(57)【要約】本開示は、イオン結合性固体電解質材料のイオン伝導性の劣化を抑制し得る固体電解質組成物を提供する。本開示による固体電解質組成物は、硫黄元素を含まないイオン結合性固体電解質材料と、有機溶媒と、を含み、有機溶媒が、官能基を有する化合物および炭化水素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含み、官能基が、エーテル基、ハロゲン基およびＳｉ−Ｏ−Ｃ基からなる群より選択される少なくとも１種である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄元素を含まないイオン結合性固体電解質材料と、有機溶媒と、を含み、
前記有機溶媒は、官能基を有する化合物および炭化水素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含み、
前記官能基は、エーテル基、ハロゲン基およびＳｉ−Ｏ−Ｃ基からなる群より選択される少なくとも１種である、固体電解質組成物。
【請求項２】
前記イオン結合性固体電解質材料は、リチウムイオン伝導性を有し、かつ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｇａ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗ、Ｙ、Ｇｄ、ＴｂおよびＳｍからなる群より選択される少なくとも１種を含むとともに、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩおよびＦからなる群より選択される少なくとも１種を含む、請求項１に記載の固体電解質組成物。
【請求項３】
前記イオン結合性固体電解質材料は、
Ｌｉと、
Ｇｄ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｙからなる群より選択される少なくとも１種とを含むとともに、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩおよびＦからなる群より選択される少なくとも１種を含む、請求項２に記載の固体電解質組成物。
【請求項４】
前記イオン結合性固体電解質材料は、ＬｉとＹとを含み、かつ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩおよびＦからなる群より選択される少なくとも１種を含む、請求項２又は請求項３に記載の固体電解質組成物。
【請求項５】
前記イオン結合性固体電解質材料は、ＬｉとＹとＣｌとＢｒとを含む材料、ＬｉとＣａとＹとＧｄとＣｌとＢｒとを含む材料、または、ＬｉとＺｒとＹとＣｌとを含む材料である請求項１から４のいずれか１項に記載の固体電解質組成物。
【請求項６】
前記イオン結合性固体電解質材料は、Ｌｉ３ＹＢｒ２Ｃｌ４、Ｌｉ２．８Ｃａ０．１Ｙ０．５Ｇｄ０．５Ｂｒ２Ｃｌ４、またはＬｉ２．５Ｙ０．５Ｚｒ０．５Ｃｌ６である請求項１から５のいずれか１項に記載の固体電解質組成物。
【請求項７】
前記イオン結合性固体電解質材料は、実質的に、
Ｌｉと、
Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｇａ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗ、Ｙ、Ｇｄ、ＴｂおよびＳｍからなる群より選択される少なくとも１種の元素と、
Ｃｌ、Ｂｒ、ＩおよびＦからなる群より選択される少なくとも１種の元素とのみからなる材料である請求項１又は２に記載の固体電解質組成物。
【請求項８】
前記官能基を有する化合物は、エーテル基およびハロゲン基以外の官能基を実質的に含まない、請求項１から７のいずれか１項に記載の固体電解質組成物。
【請求項９】
前記有機溶媒は、環構造を含む、請求項１から８のいずれか１項に記載の固体電解質組成物。
【請求項１０】
前記有機溶媒は、芳香族化合物である、請求項９に記載の固体電解質組成物。
【請求項１１】
前記有機溶媒は、テトラリン、エチルベンゼン、メシチレン、プソイドクメン、キシレン、クメン、ジブチルエーテル、アニソール、１，２，４−トリクロロベンゼン、クロロベンゼン、２，４−ジクロロベンゼン、ｏ−クロロトルエン、１，３−ジクロロベンゼン、ｐ−クロロトルエン、１，２−ジクロロベンゼン、１，４−ジクロロブタン、３，４−ジクロロトルエンおよびオルトケイ酸テトラエチルからなる群より選択される少なくとも１種類を含む、請求項１から１０のいずれか１項に記載の固体電解質組成物。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の固体電解質組成物から、前記有機溶媒を除去する除去工程、を包含する、固体電解質部材の製造方法。
【請求項１３】
前記除去工程において、前記有機溶媒が、減圧乾燥により除去される、請求項１２に記載の固体電解質部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば全固体電池の製造に用いる固体電解質組成物、および、固体電解質部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ハロゲン化物固体電解質が開示されている。
特許文献２には、硫化物固体電解質が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１８／０２５５８２号
【特許文献２】国際公開第２０１８／１６８５０５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術においては、固体電解質組成物について固体電解質材料のイオン伝導性の劣化を抑制することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一側面は、硫黄元素を含まないイオン結合性固体電解質材料と、有機溶媒と、を含み、前記有機溶媒は、官能基を有する化合物および炭化水素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含み、前記官能基は、エーテル基、ハロゲン基およびＳｉ−Ｏ−Ｃ基からなる群より選択される少なくとも１種である、固体電解質組成物に関する。【０００６】
本開示の別の側面は、上記固体電解質組成物から、前記有機溶媒を除去する除去工程、を包含する、固体電解質部材の製造方法に関する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示に係る固体電解質組成物を用いることで、硫黄元素を含まないイオン結合性固体電解質材料のイオン伝導性の劣化を抑制し得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】固体電解質材料のリチウムイオン伝導度の評価方法を示す模式図である。
【図２】実施形態１における、有機溶媒のハンセン溶解度パラメータの極性項と真空乾燥後のＬＹＢＣのリチウムイオン伝導度との関係を示すグラフである。
【図３】実施形態１における有機溶媒中でのＬＹＢＣの粒径分布を示すグラフである。
【図４】実施形態２における固体電解質部材の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
＜発明者の着眼点＞
従来、高エネルギー密度化と大容量化が求められる二次電池の分野では、有機溶媒に電解質塩を溶解させた有機電解液を用いることが主流である。有機電解液を用いる二次電池では、液漏れの懸念があり、短絡等が生じた場合の発熱量が大きくなる可能性も指摘されている。
【００１０】
一方、有機電解液の代わりに無機固体電解質を用いる全固体二次電池が注目されつつある。全固体二次電池は、液漏れを生じず、無機固体電解質が可燃性を有さないため、短絡等が生じた場合の発熱も抑制されるものと期待されている。
【００１１】
全固体二次電池に用いる無機固体電解質として、大別すると、硫黄を主成分として含む硫化物系固体電解質と、金属酸化物を主成分として含む酸化物系固体電解質とが知られている。しかし、硫化物系固体電解質は、水分と反応した場合に毒性を有する硫化水素を発生するという短所があり、酸化物系固体電解質は、イオン伝導性が低いという短所がある。そこで、高いイオン伝導性を有する新たな固体電解質材料の開発が望まれている。
【００１２】
新たな固体電解質材料として、例えば、リチウム元素と、イットリウム元素と、少なくとも１種類のハロゲン元素とからなり、硫黄元素を含まない、イオン結合性固体電解質材料が期待されている。イオン結合性固体電解質材料を用いた全固体二次電池を実用化するためには、イオン結合性固体電解質材料を含む流動性を有する組成物を調製し、電極もしくは集電体の表面に塗工して固体電解質部材を形成する技術が必要である。
【００１３】
