パイロクロア型酸化物系固体電解質で有機電解液レベルのイオン伝導率を達成 -安全性の高い酸化物系全固体電池の実現に向けた技術開発が進展-

2026-03-11 産業技術総合研究所

産業技術総合研究所(産総研)の研究チームは、パイロクロア型酸化物系固体電解質を通電焼結(SPS)法で高密度化し、有機電解液に匹敵するリチウムイオン伝導率15 mS cm⁻¹を達成した。従来、酸化物系固体電解質は安全性や耐熱性に優れる一方でイオン伝導率が低いことが課題だった。本研究ではLi₁.₂₅La₀.₅₈Nb₂O₆F材料を理論密度比98%まで緻密化することで、粒子間の隙間を減らしイオン輸送を向上させた。結果として、酸化物系固体電解質として世界最高水準の性能を示し、低温環境でも高い伝導性を維持することが確認された。本成果は安全性の高い酸化物系全固体電池の実用化を加速する重要な材料技術として期待される。

パイロクロア型酸化物系固体電解質で有機電解液レベルのイオン伝導率を達成 -安全性の高い酸化物系全固体電池の実現に向けた技術開発が進展-

<関連情報>

放電プラズマ焼結法によるパイロクロア型Li 1.25La0.58Nb2O6F固体電解質の合成 Synthesis of Pyrochlore-type Li1.25La0.58Nb2O6F Solid Electrolyte via Spark Plasma Sintering

Yushi Fujita,Tomonari Takeuchi,Yuta Ito,Toyoki Okumura
ACS Materials Letters  Published March 11, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.5c01541

Abstract

Oxide-based lithium-ion conductors are attractive due to their chemical stability. Among these, pyrochlore-type oxyfluorides have emerged as a solid electrolyte family with high ionic conductivity and strong water tolerance. However, their ionic conductivity remains lower than those of previously reported sulfide- and oxychloride-based solid electrolytes. In addition, sintered pellets exhibit poor densification, limiting lithium-ion transport. In this study, spark plasma sintering (SPS) was employed to prepare and densify pyrochlore-type Li1.25La0.58Nb2O6F solid electrolytes. SPS enables rapid synthesis within minutes compared to conventional solid-state synthesis and yields dense pellets with a relative density of 98%. Owing to the reduction of grain boundary resistance, the SPS-processed samples exhibited the highest bulk conductivity (15 mS cm–1 at 300 K) reported to date for oxide-based lithium-ion conductors. This study is significant in the development of oxide-based solid electrolytes, opening opportunities in a field long dominated by sulfide-, chloride-, and oxychloride-based systems.

0402電気応用
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