JP2004511407A - Vanadium oxide hydrate composition - Google Patents

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Abstract

本明細書には、一次ならびに二次リチウムおよびリチウムイオン電池における電極活物質として用いるのに極めて適した新規の酸化バナジウム水和物組成物、ならびにその調製方法が開示されている。Disclosed herein are novel vanadium oxide hydrate compositions that are highly suitable for use as electrode active materials in primary and secondary lithium and lithium ion batteries, and methods for their preparation.

Description

【0001】
発明の分野
本発明は、一次ならびに二次リチウムおよびリチウムイオン電池における電極活物質として用いるのに極めて適した新規の酸化バナジウム水和物組成物、ならびにその調製方法に関する。
【0002】
発明の背景
当該技術において長い間知られるように、酸化バナジウム水和物は、一般に式 V・nHOで示されるが、通常、高いリチウムイオン挿入容量、充電/放電サイクルにおける低いヒステリシス、高い出力密度、および放電速度に対する低い感度(再充電可能なまたは「二次」リチウム電池での実用で求められる)の組合わせを示さなかった。
【0003】
Leらの米国特許第5,674,642号には、十分に高いリチウム挿入容量を有する繊維状V・nHO組成物が開示され、それが、リチウム電池の電極活物質に実際に選択された。Leらの方法にしたがって形成される類似の繊維およびリボンは、S.PasseriniらのElectrochimica Acta(第44巻、1999年、第2209〜2217頁)、およびJ.LivageのChem. Mater.(第3巻、1991年、第578〜593頁)に開示された。
【0004】
電極活物質を、バインダー樹脂およびカーボンブラックと組合わせて、電池用途に用いるための電極ペーストまたはインクが形成されることは公知である。カーボンブラックは、電極物質の性能を顕著に向上し、それにより、高速充電/放電時のその理論的な容量を、さらにいっそう高い比率で達成することが可能となる。Leらのop. cit.には、これらの組成物が開示される。しかし、容量および可逆性に対する相当の犠牲が、依然として、高速充電/放電時に伴われる。すなわち、問題は、急速によりいっそう悪化される。
【0005】
高速充電/放電時の理論限界に対する容量をさらに向上することは、一定のバインダー量で、カーボンブラック/V・nHOをさらにいっそう高い比率で有する電極を形成することによって実現されるであろう。しかし、これらの比には実用的な限界がある。バインダーを付随して増加することなく、カーボンブラックを増量することにより、形成される電極層の機械的健全性が損なわれる。バインダーを増加すると、その際には、電極活物質の量が希釈されて、得られる電池のエネルギー密度が著しく低下するであろう。
【0006】
さらに、Leら(op. cit.)により、化学的に結合された炭素溶剤の残分を4〜7重量%で有するV・nHOの組成物が開示される。これにより、電池の電気化学的電位が向上される。しかし、親組成物の容量および可逆性の特性が保持されるに過ぎない。
【0007】