流動性を有する組成物を調製するには、イオン結合性固体電解質材料を有機溶媒と混合する必要がある。そこで、発明者は、リチウムイオン伝導性を指標として、様々な有機溶媒に対するイオン結合性固体電解質材料の耐性を検討した。その結果、有機溶媒をイオン結合性固体電解質材料と混合すると、イオン結合性固体電解質材料のリチウムイオン伝導度が低下する場合があることが判明した。例えば硫化物系固体電解質では使用できる有機溶媒であっても、イオン結合性固体電解質材料には使用できない場合がある。以上の着眼点から、本開示の構成が得られた。
【００１４】
（実施形態１）
実施形態１における固体電解質組成物は、硫黄元素を含まないイオン結合性固体電解質材料と、有機溶媒と、を含む。
【００１５】
イオン結合性固体電解質材料は、イオン結合性を有し、かつイオン伝導性を有する固体電解質材料であればよい。一般に電気陰性度の差が大きい原子間の結合はイオン結合と称される。例えば、金属元素の電気陰性度は小さく、非金属元素の電気陰性度は大きい傾向がある。ここではイオン結合性固体電解質材料とは、例えば、リチウム元素以外の金属元素と非金属元素との結合を有する固体電解質材料であり得る。
【００１６】
有機溶媒は、官能基を有する化合物および炭化水素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む。ただし、官能基は、エーテル基、ハロゲン基およびＳｉ−Ｏ−Ｃ基からなる群より選択される少なくとも１種である。
【００１７】
炭化水素とは、炭素と水素のみからなる化合物であり、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素および芳香族炭化水素のいずれでもあってもよい。固体電解質組成物中の固体電解質材料の分散性を高める観点からは、芳香族炭化水素が望ましい。炭化水素は、飽和炭化水素であってもよく、不飽和炭化水素であってもよい。また、官能基を有する化合物は、上記官能基以外の部分が炭素と水素のみから構成されてもよい。すなわち、官能基を有する化合物は、炭化水素の水素原子の少なくとも１つが、エーテル基、ハロゲン基およびＳｉ−Ｏ−Ｃ基からなる群より選択される少なくとも１種で置換された構造を有してもよい。
【００１８】
より具体的には、有機溶媒は、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、エーテルおよびシリルエーテルからなる群より選択される少なくとも１種を含み得る。シリルエーテルはアルコキシシランであってもよい。なお、有機溶媒分子に含まれるエーテル基の数は、特に限定されないが、有機溶媒分子に含まれるエーテル基の数は、例えば１つでもよい。有機溶媒の沸点は、特に限定されないが、例えば２００℃以上であってもよい。また、有機溶媒は、イオン結合性固体電解質材料を分散し得る液体であればよく、イオン結合性固体電解質材料を溶解させなくてもよい。
【００１９】
以上の構成によれば、イオン伝導性の劣化の小さい固体電解質組成物を提供することができる。すなわち、硫黄元素を含まないイオン結合性固体電解質材料（非硫化物系固体電解質材料）と有機溶媒とを含む固体電解質組成物から有機溶媒を乾燥により除去した場合、優れたイオン伝導性を有する固体電解質部材（例えば固体電解質膜）を得ることができる。
【００２０】
イオン結合性固体電解質材料は、例えばリチウムイオン伝導性を有してもよい。
【００２１】
イオン結合性固体電解質材料は、例えば、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｇａ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗ、Ｙ、Ｇｄ、ＴｂおよびＳｍからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含んでもよい。これらの元素は、水中でカチオンを生成し得る。
【００２２】
イオン結合性固体電解質材料は、例えば、更に、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩおよびＦからなる群より選択される少なくとも１種のハロゲン元素を含んでもよい。これらの元素は、水中でアニオンを生成し得る。
【００２３】
以上の構成を有する固体電解質組成物は、リチウムイオン伝導性の劣化が更に抑制されやすい。よって、より高いリチウムイオン伝導性を有する固体電解質部材を製造することができる。
【００２４】
イオン結合性固体電解質材料は、Ｌｉと、Ｇｄ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｙからなる群より選択される少なくとも１種とを含むとともに、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩおよびＦからなる群より選択される少なくとも１種を含んでもよい。
【００２５】
以上の構成を有する固体電解質組成物は、リチウムイオン伝導性の劣化が更に抑制されやすい。よって、より高いリチウムイオン伝導性を有する固体電解質部材を製造することができる。
【００２６】
また、イオン結合性固体電解質材料は、ＬｉとＹとを含み、かつ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩおよびＦからなる群より選択される少なくとも１種を含む材料であってもよい。
【００２７】
より具体的には、イオン結合性固体電解質材料は、ＬｉとＹとＣｌとＢｒとを含む材料、ＬｉとＣａとＹとＧｄとＣｌとＢｒとを含む材料、または、ＬｉとＺｒとＹとＣｌとを含む材料であってもよい。
【００２８】
更に具体的には、イオン結合性固体電解質材料は、Ｌｉ３ＹＢｒ２Ｃｌ４、Ｌｉ２．８Ｃａ０．１Ｙ０．５Ｇｄ０．５Ｂｒ２Ｃｌ４、またはＬｉ２．５Ｙ０．５Ｚｒ０．５Ｃｌ６であってもよい。
【００２９】
また、イオン結合性固体電解質材料は、実質的に、Ｌｉと、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｇａ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗ、Ｙ、Ｇｄ、ＴｂおよびＳｍからなる群より選択される少なくとも１種の元素と、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩおよびＦからなる群より選択される少なくとも１種の元素とのみからなる材料であってもよい。
【００３０】
なお、本明細書において「実質的に、Ｌｉと、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｇａ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗ、Ｙ、Ｇｄ、ＴｂおよびＳｍからなる群より選択される少なくとも１種の元素と、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩおよびＦからなる群より選択される少なくとも１種の元素とのみからなる」とは、「意図的でなく混合されてしまう不可避の不純物などを除いて、Ｌｉと、各群より選択された元素とのみを含む」という意味である。
したがって、例えば、「実質的に、Ｌｉ、Ｙ、Ｃｌ、及びＢｒのみからなる」という場合、「意図的でなく混合されてしまう不可避の不純物などを除いて、Ｌｉ、Ｙ、Ｃｌ、及びＢｒのみを含む」という意味である。以下、同様の表現については、同様の意味であるものとする。なお、不可避の不純物としては、例えば、酸素元素が挙げられる。
【００３１】
イオン結合性固体電解質材料は、実質的に、Ｌｉ、Ｙ、Ｃｌ、及びＢｒのみからなる材料であってもよい。また、イオン結合性固体電解質材料は、実質的にＬｉ、Ｃａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｌ、及びＢｒのみからなる材料であってもよい。更に、イオン結合性固体電解質材料は、実質的にＬｉ、Ｚｒ、Ｙ及びＣｌのみからなる材料であってもよい。
【００３２】
有機溶媒が官能基を有する化合物である場合、官能基を有する化合物は、エーテル基およびハロゲン基以外の官能基を実質的に含まなくてもよい。このような有機溶媒に対するイオン結合性固体電解質材料の分散性は良好である。中でもハロゲン化物であるイオン結合性固体電解質材料（以下、ハロゲン化物固体電解質材料とも称する。）の上記有機溶媒中での分散性は良好である。分散性に優れた固体電解質組成物を用いることで、リチウムイオン伝導性に優れ、かつ、より緻密な固体電解質部材を形成し得る。例えば、ピンホール、凹凸等の少ない緻密な固体電解質膜を容易に形成し得る。
【００３３】
