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JP7563373B2 - Solid electrolyte, method for producing solid electrolyte, and all-solid-state battery - Google Patents
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Description

本開示は、固体電解質、固体電解質の製造方法および全固体電池に関する。 This disclosure relates to a solid electrolyte, a method for producing a solid electrolyte, and an all-solid-state battery.

全固体電池は、正極層および負極層の間に固体電解質層を有する電池であり、可燃性の有機溶媒を含む電解液を有する液系電池に比べて、安全装置の簡素化が図りやすいという利点を有する。固体電解質層に用いられる固体電解質として、有機固体電解質および無機固体電解質が知られている。 All-solid-state batteries are batteries that have a solid electrolyte layer between a positive electrode layer and a negative electrode layer, and have the advantage that safety devices can be simplified more easily than liquid batteries that have an electrolyte solution that contains a flammable organic solvent. Organic solid electrolytes and inorganic solid electrolytes are known as solid electrolytes used in the solid electrolyte layer.

例えば、特許文献1には、固体電解質として、有機カチオンおよびホウ素クラスターアニオンを含有するマトリックスと、金属カチオンおよびアニオンを含有する金属塩と、を含有する電解質組成物が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an electrolyte composition that contains, as a solid electrolyte, a matrix that contains an organic cation and a boron cluster anion, and a metal salt that contains a metal cation and an anion.

特開2020-194777号公報JP 2020-194777 A

全固体電池の電池性能は、固体電解質のイオン伝導度に大きく影響される。そのため、イオン伝導性が良好な固体電解質が望まれている。本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、イオン伝導性が良好な固体電解質を提供することを主目的とする。 The battery performance of an all-solid-state battery is greatly affected by the ionic conductivity of the solid electrolyte. Therefore, a solid electrolyte with good ionic conductivity is desired. This disclosure has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and has as its main object to provide a solid electrolyte with good ionic conductivity.

上記課題を解決するために、本開示においては、ピロリジニウム系有機カチオンおよびホウ素クラスターアニオンを含有するマトリックスと、金属カチオンおよびアニオンを含有する金属塩と、を有する固体電解質であって、上記固体電解質は、CuKα線を用いたX線回折測定において、2θ=15.7°±0.5°の位置に現れるピークAおよび2θ=18.2°±0.5°の位置に現れるピークBを有し、上記X線回折測定において観察される全ピークの中で、上記ピークAの強度または上記ピークBの強度が最も大きい、固体電解質を提供する。 In order to solve the above problems, the present disclosure provides a solid electrolyte having a matrix containing a pyrrolidinium-based organic cation and a boron cluster anion, and a metal salt containing a metal cation and an anion, the solid electrolyte having peak A appearing at 2θ=15.7°±0.5° and peak B appearing at 2θ=18.2°±0.5° in an X-ray diffraction measurement using CuKα radiation, and the intensity of peak A or peak B is the greatest among all peaks observed in the X-ray diffraction measurement.

また、本開示においては、ピロリジニウム系有機カチオンおよびホウ素クラスターアニオンを含有するマトリックスと、金属カチオンおよびアニオンを含有する金属塩と、を有する固体電解質であって、上記固体電解質は、CuKα線を用いたX線回折測定において、2θ=15.7°±0.5°の位置に現れるピークAおよび2θ=18.2°±0.5°の位置に現れるピークBを有し、上記ピークAの強度をIとし、上記ピークBの強度をIとし、基準位置における強度をIとした場合に、以下の条件(i)および条件(ii)の少なくとも一方を満たす、固体電解質を提供する。
条件(i):(I-I)/Iが、2.69より大きい。
条件(ii):(I-I)/Iが、0.73より大きい。
The present disclosure also provides a solid electrolyte having a matrix containing a pyrrolidinium-based organic cation and a boron cluster anion, and a metal salt containing a metal cation and an anion , the solid electrolyte having peak A appearing at a position of 2θ=15.7°±0.5° and peak B appearing at a position of 2θ=18.2°±0.5° in an X-ray diffraction measurement using CuKα radiation, the solid electrolyte satisfying at least one of the following conditions (i ) and ( ii ):
Condition (i): (I A -I S )/I S is greater than 2.69.
Condition (ii): (I B −I S )/I S is greater than 0.73.

本開示によれば、所定のピークAおよびピークBを有するため、イオン伝導性が良好な固体電解質となる。 According to the present disclosure, the solid electrolyte has good ionic conductivity because it has the specified peak A and peak B.

上記開示においては、上記X線回折測定において観察される全ピークの中で、上記ピークAの強度または上記ピークBの強度が最も大きくてもよい。 In the above disclosure, the intensity of the peak A or the intensity of the peak B may be the greatest among all peaks observed in the above X-ray diffraction measurement.

上記開示においては、上記(I-I)/Iが、7.74以上であってもよい。 In the above disclosure, the (I A -I S )/I S may be 7.74 or greater.

上記開示においては、上記(I-I)/Iが、3.16以上であってもよい。 In the above disclosure, the (I B −I S )/I S may be 3.16 or greater.

上記開示においては、上記金属塩における上記アニオンが、ホウ素クラスターアニオンであってもよい。 In the above disclosure, the anion in the metal salt may be a boron cluster anion.

また、本開示においては、上述した固体電解質を製造する固体電解質の製造方法であって、上記ピロリジニウム系有機カチオンおよび上記ホウ素クラスターアニオンを含有する上記マトリックスと、上記金属カチオンおよび上記アニオンを含有する上記金属塩と、を含有する前駆体を準備する、準備工程と、上記前駆体を、上記マトリックスの融解温度以上の温度で加熱し、上記前駆体の溶融物を得る、加熱工程と、上記溶融物を急冷して固化させることで上記固体電解質を得る、急冷工程と、を有する固体電解質の製造方法を提供する。 The present disclosure also provides a method for producing the above-mentioned solid electrolyte, the method comprising the steps of: preparing a precursor containing the matrix containing the pyrrolidinium-based organic cation and the boron cluster anion, and the metal salt containing the metal cation and the anion; heating the precursor at a temperature equal to or higher than the melting temperature of the matrix to obtain a molten precursor; and quenching the molten precursor to obtain the solid electrolyte by quenching and solidifying it.

本開示によれば、急冷工程を有することで、イオン伝導性が良好な固体電解質を製造できる。 According to the present disclosure, by including a rapid cooling process, a solid electrolyte with good ionic conductivity can be produced.

また、本開示においては、正極活物質層と、負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に配置された固体電解質層と、を有する全固体電池であって、上記正極活物質層、上記負極活物質層および上記固体電解質層の少なくとも1つが、上述した固体電解質を含有する、全固体電池。 The present disclosure also provides an all-solid-state battery having a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer disposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, in which at least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer contains the above-mentioned solid electrolyte.

