JP2004356094A - 積層体および積層体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明は、基材と、基材表面に形成されたフラーレン類を含有するフラーレン層とを有する積層体であって、上記フラーレン類の球殻構造同士が少なくとも1つの原子を介して架橋、または上記フラーレン類の球殻構造が少なくとも1つの原子を介して基材と化学結合していることを特徴とする積層体を提供することにより上記目的を達成するものである。
【選択図】 無し
Description
[試験方法]
(1)トリメチルベンゼン溶媒またはN−メチルピロリドン溶媒に、0.1gの上記積層体を添加してサンプル液を調製する。
(2)上記サンプル液を常温(25±5℃)かつ常湿(50±15%RH)で24時間放置する。
(3)上記放置後のサンプル液の上澄み液を回収し、上澄み液に含有されるフラーレン類の含有量を測定する。
(4)上記測定値を上記サンプル液の総溶出量に換算し、換算値を0.1gで割る。
本発明の積層体は、基材と、基材表面に形成されたフラーレン類を含有するフラーレン層とを有するものであって、フラーレン層の機械的強度に優れ、フラーレン層の構造自由度が高く、有機溶媒に対するフラーレン類の溶出を抑制することができるものである。このような本発明の積層体としては、下記の4態様がある。以下、各態様について説明する。
第1の態様の積層体は、基材と、基材表面に形成されたフラーレン類を含有するフラーレン層とを有する積層体であって、上記フラーレン類の球殻構造同士が少なくとも1つの原子を介して架橋していることを特徴としている。
以下、第1の態様を構成する各要素について説明する。
基材は、一定の形状を保持するものであれば特に限定されず、板状であっても粉体状であってもよい。
上記基材表面には、フラーレン類を含有するフラーレン層が形成されている。
第1の態様のフラーレン層においては、フラーレン類の球殻構造同士が少なくとも1つの原子を介して架橋していることを特徴としている。ここで架橋とは、隣接するフラーレン類が少なくとも1つの原子からなる結合基を介して間接的に結合している状態をいい、2量体であってもよく多量体であってもよい。また、フラーレン類が直鎖状または網目状に連なった高分子を形成していてもよい。
本発明において「フラーレン類」とは、炭素からなる球殻構造を分子内に有する物質をいう。例えば、球殻状炭素分子であるフラーレン、及びフラーレンを構成する炭素に有機基等や無機元素等の基が結合したフラーレン誘導体は、「フラーレン類」に含まれる。なお、上記球殻構造は、完全に球状になる必要はなく、球を構成する炭素の一部が欠損していてもよい。
以下、フラーレン類のうち、フラーレン、フラーレン誘導体について説明する。
アルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、フェノキシ基を挙げることができるが、工業的に合成し易い点から好ましいのは、メトキシ基、エトキシ基である。
カルボン酸、エステル基としては、例えばカルボキシ基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、アセトキシ基を挙げることができるが、工業的に合成し易い点から好ましいのは、カルボキシ基、アセトキシ基である。
アシル基としては、例えばホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基、イソバレリル基、ピバロイル基、ヘキサノイル基、オクタノイル基、ラウロイル基、パルミトイル基、ステアロイル基、オレオイル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、クロロホルミル基、オキサル基、シクロヘキサンカルボニル基、ベンゾイル基、トルオイル基、ナフトイル基を挙げることができる。工業的に合成し易い点から好ましいのは、ホルミル基、アセチル基である。
また、例えばアセトニル基、フェナシル基、サリチル基、サリチロイル基、アニシル基、アニソイル基を挙げることができる。工業的に合成し易い点から好ましいのは、アセトニル基、サリチル基である。
少なくとも1つの原子からなる結合基としては、2価以上の結合手を有する基であれば特に限定されるものではなく、具体的には、酸素、硫黄、セレンなどの原子、カルボニル基(−CO−)、カルボニルオキシ基(−COO−)、イミノ基(−NH−)、カルボニルイミノ基(−CO−NH−)等を挙げることができる。これら、結合基は、結合基長を延長する目的でメチレン基、エチレン基などの結合基を導入してもよい。
本発明のフラーレン層はフラーレン類を含有するが、フラーレン類以外の物質を含有していてもよい。例えば、フラーレン層の機械的強度をさらに上げるための無機、有機の添加剤やバインダーをフラーレン類と共に用いてもよい。
第2の態様の積層体は、基材と、基材表面に形成されたフラーレン類を含有するフラーレン層とを有する積層体であって、上記フラーレン類の球殻構造が少なくとも1つの原子を介して基材と化学結合していることを特徴としている。
以下、第2の態様の各要素について説明する。
第2の態様に用いられる基材の形状、融点、膜厚および材料としては、第1の態様で説明したものと同じものを挙げることができる。
上記基材表面には、フラーレン類を含有するフラーレン層が形成されている。
第2の態様のフラーレン層においては、フラーレン類の球殻構造が少なくとも1つの原子を介して基材と化学結合していることを特徴としている。
第3の態様の積層体は、基材と、基材表面に形成されたフラーレン類を含有するフラーレン層とを有する積層体であって、上記フラーレン類の球殻構造同士が少なくとも1つの原子を介して架橋する構造と、上記フラーレン類の球殻構造が少なくとも1つの原子を介して基材と化学結合する構造の両方を併有することを特徴としている。
第4の態様の積層体は、基材と、基材表面に形成されたフラーレン類を含有するフラーレン層とを有する積層体であって、後述する試験方法において、上記フラーレン層から溶出するフラーレン類の単位重量当たりの溶出量が2mg/g以下となることを特徴としている。
(1)トリメチルベンゼン溶媒(本明細書においてはTMBという場合がある。)またはN−メチルピロリドン溶媒(本明細書においてはNMPという場合がある。)に、0.1gの上記積層体を添加してサンプル液を調製する。
(2)上記サンプル液を常温(25±5℃)かつ常湿(50±15%RH)で24時間放置する。
(3)上記放置後のサンプル液の上澄み液を回収し、上澄み液に含有されるフラーレン類の含有量を測定する。
(4)上記測定値を上記サンプル液の総溶出量に換算し、換算値を0.1gで割る。