Leらにより、V・nHOを製造するためのゲル化法が開示される。これは、複雑で、時間が掛かり、さらに高価である。教科書、すなわちCottonおよびWilkinsonによるAdvanced Inorganic Chemistry(第4版、J.Wiley & Sons,Inc.、1980年、第711頁)には、鉱酸をバナジン酸塩水溶液に添加することによって、赤レンガ色形態のVを沈殿することからなる方法が開示される。この方法は、また、EP 747123A2で用いられる。しかし、得られる生成物は、低い収率のもの、顕著に汚染されるもの、および定まらない特性を有するものと開示される。類似の方法は、また、Theobald、Bulletin de la Societe Chimique de France(1975年、第7〜8号、第1607〜1612頁)により用いられる。これは同様に不十分な結果を伴う。
【0008】
発明の概要
本発明は、M・nHO(式中、MはNH 、Na、K、Rb、CsおよびLiよりなる群から選択され、AはNO 、SO −2およびClよりなる群から選択され、0<x<0.7、0<y<0.7、ならびに0.1<n<2である)を製造方法であって、該方法は、
水溶性バナジン酸塩を水と組合わせて溶液が形成される工程、および該溶液に強無機酸を添加し、その際酸プロトン/バナジウムのモル比は0.70:1〜6:1の範囲内である工程
を含んでなる、M・nHOの製造方法を提供する。
【0009】
加えて、本発明は、非繊維状M・nHO(式中、MはNH 、Na、K、Rb、CsおよびLiよりなる群から選択され、AはNO 、SO −2およびClよりなる群から選択され、0<x<0.7、0<y<0.7、ならびに0.1<n<2である)を含んでなる電極活物質組成物であって、該電極活物質組成物は、315〜400mAh/電極活物質組成物gの初期放電容量によって特徴づけられることを特徴とする電極活物質組成物を提供する。
【0010】
なおさらに、本発明の電極活物質組成物を含んでなる電極組成物が提供される。
【0011】
最後に、本発明の電極活物質組成物を含んでなる電極組成物を含んでなる電気化学的電池が提供される。
【0012】
詳細な説明
本発明は、電池、特にリチウムおよびリチウムイオン一次ならびに二次電池における電極活物質として用いるのに極めて適した、高度に精製された非繊維状形態のV・nHO(式中、0.1<n<2)を形成する方法、ならびにそれにより形成される組成物、電極、および電気化学的電池に関する。本発明の方法を実施する際には、それにより形成されたV・nHOは、通常、バナジン酸塩の残留カチオン、および本発明の方法で用いられる強酸からの残留アニオンによってある程度の汚染が示されることが見出される。この残留物は、その意図される使用に対して、本発明のV・nHOの適性に影響を及ぼすものではない。
【0013】
残留物は、化学的に生成物中に組込まれることから、本発明の方法の生成物は、式 M・nHOによってより正確に示される。式中、Mは、NH 、Na、K、Rb、CsおよびLiよりなる群から選択され、Aは、NO 、SO −2およびClよりなる群から選択され、0<x<0.7、0<y<0.7、ならびに0.1<n<2である。好ましくは、xおよびyは、限りなく0に近い。しかし実際には、通常約0.2である。
【0014】
本発明において明快かつ容易に用いる目的で、用語「V・nHO」は、本発明の方法の生成物を示す略記として用いられ、xおよびyの両値の全範囲(すなわち0〜0.7)が包含されるであろう。
【0015】
本発明の方法においては、水溶性バナジン酸塩が、好ましくは加熱を伴って、水に溶解され、続いて所望のV・nHO生成物が高い収率で沈殿される。得られた生成物は、非繊維状形態を示し、また非常に高い可逆性を有する標準リチウム電池の試験電池において、驚くべき高い初期放電容量によって特徴づけられる。
【0016】