本開示によれば、正極活物質層、負極活物質層および固体電解質層の少なくとも1つが、上述した固体電解質を含有するため、入力特性および出力特性が良好な全固体電池となる。 According to the present disclosure, at least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer contains the above-mentioned solid electrolyte, resulting in an all-solid-state battery with good input and output characteristics.

本開示においては、イオン伝導性が良好な固体電解質を提供できるという効果を奏する。 The present disclosure has the effect of providing a solid electrolyte with good ionic conductivity.

本開示における固体電解質の製造方法の一例を示すフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram showing an example of a method for producing a solid electrolyte according to the present disclosure. 本開示における全固体電池の一例を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an all-solid-state battery according to the present disclosure. 実施例1および比較例1におけるX線回折測定の結果である。1 shows the results of X-ray diffraction measurement in Example 1 and Comparative Example 1.

以下、本開示における固体電解質、固体電解質の製造方法および全固体電池について、詳細に説明する。 The solid electrolyte, the method for producing the solid electrolyte, and the all-solid-state battery in this disclosure are described in detail below.

A.固体電解質
本開示における固体電解質は、ピロリジニウム系有機カチオンおよびホウ素クラスターアニオンを含有するマトリックスと、金属カチオンおよびアニオンを含有する金属塩と、を有する固体電解質であって、上記固体電解質は、CuKα線を用いたX線回折測定において、2θ=15.7°±0.5°の位置に現れるピークAおよび2θ=18.2°±0.5°の位置に現れるピークBを有する。また、本開示における固体電解質は、上記X線回折測定において観察される全ピークの中で、上記ピークAの強度または上記ピークBの強度が最も大きいことが好ましい。また、本開示における固体電解質は、上記ピークAの強度をIとし、上記ピークBの強度をIとし、基準位置における強度をIとした場合に、所定の条件を満たすことが好ましい。
A. Solid electrolyte The solid electrolyte of the present disclosure is a solid electrolyte having a matrix containing a pyrrolidinium-based organic cation and a boron cluster anion, and a metal salt containing a metal cation and an anion, and the solid electrolyte has a peak A appearing at 2θ=15.7°±0.5° and a peak B appearing at 2θ=18.2°±0.5° in an X-ray diffraction measurement using CuKα radiation. In addition, the solid electrolyte of the present disclosure preferably has the largest intensity of the peak A or the peak B among all peaks observed in the X-ray diffraction measurement. In addition, the solid electrolyte of the present disclosure preferably satisfies a predetermined condition when the intensity of the peak A is I A , the intensity of the peak B is I B , and the intensity at the reference position is I S.

本開示によれば、所定のピークAおよびピークBを有するため、イオン伝導性が良好な固体電解質となる。 According to the present disclosure, the solid electrolyte has good ionic conductivity because it has the specified peak A and peak B.

上述のように、イオン伝導性が良好な固体電解質が望まれている。本発明者は、有機カチオンおよびホウ素クラスターアニオンを含有するマトリックスと、金属カチオンおよびアニオンを含有する金属塩と、を含有する電解質組成物(固体電解質)について、鋭意検討を重ねた結果、所定の製造方法よって新規の結晶相を有した固体電解質が得られることを見出し、この固体電解質が良好なイオン伝導性を有していることを見出した。 As described above, a solid electrolyte with good ionic conductivity is desired. The present inventors have conducted extensive research into an electrolyte composition (solid electrolyte) containing a matrix containing an organic cation and a boron cluster anion, and a metal salt containing a metal cation and an anion, and have found that a solid electrolyte with a novel crystal phase can be obtained by a specified manufacturing method, and that this solid electrolyte has good ionic conductivity.

本開示における固体電解質は、CuKα線を用いたX線回折測定において、2θ=15.7°±0.5°の位置に現れるピークAおよび2θ=18.2°±0.5°の位置に現れるピークBを有している。ピークAおよびピークBの位置は、それぞれ、±0.3°の範囲で前後していてもよく、±0.1°の範囲で前後していてもよい。 In an X-ray diffraction measurement using CuKα radiation, the solid electrolyte in the present disclosure has peak A appearing at 2θ=15.7°±0.5° and peak B appearing at 2θ=18.2°±0.5°. The positions of peak A and peak B may vary within a range of ±0.3°, or within a range of ±0.1°.

本開示においては、X線回折測定において観察される全ピークの中で、ピークAの強度またはピークBの強度が最も大きいことが好ましい。 In the present disclosure, it is preferable that the intensity of peak A or the intensity of peak B is the greatest among all peaks observed in the X-ray diffraction measurement.

また、本開示においては、ピークAの強度をIとし、ピークBの強度をIとし、基準位置における強度をIとした場合に、以下の条件(i)および条件(ii)の少なくとも一方を満たすことが好ましい。
条件(i):(I-I)/Iが、2.69より大きい。
条件(ii):(I-I)/Iが、0.73より大きい。
なお、本開示においては、(I-I)/Iで算出される値を規格値1、(I-I)/Iで算出される値を規格値2とも称する場合がある。
In addition, in the present disclosure, when the intensity of peak A is I A , the intensity of peak B is I B , and the intensity at the reference position is I S , it is preferable to satisfy at least one of the following conditions (i) and (ii):
Condition (i): (I A -I S )/I S is greater than 2.69.
Condition (ii): (I B −I S )/I S is greater than 0.73.
In this disclosure, the value calculated by (I A −I S )/I S may be referred to as standard value 1, and the value calculated by (I B −I S )/I S may be referred to as standard value 2.

ここで、本開示において、「基準位置」とは、X線回折測定においてピークが観察されない位置を意味する。基準位置は、最も低角度側に観察されるピークの位置から、-2°以上離れた位置、または、最も高角度側に観察されるピークの位置から、+2°以上離れた位置とすることが好ましい。具体的な基準位置としては、例えば2θ=12.0°を挙げることができる。 In this disclosure, the "reference position" refers to a position where no peak is observed in X-ray diffraction measurement. The reference position is preferably a position that is -2° or more away from the position of the peak observed at the lowest angle side, or a position that is +2° or more away from the position of the peak observed at the highest angle side. A specific example of the reference position is 2θ = 12.0°.