上記本発明の積層体を製造する方法としては、上記構成を達成しうるものであれば特に限定されるものではない。例えば、フラーレン類を基材表面に存在させた後に、架橋または化学結合させることによりフラーレン層を形成してよく、一部または全部のフラーレン類を予め架橋または化学結合させた後に、基材表面に存在させることもできる。好ましくは以下の方法により製造される。
基材表面にフラーレン類を存在させるフラーレン類担持工程と、
上記フラーレン類の球殻構造同士を少なくとも1つの原子を介して架橋させる架橋工程又は上記フラーレン類の球殻構造を少なくとも1つの原子を介して基材と化学結合させる化学結合工程のうち少なくとも1つの工程と、
を有することを特徴としている。以下、各工程について説明する。
フラーレン類担持工程においては、基材表面にフラーレン類を存在させる。基材およびフラーレン類は上記積層体において説明したものと同じものを使用できる。
基材が粉体状である場合の液相中処理の具体例としては、フラーレン類を溶解させた溶液またはフラーレン類を分散させた分散液に粉体を混合し、所定時間撹拌した後、デカンテーションにより溶液を除去、乾燥することにより処理粉体を得る方法を挙げることができる。この方法においては、デカンテーションによる溶液除去の程度にもよるが、基本的には粉体表面へ吸着したフラーレン類が粉体表面を処理する分子となる。溶液中からの分子の吸着によって比較的容易に単分子吸着層を形成することが可能であり、粉体表面でのフラーレン類の存在量は極微量でありながら、極めて効果的に表面性状を改質することが可能である。
基材が粉体状である場合の固相中処理の具体例としては、微粒子状のフラーレン類と粉体を混合し、高速で撹拌、せん断することにより、フラーレンを粉体表面に存在させる手法が挙げられる。この手法は、その撹拌方法により、気流中で粒子を衝突させるジェットミル法、比較的高密度になっている粉体をブレードで強力に撹拌するプラネタリー撹拌法等に分類される。
基材が板状である場合の気相中処理の具体例としては、フラーレン類を好ましくは真空中で加熱し昇華させることにより、対向して設置された基板に堆積させる、いわゆる真空蒸着法が挙げられる。
本発明の製造方法は、架橋工程または化学結合工程のうち少なくとも1つの工程を有している。これらの工程は順次行ってもよく、これらの工程を同時に行ってもよい。順次行う場合には、その順番は特に限定されるものではない。同時に行う場合には、例えば同じ加熱処理条件によりこれらの工程を同時に行えるように反応条件を設定すればよい。以下、それぞれの工程について説明する。
架橋工程においては、基材表面に存在するフラーレン類の球殻構造同士を少なくとも1つの原子を介して架橋させる。
化学結合工程においては、基材表面に存在するフラーレン類の球殻構造と基材とを少なくとも1つの原子を介して化学結合させる。
上記方法により得られる積層体は、基材の特徴を維持しつつ、フラーレン類の有する特異的な結晶構造、化学的性質、電子状態等に由来する様々な機能を発現することができる。具体的には、紫外線吸収、ラジカルトラップ、光伝導、触媒作用などが挙げられ、さらには特殊構造を有する炭素物質としても利用することができる。本発明においては、有機溶媒に対するフラーレン類の溶出が抑制できるので、有機溶媒に接触する必要がある用途においても、フラーレン類による表面処理効果を安定して持続させることができる。さらに本発明においては、フラーレン層がフラーレン類の球殻構造同士またはフラーレン類の球殻構造と基材とが少なくとも1つの原子を介して架橋または化学結合した構造を有しているので、これらの球殻構造同士または球殻構造と基材とが直接結合した場合に比べて、構造の自由度があるため基材に対する密着性が高く、表面処理効果が非常に優れている。また、直接結合の場合に比べて、工業的に製造しやすいという利点もある。
正極活物質および負極活物質は、リチウム二次電池において電気の運び手となるリチウムイオンの吸蔵・放出を行う物質であるが、このような正極活物質または負極活物質を基材とし、この表面にフラーレン層を設けて本発明の積層体とすることにより、リチウム二次電池の電池性能を向上させることができる。より具体的には、正極活物質(例えばリチウム遷移金属複合酸化物)の表面にフラーレン層を設けたリチウム二次電池用正極材料とすることができる。また、負極活物質(例えば炭素性物質)の表面にフラーレン層を設けたリチウム二次電池用負極材料とすることができる。さらに、これらのリチウム二次電池用正極材料あるいはリチウム二次電池用負極材料を用いることにより、リチウム二次電池の正極あるいは負極を得ることができる。正極活物質表面にフラーレン層を設けると正極の抵抗値の経時安定性が向上し、負極活物質表面にフラーレン層を設けると初期効率が改良される。
本発明の積層体は、基材が正極活物質であり、その正極活物質の表面にフラーレン層を設けたリチウム二次電池用正極材料として用いることができる。
正極活物質としては、遷移金属酸化物、リチウムと遷移金属との複合酸化物(リチウム遷移金属複合酸化物)、遷移金属硫化物等各種の無機化合物が挙げられる。ここで遷移金属としてはFe、Co、Ni、Mn等が用いられる。具体的には、MnO、V2O5 、V6O13、TiO2等の遷移金属酸化物粉末、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物などのリチウムと遷移金属との複合酸化物粉末、TiS2 、FeS、MoS2 などの遷移金属硫化物粉末等が挙げられる。これらの化合物はその特性を向上させるために部分的に元素置換したものであっても良い。また、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセン、ジスルフィド系化合物、ポリスルフィド系化合物、N−フルオロピリジニウム塩等の有機化合物を混合して用いてもよい。
LiαNiXCoYMZO2-βFβ (1)
本発明の積層体は、基材が負極活物質であり、その負極活物質の表面にフラーレン層を設けたリチウム二次電池用負極材料として用いることができる。
負極活物質は、通常炭素性物質を用いる。炭素性物質としては、例えば、グラファイト等の黒鉛材料;石炭系コークス、石油系コークス;石炭系ピッチ若しくは石油系ピッチの炭化物、又はこれらピッチを酸化処理したものの炭化物;ニードルコークス、ピッチコークス、フェノール樹脂、結晶セルロース等の炭化物を挙げることができる。さらに上記炭素性物質を一部黒鉛化した炭素材、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ピッチ系炭素繊維等を挙げることもできる。上記炭素性物質の他、負極活物質としては、ケイ素、錫、亜鉛、マンガン、鉄、ニッケルなどの酸化物、あるいは硫酸塩さらには金属リチウムやLi−Al、Li−Bi−Cd、Li−Sn−Cdなどのリチウム合金、リチウム遷移金属窒化物、ケイ素、錫などの金属なども使用できる。