有機溶媒は、環構造を含んでもよい。環構造を含む有機溶媒に対するイオン結合性固体電解質材料の分散性は良好であり、中でもハロゲン化物固体電解質材料の分散性は良好である。環構造は、芳香族環構造であってもよい。すなわち、有機溶媒は、芳香族化合物であってもよい。芳香族化合物に対するイオン結合性固体電解質材料の分散性は良好であり、中でもハロゲン化物固体電解質材料の分散性は良好である。
【００３４】
有機溶媒は、より具体的には、例えば、テトラリン、エチルベンゼン、メシチレン、プソイドクメン、キシレン、クメン、ジブチルエーテル、アニソール、１，２，４−トリクロロベンゼン、クロロベンゼン、２，４−ジクロロベンゼン、ｏ−クロロトルエン、１，３−ジクロロベンゼン、ｐ−クロロトルエン、１，２−ジクロロベンゼン、１，４−ジクロロブタン、３，４−ジクロロトルエンおよびオルトケイ酸テトラエチルからなる群より選択される少なくとも１種を含んでもよい。これらの有機溶媒に対するイオン結合性固体電解質材料の分散性は非常に良好であり、中でもハロゲン化物固体電解質材料の分散性は良好である。
【００３５】
ハロゲン化物固体電解質材料としては、例えば、組成式（１）： 
ＬｉαＭβＸγ
により表される材料を用い得る。ここで、α、βおよびγは、それぞれ独立して０より大きい値であり、Ｍは、Ｌｉ以外の金属元素および半金属元素からなる群より選択される少なくとも１種であり、Ｘは、Ｃｌ、ＢｒおよびＩからなる群より選ばれる少なくとも１種である。
【００３６】
本明細書において用いられる用語「半金属元素」は、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、ＳｂおよびＴｅからなる群から選択される少なくとも１種を意味する。
【００３７】
本明細書において用いられる「金属元素」は、（ｉ）周期表第１族から第１２族中に含まれるすべての元素（ただし、水素を除く）および（ｉｉ）周期表第１３族から第１６族に含まれるすべての元素（ただし、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｃ、Ｎ、Ｐ、Ｏ、ＳおよびＳｅを除く。）を含む。金属元素は、ハロゲン化物イオンと共に無機化合物を形成し、カチオンとなる。
【００３８】
組成式（１）において、Ｍは、Ｙ（すなわち、イットリウム）を含んでもよい。すなわち、ハロゲン化物固体電解質材料は、金属元素ＭとしてＹを含んでもよい。ハロゲン化物固体電解質材料は、イオン導電率に優れているため、ハロゲン化物固体電解質材料を用いた全固体電池は、優れた充放電効率を発現し得る。
【００３９】
Ｙを含むハロゲン化物固体電解質材料の具体例としては、ＬｉａＭｅｂＹｃＸ６（ここで、ａ＋ｍｂ＋３ｃ＝６、ｃ＞０、Ｍｅは、ＬｉおよびＹ以外の金属元素および半金属元素からなる群より選択される少なくとも１種であり、ｍはＭｅの価数である）の組成式で表される化合物を挙げることができる。
【００４０】
Ｍｅは、例えば、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ａｌ、Ｇａ、Ｂｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｓｎ、ＴａおよびＮｂからなる群より選択される少なくとも１つである。この場合、ハロゲン化物固体電解質材料のイオン導電率を、更に高めることができる。
【００４１】
ハロゲン化物固体電解質材料は、組成式（Ａ１）：
Ｌｉ６−３ｄＹｄＸ６
により表される材料であってもよい。ここで、Ｘは、Ｃｌ、ＢｒおよびＩからなる群より選択される１種以上の元素である。組成式（Ａ１）は、０＜ｄ＜２を満たしてもよい。
【００４２】
組成式（Ａ１）は、ｄ＝１を満たしてもよい。すなわち、ハロゲン化物固体電解質材料は、組成式（Ａ２）：
Ｌｉ３ＹＸ６
により表される材料であってもよい。
【００４３】
ハロゲン化物固体電解質材料は、組成式（Ａ３）：
Ｌｉ３−３δＹ１＋δＣｌ６
により表される材料であってもよい。組成式（Ａ３）は、０＜δ≦０．１５を満たしてもよい。
【００４４】
ハロゲン化物固体電解質材料は、組成式（Ａ４）：
Ｌｉ３−３δＹ１＋δＢｒ６
により表される材料であってもよい。組成式（Ａ４）は、０＜δ≦０．２５を満たしてもよい。
【００４５】
ハロゲン化物固体電解質材料は、組成式（Ａ５）：
Ｌｉ３−３δ＋ａＹ１＋δ−ａＭｅａＣｌ６−ｘ−ｙＢｒｘＩｙ
により表される材料であってもよい。ここで、Ｍｅは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎからなる群より選択される少なくとも１種であればよい。組成式（Ａ５）においては、例えば、−１＜δ＜２、０＜ａ＜３、０＜（３−３δ＋ａ）、０＜（１＋δ−ａ）、０≦ｘ≦６、０≦ｙ≦６および（ｘ＋ｙ）≦６が満たされる。
【００４６】
ハロゲン化物固体電解質材料は、組成式（Ａ６）：
Ｌｉ３−３δＹ１＋δ−ａＭｅａＣｌ６−ｘ−ｙＢｒｘＩｙ
により表される材料であってもよい。ここで、Ｍｅは、Ａｌ、Ｓｃ、ＧａおよびＢｉからなる群より選択される少なくとも１種であってもよい。組成式（Ａ６）においては、例えば、−１＜δ＜１、０＜ａ＜２、０＜（１＋δ−ａ）、０≦ｘ≦６、０≦ｙ≦６および（ｘ＋ｙ）≦６が満たされる。
【００４７】
ハロゲン化物固体電解質材料は、組成式（Ａ７）：
Ｌｉ３−３δ−ａＹ１＋δ−ａＭｅａＣｌ６−ｘ−ｙＢｒｘＩｙ
により表される材料であってもよい。ここで、Ｍｅは、Ｚｒ、ＨｆおよびＴｉからなる群より選択される少なくとも１種であってもよい。組成式（Ａ７）においては、例えば、−１＜δ＜１、０＜ａ＜１．５、０＜（３−３δ−ａ）、０＜（１＋δ−ａ）、０≦ｘ≦６、０≦ｙ≦６および（ｘ＋ｙ）≦６が満たされる。
【００４８】
ハロゲン化物固体電解質材料は、組成式（Ａ８）：
Ｌｉ３−３δ−２ａＹ１＋δ−ａＭｅａＣｌ６−ｘ−ｙＢｒｘＩｙ
により表される材料であってもよい。ここで、Ｍｅは、ＴａおよびＮｂからなる群より選択される少なくとも１種であってもよい。組成式（Ａ８）においては、例えば、−１＜δ＜１、０＜ａ＜１．２、０＜（３−３δ−２ａ）、０＜（１＋δ−ａ）、０≦ｘ≦６、０≦ｙ≦６、および（ｘ＋ｙ）≦６が満たされる。
【００４９】
組成式（Ａ１）〜（Ａ８）のハロゲン化物固体電解質材料は、高いイオン導電率を有する。よって、組成式（Ａ１）〜（Ａ８）のハロゲン化物固体電解質材料を用いた全固体電池は、優れた充放電効率を発現し得る。
【００５０】
（実施形態２）
以下、実施形態２が説明される。上述の実施形態１と同じ説明は、適宜、省略される。図４は、実施形態２における固体電解質部材の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【００５１】
実施形態２における固体電解質部材の製造方法は、上述の実施形態１における固体電解質組成物から、有機溶媒を除去する除去工程Ｓ１０００を包含する。ここで、固体電解質部材とは、イオン結合性固体電解質材料を含む部材である。固体電解質部材は、例えば、イオン結合性固体電解質材料を含む固体電解質層もしくは固体電解質膜、イオン結合性固体電解質材料を含む電極層などであってもよい。
【００５２】
硫黄元素を含まないイオン結合性固体電解質材料と有機溶媒とを含む固体電解質組成物から、有機溶媒を除去することで、高いリチウムイオン伝導性を有する固体電解質部材、例えば均質な固体電解質膜等の部材を製造することができる。
【００５３】
除去工程Ｓ１０００においては、固体電解質組成物から有機溶媒が除去される。このとき有機溶媒は、減圧乾燥により除去されてもよい。有機溶媒を除去する前の固体電解質組成物は、流動性を有するため、成形性に優れ、例えば厚さの均一性に優れた塗膜を形成し得る。このような塗膜を乾燥すれば、例えばピンホール、凹凸等の少ない緻密な固体電解質膜を容易に得ることができる。
【００５４】
減圧乾燥とは、大気圧よりも低い圧力雰囲気中で固体電解質組成物から有機溶媒を除去することをいう。大気圧よりも低い圧力雰囲気は、ゲージ圧で、例えば−０．０１ＭＰａ以下であればよく、真空乾燥を行ってもよい。真空乾燥とは、例えば、有機溶媒の沸点よりも２０℃低い温度での蒸気圧以下で固体電解質組成物から有機溶媒を除去することをいう。減圧乾燥の際、固体電解質組成物もしくは固体電解質部材を、例えば５０℃以上、２５０℃以下に加熱してもよい。
【００５５】
以下、本開示の詳細を、実施例に基づき、表１、表２及び表３を参照しながら説明する。