(I-I)/Iは、3.00以上であってもよく、5.00以上であってもよく、7.00以上であってもよく、7.74以上であってもよい。一方、(I-I)/Iの上限は特に限定されないが、例えば、13.00以下である。また、(I-I)/Iは、1.00以上であってもよく、2.00以上で当ってもよく、3.00以上であってもよく、3.16以上であってもよい。一方、(I-I)/Iの上限は特に限定されないが、例えば、8.00以下である。 (I A -I S )/I S may be 3.00 or more, 5.00 or more, 7.00 or more, or 7.74 or more. On the other hand, the upper limit of (I A -I S )/I S is not particularly limited, but is, for example, 13.00 or less. Also, (I B -I S )/I S may be 1.00 or more, 2.00 or more, 3.00 or more, or 3.16 or more. On the other hand, the upper limit of (I B -I S )/I S is not particularly limited, but is, for example, 8.00 or less.

また、IとIとは、同じであってもよく、異なっていてもよく。IとIとが「同じ」とは、Iに対するIの比(I/I)が、0.95以上、1.05以下の場合をいう。IとIとが異なる場合、I/Iは、例えば、0.5以上であり、0.7以上であってもよく、0.9以上であってもよい。一方、I/Iは、例えば、1.5以下であり、1.3以下であってもよく、1.1以下であってもよい。 Furthermore, I A and I B may be the same or different. I A and I B being "the same" refers to the case where the ratio of I B to I A (I B /I A ) is 0.95 or more and 1.05 or less. When I A and I B are different, I B /I A is, for example, 0.5 or more, may be 0.7 or more, or may be 0.9 or more. On the other hand, I B /I A is, for example, 1.5 or less, may be 1.3 or less, or may be 1.1 or less.

また、本開示における固体電解質は、CuKα線を用いたX線回折測定において、ピークAおよびピークBのみを有していてもよく、ピークAおよびピークB以外のピークを有していてもよい。後者の場合、ピークAおよびピークB以外のピークの位置としては、例えば、2θ=15.0±0.5°、16.8°±0.5°および17.4°±0.5°の少なくとも一つを挙げることができる。これらのピーク位置は、それぞれ、±0.3°の範囲で前後していてもよい。本開示においては、上記位置に得られるピークを、ピークXと称する場合がある。 In addition, the solid electrolyte in the present disclosure may have only peak A and peak B in an X-ray diffraction measurement using CuKα radiation, or may have peaks other than peak A and peak B. In the latter case, the position of the peak other than peak A and peak B may be, for example, at least one of 2θ = 15.0 ± 0.5°, 16.8° ± 0.5°, and 17.4° ± 0.5°. These peak positions may each vary within a range of ± 0.3°. In the present disclosure, the peak obtained at the above position may be referred to as peak X.

また、本開示における固体電解質は、X線回折測定において2θ=16.1±0.5°の位置にピークYを有さないことが好ましい。ピークYは、上述したピークA、BおよびX以外のピークである。「ピークYを有さない」とは、2θ=16.1±0.5°の位置における、ピークA、BおよびX以外のピークの強度をIとした場合に、I/Iが、0.1以下であること、または、I/Iが、0.1以下であることをいう。 In addition, the solid electrolyte of the present disclosure preferably does not have a peak Y at 2θ=16.1±0.5° in X-ray diffraction measurement. Peak Y is a peak other than the above-mentioned peaks A, B, and X. "Does not have a peak Y" means that, when the intensity of a peak other than peaks A, B, and X at 2θ=16.1±0.5° is IY , IY / IA is 0.1 or less, or IY / IB is 0.1 or less.

1.マトリックス
本開示におけるマトリックスは、ピロリジニウム系有機カチオンおよびホウ素クラスターアニオンを含有する。固体電解質は、1種のマトリックスを含有していてもよく、2種以上のマトリックスを含有していてもよい。
1. Matrix The matrix in the present disclosure contains a pyrrolidinium-based organic cation and a boron cluster anion. The solid electrolyte may contain one type of matrix or may contain two or more types of matrices.

ピロリジニウム系有機カチオンは、通常、ピロリジニウム骨格を有する有機カチオンであり、下記構造で示されることが好ましい。 The pyrrolidinium-based organic cation is typically an organic cation having a pyrrolidinium skeleton, and is preferably represented by the following structure.

式中、RおよびR’は、それぞれ独立に下記のいずれかの群に属する置換基である。
群(i):直鎖、分岐鎖または環状の、炭素数が1から8のアルキル基またはフルオロアルキル基。
群(ii):炭素数が6から9のアリール基またはフルオロアリール基。
群(iii):直鎖、分岐鎖また環状の、炭素数が1から8のアルコキシ基またはフルオロアルコキシ基。
群(iV):炭素数が6から9のアリールオキシ基またはフルオロアリールオキシ基。
群(v):アミノ基。
群(vi):群(i)~(v)のいずれか2つ以上によって定義される2以上の部分を有する置換基。
In the formula, R and R′ each independently represent a substituent belonging to any one of the following groups:
Group (i): linear, branched or cyclic alkyl or fluoroalkyl groups having 1 to 8 carbon atoms.
Group (ii): an aryl group or a fluoroaryl group having 6 to 9 carbon atoms.
Group (iii): linear, branched or cyclic alkoxy or fluoroalkoxy groups having 1 to 8 carbon atoms.
Group (iv): an aryloxy group or a fluoroaryloxy group having 6 to 9 carbon atoms.
Group (v): amino group.
Group (vi): Substituents having two or more moieties defined by any two or more of groups (i) to (v).

具体的なピロリジニウム系有機カチオンとしては、N-メチル-N-プロピルピロリジニウム(Pyr13)、N-メチル-N-(2-メトキシエチル)-ピロリジニウム(Pyr12ol)、N-メチル-N-エチルピロリジニウム(Pyr12)およびN-メチル-N-ブチルピロリジニウム(Pyr14)を挙げることができる。 Specific examples of pyrrolidinium-based organic cations include N-methyl-N-propylpyrrolidinium (Pyr13), N-methyl-N-(2-methoxyethyl)-pyrrolidinium (Pyr12ol), N-methyl-N-ethylpyrrolidinium (Pyr12), and N-methyl-N-butylpyrrolidinium (Pyr14).

ホウ素クラスターアニオンとは、ホウ素原子を6個から12個有し実効電荷が-2であるボラン;クラスタ構造中に、炭素原子を1個およびホウ素原子を5個から11個有し、実効電荷が-1であるカルボラン;および、クラスタ構造中に、炭素原子を2個およびホウ素原子を4個から10個有し、実効電荷が-1または-2であるカルボランのうち、いずれかのアニオン形態を意味する。 Boron cluster anion refers to any of the following anionic forms: borane, which has 6 to 12 boron atoms and a net charge of -2; carborane, which has one carbon atom and 5 to 11 boron atoms in the cluster structure and a net charge of -1; and carborane, which has two carbon atoms and 4 to 10 boron atoms in the cluster structure and a net charge of -1 or -2.