本発明においては、上記リチウム二次電池用正極材料、または上記リチウム二次電池用負極材料を用いて、リチウム二次電池の正極または負極とすることができる。すなわち、本発明のリチウム二次電池の正極および負極は、上記積層体を含有することを特徴としている。
リチウム二次電池に使用される電解液は、通常、支持電解質であるリチウム塩を非水系溶媒に溶解してなる。
リチウム二次電池が電源として使用される電気機器としては、例えば、携帯用パーソナルコンピュータ、ペン入力パーソナルコンピュータ、モバイルパーソナルコンピュータ、電子ブックプレーヤー、携帯電話、コードレスフォン子機、ページャー、ハンディーターミナル、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、電気シェーバー、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、ロードコンディショナー、時計、ストロボ、カメラ、医療機器(ペースメーカー、補聴器、肩もみ機など)等を挙げることができる。これら電気機器の中でも、リチウム二次電池をバックアップ電源として用いるものが好ましい。バックアップ電源においては、リチウム二次電池がフロート充電される可能性が高く、本発明の効果が有効に発揮されるようになる。上記した電気機器のうち、バックアップ電源としてリチウム二次電池を用いるものは、モバイルパーソナルコンピュータ、ページャー、ハンディーターミナル、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、電気シェーバー、ラジオ、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、ロードコンディショナー、医療機器(ペースメーカー、補聴器、肩もみ機など)等を挙げることができる。
(1)フラーレン類担持工程(フラーレン類による表面処理)
基材として、グラファイト(BET表面積4.2m2/g、平均粒径15μm)を5g、50ccのビーカーに秤量し、これにフラーレンC60の1,2,4−トリメチルベンゼン溶液(濃度10mg/mL)を0.5mL加え、さらに1,2,4−トリメチルベンゼンを3.5mL添加した後、良く撹拌することによってペースト状の混合物を得た。これを120℃のオーブン中において窒素気流中3時間乾燥させ、溶媒を完全に除去して粉体1Aを得た。
粉体1Aを1g、50ccのビーカーに秤量し、空気気流中3時間350℃に加熱することにより不溶化処理を行い、粉体1Bを得た。
負極活物質として、表面処理されたグラファイト(粉体1B)を90重量部、ポリフッ化ビニリデン10重量部、及びN−メチル−2−ピロリドン150重量部を混練し、負極塗料とした。
この塗料を作製後1時間以内に銅箔(厚み10μm)上にドクターブレード(ブレードコーター)にて塗布、乾燥させ、100kN/mの線圧にてロールプレス処理し、負極を得た。ついでφ13mmに打ち抜きコインセル用の負極とした。
コインセルを作製する際には、対極にはLi金属箔(厚さ0.5mm、φ14mm)、電解液、及びセパレータを用いた。なお、用いた電解液及びセパレータは以下のとおりである。
電解液は、非水系溶媒として、エチレンカーボネート及びジメチルカーボネート(いずれも三菱化学(株)製)を1:1の割合(体積%)で用い、リチウム塩として、LiPF6を用いた。リチウム塩の濃度は、1mol/Lとした。
セパレータは、膜厚16μmのポリエチレンシ−ト(東燃化学(株)製)を用いた。
負極電極の作製において、負極塗料を作製後1週間放置してその後、再撹拌してから塗布を行い、電極を作製した以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
フラーレン類担持工程において、フラーレンC70の1,2,4−トリメチルベンゼン溶液(濃度10mg/mL)を0.5mL用いた以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
負極電極の作製において、負極塗料を作製後1週間放置してその後、再撹拌してから塗布を行い、電極を作製した以外は実施例3と同様にして電池を作製した。
フラーレン類担持工程において、フラーレンC70の1,2,4−トリメチルベンゼン溶液(濃度5mg/mL)を3mL加え、さらに1,2,4−トリメチルベンゼンを1.5mL添加以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
フラーレン類担持工程において、フラーレンC60とフラーレンC70の混合物(Mixed フラーレン C60:C70=3:1)の1,2,4−トリメチルベンゼン溶液(濃度10mg/mL)を0.5mL加え、さらに1,2,4−トリメチルベンゼンを3.5mL添加以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
フラーレン類担持工程において、フラーレンC60の1,2−ジメチルベンゼン溶液(濃度5mg/mL)を1mL加え、さらにトルエンを4mL添加したこと、及び、不溶化処理の条件は空気気流中3時間300℃としたこと、以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
実施例1において、フラーレンC60を用いずに(実施例1の(1)及び(2)の工程を行わない)負極活物質としてグラファイトをそのまま用いたこと以外は実施例1と同様に電池を作製した。
実施例1において、不溶化処理を実施しなかったこと以外は実施例1と同様に電池を作製した。
(1)フラーレン類担持工程(フラーレン類による表面処理)
基材として、グラファイト(BET表面積4.2m2/g、平均粒径15μm)を5g、100ccのビーカーに秤量し、これに水酸基導入フラーレンC60(OH)n(nは中心値が10、以下この水酸基導入フラーレンC60を水酸化C60と呼ぶ。)のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液(濃度10mg/mL)を0.5mL加え、さらにNMPを1.5mL、ジメチルホルムアミド(DMF)を2mL添加した後、良く撹拌することによってペースト状の混合物を得た。これを120℃のオーブン中において窒素気流中3時間乾燥、溶媒を完全に除去して粉体8Aを得た。
粉体8Aを1g、100ccのビーカーに秤量し、窒素気流中3時間350℃に加熱することにより不溶化処理を行い、粉体8Bを得た。
粉体8Bを用いて実施例1と同様にして行った。
粉体8Bを用いた電極を使用して実施例1と同様にして行った。