表１は、有機溶媒と、組成式Ｌｉ３ＹＢｒ２Ｃｌ４（以下、ＬＹＢＣと記載する。）で表されるイオン結合性固体電解質材料または組成式Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５（以下、ＬＰＳと記載する。）で表される硫化物固体電解質材料と、を含む固体電解質組成物から形成された固体電解質部材のリチウムイオン伝導度の測定結果を示している。表２は、有機溶媒と、組成式Ｌｉ２．８Ｃa０．１Ｙ０．５Ｇｄ０．５Ｂｒ２Ｃｌ４（以下、ＬＣＹＧＢＣと記載する。）で表されるイオン結合性固体電解質材料と、を含む固体電解質組成物から形成された固体電解質部材のリチウムイオン伝導度の測定結果を示している。表３は、有機溶媒と、組成式Ｌｉ２．５Ｙ０．５Ｚｒ０．５Ｃｌ６（以下、ＬＹＺＣと記載する。）で表されるイオン結合性固体電解質材料と、を含む固体電解質組成物から形成された固体電解質部材のリチウムイオン伝導度の測定結果を示している。表１、表２及び表３には、固体電解質組成物に含まれる有機溶媒の化合物名、ハンセン溶解度パラメータの分極項δｐ、骨格構造、置換基および沸点と、ＬＹＢＣのリチウムイオン伝導度、ＬＰＳのリチウムイオン伝導度及びＬＣＹＧＢＣとＬＹＺＣのリチウムイオン伝導度とを示す。表１中、符号Ａ１〜Ａ１８は実施例１〜１８に、Ｂ１〜Ｂ１４は比較例１〜１４に、Ｃ１は参考例に対応する。表２中、符号Ａ１９〜Ａ２５は実施例１９〜２５に、Ｃ２は参考例に対応する。表３中、符号Ａ２６は実施例２６に、Ｃ３は参考例に対応する。
【００５６】
【表１】
2020137189.tif 000003
【００５７】
【表２】
2020137189.tif 000004
【００５８】
【表３】
2020137189.tif 000005
【００５９】
（固体電解質組成物の調製）
ＬＹＢＣ３００ｍｇを市販のガラス製スクリュー管中で秤量した。ここに、有機溶媒を１５０ｍｇ秤量して加え、スパチュラで撹拌混合することにより固体電解質組成物を調製した。ＬＰＳは１５０ｍｇを秤量して、有機溶媒１５０ｍｇと同様の手順で撹拌混合し、固体電解質組成物を調製した。ＬＣＹＧＢＣおよびＬＹＺＣは３００ｍｇを秤量して、有機溶媒１５０ｍｇと同様の手順で撹拌混合し、固体電解質組成物を調製した。
【００６０】
（真空乾燥による有機溶媒の除去）
固体電解質組成物から有機溶媒を真空乾燥により除去した固体電解質材料の粉末のリチウムイオン伝導度を評価した。真空乾燥は、固体電解質材料の温度を１５０℃に維持し、各有機溶媒の沸点よりも２０℃低い温度の蒸気圧以下の圧力雰囲気で、１時間減圧した。
【００６１】
（リチウムイオン伝導度の測定）
上記操作で得られた固体電解質材料の粉末について、リチウムイオン伝導度の測定を、加圧成形用ダイス２００を用いて行った。加圧成形用ダイス２００は、電子的に絶縁性のポリカーボネート製の枠型２０１と、ステンレス鋼製のパンチ上部２０３およびパンチ下部２０２とから構成される。
【００６２】
図１に示す加圧成形用ダイスを用いて、下記の方法にて、イオン伝導度の評価を行った。
露点−３０℃以下のドライ雰囲気で、固体電解質組成物を真空乾燥して得た固体電解質材料の粉末１００を加圧成形用ダイス２００に充填し、４００ＭＰａで一軸加圧し、伝導度測定セルを作製した。
【００６３】
加圧状態のまま、パンチ上部２０３とパンチ下部２０２のそれぞれから導線を取り回し、周波数応答アナライザを搭載したポテンショスタット（Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｒｅｓａｒｃｈ社  ＶｅｒｓａＳＴＡＴ４）に接続し、電気化学的インピーダンス測定法により、２５℃におけるリチウムイオン伝導度の測定を行った。
【００６４】
＜実施例１＞
有機溶媒として、芳香族炭化水素であるテトラリンを用い、固体電解質材料として、ＬＹＢＣまたはＬＰＳを用い、固体電解質組成物を既述の方法で調製した。さらに、既述の真空乾燥によって有機溶媒であるテトラリンを除去した。
【００６５】
テトラリンを除去したＬＹＢＣとＬＰＳについて、既述の方法でリチウムイオン伝導度を測定したところ、ＬＹＢＣは１．７×１０−３Ｓ／ｃｍ、ＬＰＳは７．８×１０−４Ｓ／ｃｍであった。
【００６６】
有機溶媒との撹拌混合を経ていないＬＹＢＣとＬＰＳの固体電解質材料について、既述の真空乾燥を行った後、既述の方法でリチウムイオン伝導度を測定したところ、ＬＹＢＣは１．９×１０−３Ｓ／ｃｍ、ＬＰＳは８．０×１０−４Ｓ／ｃｍであった。これらを表１の末尾に参考例（Ｃ１）として記載した。
【００６７】
実施例１のＬＹＢＣのリチウムイオン伝導度を参考例のＬＹＢＣのリチウムイオン伝導度と比較すると、テトラリンによるＬＹＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【００６８】
＜実施例２＞
有機溶媒として、芳香族炭化水素であるエチルベンゼンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、エチルベンゼンを除去したＬＹＢＣとＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、ＬＹＢＣは、１．９×１０−３Ｓ／ｃｍ、ＬＰＳは７．７×１０−４Ｓ／ｃｍであった。エチルベンゼンによるＬＹＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【００６９】
＜実施例３＞
有機溶媒として、芳香族炭化水素であるメシチレンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、メシチレンを除去したＬＹＢＣとＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、ＬＹＢＣは、１．９×１０−３Ｓ／ｃｍ、ＬＰＳは７．９×１０−４Ｓ／ｃｍであった。メシチレンによるＬＹＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【００７０】
＜実施例４＞
有機溶媒として、芳香族炭化水素であるプソイドクメンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、プソイドクメンを除去したＬＹＢＣとＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、ＬＹＢＣは、１．３×１０−３Ｓ／ｃｍ、ＬＰＳは７．９×１０−４Ｓ／ｃｍであった。プソイドクメンによるＬＹＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【００７１】
＜実施例５＞
有機溶媒として、芳香族炭化水素であるキシレンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、キシレンを除去したＬＹＢＣとＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、ＬＹＢＣは、１．９×１０−３Ｓ／ｃｍ、ＬＰＳは７．９×１０−４Ｓ／ｃｍであった。キシレンによるＬＹＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【００７２】
＜実施例６＞
有機溶媒として、芳香族炭化水素であるクメンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、クメンを除去したＬＹＢＣとＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、ＬＹＢＣは、１．２×１０−３Ｓ／ｃｍ、ＬＰＳは７．４×１０−４Ｓｃｍであった。クメンによるＬＹＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【００７３】
実施例１から６までに記載したように、芳香族炭化水素の有機溶媒とＬＹＢＣとを用いた固体電解質組成物については、高いリチウムイオン伝導度を維持することができる。
【００７４】
実施例で示した以外の炭化水素を有機溶媒として用いる場合についても同様に実施可能である。ただし、固体電解質組成物を塗工することと、真空乾燥により有機溶媒を除去することを考慮すると、常温で液体であり、かつ沸点が２５０℃以下の炭化水素が望ましい。炭化水素は、１種を単独で用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。
【００７５】
さらに、固体電解質材料についてはＬＹＢＣを用いたが、その他の硫黄元素を含まないイオン結合性固体電解質材料を用いてもよい。
【００７６】
さらに、他のイオン結合性固体電解質材料でも、リチウムイオン伝導性を有し、かつ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｇａ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗ、Ｙ、Ｇｄ、ＴｂおよびＳｍからなる群より選択される少なくとも１種を含むとともに、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩおよびＦからなる群より選択される少なくとも１種を含み、硫黄元素を含まないイオン結合性固体電解質材料であれば、同様に実施可能である。イオン結合性固体電解質材料は、１種を単独で用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。