ホウ素クラスターアニオンは非置換であってよく、ホウ素原子および炭素原子の他には水素原子のみを有してよい。また、ホウ素クラスターアニオンは水素原子が置換されていてもよい。この場合、水素原子がハロゲン原子および有機置換基の少なくとも一方で置き換えられてもよい。置換される水素原子数は1であってもよく、2以上であってもよい。ハロゲン原子および有機置換基の種類は、それぞれ1種であってもよく、2種以上であってもよい。 The boron cluster anion may be unsubstituted, and may have only hydrogen atoms in addition to boron atoms and carbon atoms. The boron cluster anion may also have hydrogen atoms substituted. In this case, the hydrogen atoms may be replaced with at least one of a halogen atom and an organic substituent. The number of substituted hydrogen atoms may be one or more. The type of halogen atom and the type of organic substituent may each be one or more.

ホウ素クラスターアニオンは、例えば、以下の一般式(i)~(v)のいずれかで表すことができる。
一般式(i):[B(y-z-i) 2-
一般式(ii):[CB(y-1)(y-z-i)
一般式(iii):[C(y-2)(y-t-j-1)
一般式(iv):[C(y-3)(y-t-j)
一般式(v):[C(y-3)(y-t-j-1) 2-
式中、yは、6≦y≦12を満たす整数であり、z+iは、0≦z+i≦yを満たす整数であり、t+jは、0≦t+j≦y-1を満たす整数であり、Xは、F、Cl、BrおよびIの内少なくとも1以上である。また、Rは、有機置換基または水素である。
The boron cluster anion can be represented, for example, by any one of the following general formulas (i) to (v).
General formula (i): [B y H (y-z-i) R 1 z X i ] 2-
General formula (ii): [CB (y-1) H (y-zi) R 1 z X i ] -
General formula (iii): [C 2 B (y-2) H (y-t-j-1) R 1 t X j ] -
General formula (iv): [C 2 B (y-3) H (y-t-j) R 1 t X j ] -
General formula (v): [C 2 B (y-3) H (y-t-j-1) R 1 t X j ] 2-
In the formula, y is an integer satisfying 6≦y≦12, z+i is an integer satisfying 0≦z+i≦y, t+j is an integer satisfying 0≦t+j≦y−1, and X is at least one of F, Cl, Br, and I. In addition, R 1 is an organic substituent or hydrogen.

ホウ素クラスターアニオンとしては、例えば、[B2-、[B12122-、[CB10、[CB1112、[C1011が挙げられる。また、ホウ素クラスターアニオンは、いわゆるcloso構造を有していてもよい。 Examples of boron cluster anions include [B 6 H 6 ] 2− , [B 12 H 12 ] 2− , [CB 9 H 10 ] , [CB 11 H 12 ] , and [C 2 B 10 H 11 ] . The boron cluster anion may have a so-called closo structure.

2.金属塩
本開示における金属塩は、金属カチオンおよびアニオンを含有する。固体電解質は、1種の金属塩を含有していてもよく、2種以上の金属塩を含有していてもよい。
2. Metal Salt The metal salt in the present disclosure contains a metal cation and an anion. The solid electrolyte may contain one type of metal salt or may contain two or more types of metal salts.

金属カチオンとしては、例えばLiおよびNa等のアルカリ金属カチオン、Mg2+およびCa2+等のアルカリ土類金属カチオンが挙げられる。 Metal cations include, for example, alkali metal cations such as Li + and Na + , and alkaline earth metal cations such as Mg2 + and Ca2 + .

金属塩におけるアニオンは、上述したホウ素クラスターアニオンであってもよく、ホウ素クラスターアニオンでなくてもよい。後者の場合、上記アニオンとしては、例えば、(フルオロスルホニル)イミド(FSI)、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(TFSI)、ヘキサフルオロホスフェート(PF)、およびテトラフルオロボレート(BF)を挙げることができる。 The anion in the metal salt may or may not be a boron cluster anion as described above, such as (fluorosulfonyl)imide (FSI), bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TFSI), hexafluorophosphate (PF 6 ), and tetrafluoroborate (BF 4 ).

3.固体電解質
本開示における固体電解質は、ピロリジニウム系有機カチオンおよびホウ素クラスターアニオンを含有するマトリックスと、金属カチオンおよびアニオンを含有する金属塩と、を有する。
3. Solid Electrolyte The solid electrolyte in the present disclosure has a matrix containing a pyrrolidinium-based organic cation and a boron cluster anion, and a metal salt containing a metal cation and an anion.

固体電解質は、カチオンとして、ピロリジニウム系有機カチオンおよびホウ素クラスターアニオンを有する。ピロリジニウム系有機カチオンおよび金属カチオンの合計に対する、ピロリジニウム系有機カチオンの割合は、例えば、1mol%以上50mol%以下であり、5mol%以上30mol%以下であってもよい。固体電解質は、カチオンとして、N-メチル-N-ブチルピロリジニウム(Pyr14)およびLiを少なくとも含有することが好ましい。すなわち、ピロリジニウム系有機カチオンとしてPyr14を含有するマトリックスと、金属カチオンとしてLiを含有する金属塩とを組み合わせて用いることが好ましい。 The solid electrolyte has a pyrrolidinium-based organic cation and a boron cluster anion as cations. The ratio of the pyrrolidinium-based organic cation to the total of the pyrrolidinium-based organic cation and the metal cation is, for example, 1 mol% to 50 mol%, and may be 5 mol% to 30 mol%. The solid electrolyte preferably contains at least N-methyl-N-butylpyrrolidinium (Pyr14) and Li as cations. That is, it is preferable to use a combination of a matrix containing Pyr14 as the pyrrolidinium-based organic cation and a metal salt containing Li as the metal cation.

固体電解質は、アニオンとして、ホウ素クラスターアニオンを少なくとも有する。固体電解質におけるアニオンは、ホウ素クラスターアニオンのみであってもよい。また、固体電解質は、アニオンとして、1種、2種または3種以上のホウ素クラスターアニオンを有していてもよい。固体電解質は、アニオンとして、[B2-、[B12122-、[CB10、[CB1112、[C1011の少なくとも一種を含有することが好ましい。中でも、固体電解質は、アニオンとして、[CB10および[CB1112を少なくとも含有することが好ましい。例えば、固体電解質が、アニオンとして、[CB10および[CB1112を含有する場合、[CB10および[CB1112の合計に対する[CB10の割合は、例えば、30mol%以上90mol%以下であり、40mol%以上80mol%以下であってもよく、50mol%以上、70mol%以下であってもよい。 The solid electrolyte has at least a boron cluster anion as an anion. The anion in the solid electrolyte may be only a boron cluster anion. The solid electrolyte may have one, two or more kinds of boron cluster anions as an anion. The solid electrolyte preferably contains at least one of [B 6 H 6 ] 2- , [B 12 H 12 ] 2- , [CB 9 H 10 ] - , [CB 11 H 12 ] - and [C 2 B 10 H 11 ] - as an anion. Among them, the solid electrolyte preferably contains at least [CB 9 H 10 ] - and [CB 11 H 12 ] - as an anion. For example, when the solid electrolyte contains [CB 9 H 10 ] - and [CB 11 H 12 ] - as anions, the ratio of [CB 9 H 10 ] - to the total of [CB 9 H 10 ] - and [CB 11 H 12 ] - is, for example, 30 mol % or more and 90 mol % or less, or may be 40 mol % or more and 80 mol % or less, or may be 50 mol % or more and 70 mol % or less.