負極塗料を作製後1週間放置してその後、再撹拌してから塗布を行い、電極を作製した以外は実施例8と同様にして電池を作製した。
フラーレン類担持工程において、水酸基導入フラーレンC70(OH)n(nは中心値が12、以下水酸化C70と呼ぶ。)のNMP溶液(濃度10mg/mL)を0.5mL用いた以外は実施例8と同様にして電池を作製した。
負極塗料を作製後1週間放置してその後、再撹拌してから塗布を行い、電極を作製した以外は実施例10と同様にして電池を作製した。
フラーレン類担持工程において以下の条件を採用したこと、及び、架橋工程または化学結合工程において以下の条件を採用したこと、以外は実施例8と同様にして電池を作製した。
グラファイトを4g、100ccのビーカーに秤量し、水酸化C60のNMP溶液(濃度5mg/mL)を0.8mL加え、さらにNMPを3.2mL添加した後、良く撹拌することによってペースト状の混合物を得た。これを120℃のオーブン中において窒素気流中5時間乾燥させた後、真空乾燥機を用いて120℃真空乾燥を1時間行い、溶媒を完全に除去して粉体12Aを得た。
不溶化処理の条件は窒素気流中3時間300℃とした。
実施例1〜12及び比較例1〜2で得られた電池の電池特性を評価した。
電池特性は、上記コインセルの充放電を行い1回目の充電容量、1回目の放電容量より初期効率を算出することにより評価した。充電条件は、0.3mA/cm2で3mVまで定電流充電し0.03mA/cm2まで定電圧充電した。放電条件は0.3mA/cm2で1.5Vまで定電流放電した。初期効率は、(1回目の放電容量)/(1回目の充電容量)から算出した。
上記のようにして測定した初期効率を表−1に示す。
また、実施例8〜12の結果から、フラーレン類担持工程に使用したフラーレン類を溶解することができる溶媒(NMP)と同じ溶媒を、負極製造時の塗料溶媒として使用しても効果が上がることがわかる。
一方、比較例2に示すようにC60で処理した場合は効果が低い。これはC60が塗料溶媒であるNMPに可溶である点にも一因があると思われるが、塗料調製後1時間という短時間で塗布、乾燥していることから、NMP中への溶解というよりも電池中において充電されるとき還元雰囲気におかれる負極表面上においてC60が還元され、電解液に可溶な分子種となり電解液中に溶出したことが主因と思われる。このようにフラーレン類の不溶化処理を行うことは塗料溶媒以外の因子に対しても解決策を提供するものである。
(1)フラーレン類担持工程(フラーレン類による表面処理)
基材として、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2、BET表面積0.60m2/g、平均粒径5μm)を45g、1Lのビーカーに秤量し、これにフラーレンC60のジフェニルスルフィド溶液(濃度10mg/mL)を4.5mL加え、さらにジフェニルスルフィド溶媒(以下DPS)を19.5mL追加して良く撹拌しペースト状の混合物を得た。これを180℃のオーブン中において窒素気流中5時間乾燥させ溶媒を除去して粉体13Aを得た。
粉体13Aを30g、1Lのビーカーに秤量し、空気気流中3時間350℃に加熱することにより不溶化処理を行い、粉体13Bを得た。
正極活物質として、粉体13Bを90重量部、ポリフッ化ビニリデン5重量部、アセチレンブラック5重量部、及びN−メチル−2−ピロリドン(三菱化学株式会社製)80重量部を混練し、正極塗料とした。
この塗料を作製後3時間以内にアルミニウム箔(厚み 20μm)上にドクターブレード(ブレードコーター)にて塗布、乾燥させ、100kN/mの線圧にてロールプレス処理し、正極を得た。ついで所定のサイズに裁断し平板状の正極1とした。
負極活物質として、グラファイトを90重量部、ポリフッ化ビニリデン10重量部、及びN−メチル−2−ピロリドン150重量部を混練し、負極塗料とした。
この塗料を銅箔(厚み 10μm)上にドクターブレード(ブレードコーター)にて塗布、乾燥させ、100kN/mの線圧にてロールプレス処理し、負極を得た。ついで所定のサイズに裁断し、負極とした。
上記正極及び負極に電流取り出し用の端子を取り付けた後、膜厚16μmのポリエチレン製セパレータを介して積層して、ラミネートフィルムからなるケースに封入した。ケースを密封する前に電解液として非水系溶媒として、エチレンカーボネート及びジメチルカーボネートを1:1の割合(体積%)混合したLiPF6の1mol/L溶液を注液した。
フラーレン類による表面処理においてC60のDPS溶液(濃度10mg/mL)を13.5mL、さらに添加するDPSを10.5mLとした以外は実施例13と同様にして電池を作製した。
フラーレン類による表面処理においてC60のDPS溶液(濃度10mg/mL)を27mL、さらに添加するDPSを0mLとした以外は実施例13と同様にして電池を作製した。
実施例13において、フラーレン類による表面処理((1)フラーレン類担持工程)、不溶化処理((2)架橋工程又は化学結合工程)を省略し処理を加えていないリチウムコバルト複合酸化物をそのまま正極活物質として使用した以外は実施例13と同様に電池を作製した。
実施例13〜15及び比較例3で得られた電池の電池特性を評価した。
充電条件は、0.5Cの電流値で4.2Vまで定電流充電し電流値が0.1Cに低下するまで定電圧充電した。放電条件は0.2Cで3.0Vまで定電流放電した。
自己放電試験は、上記条件により充電した電池を、25℃の条件下で120時間放置した後、放電条件は0.2Cで3.0Vまで定電流放電した。
そして、自己放電試験前後のインピーダンスの値を、電池電圧を3.8Vに充電した状態でポテンシトスタットを介してインピーダンスアナライザーで測定することにより求めた。
上記のようにして測定した自己放電特性を自己放電試験前後のインピーダンスの値の増加率として、表−2に示す。
(1)フラーレン類担持工程(フラーレン類による表面処理)
基材として、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2、BET表面積0.60m2/g、平均粒径5μm)を30g、1Lのビーカーに秤量し、これに水酸化C60のNMP溶液(濃度10mg/mL)を3mL加え、さらにNMPを9mL添加した後、良く撹拌しペースト状の混合物を得た。これを150℃のオーブン中において窒素気流中2時間乾燥させ溶媒を除去して粉体16Aを得た。
粉体16Aを25g、1Lのビーカーに秤量し、窒素気流中3時間400℃に加熱することにより架橋及びまたは基材表面への結合処理をおこない粉体16Bを得た。
正極活物質として、粉体16Bを90重量部、ポリフッ化ビニリデン5重量部、アセチレンブラック5重量部、及びN−メチル−2−ピロリドン(三菱化学株式会社製)80重量部を混練し、正極塗料とした。
