[发明专利]固体电解质材料、锂电池以及固体电解质材料的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶界处的Li离子传导性高的Li-La-Ti-O系固体电解质材料。

背景技术

近年来，伴随个人电脑、摄像机和手机等信息相关设备和通信设备等的迅速普及，作为其电源使用的电池的开发受到重视。另外，在汽车产业界等中，也正在进行用于电动汽车或混合动力汽车高的输出且高容量的电池的开发。目前，在各种电池中，从能量密度高的观点出发，锂二次电池受到关注。

目前市售的锂电池使用含有可燃性的有机溶剂的电解液，因此，在抑制短路时温度上升的安全装置的安装、用于防止短路的结构和材料方面需要进行改善。与此相对，将电解液变为固体电解质层、使电池全固体化而得到的锂电池，由于在电池内不使用可燃性的有机溶剂，因此认为可实现安全装置的简化并且使制造成本和生产率优良。

作为全固体锂电池中使用的固体电解质材料，已知Li-La-Ti-O系固体电解质材料(LLT)。例如，非专利文献1中，公开了Li_0.5La_0.5TiO₃的非晶质的薄膜。该薄膜的组成与通式Li_3xLa_2/3-xTiO₃中的x=0.17时相当。另外，专利文献1中公开了一种固体电解质膜，具有锂离子传导性，其特征在于，具有La_XLi_YTi_ZO₃(0.4≤X≤0.6、0.4≤Y≤0.6、0.8≤Z≤1.2、Y＜X)的组成，并且为非晶质结构。该组成范围与Li_3xLa_2/3-xTiO₃的组成范围完全不同。

另外，专利文献2中公开了一种固体电解质层，由包含含有Li、La和Ti的复合氧化物的固体电解质构成，所述固体电解质层具有非晶质层、结晶质层和晶格缺陷层。另外，专利文献2中记载了如下要点：固体电解质材料的组成优选为La_2/3-xLi_3xTiO₃(0.03≤x≤0.167)。另外，该固体电解质材料相当于通过使用行星式球磨机并进行煅烧而合成的所谓的块体，而不是薄膜。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-238704号公报

专利文献2：日本特开2008-059843号公报

非专利文献

非专利文献1：Jun-Ku Ahn et al.,“Characteristics of perovskite(Li_0.5La_0.5)TiO₃ solid electrolyte thin films grown by pulsed laser deposition for rechargeable lithium micorobattery”,Electrochimica Acta 50(2004)371-374

发明内容

发明所要解决的问题

从电池的高输出化的观点出发，需要Li离子传导性高的固体电解质材料。特别是在晶界处具有Li离子传导性降低的倾向，因此，需要实现晶界处的Li离子传导性的提高。本发明鉴于上述实际情况而完成，其主要目的在于提供晶界处的Li离子传导性高的Li-La-Ti-O系固体电解质材料。

用于解决问题的方法

为了解决上述问题，本发明中，提供一种固体电解质材料，其特征在于，由通式Li_3x(La_(2/3-x)-aM1_a)(Ti_1-bM2_b)O₃表示，所述x满足0＜x＜0.17，所述a满足0≤a≤0.5，所述b满足0≤b≤0.5，所述M1为选自由Sr、Na、Nd、Pr、Sm、Gd、Dy、Y、Eu、Tb、Ba构成的组中的至少一种，所述M2为选自由Mg、W、Mn、Al、Ge、Ru、Nb、Ta、Co、Zr、Hf、Fe、Cr、Ga构成的组中的至少一种，所述固体电解质材料为结晶质，并且为薄膜状，厚度在250nm~850nm的范围内。