【００７７】
＜実施例７＞
有機溶媒として、エーテル基を有するジブチルエーテルを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、ジブチルエーテルを除去したＬＹＢＣとＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、ＬＹＢＣは、１．４×１０−３Ｓ／ｃｍ、ＬＰＳは８．０×１０−４Ｓ／ｃｍであった。ジブチルエーテルによるＬＹＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【００７８】
＜実施例８＞
有機溶媒として、エーテル基を有する芳香族化合物であるアニソールを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、アニソールを除去したＬＹＢＣとＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、ＬＹＢＣは、１．９×１０−３Ｓ／ｃｍ、ＬＰＳは８．０×１０−４Ｓ／ｃｍであった。アニソールによるＬＹＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【００７９】
＜実施例９＞
有機溶媒として、クロロ基を有する芳香族化合物である１，２，４−トリクロロベンゼンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、１，２，４−トリクロロベンゼンを除去したＬＹＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、ＬＹＢＣは、１．７×１０−３Ｓ／ｃｍであった。１，２，４―トリクロロベンゼンによるＬＹＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【００８０】
＜実施例１０＞
有機溶媒として、クロロ基を有する芳香族化合物であるクロロベンゼンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、クロロベンゼンを除去したＬＹＢＣとＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、ＬＹＢＣは、１．８×１０−３Ｓ／ｃｍ、ＬＰＳは７．９×１０−４Ｓｃｍであった。クロロベンゼンによるＬＹＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【００８１】
＜実施例１１＞
有機溶媒として、クロロ基を有する芳香族化合物である２，４−ジクロロトルエンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、２，４−ジクロロトルエンを除去したＬＹＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、１．７×１０−３Ｓ／ｃｍとなった。２，４−ジクロロトルエンによるＬＹＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【００８２】
＜実施例１２＞
有機溶媒として、クロロ基を有する芳香族化合物であるｏ−クロロトルエンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、ｏ−クロロトルエンを除去したＬＹＢＣとＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、ＬＹＢＣは、１．６×１０−３Ｓ／ｃｍ、ＬＰＳは７．９×１０−４Ｓ／ｃｍであった。ｏ−クロロトルエンによるＬＹＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【００８３】
＜実施例１３＞
有機溶媒として、クロロ基を有する芳香族化合物である１，３−ジクロロベンゼンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、１，３−ジクロロベンゼンを除去したＬＹＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、ＬＹＢＣについては、１．７×１０−３Ｓ／ｃｍとなった。１，３−ジクロロベンゼンによるＬＹＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【００８４】
＜実施例１４＞
有機溶媒として、クロロ基を有する芳香族化合物であるｐ−クロロトルエンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、ｐ−クロロトルエンを除去したＬＹＢＣとＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、１．６×１０−３Ｓ／ｃｍ、ＬＰＳは７．７×１０−４Ｓ／ｃｍであった。ｐ−クロロトルエンによるＬＹＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【００８５】
＜実施例１５＞
有機溶媒として、クロロ基を有する芳香族化合物である１，２−ジクロロベンゼンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、１，２−ジクロロベンゼンを除去したＬＹＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、ＬＹＢＣは、１．６×１０−３Ｓ／ｃｍとなった。１，２−ジクロロベンゼンによるＬＹＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【００８６】
＜実施例１６＞
有機溶媒として、クロロ基を有する非芳香族化合物である１，４−ジクロロブタンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、１，４−ジクロロブタンを除去したＬＹＢＣとＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、ＬＹＢＣは、１．６×１０−３Ｓ／ｃｍ、ＬＰＳは７．６×１０−４Ｓ／ｃｍであった。１，４−ジクロロブタンによるＬＹＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【００８７】
＜実施例１７＞
有機溶媒として、クロロ基を有する芳香族化合物である３，４−ジクロロトルエンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、３，４−ジクロロトルエンを除去したＬＹＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、１．７×１０−３Ｓ／ｃｍとなった。３，４−ジクロロトルエンによるＬＹＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【００８８】
実施例９から実施例１７までハロゲン元素であるクロロ基を導入した有機溶媒の例を示したが、他のハロゲン元素であるブロモ基、ヨード基、フルオロ基などの官能基を導入した有機溶媒を用いてもよい。
【００８９】
また、クロロ基、ブロモ基、ヨード基およびフルオロ基からなる群から選択される複数種のハロゲン基を導入した有機溶媒を用いてもよい。
【００９０】
＜実施例１８＞
有機溶媒として、Ｓｉ−Ｏ−Ｃ基を有するオルトケイ酸テトラエチルを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、オルトケイ酸テトラエチルを除去したＬＹＢＣとＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、ＬＹＢＣは、１．０×１０−３Ｓ／ｃｍ、ＬＰＳは７．９×１０−４Ｓｃｍであった。オルトケイ酸テトラエチルによるＬＹＢＣの劣化は許容範囲であった。
【００９１】
実施例７から１８に記載したように、エーテル基もしくはハロゲン基もしくはＳｉ−Ｏ−Ｃ基を有する有機溶媒と固体電解質材料としてＬＹＢＣとを用いた固体電解質組成物については、高いリチウムイオン伝導度を維持することができる。
【００９２】
＜実施例１９＞
有機溶媒として、芳香族炭化水素であるテトラリンを用い、固体電解質材料として、ＬＣＹＧＢＣを用い、固体電解質組成物を既述の方法で調製した。さらに、既述の真空乾燥によって有機溶媒であるテトラリンを除去した。
【００９３】
テトラリンを除去したＬＣＹＧＢＣについて、既述の方法でリチウムイオン伝導度を測定したところ、８．８×１０−４Ｓ／ｃｍであった。
【００９４】