本発明の目的に対して、用語「初期放電容量」は、本発明のV・nHO組成物が電極カソード活物質として組込まれた標準リチウム金属電池の電気放電容量を言う。標準化形態で測定される「初期放電容量」は、本発明のV・nHO組成物の固有のリチウムイオン挿入容量の相対的な指標であると考えられる。本発明の目的に対して、初期放電容量は、次のように測定される。本発明のV・nHOが、以下に示される種々の実施形態におけるように、カーボンブラックおよびバインダー樹脂と組合わされて、電極インクまたはペーストが形成される。そのように形成された電極インクまたはペーストは、以下に示される標準リチウム金属コイン電池の形態に組合わされる。そのように形成されたコイン電池は、充電状態にある。電池は、次いで、電圧(V)および電流(I)が時間の関数として測定されながら、4〜1.5ボルトの範囲内で放電に付される。初期放電容量の測定は、0.5maでの定電流放電で始まる。電圧が1.5ボルトに達すると、放電モードは、定電圧に変わり、電圧が一定に保持される。その間、電流は、徐々に元の値の1/10(すなわち0.05ma)に減少する。放電のこの定電圧部分(電池がほぼ平衡になる)は、電流による電位降下を低減し、そのために残りの電池の分極は、主としてカソード物質中へのリチウム挿入に必要とされる過電位によるという効果を有する。初期放電容量は、放電による定電流および定電圧の両部分における総電荷移動である。これらの測定を行うには、10maの最大電流容量を有するチャネルおよびVersion 3.0(SP1)ソフトウェアを用いるMaccor series 4000 試験器(Maccor,Inc.、Tulsa、Oklahoma)を用いるのが適切であることが見出された。
【0017】
本発明の方法においては、水(好ましくは脱イオン水)が、バナジン酸塩と組合わされる。そのように形成された混合物は、好ましくは、80℃以上の範囲の温度に、好ましくは撹拌を伴って加熱される。これには、混合物の沸点が含まれて、0.01〜3M、好ましくは0.1〜1Mの範囲内バナジウム濃度を有する溶液が形成される。適切なバナジン酸塩には、アンモニウム、アルカリおよびアルカリ土類バナジン酸塩(NHVO、LiVO、NaVO、KVO、RbVO、CsVOおよびMgVなど)が含まれる。好ましくは、NHVO、LiVO、KVO、MgVである。最も好ましくは、NHVO、LiVOおよびMgVである。別に、Vは、水性アンモニウム、アルカリまたはアルカリ土類水酸化物と、化学量論量で組合わされ、対応するバナジン酸塩溶液が、その場で形成されるであろう。最も好ましくは、溶液は、その沸点に加熱される。
【0018】
好ましくは加熱され、最も好ましくは沸騰する(そのように形成された)溶液に、強い鉱酸が添加されて、約0.70:1〜6:1の範囲内の酸プロトン対バナジウム比(以下、「H/V比」と示される)が提供される。本発明を実施するのに適切な酸には、HSO、HNO、HCl、または他の強酸(望ましくないリン酸バナジウム副生物を形成するであろう燐含有酸を除く)が含まれる。さらに、NHおよびRb、ならびにおそらくはNa、KおよびCsのバナジン酸塩の場合には、酸バナジウム比は、十分に高く、典型的には少なくとも1:1であって、M16の共形成が、防止されるか、または最小化されなければならない。酸は、濃縮または希釈形態で組込まれるが、安全のためには、希釈形態が好ましい。
【0019】
酸添加後、混合が、好ましくは少なくとも80℃の温度、最も好ましくは沸点での加熱を伴って、少なくとも1分間継続されるであろう。しかし、数時間継続してもよい。通常、5〜60分間の混合が十分であろう。得られたV・nHO沈殿物は、いかなる適切な方法によっても、回収されるであろう。これには、沈積およびこれに続く上澄み液のデカント、ろ過、遠心分離などが含まれる。沈殿物は、非繊維状形態、および約15%未満、通常は約4%未満の汚染レベルによって特徴づけられる。
【0020】
水へのバナジン酸塩の溶解は、殆どの場合、室温を含む任意の適宜な温度にて達成されるであろう。しかし、本発明を実施する際には、溶解速度は、室温では極めて遅く、特に沸点または沸点に近い温度への加熱によって顕著に増大されることが見出される。沸点未満の温度においては、溶解は、撹拌によってかなり高められる。
【0021】