本開示における固体電解質は、イオン伝導度が高いことが好ましい。25℃におけるイオン伝導度は、例えば0.3mS/cm以上であり、0.6mS/cm以上であってもよく、0.9mS/cm以上であってもよい。一方、25℃におけるイオン伝導度は、例えば7mS/cm以下であり、5mS/cm以下であってもよく、3mS/cm以下であってもよく、2mS/cm以下であってもよく、1.2mS/cm以下であってもよい。 The solid electrolyte of the present disclosure preferably has high ionic conductivity. The ionic conductivity at 25°C is, for example, 0.3 mS/cm or more, may be 0.6 mS/cm or more, or may be 0.9 mS/cm or more. On the other hand, the ionic conductivity at 25°C is, for example, 7 mS/cm or less, may be 5 mS/cm or less, 3 mS/cm or less, 2 mS/cm or less, or may be 1.2 mS/cm or less.

固体電解質の形状としては、例えば粒子状が挙げられる。固体電解質の粒子径(D50)は、例えば、0.1μm以上、50μm以下である。なお、粒子径D50とは、レーザー回折式粒度分布測定装置による体積基準の粒子径分布における累積50%粒子径をいう。また、固体電解質の弾性率は低いことが好ましい。弾性率は、例えば、10GPa未満であり、1GPa未満であってもよく、0.5GPa未満であってもよい。また、固体電解質は、単一の結晶相を備える単相材料であってもよく、複数の結晶相を備える複相材料であってもよい。 The shape of the solid electrolyte may be, for example, particulate. The particle diameter (D50) of the solid electrolyte is, for example, 0.1 μm or more and 50 μm or less. The particle diameter D50 refers to the cumulative 50% particle diameter in the volume-based particle diameter distribution measured by a laser diffraction particle size distribution measuring device. In addition, it is preferable that the elastic modulus of the solid electrolyte is low. The elastic modulus is, for example, less than 10 GPa, may be less than 1 GPa, or may be less than 0.5 GPa. In addition, the solid electrolyte may be a single-phase material having a single crystal phase, or may be a multi-phase material having multiple crystal phases.

B.固体電解質の製造方法
図1は、本開示における固体電解質の製造方法の一例を示すフロー図である。図1に示すように、本開示における固体電解質の製造方法は、ピロリジニウム系有機カチオンおよびホウ素クラスターアニオンを含有するマトリックスと、金属カチオンおよびアニオンを含有する金属塩と、を含有する前駆体を準備する、準備工程と、上記前駆体を、上記マトリックスの融解温度以上の温度で加熱し、上記前駆体の溶融物を得る、加熱工程と、上記溶融物を急冷して固化させることで上記固体電解質を得る、急冷工程と、を有する。
B. Manufacturing method of solid electrolyte Fig. 1 is a flow diagram showing an example of a manufacturing method of a solid electrolyte in the present disclosure. As shown in Fig. 1, the manufacturing method of a solid electrolyte in the present disclosure includes a preparation step of preparing a precursor containing a matrix containing a pyrrolidinium-based organic cation and a boron cluster anion, and a metal salt containing a metal cation and an anion, a heating step of heating the precursor at a temperature equal to or higher than the melting temperature of the matrix to obtain a melt of the precursor, and a quenching step of quenching and solidifying the melt to obtain the solid electrolyte.

本開示によれば、急冷工程を有することで、イオン伝導性が良好な固体電解質を製造できる。 According to the present disclosure, by including a rapid cooling process, a solid electrolyte with good ionic conductivity can be produced.

1.準備工程
準備工程は、ピロリジニウム系有機カチオンおよびホウ素クラスターアニオンを含有するマトリックスと、金属カチオンおよびアニオンを含有する金属塩と、を含有する前駆体を準備する工程である。
1. Preparation Step The preparation step is a step of preparing a precursor containing a matrix containing a pyrrolidinium-based organic cation and a boron cluster anion, and a metal salt containing a metal cation and an anion.

準備工程では、前駆体を購入して準備してもよく、自ら調製して準備してもよい。後者の場合、例えば、上述したマトリックスの材料および金属塩の材料を、混合して準備することができる。各材料の割合は、目的とする固体電解質の組成を考慮して、適宜調整することが好ましい In the preparation step, the precursors may be purchased or prepared by oneself. In the latter case, for example, the above-mentioned matrix material and metal salt material can be mixed to prepare the material. It is preferable to appropriately adjust the ratio of each material in consideration of the composition of the desired solid electrolyte.

2.加熱工程
加熱工程は、前駆体を、マトリックスの融解温度以上の温度で加熱し、前駆体の溶融物を得る工程である。
2. Heating Step The heating step is a step of heating the precursor to a temperature equal to or higher than the melting temperature of the matrix to obtain a molten precursor.

加熱工程における加熱温度は、上記マトリックスの融点以上であれば限定されないが、例えば、150℃以上、200℃以下とすることができる。また、加熱工程の時間(加熱時間)は、短いことが好ましい。加熱時間は、例えば、12時間以下であり、9時間以下であってもよく、6時間以下であってもよい。一方、加熱時間は、例えば2時間以上であり、4時間以上であってもよい。 The heating temperature in the heating step is not limited as long as it is equal to or higher than the melting point of the matrix, but can be, for example, 150°C or higher and 200°C or lower. In addition, it is preferable that the time of the heating step (heating time) is short. The heating time is, for example, 12 hours or less, may be 9 hours or less, or may be 6 hours or less. On the other hand, the heating time is, for example, 2 hours or more, and may be 4 hours or more.

3.急冷工程
急冷工程は、溶融物を急冷して固化させることで上述した固体電解質を得る工程である。
3. Quenching Step The quenching step is a step of rapidly cooling the molten material to solidify it, thereby obtaining the above-mentioned solid electrolyte.