有機溶媒との撹拌混合を経ていないＬＣＹＧＢＣの固体電解質材料について、既述の真空乾燥を行った後、既述の方法でリチウムイオン伝導度を測定したところ、１．０×１０−３Ｓ／ｃｍであった。これを表２の末尾に参考例（Ｃ２）として記載した。
【００９５】
実施例１のＬＣＹＧＢＣのリチウムイオン伝導度を参考例のＬＣＹＧＢＣのリチウムイオン伝導度と比較すると、テトラリンによるＬＣＹＧＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【００９６】
＜実施例２０＞
有機溶媒として、芳香族炭化水素であるメシチレンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、メシチレンを除去したＬＣＹＧＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、９．４×１０−４Ｓ／ｃｍであった。メシチレンによるＬＣＹＧＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【００９７】
＜実施例２１＞
有機溶媒として、芳香族炭化水素であるクメンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、クメンを除去したＬＣＹＧＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、１．０×１０−３Ｓ／ｃｍであった。クメンによるＬＣＹＧＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【００９８】
実施例１９から２１までに記載したように、芳香族炭化水素の有機溶媒とＬＣＹＧＢＣとを用いた固体電解質組成物については、高いリチウムイオン伝導度を維持することができる。
【００９９】
実施例で示した以外の炭化水素を有機溶媒として用いる場合についても同様に実施可能である。ただし、固体電解質組成物を塗工することと、真空乾燥により有機溶媒を除去することを考慮すると、常温で液体であり、かつ沸点が２５０℃以下の炭化水素が望ましい。炭化水素は、１種を単独で用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。
【０１００】
＜実施例２２＞
有機溶媒として、エーテル基を有するジブチルエーテルを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、ジブチルエーテルを除去したＬＣＹＧＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、１．２×１０−３Ｓ／ｃｍであった。ジブチルエーテルによるＬＣＹＧＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【０１０１】
＜実施例２３＞
有機溶媒として、エーテル基を有する芳香族化合物であるアニソールを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、アニソールを除去したＬＣＹＧＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、９．２×１０−４Ｓ／ｃｍであった。アニソールによるＬＣＹＧＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【０１０２】
＜実施例２４＞
有機溶媒として、クロロ基を有する芳香族化合物であるｐ−クロロトルエンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、ｐ−クロロトルエンを除去したＬＣＹＧＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、１．１×１０−３Ｓ／ｃｍであった。ｐ−クロロトルエンによるＬＣＹＧＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【０１０３】
＜実施例２５＞
有機溶媒として、クロロ基を有する芳香族化合物である３，４−ジクロロトルエンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、３，４−ジクロロトルエンを除去したＬＣＹＧＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、１．０×１０−３Ｓｃｍであった。３，４−ジクロロトルエンによるＬＣＹＧＢＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【０１０４】
＜実施例２６＞
有機溶媒として、芳香族炭化水素であるｐ−クロロトルエンを用い、固体電解質材料として、ＬＹＺＣを用い、固体電解質組成物を既述の方法で調製した。さらに、既述の真空乾燥によって有機溶媒であるｐ−クロロトルエンを除去した。
【０１０５】
ｐ−クロロトルエンを除去したＬＹＺＣについて、既述の方法でリチウムイオン伝導度を測定したところ、１．２×１０−３Ｓ／ｃｍであった。
【０１０６】
有機溶媒との撹拌混合を経ていないＬＹＺＣの固体電解質材料について、既述の真空乾燥を行った後、既述の方法でリチウムイオン伝導度を測定したところ、１．２×１０−３Ｓｃｍであった。これを表３の末尾に参考例（Ｃ３）として記載した。
【０１０７】
実施例２６のＬＹＺＣのリチウムイオン伝導度を参考例のＬＹＺＣのリチウムイオン伝導度と比較すると、p-クロロトルエンによるＬＹＺＣの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【０１０８】
実施例２４から実施例２６までハロゲン元素であるクロロ基を導入した有機溶媒の例を示したが、他のハロゲン元素であるブロモ基、ヨード基、フルオロ基などの官能基を導入した有機溶媒を用いてもよい。
【０１０９】
また、クロロ基、ブロモ基、ヨード基およびフルオロ基からなる群から選択される複数種のハロゲン基を導入した有機溶媒を用いてもよい。
【０１１０】
実施例１９から２６に記載したように、エーテル基もしくはハロゲン基を有する有機溶媒と固体電解質材料としてＬＣＹＧＢＣもしくはＬＹＺＣとを用いた固体電解質組成物については、高いリチウムイオン伝導度を維持することができる。
【０１１１】
実施例で示した以外のエーテル基もしくはハロゲン基もしくはＳｉ−Ｏ−Ｃ基を有する有機溶媒を用いてもよい。ただし、固体電解質組成物を塗工することと、真空乾燥により有機溶媒を除去することを考慮すると、常温で液体であり、かつ沸点が２５０℃以下で、上記官能基で水素原子が置換された炭化水素が望ましい。これらの有機溶媒は１種を単独で用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。
【０１１２】
さらに、固体電解質材料についてはＬＣＹＧＢＣ及びＬＹＺＣを用いたが、その他の硫黄元素を含まないイオン結合性固体電解質材料を用いてもよい。
【０１１３】
さらに、他のイオン結合性固体電解質材料でも、リチウムイオン伝導性を有し、かつ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｇａ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗ、Ｙ、Ｇｄ、ＴｂおよびＳｍからなる群より選択される少なくとも１種を含むとともに、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩおよびＦからなる群から選択される少なくとも１種を含み、硫黄元素を含まないイオン結合性固体電解質材料であれば、同様に実施可能である。イオン結合性固体電解質材料は１種を単独で用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。
【０１１４】
＜比較例１＞
有機溶媒として、エステル基を有する非芳香族化合物である酪酸ブチルを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、酪酸ブチルを除去したＬＹＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定しようとしたところ、酪酸ブチルを除去できなかった。固体電解質組成物を塗工することと、真空乾燥により有機溶媒を除去することを考慮すると、酪酸ブチルは不適であることが判明した。ＬＰＳについても同様の操作を行い、酪酸ブチルを除去したＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、７．９×１０−４Ｓ／ｃｍとなった。酪酸ブチルによるＬＰＳの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【０１１５】