ナジン酸塩溶液への酸添加による本発明のV・nHOの沈殿は、室温を含む任意の適宜な温度においても達成されるであろう。しかし、本発明を実施する際には、温度を上げて、特に80℃ないし溶液の沸点の範囲内で反応を行うことが、非常に望ましいことが見出される。沸点で反応を行うことが、最も好ましい。本発明を実施する際には、低い収率および低い生成物品質または性能のいずれも、反応温度が80℃未満である場合に、恐らくは生じることが見出される。
【0022】
厳密に必要ではないものの、回収された固形物は、いかに集められたとしても、新しい水で再スラリー化されて、汚染物質が除去され、続いてもう一度固形物が回収されることが、非常に好ましい。所望の純度レベルを達成するのに必要とされる洗浄工程の回数は、不純物の溶解性、用いられる水の量、所望の純度レベル、およびスラリー化工程の効率によるであろう。本発明を実施する際には、多くの用途に応じて、上澄み液が、約pH=2以上に達する場合に、洗浄を停止すれば十分であることが見出された。
【0023】
次いで、回収された固体は輻射加温およびオーブン加熱に限定されることなく、これらを含むいかなる適宜な手段にもよって乾燥される。乾燥、粉砕、および篩い分けに続いて、そのように製造されたV・nHOは、電極組成物中に組込まれる準備が整う。
【0024】
得られた沈殿物は、高い初期放電容量を有する非繊維状形態のV・nHOである。沈殿された溶解バナジウムの比率(主にシングルパスの生成物収率を決定する)は、主に、H/V比により決定される。最高収率は、約1:1〜2:1のH/V比で達成される。用語「非繊維状」とは、繊維またはリボンからなるミクロ構造を有さないことを意味し、これは約30,000×の倍率での走査電子顕微鏡法によって示される。図2aおよび2bは、本明細書における実施例10の試料の走査電子顕微鏡写真を、それぞれ倍率10,000および30,000で示す。図3aおよび3bは、本明細書における実施例16の炭素上に被覆された試料に対する同様の顕微鏡写真を表す。
【0025】
本発明の方法により製造された非繊維状V・nHOは、本発明の方法のH/V比の限界外のバナジウム塩の酸沈殿工程により製造されたV・nHOより、顕著に高い初期放電容量によって特徴づけられる。これは、図1に示される。その際、初期放電容量は、以下に例証される特定の実施形態について、H/V比の関数として示される。特に注目する点は、本発明を実施するのに適切なH/V比の範囲の下限および上限において、初期放電容量が急速に増加し、また低下する点である。最適のH/V比は、約1.5:1〜2.5:1のH/V比で達成される。
【0026】
H/V比の好ましい範囲外では、生成物は劣化始めて、収率が低減し、汚染物が増加し、初期放電容量が低減する。0.70〜6H/Vの範囲外では、これらの所望する特性は、殆ど得られない。
【0027】
本発明のV・nHOにより、本明細書に示される標準リチウム試験電池に、高度の可逆性が付与される。使用可能な容量の99%は、再充電によって回復されるであろう。それは、図4および5に図式で示される。これは、それぞれ、以下に示される実施例10および16に関する放電を示す。いずれも、放電サイクルの反転を表す充電サイクルが続く。図からわかるであろうように、低い分極が認められた。実施例10および16は、同一の合成物を表すが、相異点は、実施例16が被覆された炭素組成物を含み、実施例10が含まない点である。被覆された炭素試料の分極は、低電圧領域において曲線が極めて接近していることによって示されるように、炭素上に被覆されないV・nHO試料のそれより少なかった。被覆された炭素組成物のこの有利な効果は、放電および充電の速度が増大するにつれて、さらにいっそう顕著になる。
【0028】
サイクル寿命は、充電および放電サイクルのサイクル数として定義される。試験コイン電池は、放電容量がその初期値の80%に減少する前に、それが付されるであろう。本明細書の発明者には、サイクル寿命は約4のH/V比で最適値に達すると考えられる。言い換えれば、収率および一方では初期放電容量、また他方ではサイクルライフの間に、若干のトレードオフが存在するとみなされる。
【0029】