この塗料を作製後3時間以内にアルミニウム箔(厚み 20μm)上にドクターブレード(ブレードコーター)にて塗布、乾燥させ、100kN/mの線圧にてロールプレス処理し、正極を得た。ついで所定のサイズに裁断し平板状の正極とした。
負極活物質として、グラファイトを90重量部、ポリフッ化ビニリデン10重量部、及びN−メチル−2−ピロリドン150重量部を混練し、負極塗料とした。
この塗料を銅箔(厚み 10μm)上にドクターブレード(ブレードコーター)にて塗布、乾燥させ、100kN/mの線圧にてロールプレス処理し、負極を得た。ついで所定のサイズに裁断し、負極とした。
上記正極及び負極に電流取り出し用の端子を取り付けた後、膜厚16μmのポリエチレン製セパレータを介して積層して、ラミネートフィルムからなるケースに封入した。ケースを密封する前に電解液として非水系溶媒として、エチレンカーボネート及びジメチルカーボネートを1:1の割合(体積%)混合したLiPF6の1mol/L溶液を注液した。
フラーレン類による表面処理において水酸化C60のNMP溶液(濃度10mg/mL)を9mL、さらに添加するNMPを3mLとした以外は実施例16と同様にして電池を作製した。
フラーレン類による表面処理において水酸化C60のNMP溶液(濃度10mg/mL)を18mL、さらに添加するNMPを0mLとした以外は実施例16と同様にして電池を作製した。
正極塗料を作製後1週間放置してその後、再撹拌してから塗布を行い、電極を作製した以外は実施例16と同様にして電池を作製した。
正極塗料を作製後1週間放置してその後、再撹拌してから塗布を行い、電極を作製した以外は実施例17と同様にして電池を作製した。
正極塗料を作製後1週間放置してその後、再撹拌してから塗布を行い、電極を作製した以外は実施例18と同様にして電池を作製した。
実施例16において、フラーレン類による表面処理((1)フラーレン類担持工程)、不溶化処理((2)架橋工程または化学結合工程)を省略し処理を加えていないリチウムコバルト複合酸化物をそのまま正極活物質として使用した以外は実施例16と同様に電池を作製し電池特性を評価した。
実施例16〜21及び比較例4で得られた電池の電池特性を評価した。
充電条件は、0.5Cの電流値で4.2Vまで定電流充電し電流値が0.1Cに低下するまで定電圧充電した。放電条件は0.2Cで3.0Vまで定電流放電した。
自己放電試験は0.5Cの電流値で4.2Vまで定電流充電し電流値が0.1Cに低下するまで定電圧充電した状態において、25℃の条件下で120時間放置した後、放電条件は0.2Cで3.0Vまで定電流放電した。自己放電試験前後のインピーダンスの値を、電池電圧を3.8Vに充電した状態でポテンシトスタットを介してインピーダンスアナライザーで測定することにより求めた。
上記のようにして測定した自己放電特性を自己放電試験前後のインピーダンスの値の増加率として表−3に示す。
(1)フラーレン類担持工程(フラーレン類による表面処理)
基材として、グラファイト(BET表面積4.2m2/g、平均粒径15μm)を5g、50ccのビーカーに秤量し、これにフラーレンC60の1,2−ジメチルベンゼン溶液(濃度5mg/mL)を3mL加え、さらにトルエンを2mL添加した後、良く撹拌することによってペースト状の混合物を得た。これを90℃のオーブン中において窒素気流中2時間乾燥させた後、真空乾燥機をもちいて120℃真空乾燥を3時間おこない溶媒を完全に除去して粉体22Aを得た。
粉体22Aを1g、50ccのビーカーに秤量し、空気気流中3時間300℃に加熱することにより架橋及びまたは基材表面への結合処理をおこない粉体22Bを得た。
また加熱条件を、空気気流中3時間350℃に加熱として粉体22Cを得た。
粉体22A、粉体22B、粉体22Cをそれぞれ0.1g、5ccのサンプル瓶に秤量し、NMP2mLを加えて良く撹拌した。その後、静置し24hr後に上澄みを採取して紫外吸収スペクトルを測定し、C60のNMP溶液に対する検量線と比較することにより濃度を定量した。濃度の定量は、その後120hr、144hr、360hr、624hr、960hrの時間において適宜実施した。尚、紫外吸収スペクトルの測定は紫外可視吸光分析装置(島津製作所社製 紫外線可視分光光度計 UV−1650−PC)を用いた。
ここで、粉体に対するC60の処理量は3mg/gであることから、処理されたC60が完全に溶出するとサンプル瓶中のC60溶液濃度は0.15mg/mLとなることから、測定された濃度を溶出率に換算することができる。得られた溶出率の時間依存性を図1に示す。また24hr後の溶出量を表−4に示す。
(1)フラーレン類担持工程(フラーレン類による表面処理)
基材として、グラファイト(BET表面積4.2m2/g、平均粒径15μm)を4g、100ccのビーカーに秤量し、これに水酸化C60のNMP溶液(濃度5mg/mL)を2.4mL加え、さらにNMPを1.6mL添加した後、良く撹拌することによってペースト状の混合物を得た。これを120℃のオーブン中において窒素気流中5時間乾燥させた後、真空乾燥機をもちいて120℃真空乾燥を1時間行い、溶媒を完全に除去して粉体23Aを得た。
粉体23Aを1g、100ccのビーカーに秤量し、窒素気流中3時間300℃に加熱することにより架橋及びまたは基材表面への結合処理をおこない粉体23Bを得た。
また加熱条件を、窒素気気流中3時間400℃に加熱として粉体23Cを得た。
粉体23A、粉体23B、粉体23Cをそれぞれ0.1g、5ccのサンプル瓶に秤量し、NMP2mLを加えて良く撹拌した。その後静置し24hr後に上澄みを採取して紫外吸収スペクトルを測定し、水酸化C60のNMP溶液に対する検量線と比較することにより濃度を定量した。濃度の定量は、その後120hr、144hr、360hr、624hr、960hrの時間において適宜実施した。尚、紫外吸収スペクトルの測定は、紫外可視吸光分析装置(島津製作所社製 紫外線可視分光光度計 UV−1650−PC)を用いた。
粉体に対する水酸化C60の処理量は3mg/gであることから、完全に溶出するとサンプル瓶中の水酸化C60溶液濃度は0.15mg/mLとなることから、測定された濃度を溶出率に換算した。得られた溶出率の時間依存性を図2に示す。また24hr後の溶出量を表−5に示す。
(1)フラーレン類担持工程(フラーレン類による表面処理)
基材として、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2、BET表面積0.60m2/g、平均粒径5μm)を30g、100ccのビーカーに秤量し、これにフラーレンC60の1,2−ジメチルベンゼン溶液(濃度5mg/mL)を15mL加え、良く撹拌しペースト状の混合物を得た。これを90℃のオーブン中において窒素気流中3時間乾燥させ溶媒を除去して粉体24Aを得た。