急冷方法においては、通常、溶融物を、直接的または間接的に冷媒に接触させる方法が用いられる。溶融物の温度と、冷媒の温度との差は、例えば80℃以上であり、100℃以上であってもよく、120℃以上であってもよい。例えば、溶融物の温度が160℃であり、その溶融物を室温(冷媒温度25℃)に曝した場合、両者の温度差は、135℃である。 In the rapid cooling method, a method is usually used in which the molten material is directly or indirectly brought into contact with a refrigerant. The difference between the temperature of the molten material and the temperature of the refrigerant is, for example, 80°C or more, or may be 100°C or more, or may be 120°C or more. For example, when the temperature of the molten material is 160°C and the molten material is exposed to room temperature (refrigerant temperature 25°C), the temperature difference between the two is 135°C.

また、急冷工程における冷却速度は、例えば3℃/min以上であり、10℃/min以上であってもよく、100℃/min以上であってもよい。ここで、冷却速度とは、急冷前の溶融物の温度と、急冷後の固体電解質の温度(例えば50℃)との温度との差を、急冷時間(例えば50℃に達するまでの時間)で除して求められる平均冷却速度をいう。冷却速度が遅すぎると、イオン伝導に寄与できない結晶相が形成されてしまうと推察される。また、急冷は、溶融物が固化する温度にまで冷却できればよいが、例えば、50℃以下にまで冷却してもよく、室温(25℃)にまで冷却してもよい。急冷工程における急冷時間は、例えば1秒間以上、45分間以下である。具体的な急冷方法としては、例えば、溶融物を室温に曝す方法、溶融物が入った容器を水、氷水等の液体に接触させる方法、溶融物を回転する金属ロールに接触させる方法が挙げられる。 The cooling rate in the quenching step is, for example, 3°C/min or more, may be 10°C/min or more, or may be 100°C/min or more. Here, the cooling rate refers to the average cooling rate obtained by dividing the difference between the temperature of the molten material before quenching and the temperature of the solid electrolyte after quenching (for example, 50°C) by the quenching time (for example, the time until 50°C is reached). If the cooling rate is too slow, it is presumed that a crystalline phase that cannot contribute to ion conduction will be formed. In addition, the quenching may be performed to a temperature at which the molten material solidifies, but may be, for example, cooled to 50°C or less, or may be cooled to room temperature (25°C). The quenching time in the quenching step is, for example, 1 second or more and 45 minutes or less. Specific quenching methods include, for example, a method of exposing the molten material to room temperature, a method of contacting a container containing the molten material with a liquid such as water or ice water, and a method of contacting the molten material with a rotating metal roll.

C.全固体電池
図2は、本開示における全固体電池一例を示す概略断面図である。図2に示される全固体電池10は、正極活物質層1と、負極活物質層2と、正極活物質層1および負極活物質層2の間に配置された固体電解質層3とを有し、正極活物質層1、負極活物質層2および固体電解質層3の少なくとも1つが上述した固体電解質を含有する。また、全固体電池10は、正極活物質層1の集電を行う正極集電体4と、負極活物質層2の集電を行う負極集電体5とを有している。
C. All-solid-state battery Fig. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of an all-solid-state battery in the present disclosure. The all-solid-state battery 10 shown in Fig. 2 has a positive electrode active material layer 1, a negative electrode active material layer 2, and a solid electrolyte layer 3 arranged between the positive electrode active material layer 1 and the negative electrode active material layer 2, and at least one of the positive electrode active material layer 1, the negative electrode active material layer 2, and the solid electrolyte layer 3 contains the above-mentioned solid electrolyte. In addition, the all-solid-state battery 10 has a positive electrode current collector 4 that collects current from the positive electrode active material layer 1, and a negative electrode current collector 5 that collects current from the negative electrode active material layer 2.

本開示によれば、正極活物質層、負極活物質層および固体電解質層の少なくとも1つが、上述した固体電解質を含有するため、入力特性および出力特性が良好な全固体電池となる。 According to the present disclosure, at least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer contains the above-mentioned solid electrolyte, resulting in an all-solid-state battery with good input and output characteristics.

1.正極活物質層
本開示における正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有し、必要に応じて、固体電解質、導電材およびバインダーの少なくとも一つを含有していてもよい。
1. Positive Electrode Active Material Layer The positive electrode active material layer in the present disclosure contains at least a positive electrode active material, and may contain at least one of a solid electrolyte, a conductive material, and a binder, as necessary.

正極活物質としては、例えば、酸化物活物質が挙げられる。酸化物活物質としては、例えば、LiCoO、LiNi1/3Co1/3Mn1/3等の岩塩層状型活物質、LiMn等のスピネル型活物質、LiFePO等のオリビン型活物質が挙げられる。 Examples of the positive electrode active material include oxide active materials, such as rock salt layered active materials such as LiCoO 2 and LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , spinel active materials such as LiMn 2 O 4 , and olivine active materials such as LiFePO 4 .

固体電解質としては、全固体電池に用いられる従来公知の固体電解質を用いることができるが、上述した本開示における固体電解質であることが好ましい。導電材としては、例えば、アセチレンブラック(AB)等の炭素材料が挙げられる。また、バインダーとしては、例えば、ゴム系バインダー、フッ化物系バインダーが挙げられる。正極活物質層の厚さは、例えば、0.1μm以上1000μm以下である。 As the solid electrolyte, a conventional solid electrolyte used in an all-solid-state battery may be used, but the solid electrolyte in the present disclosure described above is preferable. As the conductive material, for example, a carbon material such as acetylene black (AB) may be used. As the binder, for example, a rubber-based binder or a fluoride-based binder may be used. The thickness of the positive electrode active material layer is, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less.

2.負極活物質層
負極活物質層は、負極活物質を少なくとも含有し、必要に応じて、固体電解質、導電材およびバインダーの少なくとも一つを含有していてもよい。
2. Negative Electrode Active Material Layer The negative electrode active material layer contains at least a negative electrode active material, and may contain at least one of a solid electrolyte, a conductive material, and a binder, as necessary.

負極活物質としては、例えば、Si、Sn、Li、In、Al等の金属活物質(単体または合金)、グラファイト等のカーボン活物質、チタン酸リチウム等の酸化物活物質が挙げられる。 Examples of negative electrode active materials include metal active materials (simple or alloys) such as Si, Sn, Li, In, and Al, carbon active materials such as graphite, and oxide active materials such as lithium titanate.

固体電解質としては、全固体電池に用いられる従来公知の固体電解質を用いることができるが、上述した本開示における固体電解質であることが好ましい。導電材およびバインダーについては、「1.正極活物質層」に記載したと同様であるので、ここでの記載は省略する。負極活物質層の厚さは、例えば、0.1μm以上1000μm以下である。 As the solid electrolyte, a conventional solid electrolyte used in an all-solid-state battery may be used, but the solid electrolyte in the present disclosure described above is preferable. The conductive material and binder are the same as those described in "1. Positive electrode active material layer", so the description here is omitted. The thickness of the negative electrode active material layer is, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less.