さらに、本発明を実施する際には、初期放電容量は、本発明の方法で用いられるバナジウム塩のカチオンによることが見出される。最も高い初期放電容量は、V・nHOがNHVO、LiVO、またはMgVから製造される場合に達成される。
【0030】
当業者には、本発明のV・nHOの任意の用途に対する要件には、本明細書に示されるいくつかのプロセス変数に、異なるトレードオフが必然的に伴われ、そのためにその用途に最も適した生成物が得られることが理解されるであろう。
【0031】
本発明の方法の好ましい一実施形態においては、元素状炭素(たとえばカーボンブラック)は、酸添加前に、バナジウム塩溶液中にスラリー化される。本発明を実施する際には、カーボンブラックは、バナジウム塩がそこに溶解される前に、バナジウム塩の溶解と同時に、またはバナジウム塩の溶解後に、水に添加される。上記に示される方法で酸が添加された後、得られた沈殿生成物は、V・nHOで被覆されたカーボンブラックの微細に分散された粉末である。これは、二次または再充電可能なリチウム電池で用いるのに極めて好ましい。被覆されたカーボンブラック生成物は、V・nHOに特徴的な高い初期放電容量を示し、低い分極、高い放電速度における高い容量保持、および高いバナジウムの有用性またはエネルギー効率を有する。本発明を実施するのに適切であると見出されるカーボンブラックの量は、最終遊離炭素−V・nHOの乾燥粉末の全重量の1〜12重量%、好ましくは4〜8重量%の範囲内の量である。1〜12重量%は、約0.1〜1.2の炭素−バナジウムのモル比に対応する。この場合、n〜1.2は、好ましい値である。
【0032】
微細に分散された元素状炭素のいかなる形態も、本発明を実施するのに適切である。Super P カーボンブラック[MMM S.A. Carbon(Brussels、Belgium)から市販されている]は、これらの好適な元素状炭素の一つであり、約62m/gの表面積を有する。本発明で用いるのに好適なカーボンブラックについては、表面積に関して、特定の限定は全くないものの、より高い表面積が、より低い表面積より好ましいと考えられる。一実施形態においては、カーボンブラックは、先ず、水性分散液中に別個にスラリー化され、得られたスラリーが、加熱されたバナジン酸塩溶液に添加される。
【0033】
本発明の方法は、バッチおよび連続モードの両方で実施されるであろう。未沈殿バナジン酸塩のリサイクルストリームを用いる連続方法は、反応が比較的低収率の条件下で運転される場合に、特に望ましい。
【0034】
本発明の方法においては、xおよびyの値が限りなく0近くまで低減され、同様に吸着したプロトンなどのいかなる他の残留イオン汚染物質も除去されることが好ましい。これは、水に沈殿された生成物を完全に洗浄し、続いてろ過することによって達成される。
【0035】
電気化学電池製作の技術においては、本発明のV・nHOなどの電極活物質をカーボンブラックおよびバインダー樹脂と組合わせることによって、電極組成物を形成して、向上された電子伝導性、同様に優れた物理的健全性が、電極組成物にもたらされことは周知である。しかし、実際には、8重量%のカーボンブラックは、典型的な実用的最大カーボンブラック濃度を表すことが見出される。何故なら、8%超の量は、しばしば、電極組成物の加工性を悪くし、また脆弱にする望ましくない結果をもたらす。本発明により、さらなる元素状炭素を組成物中に組込むことの問題が解決され、その実施により形成される電極組成物の物理的健全性に対する有害な影響が最小にされる。例えば、本発明の好ましい電極組成物には、V・nHO−被覆のカーボンブラック組成物が含まれる。これは、上記に示されるように、本発明の方法により形成された8%のカーボンブラックが組込まれる。その組成物は、技術の教えるところにしたがって、さらなる8%のカーボンブラックおよびバインダー樹脂と組合わされて、靭性があって、成形可能な電極組成物が形成されるであろう。これは、16%のカーボンブラック、および電極組成物中におけるより高いカーボンブラック全濃度から予期される、向上された電気化学性能を有する。
