(Li_2S)_5(GeS_2)(P_2S_5)ガラス及び Li_(10)GeP_2S_(12) 結晶の局所構造とイオン伝導経路

摘要

Li_(10)GeP_2S_(12)結晶は，室温で非常に高い電気伝導度（10-2 S/cm）を示すことから，リチウムイオン電池の固体電解質材料として注目されている[1]．本系は，Li_2S，GeS_2及びP2S5粉末を混合?焼成することで合成できることが知られている．一方，我々は，(Li_2S)_2(GeS_2)ガラス及び(Li_2S)3(P2S5)ガラスをメカニカルアロイング（MA）することで得られた(Li_2S)_5(GeS_2)(P_2S_5)ガラスに対し，熱処理を行うことで良質なLi_(10)GeP_2S_(12)結晶を得ることに成功している．(Li_2S)_5(GeS_2)(P_2S_5)ガラスの電気伝導度は室温で10~(-5) S/cm程度であり，結晶化によって３桁以上の電気伝導度の上昇が生じるが，その原因については未だ不明である．本研究では，パルス中性子回折実験及び放射光X線回折実験により得られた回折データを用いてリバースモンテカルロ（RMC）モデリングを行い，(Li_2S)_5(GeS_2)(P_2S_5)ガラス及びLi_(10)GeP_2S_(12)結晶の３次元構造を視覚化した．また，bond valence sum（BVS）解析を利用してリチウムイオン伝導経路の予測を行い[2,3]，結晶化による大幅な電気伝導度上昇の構造学的原因について考察した．