍａＩＩＩ、測定条件：測定角度範囲１０°〜７０°、スキャン速度２°／ｍｉｎ）により分析した。
実施例１で得られた固体電解質材料のＸＲＤパターンを図３に示す。
【００２５】
図２に示すように、実施例１で得られた固体電解質材料のＬｉ伝導度を高いものとすることができた。また、表１に示すように、実施例１で得られた固体電解質材料のＬｉおよびＮｂの含有量がＬｉ：Ｎｂ＝１：２であることから、ＬｉＮｂＯ３およびＬｉＮｂ３Ｏ８をモル比で１：１の割合で含むものであることが確認できた。さらに、図３に示すように、ＬｉＮｂＯ３およびＬｉＮｂ３Ｏ８の結晶構造を有することに由来するピークである２θ（ＬｉＮｂＯ３）＝２３．７°,３２．７°，３４．８°，４８．５°，５３．２°と、２θ（ＬｉＮｂ３Ｏ８）＝２４．３°,２４．４°,３０．２°,３０．３°，５３．１°，５３．２°，５３．４°のピークが確認された。これにより、実施例１で得られた固体電解質材料が結晶構造を有するものであることが確認できた。
【図１】
2010251257.tif 000003
【図２】
2010251257.tif 000004
【図３】
2010251257.tif 000005