【0036】
適切なバインダー樹脂には、EPDMゴム、ポリフッ化ビニリデン、および例えばヘキサフルオロプロピレンとのコポリマー、同様に本目的に適した技術的に知られる他の樹脂が含まれる。バインダー樹脂は、通常先ず、電極の他の成分と組合わせる前に、一時的な溶剤に溶解される。適切な溶剤は、当該技術では周知であり、アセトン、シクロヘキサンおよびシクロペンタノンが含まれる。本発明を実施するのに好適なすべてのバインダーが、溶剤中に溶解することが必要とは限らない。
【0037】
本発明を実施する際には、V・nHOで被覆された元素状炭素を含んでなる本発明の電極組成物は、V・nHOが元素状炭素上に被覆されない場合に本発明のV・nHOを含んでなる同様の電極組成物以上に、相当の利点を示すことが見出される。これらの利点には、充電/放電サイクルにおいて低減された分極、より高い初期放電容量/バナジウムg、および放電速度の増加に伴うさらにいっそうの初期放電容量の低減が含まれる。
【0038】
・nHO−被覆の炭素を製造するための本発明の方法は、また、他の元素を添加するか、またはそれにドーピングするのに用いられるであろう。例えば、酸添加によってV・nHOを沈殿させる前に、遷移金属または金属化合物が添加される場合には、化学変性された沈殿生成物が、酸添加後に得られる。これは、一般式 M・nHOを有する。式中、Mは、本発明のV・nHOが沈殿されたものからのバナジン酸塩から誘導されるカチオン、およびx=0.0〜0.7であり、Aは、酸から誘導されるアニオン、およびy=0.0〜0.7であり、Bは、遷移(主族)または希土類金属、およびz=0.0〜1.0であり、n=0.1〜2.0である。
【0039】
本発明は、さらに、以下の特定の実施形態で説明される。当業者には、本発明は、本発明の精神または本質的な特性から逸脱することなく、多数の修正、置換、および再配置が可能であることが理解されるであろう。
【0040】
以下の特定の実施形態の殆どには、標準電気化学電池の形成が含まれ、その際実施形態の電極組成物は、リチウム金属アノードに対するカソードとして用いられる。リチウム−イオン電池は、また、本発明の方法により形成され、非常に多くの用途で好まれるであろう。
【0041】
リチウム−イオン電池は、適切なサイクル可能なリチウムをすでに含むアノード物質を用いるか、またはある種のその部分のいずれかによって、充電状態で組立てられる。これは、当業者に周知の方法で達成されるであろう。例えば、リチウム金属またはある種の他のリチウム源を、必要なサイクル可能なリチウムを炭素構造中に収容可能であろう電池組立物において、炭素系アノード物質と接触させることによる。リチウム−イオン電池において請求された物質を用いるための他の手段には、例えば化学的手段または電気化学的手段のいずれかによって、酸化バナジウム水和物の意図的なリチオ化前工程が含まれるであろう。これは、請求された物質におけるリチウム含有量を、初期放電アノードを有するリチウム−イオン電池で用いるのに望ましく、より高いレベルに増大するであろう。リチウムイオン電池の実例は、実施例17に示される。
【0042】
【表1】

Figure 2004511407
【0043】
実施例
次の実施例1〜16においては、酸化バナジウム水和物を、形成し、次いで当該技術では公知の他の物質と組合わせて、リチウム電池中に組込まれる電極を形成した。すべてのこれらの工程は、以下に示す方法にしたがって達成された。このように形成されたコイン電池のリチウム放電容量を、測定した。結果を、図1に示されるように、本発明のV・nHOを形成する際に用いられる酸バナジウム比に対してプロットした。
【0044】
実施例1
LiVO 18.2gを、1リットルのPyrexビーカー中で、テフロン被覆磁気撹拌バーで撹拌しながら、脱イオンHO 約450mlに添加した。ビーカーの内容物を、沸点に加熱して、溶液を形成した。撹拌しながら、濃HNO 7.5mlを沸騰溶液に添加した。得られた溶液を、撹拌しながら、5分間沸騰し続けた。H/V比は0.7であった。