粉体24Aを1g、100ccのビーカーに秤量し、空気気流中3時間350℃に加熱することにより架橋及びまたは基材表面への結合処理をおこない粉体24Bを得た。
粉体24A、粉体24Bをそれぞれ0.1g、5ccのサンプル瓶に秤量し、1,2,4−トリメチルベンゼン(以下TMB)2mLを加えて良く撹拌した。その後静置し24hr後に上澄みを採取して紫外吸収スペクトルを測定し、C60のTMB溶液に対する検量線と比較することにより濃度を定量した。濃度の定量はその後120hr、624hrの時間において適宜実施した。尚、紫外吸収スペクトルの測定は、紫外可視吸光分析装置(島津製作所社製 紫外線可視分光光度計 UV−1650−PC)を用いた。
粉体に対するC60の処理量は2.5mg/gであることから、完全に溶出するとサンプル瓶中のC60溶液濃度は0.125mg/mLとなることから、測定された濃度を溶出率に換算した。得られた溶出率の時間依存性を図3に示す。また24hr後の溶出量を表−6に示す。
上記不溶化の評価−24−1において、用いる溶媒を、TMBからN−メチル−2ピロリドン(以下NMP、リチウム電池用グレード)とした以外は、上記不溶化の評価−24−1と同様にして評価をおこなった。得られた溶出率の時間依存性を図3に示す。また24hr後の溶出量を表−6に示す。
(1)不溶化の評価−25−1
実施例16における粉体16A、粉体16B、及び実施例17、18における不溶化処理前の粉体をそれぞれ17A、18A、不溶化処理後の粉体をそれぞれ17B、18Bとして不溶化の確認を行った。各粉体をそれぞれ0.1g、10ccのサンプル瓶に秤量し、NMP3mLを加えて良く撹拌した。その後静置し24hr後に上澄みを採取して紫外吸収スペクトルを測定し、水酸化C60のNMP溶液に対する検量線と比較することにより濃度を定量した。濃度の定量はその後120hr、168hr、504hrの時間において適宜実施した。尚、紫外吸収スペクトルの測定は、紫外可視吸光分析装置(島津製作所社製 紫外線可視分光光度計 UV−1650−PC)を用いた。
粉体に対する水酸化C60の処理量は実施例16で1mg/g、実施例17で3mg/g、実施例18で6mg/gであることから、完全に溶出するとサンプル瓶中の水酸化C60溶液濃度は実施例16で0.033mg/mL、実施例17で0.1mg/mL、実施例18で0.2mg/mLとなることから、測定された濃度を溶出率に換算した。24hr後、168hr、504hr後における溶出率の結果を図4に示す。また24hr後の、溶出量の結果を表−7に示す。
粉体17A、粉体17Bをそれぞれ0.1g、5ccのサンプル瓶に秤量し、NMP3mLを加えて良く撹拌した。その後静置し24hr後に濾過分離し、濾残を洗浄乾燥して粉体17AW、粉体17BWを得た。これらの粉体をTPD−MS(昇温脱離−質量分析法)により粉体表面上の炭素量を定量した。尚、TPD−MSは、アネルバ社製のAGS−7000を使用しEI法を用いることによってHe雰囲気下において測定した。
測定は粉体17A、粉体17B及び処理を加えていないリチウムコバルト複合酸化物に対しても実施した。
図5において600℃―900℃の範囲で検出された二酸化炭素量を表−8に示す。不溶化処理を施していない粉体17AをNMPに浸せき濾過した粉体17AWでは検出される炭素量が低くなっており、水酸化C60が溶出していることがわかる。一方不溶化処理した粉体17Bと、これをNMPに浸せき濾過した粉体17BWとでは、NMPへの浸積前後で炭素量がほとんど変化せず、表面処理された水酸化C60が溶媒(NMP)に溶出することなく安定であることがわかる。
(1)フラーレン類担持工程(フラーレン類による表面処理)
基材として、シリカ(BET表面積4m2/g、平均粒径1μm)を5g、100ccのビーカーに秤量し、これにフラーレンC60のジフェニルスルフィド溶液(濃度10mg/mL)を2.5mL加え、さらにジフェニルスルフィド(以下DPS)を1.25mL追加して良く撹拌しペースト状の混合物を得た。これを180℃のオーブン中において窒素気流中5時間乾燥させ溶媒を除去して粉体26Aを得た。
粉体26Aを3g、100ccのビーカーに秤量し、空気気流中3時間350℃に加熱することにより架橋及びまたは基材表面への結合処理をおこない粉体26Bを得た。
粉体26A、粉体26Bをそれぞれ0.1g、5ccのサンプル瓶に秤量し、1,2,4−トリメチルベンゼン(以下TMB)3mLを加えて良く撹拌した。その後静置し24hr後に上澄みを採取して、紫外吸収スペクトルを測定し、C60のTMB溶液に対する検量線と比較することにより濃度を定量した。尚、紫外吸収スペクトルの測定は、紫外可視吸光分析装置(島津製作所社製 紫外線可視分光光度計 UV−1650−PC)を用いた。
溶出量の定量結果を表−9に示す。
(1)フラーレン類担持工程(フラーレン類による表面処理)
基材として、アルミナ(BET表面積2.2m2/g、平均粒径1μm)を5g、100ccのビーカーに秤量し、これにフラーレンC60のジフェニルスルフィド溶液(濃度10mg/mL)を2.5mL加え、さらにジフェニルスルフィド(以下DPS)を1.25mL追加して良く撹拌しペースト状の混合物を得た。これを180℃のオーブン中において窒素気流中5時間乾燥させ溶媒を除去して粉体27Aを得た。
粉体27Aを3g、100ccのビーカーに秤量し、空気気流中3時間350℃に加熱することにより架橋及びまたは基材表面への結合処理をおこない粉体27Bを得た。
粉体27A、粉体27Bをそれぞれ0.1g、5ccのサンプル瓶に秤量し、1,2,4−トリメチルベンゼン(以下TMB)3mLを加えて良く撹拌した。その後静置し24hr後に上澄みを採取して、紫外吸収スペクトルを測定し、C60のTMB溶液に対する検量線と比較することにより濃度を定量した。尚、紫外吸収スペクトルの測定は、紫外可視吸光分析装置(島津製作所社製 紫外線可視分光光度計 UV−1650−PC)を用いた。
溶出量の定量結果を表−9に示す。
(1)フラーレン類担持工程(フラーレン類による表面処理)
基材として、シリカ(BET表面積4m2/g、平均粒径1μm)を5g、100ccのビーカーに秤量し、これに水酸化C60のNMP溶液(濃度10mg/mL)を2.5mL加え、さらにNMP)を1mL追加して良く撹拌しペースト状の混合物を得た。これを150℃のオーブン中において窒素気流中5時間乾燥させ溶媒を除去して粉体28Aを得た。
粉体28Aを3g、100ccのビーカーに秤量し、窒素気流中3.5時間400℃に加熱することにより架橋及びまたは基材表面への結合処理をおこない粉体28Bを得た。