＜比較例２＞
有機溶媒として、エステル基を有する非芳香族化合物である３−エトキシプロピオン酸エチルを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、３−エトキシプロピオン酸エチルを除去したＬＹＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定しようとしたところ、抵抗が大きく測定できなかった。３−エトキシプロピオン酸エチルにより、ＬＹＢＣが大きく劣化していると考えられる。ＬＰＳについても同様の操作を行い、３−エトキシプロピオン酸エチルを除去したＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、８．１×１０−４Ｓ／ｃｍとなった。３−エトキシプロピオン酸エチルによるＬＰＳの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【０１１６】
＜比較例３＞
有機溶媒として、エステル基を有する非芳香族化合物である酢酸ブチルを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、酢酸ブチルを除去したＬＹＢＣとＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、ＬＹＢＣは、１．１×１０−９Ｓ／ｃｍ、ＬＰＳは８．２×１０−４Ｓ／ｃｍであった。参考例のＬＹＢＣのリチウムイオン伝導度と比較すると、値が大きく低下しており、酢酸ブチルによりＬＹＢＣが劣化していると考えられる。酢酸ブチルによるＬＰＳの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【０１１７】
＜比較例４＞
有機溶媒として、エステル基を有する非芳香族化合物であるアクリル酸２−エチルヘキシルを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、アクリル酸２−エチルヘキシルを除去したＬＹＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定しようとしたところ、アクリル酸２−エチルヘキシルを除去できなかった。固体電解質組成物を塗工することと、真空乾燥により有機溶媒を除去することを考慮すると、アクリル酸２−エチルヘキシルは不適であることが判明した。ＬＰＳについても同様の操作を行い、酪酸ブチルを除去したＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、７．９×１０−４Ｓ／ｃｍとなった。アクリル酸２−エチルヘキシルによるＬＰＳの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【０１１８】
＜比較例５＞
有機溶媒として、エステル基を有する非芳香族化合物である酢酸２−エトキシエチルを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、酢酸２−エトキシエチルを除去したＬＹＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定しようとしたところ、酢酸２−エトキシエチルを除去できなかった。固体電解質組成物を塗工することと、真空乾燥により有機溶媒を除去することを考慮すると、酢酸２−エトキシエチルは不適であることが判明した。ＬＰＳについても同様の操作を行い、酢酸２−エトキシエチルを除去したＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、８．２×１０−４Ｓ／ｃｍとなった。酢酸２−エトキシエチルによるＬＰＳの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例ほぼ同等であった。
【０１１９】
＜比較例６＞
有機溶媒として、エステル基を有する芳香族化合物である安息香酸エチルを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、安息香酸エチルを除去したＬＹＢＣとＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定しようとしたところ、抵抗が大きく測定できなかった。安息香酸エチルにより、ＬＹＢＣが大きく劣化していると考えられる。ＬＰＳについても同様の操作を行い、安息香酸エチルを除去したＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、８．１×１０−４Ｓ／ｃｍとなった。安息香酸エチルによるＬＰＳの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【０１２０】
比較例１から６に記載したエステル基を有する有機溶媒は、イオン結合性固体電解質材料であるＬＹＢＣは劣化させるが、共有結合性固体電解質材料であるＬＰＳは劣化させないことが判明した。硫黄元素を含まないイオン結合性固体電解質材料にエステル基を含む有機溶媒を用いることは不適であると考えてよい。
【０１２１】
＜比較例７＞
有機溶媒として、ケトン基を有する非芳香族化合物であるジイソブチルケトンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、ジイソブチルケトンを除去したＬＹＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定しようとしたところ、抵抗が大きく測定できなかった。ジイソブチルケトンにより、ＬＹＢＣが大きく劣化していると考えられる。ＬＰＳについても同様の操作を行い、ジイソブチルケトンを除去したＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、７．２×１０−４Ｓ／ｃｍとなった。ジイソブチルケトンによるＬＰＳの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【０１２２】
＜比較例８＞
有機溶媒として、ケトン基を有する環状非芳香族化合物であるイソホロンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、イソホロンを除去したＬＹＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定しようとしたところ、イソホロンを除去できなかった。固体電解質組成物を塗工することと、真空乾燥により有機溶媒を除去することを考慮すると、イソホロンは不適であることが判明した。ＬＰＳについても同様の操作を行い、イソホロンを除去したＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、７．６×１０−４Ｓ／ｃｍとなった。イソホロンによるＬＰＳの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【０１２３】
＜比較例９＞
有機溶媒として、ケトン基を有する環状非芳香族化合物であるＮ−メチルピロリドンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、Ｎ−メチルピロリドンを除去したＬＹＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、１．８×１０−７Ｓ／ｃｍとなった。参考例と比較すると、値が大きく低下しており、Ｎ−メチルピロリドンによりＬＹＢＣが劣化していると考えられる。ＬＰＳについても同様の操作を行い、Ｎ−メチルピロリドンを除去したＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定しようとしたところ、抵抗が大きく測定ができなかった。Ｎ−メチルピロリドンは、ＬＹＢＣもＬＰＳも劣化させるため、使用することができないことが判明した。
【０１２４】
比較例７から９により、ケトン基を有する有機溶媒は、ＬＹＢＣを劣化させることが判明した。硫黄元素を含まないイオン結合性固体電解質材料にケトン基を含む有機溶媒を用いることは不適であると考えてよい。
【０１２５】
＜比較例１０＞
有機溶媒として、アミノ基を有する非芳香族化合物であるＮ，Ｎ−ジメチルドデシルアミンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、Ｎ，Ｎ−ジメチルドデシルアミンを除去したＬＹＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定しようとしたところ、Ｎ，Ｎ−ジメチルドデシルアミンを除去できなかった。固体電解質組成物を塗工することと、真空乾燥により有機溶媒を除去することを考慮すると、Ｎ，Ｎ−ジメチルドデシルアミンは不適であることが判明した。ＬＰＳについても同様の操作を行い、Ｎ，Ｎ−ジメチルドデシルアミンを除去したＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、７．６×１０−４Ｓ／ｃｍとなった。Ｎ，Ｎ−ジメチルドデシルアミンによるＬＰＳの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【０１２６】