3.固体電解質層
固体電解質層は、少なくとも固体電解質を含有し、必要に応じてバインダーを含有していてもよい。
3. Solid Electrolyte Layer The solid electrolyte layer contains at least a solid electrolyte, and may contain a binder as necessary.

固体電解質としては、全固体電池に用いられる従来公知の固体電解質を用いることができるが、上述した本開示における固体電解質であることが好ましい。バインダーについては、「1.正極活物質層」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。固体電解質層の厚さは、例えば、0.1μm以上1000μm以下である。 As the solid electrolyte, a conventional solid electrolyte used in an all-solid-state battery may be used, but the solid electrolyte in the present disclosure described above is preferable. The binder is the same as that described in "1. Positive electrode active material layer", so the description here is omitted. The thickness of the solid electrolyte layer is, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less.

4.正極集電体および負極集電体
本開示における全固体電池は、通常、正極活物質層の集電を行う正極集電体と、負極活物質層の集電を行う負極集電体とを有する。正極集電体および負極集電体は特に限定されず、全固体電池に用いられる従来公知の正極集電体および負極集電体とすることができる。正極集電体としては、例えばAlおよびSUS等が挙げられる。負極集電体としては、例えばCuおよびNi等が挙げられる。なお、正極集電体および負極集電体の厚さ、形状については、全固体電池の用途に応じて適宜選択することができる。
4. Positive electrode current collector and negative electrode current collector The all-solid-state battery in the present disclosure usually has a positive electrode current collector that collects the positive electrode active material layer and a negative electrode current collector that collects the negative electrode active material layer. The positive electrode current collector and the negative electrode current collector are not particularly limited, and may be conventionally known positive electrode current collectors and negative electrode current collectors used in all-solid-state batteries. Examples of the positive electrode current collector include Al and SUS. Examples of the negative electrode current collector include Cu and Ni. The thickness and shape of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector can be appropriately selected depending on the application of the all-solid-state battery.

5.全固体電池
本開示における全固体電池は、典型的には全固体リチウムイオン二次電池である。全固体電池の用途は、特に限定されないが、例えば、ハイブリッド自動車(HEV)、電気自動車(BEV)、ガソリン自動車、ディーゼル自動車等の車両の電源が挙げられる。特に、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動用電源に用いられることが好ましい。また、本開示における全固体電池は、車両以外の移動体(例えば、鉄道、船舶、航空機)の電源として用いられてもよく、情報処理装置等の電気製品の電源として用いられてもよい。
5. All-solid-state battery The all-solid-state battery in the present disclosure is typically an all-solid-state lithium-ion secondary battery. The use of the all-solid-state battery is not particularly limited, but examples thereof include power sources for vehicles such as hybrid electric vehicles (HEVs), electric vehicles (BEVs), gasoline-powered vehicles, and diesel-powered vehicles. In particular, it is preferable to use the all-solid-state battery as a driving power source for hybrid electric vehicles or electric vehicles. In addition, the all-solid-state battery in the present disclosure may be used as a power source for moving objects other than vehicles (e.g., railways, ships, and aircraft), and may be used as a power source for electrical products such as information processing devices.

なお、本開示は、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、本開示における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開示における技術的範囲に包含される。 This disclosure is not limited to the above-mentioned embodiments. The above-mentioned embodiments are merely examples, and anything that has substantially the same configuration as the technical ideas described in the claims of this disclosure and has similar effects is included within the technical scope of this disclosure.

[実施例1]
(固体電解質の合成)
有機カチオンおよびホウ素クラスターアニオンを含有するマトリックスとして、Pyr14CB10を準備した。また、金属塩として、LiCB10およびLiCB1112を準備した。これらを、Pyr14CB10:LiCB10:LiCB1112=2:4:4のモル比となるように秤量し、混合した。次に、混合物を、160℃で、6時間加熱混合した。その後、30分経過してから融液を加熱装置からおろし、室温まで急冷した。これにより、固体電解質を合成した。
[Example 1]
(Synthesis of solid electrolyte)
Pyr14CB 9 H 10 was prepared as a matrix containing an organic cation and a boron cluster anion. LiCB 9 H 10 and LiCB 11 H 12 were prepared as metal salts. These were weighed and mixed so that the molar ratio of Pyr14CB 9 H 10 : LiCB 9 H 10 : LiCB 11 H 12 = 2: 4: 4 was obtained. Next, the mixture was heated and mixed at 160 ° C. for 6 hours. After 30 minutes, the melt was removed from the heating device and rapidly cooled to room temperature. This resulted in the synthesis of a solid electrolyte.

(評価用セルの作製)
合成した固体電解質を20kNのプレス圧でペレット形成した。これをAl箔で挟み評価用セルを作製した。
(Preparation of evaluation cells)
The synthesized solid electrolyte was formed into a pellet at a pressure of 20 kN, which was then sandwiched between Al foils to prepare an evaluation cell.

[比較例1]
加熱混合の時間を15時間とし、その後、加熱装置のスイッチを切り、加熱装置上で2時間かけて室温まで徐冷したこと以外は、実施例1と同様にして、固体電解質および評価用セルを作製した。
[Comparative Example 1]
A solid electrolyte and an evaluation cell were prepared in the same manner as in Example 1, except that the heating and mixing time was 15 hours, after which the heating device was turned off and the mixture was gradually cooled to room temperature on the heating device over a period of 2 hours.

[評価]
(X線回折測定)
実施例1および比較例1で得られた固体電解質に対して、CuKα線を用いたX線回折(XRD)測定を行った。XRD測定の結果を図3に示す。また、XRD測定の結果から、規格値1((I-I)/I)および規格値2((I-I)/I)を算出した。結果を表1に示す。なお、Iとしては、2θ=12.0°における強度を用いた。
[evaluation]
(X-ray diffraction measurement)
X-ray diffraction (XRD) measurement using CuKα radiation was performed on the solid electrolytes obtained in Example 1 and Comparative Example 1. The results of the XRD measurement are shown in FIG. 3. From the results of the XRD measurement, standard value 1 ((I A -I S )/I S ) and standard value 2 ((I B -I S )/I S ) were calculated. The results are shown in Table 1. As I S , the intensity at 2θ=12.0° was used.

(イオン伝導度測定)
実施例1および比較例1で得られた評価用セルに対して、交流インピーダンス法により、25℃におけるイオン伝導度を算出した。結果を表1に示す。
(Ionic Conductivity Measurement)
The ionic conductivity at 25° C. was calculated by an AC impedance method for the evaluation cells obtained in Example 1 and Comparative Example 1. The results are shown in Table 1.