【0045】
次いで、ビーカーを熱源から外し、撹拌を室温で3.5時間続けた。未洗浄のゲル状沈殿物を、吸引ろ過によってフィルター紙上に集めた。生成物を、十分に緩やかにろ過した。ろ過液はオレンジ色であった。これは、相当量の未沈殿バナジウムが存在することを示した。ろ過液は、多色pH紙片で測定して、約pH3であった。ろ過ケークを、IR加熱ランプ下で終夜乾燥し、物質 7.4gを得た。(Li)0.07(NO0.07・0.9HO の組成を、化学および熱重量分析から得た。この組成に基づいて、生成物の収率 42%が計算された。X−線粉末回折パターンでは、V・nHOの線のみが示された。
【0046】
粉砕して粉末が製造された後、粉末を、200メッシュの篩いにかけて、カソードを製造するのに適した粉末が得られた。電極を製造するために、粉末 1.5000gを、Super P カーボンブラック(MMM S.A.Carbon、Brussels、Belgiumから商業的に入手可能である)0.1364g、およびシクロヘキサン中のEPDMゴムの4重量%溶液 1.705gと組合わせた。さらに、シクロヘキサン 2.5mlを添加して流動性を向上した。混合物を、キャップ付きガラスバイアルに入れて、15分間機械振盪器上で振盪して、カソードペーストを形成した。
【0047】
カソードペーストを、Teflon(登録商標)FEP(E.I.du Pont de Nemours and Company、Wilmington DE)のシート上に塗り、15ミル間隙を有するドクターブレードを用いて引き伸ばして、フィルムを形成した。乾燥されたフィルム(粉末 88重量%、バインダー 4重量%、およびカーボンブラック 8重量%からなる)を、Kapton(登録商標)ポリイミドシート(DuPont)の間に挿んで、2000psiおよび110℃でカレンダローラーを通してホットプレスして、リチウム電池のカソードとして用いるのに適した強化電極シート(consolidated electrode sheet)を形成した。シートの厚さは、115マイクロメートルであった。
【0048】
得られた強化電極シートを、電気化学的電池のLi金属アノードに対するカソードとして用いた。EC/DMC(炭酸エチレン/炭酸ジメチル)中のLiPFが、電解質溶液としての役割を果たした。ガラス繊維セパレーターを、電極の間に用いた。カソード、アノードおよびセパレーターの円盤を、パンチで切断した。乾燥窒素雰囲気において、カソードおよびセパレーター片を電解質溶液に浸漬し、次いでLiと共にコイン電池のパンに積重ね、2325 Coin Cell Crimper System(National Research Council of Canadaによって製造される)を用いて、圧力下でシーリングした。コイン電池を、上記のように試験した。初期放電容量は、315mAh/gであることが測定された。
【0049】
実施例2
無水V 15.6gおよびLiOH・HO 7.2gを、脱イオン水 900mlと組合わせ、実施例1におけるように処理して、V・nHOを形成した。ただし、希HSO(濃HSO 3.6mlをHO 40mlと組合わせて製造された)を、沸騰溶液に添加し、酸添加後の加熱時間は35分であった。H/V比は0.75であった。
【0050】
次いで、ビーカーを熱源から外し、撹拌を停止した。未洗浄のゲル状固形物(1時間後に沈積しなかった)を、吸引ろ過によってフィルター紙上に集めた。生成物を、十分に緩やかにろ過した。ろ過液はオレンジ色であった。これは、相当量の未沈殿バナジウムが存在することを示した。ろ過液は、多色pH紙片で測定して、約pH3であった。ろ過ケークを、大きなカバーグラス上に塗り、室温で4日間およびIR加熱ランプ下で2時間乾燥し、乾燥粉末 12.5gを得た。不純物層(LiSO・HOと考えられる)を、X−線粉末回折で認めた。非反応性不純物は、活物質を希釈し、全Li挿入容量を低減する効果を有する。生成物の収率 65%が予測された。
