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公開番号2025115852
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-07
出願番号2024010544
出願日2024-01-26
発明の名称硫化物固体電解質、硫化物固体電解質の製造方法、及び蓄電素子
出願人株式会社GSユアサ
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01B 1/06 20060101AFI20250731BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】耐湿性が高い硫化物固体電解質、このような硫化物固体電解質の製造方法、及びこのような硫化物固体電解質を用いた蓄電素子を提供する。
【解決手段】本発明の一側面に係る硫化物固体電解質は、結晶構造を有し、フッ素元素、塩素元素及び臭素元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素Xと、ヨウ素元素と、窒素元素と、アルミニウム元素、タンタル元素、ケイ素元素、スカンジウム元素、マグネシウム元素、ニオブ元素、ホウ素元素、ハフニウム元素、炭素元素、ジルコニウム元素及びチタン元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素Mとを含有し、上記ヨウ素元素の含有量に対する上記元素Xの含有量のモル比(X/I)が0より大きく1.0以下である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
結晶構造を有し、
フッ素元素、塩素元素及び臭素元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素Ｘと、
ヨウ素元素と、
窒素元素と、
アルミニウム元素、タンタル元素、ケイ素元素、スカンジウム元素、マグネシウム元素、ニオブ元素、ホウ素元素、ハフニウム元素、炭素元素、ジルコニウム元素及びチタン元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素Ｍと
を含有し、
上記ヨウ素元素の含有量に対する上記元素Ｘの含有量のモル比（Ｘ／Ｉ）が０より大きく１．０以下である硫化物固体電解質。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
上記元素Ｘが臭素元素を含む、請求項１に記載の硫化物固体電解質。
【請求項３】
リチウム元素、ナトリウム元素及びカリウム元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素Ａをさらに含有する、請求項１又は請求項２に記載の硫化物固体電解質。
【請求項４】
リン元素をさらに含有する、請求項１又は請求項２に記載の硫化物固体電解質。
【請求項５】
ＣｕＫα線を用いたエックス線回折図において回折角２θが１９．９°±０．５°の範囲及び回折角２θが２９．３°±０．５°の範囲に回折ピークを有する、請求項１又は請求項２に記載の硫化物固体電解質。
【請求項６】
上記モル比（Ｘ／Ｉ）が０．１以上１．０以下である、請求項１又は請求項２に記載の硫化物固体電解質。
【請求項７】
下記式（１）で表される、請求項１又は請求項２に記載の硫化物固体電解質。
Ａ
ａ
ＰＭ
ｂ
Ｓ
ｃ
Ｎ
ｄ
Ｘ
ｅ
Ｉ
ｆ
Ｙ
ｇ
・・・（１）
上記式（１）中、Ａは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群より選ばれる少なくとも１種である。Ｍは、Ａｌ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｂ、Ｈｆ、Ｃ、Ｚｒ及びＴｉからなる群より選ばれる少なくとも１種である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ及びＢｒからなる群より選ばれる少なくとも１種である。Ｙは、Ａ、Ｐ、Ｓ、Ｍ、Ｎ、Ｘ及びＩ以外の少なくとも１種の元素である。ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ及びｇは、それぞれ、２≦ａ≦７、０．０１≦ｂ≦１、２≦ｃ≦６、０．０１≦ｄ≦２、０．０１≦ｅ≦１、０．０１≦ｆ≦１及び０≦ｇ≦１（但し、０．０１≦ｅ／ｆ≦１．０）を満たす。
【請求項８】
フッ素元素、塩素元素及び臭素元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素Ｘと、ヨウ素元素と、窒素元素と、アルミニウム元素、タンタル元素、ケイ素元素、スカンジウム元素、マグネシウム元素、ニオブ元素、ホウ素元素、ハフニウム元素、炭素元素、ジルコニウム元素及びチタン元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素Ｍとを含有し、上記ヨウ素元素に対する上記元素Ｘのモル比（Ｘ／Ｉ）が０より大きく１．０以下である組成物を処理することを備える、硫化物固体電解質の製造方法。
【請求項９】
請求項１又は請求項２に記載の硫化物固体電解質を含有する蓄電素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、硫化物固体電解質、硫化物固体電解質の製造方法、及び蓄電素子に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度の高さから、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車等に多用されている。上記リチウムイオン二次電池は、一般的には、セパレータで電気的に隔離された一対の電極と、この電極間に介在する非水電解質とを有し、両電極間でリチウムイオンの受け渡しを行うことで充放電するよう構成される。また、リチウムイオン二次電池以外の蓄電素子として、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタも広く普及している。
【０００３】
近年、非水電解質として、有機溶媒等の液体に電解質塩が溶解された非水電解液に替えて、硫化物固体電解質等の固体電解質を用いる蓄電素子が提案されている。硫化物固体電解質の一つとして、特許文献１には、Ｌｉ、Ａ（Ａは、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌ及びＢの少なくとも１種である）、Ｘ（Ｘはハロゲンである）、及びＳを有し、ガラスセラミックスであり、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折測定において、２θ＝２０．２°、２３．６°にピークを有することを特徴とする硫化物固体電解質が記載されている。また、特許文献２には、構成元素として、Ｐ、Ｓ、Ｎ、元素Ａ、元素Ｘ、及び元素Ｍを含有し、結晶構造を有する硫化物固体電解質（Ａは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋからなる群より選択される少なくとも１つの元素を示す。Ｘは、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉからなる群より選択される少なくとも１つの元素を示す。Ｍは、Ａｌ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｂ、Ｈｆ、Ｃ、Ｐ、Ｚｒ、Ｔｉからなる群より選択される少なくとも１つの元素を示す。）が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１３－０１６４２３号公報
国際公開第２０２０／０４５６３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
硫化物固体電解質は、耐湿性が低く、大気中の水と反応し易いという不都合を有する。このため、硫化物固体電解質は、水分量の少ない乾燥空気雰囲気下に放置された場合であっても、乾燥空気中に微量に含まれる水と反応することによりイオン伝導度が低下し易い。
【０００６】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、耐湿性が高い硫化物固体電解質、このような硫化物固体電解質の製造方法、及びこのような硫化物固体電解質を用いた蓄電素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る硫化物固体電解質は、結晶構造を有し、フッ素元素、塩素元素及び臭素元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素Ｘと、ヨウ素元素と、窒素元素と、アルミニウム元素、タンタル元素、ケイ素元素、スカンジウム元素、マグネシウム元素、ニオブ元素、ホウ素元素、ハフニウム元素、炭素元素、ジルコニウム元素及びチタン元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素Ｍとを含有し、上記ヨウ素元素の含有量に対する上記元素Ｘの含有量のモル比（Ｘ／Ｉ）が０より大きく１．０以下である。
【０００８】
本発明の他の一側面に係る硫化物固体電解質の製造方法は、フッ素元素、塩素元素及び臭素元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素Ｘと、ヨウ素元素と、窒素元素と、アルミニウム元素、タンタル元素、ケイ素元素、スカンジウム元素、マグネシウム元素、ニオブ元素、ホウ素元素、ハフニウム元素、炭素元素、ジルコニウム元素及びチタン元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素Ｍとを含有し、上記ヨウ素元素に対する上記元素Ｘのモル比（Ｘ／Ｉ）が０より大きく１．０以下である組成物を処理することを備える。
【０００９】
本発明の他の一側面に係る蓄電素子は、本発明の一側面に係る硫化物固体電解質を含有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のいずれかの一側面によれば、耐湿性が高い硫化物固体電解質、このような硫化物固体電解質の製造方法、及びこのような硫化物固体電解質を用いた蓄電素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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