＜比較例１１＞
有機溶媒として、アミノ基を有する芳香族化合物であるＮ，Ｎ−ジメチルアニリンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリンを除去したＬＹＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、７．５×１０−４Ｓ／ｃｍであった。参考例と比較すると、値が大きく低下しており、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリンによりＬＹＢＣが劣化していると考えられる。ＬＰＳについても同様の操作を行い、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリンを除去したＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、７．７×１０−４Ｓ／ｃｍとなった。Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリンによるＬＰＳの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【０１２７】
＜比較例１２＞
有機溶媒として、アミノ基を有する芳香族化合物であるＮ−メチルアニリンを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、Ｎ−メチルアニリンを除去したＬＹＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、１．１×１０−７Ｓ／ｃｍとなった。参考例と比較すると、値が大きく低下しており、Ｎ−メチルアニリンによりＬＹＢＣが劣化していると考えられる。ＬＰＳについても同様の操作を行い、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリンを除去したＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、７．９×１０−４Ｓ／ｃｍとなった。Ｎ−メチルアニリンによるＬＰＳの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【０１２８】
比較例１０から１２により、アミノ基を有する有機溶媒は、ＬＰＳは劣化させないが、ＬＹＢＣを劣化させることが判明した。硫黄元素を含まないイオン結合性固体電解質材料にアミノ基を含む有機溶媒を用いることは不適であると考えてよい。
【０１２９】
＜比較例１３＞
有機溶媒として、水酸基を有する非芳香族化合物である２−エチル−１−ヘキサノールを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、２−エチル−１−ヘキサノールを除去したＬＹＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、９．８×１０−６Ｓ／ｃｍとなった。参考例と比較すると、値が大きく低下しており、２−エチル−１−ヘキサノールによりＬＹＢＣが劣化していると考えられる。ＬＰＳについても同様の操作を行い、２−エチル−１−ヘキサノールを除去したＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、７．９×１０−４Ｓ／ｃｍとなった。２−エチル−１−ヘキサノールによるＬＰＳの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【０１３０】
比較例１３により、水酸基を有する有機溶媒は、ＬＰＳは劣化させないが、ＬＹＢＣを劣化させることが判明した。硫黄元素を含まないイオン結合性固体電解質材料に水酸基を含む有機溶媒を用いることは不適であると考えてよい。
【０１３１】
＜比較例１４＞
有機溶媒として、アルデヒド基を有する芳香族化合物であるベンズアルデヒドを用いたこと以外、実施例１と同様の操作を行い、ベンズアルデヒドを除去したＬＹＢＣについてリチウムイオン伝導度を測定しようとしたところ、ベンズアルデヒドを除去できなかった。固体電解質組成物を塗工することと、真空乾燥により有機溶媒を除去することを考慮すると、ベンズアルデヒドは不適であることが判明した。ＬＰＳについても同様の操作を行い、ベンズアルデヒドを除去したＬＰＳについてリチウムイオン伝導度を測定したところ、７．５×１０−４Ｓ／ｃｍとなった。ベンズアルデヒドによるＬＰＳの劣化はなく、リチウムイオン伝導度も参考例とほぼ同等であった。
【０１３２】
アルデヒド基を有する有機溶媒は、ＬＰＳは劣化させないが、ＬＹＢＣを劣化させることが判明した。硫黄元素を含まないイオン結合性固体電解質材料にアルデヒド基を含む有機溶媒を用いることは不適であると考えてよい。
【０１３３】
図２は、表１に記載のＬＹＢＣの有機溶媒に対するハンセン溶解度パラメータの極性項の値（任意の単位）を横軸に、真空乾燥後のＬＹＢＣのリチウムイオン伝導度（ｍＳ／ｃｍ）を縦軸にして、実施例１〜１８の値と比較例１〜１４の値を記入したものである。抵抗が大きく、リチウムイオン伝導度を測定できなかった場合や、乾燥できなかった場合の有機溶媒については、０ｍＳ／ｃｍとして、グラフに値を記入した。
【０１３４】
図２からは、真空乾燥後のＬＹＢＣのリチウムイオン伝導度には、有機溶媒の極性項の値よりも、置換した官能基の影響が大きいことがわかる。詳細な作用機序については不明だが、有機溶媒の分子内に電子密度の局在化を生じせしめるような官能基、例えば、エステル基、ケトン基、アミノ基、水酸基等が導入されると、その局在化部位と、イオン結合性のＬＹＢＣの構成元素とが、溶媒和等の相互作用を生じることにより、ＬＹＢＣの構造が崩れ、真空乾燥後のＬＹＢＣのリチウムイオン伝導度の低下を引き起こしていると推定される。これは、硫黄元素を含まないイオン結合性固体電解質材料について共通の傾向であると考えてよい。
【０１３５】
図３は、有機溶媒とＬＹＢＣを含む固体電解質組成物におけるＬＹＢＣの粒径分布である。ｎ−ヘプタン、アニソール、テトラリン、ｏ−クロロトルエンおよびｐ−クロロトルエンの５種類の有機溶媒について測定した。横軸は、画像解析式粒子解析システムで測定した粒子径（μｍ）、縦軸は存在確率（任意単位）である。
【０１３６】
以下に測定方法の詳細について記載する。
（固体電解質組成物の調製）
アルゴン雰囲気中で管理されたグローブボックス内で有機溶媒３０ｍｌを秤量し、ＬＹＢＣ０．００６ｇを秤量し、これらを撹拌混合した。有機溶媒は事前にモレキュラーシーブで十分乾燥させた。さらに、水分、酸素などの侵入を避けるために、撹拌混合用の容器は二重とし、外側容器には非極性溶媒（具体的にはヘプタン）を注入して封をした。この状態で、超音波により３０分間分散を行った。
【０１３７】
（粒径分布測定）
画像解析式粒度分布測定装置（型式：ＸＰＴ−Ｃ、ＰＳ  Ｐｒｏｚｅｓｓｔｅｃｈｎｉｋ  ＧｍｂＨ社製）を用いて、スターラーで撹拌しながら測定を行った。
【０１３８】
図３の粒径分布のピークの値を見ると、ｐ−クロロトルエン＜ｏ−クロロトルエン＝テトラリン＜アニソール＜ｎ−ヘプタンの順となっている。ここで、「＝」は、実質的に等しいことを意味しており、以下の「＝」についても同様の意味である。これは有機溶媒中の分散性を示しており、ｐ−クロロトルエン、ｏ−クロロトルエン＝テトラリン、アニソール、ｎ−ヘプタンの順に分散性が良好で、ＬＹＢＣの凝集が少ない固体電解質組成物となっている。以上より、有機溶媒は、芳香族化合物であることが望ましく、特に、電極活物質を含む固体電解質組成物を調製する際には、芳香族化合物を有機溶媒として用いることが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
本発明に係る固体電解質組成物は、例えば、全固体リチウム二次電池の製造時に用いると有用である。
【符号の説明】
【０１４０】
１００  固体電解質材料
２００  加圧成形用ダイス
２０１  ポリカーボネート製の枠型
２０２  ステンレス鋼製のパンチ下部
２０３  ステンレス鋼製のパンチ上部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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