表1に示すように、比較例1よりも実施例1のイオン伝導度が高かった。また、表1および図3に示すように、実施例1では、規格値1および規格値2ともに比較例1よりも大きかった。また、図3に示すように、実施例1では、2θ=15.7°の位置に得られたピークAの強度が最も大きく、2θ=18.2°の位置に得られたピークBの強度が次に大きかった。一方、比較例1では、2θ=17.4°の位置に得られたピークの強度が最も大きかった。また、比較例1では、2θ=16.1°付近に、実施例1では確認されなかったピークが確認された。この結果から、実施例1の固体電解質は、比較例1の固体電解質とは異なる結晶相を有していることが確認された。 As shown in Table 1, the ionic conductivity of Example 1 was higher than that of Comparative Example 1. Also, as shown in Table 1 and FIG. 3, in Example 1, both standard value 1 and standard value 2 were higher than those of Comparative Example 1. Also, as shown in FIG. 3, in Example 1, the intensity of peak A obtained at 2θ = 15.7° was the highest, and the intensity of peak B obtained at 2θ = 18.2° was the next highest. On the other hand, in Comparative Example 1, the intensity of the peak obtained at 2θ = 17.4° was the highest. Also, in Comparative Example 1, a peak that was not observed in Example 1 was observed near 2θ = 16.1°. From this result, it was confirmed that the solid electrolyte of Example 1 has a different crystal phase from the solid electrolyte of Comparative Example 1.

1 …正極活物質層
2 …負極活物質層
3 …固体電解質層
4 …正極集電体
5 …負極集電体
10 …全固体電池
1...Positive electrode active material layer 2...Negative electrode active material layer 3...Solid electrolyte layer 4...Positive electrode current collector 5...Negative electrode current collector 10...All-solid-state battery

Claims (8)

ピロリジニウム系有機カチオンおよびホウ素クラスターアニオンを含有するマトリックスと、
金属カチオンおよびアニオンを含有する金属塩と、を有する固体電解質であって、
前記固体電解質は、CuKα線を用いたX線回折測定において、2θ=15.7°±0.5°の位置に現れるピークAおよび2θ=18.2°±0.5°の位置に現れるピークBを有し、
前記X線回折測定において観察される全ピークの中で、前記ピークAの強度が最も大きく、前記ピークBの強度が2番目に大きい、固体電解質。
a matrix containing a pyrrolidinium-based organic cation and a boron cluster anion;
and a metal salt containing a metal cation and an anion,
In an X-ray diffraction measurement using CuKα radiation, the solid electrolyte has a peak A appearing at 2θ=15.7°±0.5° and a peak B appearing at 2θ=18.2°±0.5°,
A solid electrolyte, wherein, among all peaks observed in the X-ray diffraction measurement, the intensity of the peak A is the largest and the intensity of the peak B is the second largest .
ピロリジニウム系有機カチオンおよびホウ素クラスターアニオンを含有するマトリックスと、
金属カチオンおよびアニオンを含有する金属塩と、を有する固体電解質であって、
前記固体電解質は、CuKα線を用いたX線回折測定において、2θ=15.7°±0.5°の位置に現れるピークAおよび2θ=18.2°±0.5°の位置に現れるピークBを有し、
前記ピークAの強度をIとし、前記ピークBの強度をIとし、基準位置における強度をIとした場合に、以下の条件(i)および条件(ii)を満たす、固体電解質。
条件(i):(I-I)/Iが、2.69より大きい。
条件(ii):(I-I)/Iが、0.73より大きい。
a matrix containing a pyrrolidinium-based organic cation and a boron cluster anion;
and a metal salt containing a metal cation and an anion,
In an X-ray diffraction measurement using CuKα radiation, the solid electrolyte has a peak A appearing at 2θ=15.7°±0.5° and a peak B appearing at 2θ=18.2°±0.5°,
A solid electrolyte, which satisfies the following conditions (i) and (ii), where the intensity of the peak A is I A , the intensity of the peak B is I B , and the intensity at a reference position is I S :
Condition (i): (I A -I S )/I S is greater than 2.69.
Condition (ii): (I B −I S )/I S is greater than 0.73.
前記X線回折測定において観察される全ピークの中で、前記ピークAの強度が最も大きく、前記ピークBの強度が2番目に大きい、請求項2に記載の固体電解質。 3. The solid electrolyte according to claim 2, wherein, among all peaks observed in the X-ray diffraction measurement, the intensity of the peak A is the largest and the intensity of the peak B is the second largest . 前記(I-I)/Iが、7.74以上である、請求項2または請求項3に記載の固体電解質。 4. The solid electrolyte according to claim 2, wherein the (I A -I S )/I S is 7.74 or more. 前記(I-I)/Iが、3.16以上である、請求項2から請求項4までのいずれかの請求項に記載の固体電解質。 The solid electrolyte according to any one of claims 2 to 4, wherein the (I B -I S )/I S is 3.16 or more. 前記金属塩における前記アニオンが、ホウ素クラスターアニオンである、請求項1から請求項5までのいずれかの請求項に記載の固体電解質。 The solid electrolyte according to any one of claims 1 to 5, wherein the anion in the metal salt is a boron cluster anion. 請求項1から請求項6までのいずれかの請求項に記載の固体電解質を製造する固体電解質の製造方法であって、
前記ピロリジニウム系有機カチオンおよび前記ホウ素クラスターアニオンを含有する前記マトリックスと、前記金属カチオンおよび前記アニオンを含有する前記金属塩と、を含有する前駆体を準備する、準備工程と、
前記前駆体を、前記マトリックスの融解温度以上の温度で加熱し、前記前駆体の溶融物を得る、加熱工程と、
前記溶融物を急冷して固化させることで前記固体電解質を得る、急冷工程と、を有する固体電解質の製造方法。
A method for producing a solid electrolyte according to any one of claims 1 to 6, comprising the steps of:
a preparation step of preparing a precursor containing the matrix containing the pyrrolidinium-based organic cation and the boron cluster anion, and the metal salt containing the metal cation and the anion;
a heating step of heating the precursor at a temperature equal to or higher than the melting temperature of the matrix to obtain a melt of the precursor;
and a quenching step of quenching the molten material to solidify it, thereby obtaining the solid electrolyte.
正極活物質層と、負極活物質層と、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に配置された固体電解質層と、を有する全固体電池であって、
前記正極活物質層、前記負極活物質層および前記固体電解質層の少なくとも1つが、請求項1から請求項6までのいずれかの請求項に記載の固体電解質を含有する、全固体電池。
An all-solid-state battery having a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer disposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer,
An all-solid-state battery, wherein at least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer and the solid electrolyte layer contains the solid electrolyte according to any one of claims 1 to 6.
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