粉体28A、粉体28Bをそれぞれ0.1g、5ccのサンプル瓶に秤量し、NMP3mLを加えて良く撹拌した。その後静置し24hr後に上澄みを採取して、紫外吸収スペクトルを測定し、水酸化C60のNMP溶液に対する検量線と比較することにより濃度を定量した。尚、紫外吸収スペクトルの測定は、紫外可視吸光分析装置(島津製作所社製 紫外線可視分光光度計 UV−1650−PC)を用いた。
溶出量の結果を表−10に示す。
(1)フラーレン類担持工程(フラーレン類による表面処理)
基材として、アルミナ(BET表面積2.2m2/g、平均粒径1μm)を5g、100ccのビーカーに秤量し、これに水酸化C60のNMP溶液(濃度10mg/mL)を2.5mL加え、良く撹拌しペースト状の混合物を得た。これを150℃のオーブン中において窒素気流中5時間乾燥させ溶媒を除去して粉体29Aを得た。
粉体29Aを3g、100ccのビーカーに秤量し、空気気流中3時間350℃に加熱することにより架橋及びまたは基材表面への結合処理をおこない粉体29Bを得た。
粉体29A、粉体29Bをそれぞれ0.1g、5ccのサンプル瓶に秤量し、NMP3mLを加えて良く撹拌した。その後静置し24hr後に上澄みを採取して、紫外吸収スペクトルを測定し、水酸化C60のNMP溶液に対する検量線と比較することにより濃度を定量した。溶出量の結果を表−10に示す。
上記実施例における、架橋工程または化学結合工程(不溶化処理)において、フラーレン類が架橋している又は基板と結合しているか否かを調べるために、フラーレン類に水酸化C60を用いて下記実験を行った。
水酸化C60の粉末を、表面付着水分を除去するため真空乾燥機を用いて120℃で3時間乾燥した後、5mgを分取し、加熱脱離水分検出型のカールフィッシャー水分計により所定温度まで加熱して脱離する水分量を測定した。ここで、加熱脱離水分検出型のカールフィッシャー水分計として、三菱化学社製のVA−06を用いた。
測定された水分量を表−11に示す。
上記の各温度で加熱脱水された水酸化C60を1mg、20ccのサンプル瓶に秤量し10mLのプロビレンカーボネートを添加して、良く撹拌した後、24時間静置して上澄みの濃度を紫外可視分光光度計により定量した。完全に溶解した場合の溶液濃度は0.1mg/mLとなる。ここで、水酸化C60のプロピレンカーボネートに対する飽和溶解度は0.48mg/mLであり、採用された仕込みの条件は、投入された水酸化C60を完全に溶解するために十分な組成となっている。尚、紫外吸収スペクトルの測定は、紫外可視吸光分析装置(島津製作所社製 紫外線可視分光光度計 UV−1650−PC)を用いた。
測定された溶液濃度を表−11に示す。
一方、水酸化C60がプロピレンカーボネート中に完全に溶解すると溶液濃度が0.1mg/mLとなるが、温度を高くするとともに溶解量が低下していることが上記測定からわかる。
このように、加熱温度の上昇によって脱離する水分が増加すること、及び、加熱温度の上昇によってプロピレンカーボネート中への水酸化C60の溶解濃度が下がっていくこと、から、加熱により水酸化C60が脱水し水酸化C60同士で縮合反応して架橋していることがわかる。
(1)フラーレン類担持工程(フラーレン類による表面処理)
基材として、ニッケル酸リチウム(LiαNiXCoYAlZO2(α=1.05,X=0.82,Y=0.15,Z=0.03)、比表面積0.5m2/g、平均2次粒径7μm)を30g、300ccのビーカーに秤量し、これにフラーレンC60のTMB溶液(濃度10mg/mL)を1.5mL加え、さらにTMB溶媒を9.5mL追加して良く撹拌しペースト状の混合物を得た。これを90℃において圧縮エアーのブロー下、撹拌しながら30分乾燥し粉末を得た。さらに120℃のオーブン中において窒素気流中3時間乾燥させ溶媒を除去して表面処理粉体を得た。
上記表面処理粉体を25g、300ccのビーカーに秤量し、空気気流中3時間350℃に加熱することにより不溶化処理を行い、不溶化処理粉体を得た。
正極活物質として、上記不溶化処理粉体を90重量部、ポリフッ化ビニリデン5重量部、アセチレンブラック5重量部、及びN−メチル−2−ピロリドン(三菱化学株式会社製)80重量部を混練し、正極塗料とした。
この塗料を作製後3時間以内にアルミニウム箔(厚み 20μm)上にドクターブレード(ブレードコーター)にて塗布、乾燥させ、100kN/mの線圧にてロールプレス処理し、正極を得た。ついで所定のサイズに裁断し平板状の正極2とした。
負極活物質として、グラファイトを90重量部、ポリフッ化ビニリデン10重量部、及びN−メチル−2−ピロリドン150重量部を混練し、負極塗料とした。
この塗料を銅箔(厚み 10μm)上にドクターブレード(ブレードコーター)にて塗布、乾燥させ、100kN/mの線圧にてロールプレス処理し、負極を得た。ついで所定のサイズに裁断し、負極とした。
上記正極及び負極に電流取り出し用の端子を取り付けた後、膜厚16μmのポリエチレン製セパレータを介して積層して、ラミネートフィルムからなるケースに封入した。ケースを密封する前に電解液として非水系溶媒として、エチレンカーボネート及びジメチルカーボネートを1:1の割合(体積%)混合したLiPF6の1mol/L溶液100部にフェニルエーテルを5部添加した溶液を注液した。
フラーレン類による表面処理においてC60のTMB溶液(濃度10mg/mL)を3.0mL、さらに添加するTMBを8.0mLとした以外は実施例30と同様にして電池を作製した。
フラーレン類による表面処理においてC60のTMB溶液(濃度10mg/mL)を6.0mL、さらに添加するTMBを5.0mLとした以外は実施例30と同様にして電池を作製した。
実施例30において、フラーレン類による表面処理((1)フラーレン類担持工程)、不溶化処理((2)架橋工程又は化学結合工程)を省略し、処理を加えていないニッケル酸リチウムをそのまま正極活物質として使用した以外は実施例30と同様に電池を作製した。
実施例30〜32及び比較例5で得られた電池の電池特性を評価した。
充電条件は、0.5Cの電流値で4.2Vまで定電流充電し電流値が0.1Cに低下するまで定電圧充電した。放電条件は0.2Cで3.0Vまで定電流放電した。
自己放電試験は、上記条件により充電した電池を、25℃の条件下で120時間放置した後、放電条件は0.2Cで3.0Vまで定電流放電した。
そして、自己放電試験前後のインピーダンスの値を、電池電圧を3.8Vに充電した状態でポテンシトスタットを介してインピーダンスアナライザーで測定することにより求めた。
サイクル特性は、0.6Cの電流値で4.2Vまで定電流充電し電流値が0.1Cに低下するまで定電圧充電し、次いで0.2Cで3.0Vまで定電流放電するサイクルを400回繰り返したときの2サイクル目と400サイクル目の容量の維持率で表した。
上記のようにして測定した自己放電特性を自己放電試験前後のインピーダンスの値の増加率として、またサイクル特性を容量の維持率として表−12に示す。
(1)フラーレン類担持工程(フラーレン類による表面処理)
基材として、ニッケル酸リチウム(LiαNiXCoYAlZO2(α=1.05,X=0.82,Y=0.15,Z=0.03)、比表面積0.5m2/g,平均2次粒径7μm)を30g、1Lのビーカーに秤量し、これに水酸化C60のNMP溶液(濃度10mg/mL)を0.75mL加え、さらにNMPを9.25mL添加した後、良く撹拌しペースト状の混合物を得た。これを90℃において圧縮エアーのブロー下、撹拌しながら30分乾燥し粉末を得た。さらに120℃のオーブン中において窒素気流中3時間乾燥させ溶媒を除去して表面処理粉体を得た。
上記表面処理粉体を25g、300ccのビーカーに秤量し、窒素気流中4時間400℃に加熱することにより不溶化処理を行い、不溶化処理粉体を得た。
正極活物質として、上記不溶化処理粉体を90重量部、ポリフッ化ビニリデン5重量部、アセチレンブラック5重量部、及びN−メチル−2−ピロリドン(三菱化学株式会社製)80重量部を混練し、正極塗料とした。
この塗料を作製後3時間以内にアルミニウム箔(厚み 20μm)上にドクターブレード(ブレードコーター)にて塗布、乾燥させ、100kN/mの線圧にてロールプレス処理し、正極を得た。ついで所定のサイズに裁断し平板状の正極とした。
負極活物質として、グラファイトを90重量部、ポリフッ化ビニリデン10重量部、及びN−メチル−2−ピロリドン150重量部を混練し、負極塗料とした。
この塗料を銅箔(厚み 10μm)上にドクターブレード(ブレードコーター)にて塗布、乾燥させ、100kN/mの線圧にてロールプレス処理し、負極を得た。ついで所定のサイズに裁断し、負極とした。
上記正極及び負極に電流取り出し用の端子を取り付けた後、膜厚16μmのポリエチレン製セパレータを介して積層して、ラミネートフィルムからなるケースに封入した。ケースを密封する前に電解液として非水系溶媒として、エチレンカーボネート及びジメチルカーボネートを1:1の割合(体積%)混合したLiPF6の1mol/L溶液を注液した。
フラーレン類による表面処理において水酸化C60のNMP溶液(濃度10mg/mL)を1.5mL、さらに添加するNMPを8.0mLとした以外は実施例33と同様にして電池を作製した。
フラーレン類による表面処理において水酸化C60のNMP溶液(濃度10mg/mL)を2.25mL、さらに添加するNMPを7.25mLとした以外は実施例33と同様にして電池を作製した。
実施例33において、フラーレン類による表面処理((1)フラーレン類担持工程)、不溶化処理((2)架橋工程または化学結合工程)を省略し、処理を加えていないリチウムコバルト複合酸化物をそのまま正極活物質として使用した以外は実施例33と同様に電池を作製し電池特性を評価した。
実施例33〜35及び比較例6で得られた電池の電池特性を評価した。
充電条件は、0.5Cの電流値で4.2Vまで定電流充電し電流値が0.1Cに低下するまで定電圧充電した。放電条件は0.2Cで3.0Vまで定電流放電した。
自己放電試験は以下のようにして行った。すなわち、まず、0.5Cの電流値で4.2Vまで定電流充電し電流値が0.1Cに低下するまで定電圧充電した状態において、25℃の条件下で120時間放置した。その後、0.2Cで3.0Vまで定電流放電した。そして、自己放電試験前後のインピーダンスの値を、電池電圧を3.8Vに充電した状態でポテンシトスタットを介してインピーダンスアナライザーで測定することにより求めた。
上記のようにして測定した自己放電特性を自己放電試験前後のインピーダンスの値の増加率として表−13に示す。
Claims (14)
- 基材と、基材表面に形成されたフラーレン類を含有するフラーレン層とを有する積層体であって、前記フラーレン類の球殻構造同士が少なくとも1つの原子を介して架橋していることを特徴とする積層体。
- 基材と、基材表面に形成されたフラーレン類を含有するフラーレン層とを有する積層体であって、前記フラーレン類の球殻構造が少なくとも1つの原子を介して基材と化学結合していることを特徴とする積層体。
- 前記少なくとも1つの原子が酸素原子であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の積層体。
- 基材と、基材表面に形成されたフラーレン類を含有するフラーレン層とを有する積層体であって、下記試験方法において、前記フラーレン層から溶出するフラーレン類の単位重量当たりの溶出量が2mg/g以下となることを特徴とする積層体。
[試験方法]
(1)トリメチルベンゼン溶媒またはN−メチルピロリドン溶媒に、0.1gの前記積層体を添加してサンプル液を調製する。
(2)前記サンプル液を常温(25±5℃)かつ常湿(50±15%RH)で24時間放置する。
(3)前記放置後のサンプル液の上澄み液を回収し、上澄み液に含有されるフラーレン類の含有量を測定する。
(4)前記測定値を前記サンプル液の総溶出量に換算し、換算値を0.1gで割る。 - 前記基材が粒子状であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の積層体。
- 前記基材がリチウム遷移金属複合酸化物であり、リチウム二次電池用正極材料として用いることを特徴とする請求項5に記載の積層体。
- 前記基材が炭素性物質であり、リチウム二次電池用負極材料として用いることを特徴とする請求項5に記載の積層体。
- 請求項6に記載の積層体を含有することを特徴とするリチウム二次電池の正極。
- 請求項7に記載の積層体を含有することを特徴とするリチウム二次電池の負極。
- 請求項8に記載のリチウム二次電池の正極を用いることを特徴とするリチウム二次電池。
- 請求項9に記載のリチウム二次電池の負極を用いることを特徴とするリチウム二次電池。
- 基材と、基材表面に形成されたフラーレン類を含有するフラーレン層とを有する積層体の製造方法であって、
基材表面にフラーレン類を存在させるフラーレン類担持工程と、
前記フラーレン類の球殻構造同士を少なくとも1つの原子を介して架橋させる架橋工程又は前記フラーレン類の球殻構造を少なくとも1つの原子を介して基材と化学結合させる化学結合工程のうち少なくとも1つの工程と、
を有することを特徴とする積層体の製造方法。 - 前記架橋工程または化学結合工程を、100℃以上の加熱処理によって行うことを特徴とする請求項12に記載の積層体の製造方法。
- 前記少なくとも1つの原子が酸素原子である請求項12又は請求項13に記載の積層体の製造方法。
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