【0051】
次いで、得られたV・nHOの乾燥粉末を処理し、実施例1に示されるように組合わせて、厚さ108マイクロメートルの電極を形成した。これは、実施例1におけるように、コイン電池中に組込まれた。初期放電容量は、265mAh/gであることが見出された。
【0052】
実施例3
LiVO 18.2gを、脱イオン水 900mlと組合わせ、実施例1におけるように処理して、V・nHOを形成した。ただし、希HSO(濃HSO 4.8mlをHO 20mlと組合わせて製造された)を、沸騰溶液に添加し、酸添加後の加熱時間は15分であった。H/V比は1.0であった。
【0053】
次いで、ビーカーを熱源から外し、撹拌を停止した。固形物を、ビーカーが触れられる程度の冷たさになるまで沈積させた。上澄み液 約400mlをデカントした。デカントされた上澄み液は、淡い黄色であった。これは、若干の未沈殿バナジウムが存在することを示した。
【0054】
新しい水 約400mlを、ビーカーの沈殿物に添加した。次いで、これを約1分間撹拌して水とスラリー化した。沈殿物を、10分間沈積させ、上澄み液 約500mlをデカントした。新しいHO 約500mlを添加し、1分間スラリー化した。沈殿物を、約20分間沈積させ、再度上澄み液をデカントした。
【0055】
固形物を、吸引ろ過によってフィルター紙上に集めた。ろ過液は、多色pH紙片で測定して、約pH3であった。ろ過ケークを、大きなカバーグラス上に塗り、IR加熱ランプ下で乾燥し、乾燥粉末 17.2gを得た。(Li)0.14(SO0.071.1HO の組成を、化学および熱重量分析から得た。この組成に基づいて、生成物の収率 97%が計算された。X−線粉末回折パターンでは、V・nHOの線のみが示された。
【0056】
次いで、得られたV・nHOの乾燥粉末を処理し、実施例1に示されるように組合わせて、厚さ115マイクロメートルの電極を形成した。これは、実施例1におけるように、コイン電池中に組込まれた。初期放電容量は、355mAh/gであることが見出された。
【0057】
実施例4
無水V 50.0gおよびLiOH・HO 23.1gを、600mlのPyrexビーカーにおいて、脱イオン水 350mlと組合わせ、テフロン被覆磁気撹拌バーで撹拌し、約80℃に加熱して、溶液を形成した。撹拌しながら、濃HCl 50mlを高温溶液に添加した。H/V比は1.1であった。15分後、加熱および撹拌を停止し、スラリーを室温に冷却した。
【0058】
固形物を、吸引ろ過によってフィルター紙上に集めた。ろ過ケークを、IR加熱ランプ下で終夜乾燥し、次いで新しい脱イオン水 約500mlで再スラリー化し、再度吸引ろ過によってフィルター紙上に集め、IR加熱下で乾燥した。Li0.2Cl0.2・0.5HO の組成を、二段階反応
Li0.2Cl0.2・0.5HO → Li0.2 + 0.5HO + 0.1Cl
を仮定して、熱重量分析から得た。X−線粉末回折パターンでは、V・nHOの線のみが示された。
【0059】
次いで、得られたV・nHOの乾燥粉末を処理し、実施例1に示されるように組合わせて、厚さ90マイクロメートルの電極を形成した。ただし、活物質、EPDMバインダーおよびカーボンブラックの量は、それぞれ90重量%、2重量%および8重量%であった。これは、実施例1におけるように、コイン電池中に組込まれた。初期放電容量は、378mAh/gであることが見出された。
【0060】
実施例5
NHVO 20.1gを、脱イオン水 450mlと組合わせ、実施例1におけるように処理して、V・nHOを形成した。ただし、濃HNO 15mlが沸騰溶液に添加され、酸添加後の加熱時間は5分であった。H/V比は1.4であった。
【0061】
次いで、ビーカーを熱源から外し、撹拌を、ビーカーが触れられる程度の冷たさになるまで続けた。固形物を吸引ろ過によってフィルター紙上に集めた後、湿った固形物を、新しい脱イオン水 350ml中で、磁気撹拌バーで1分間撹拌してスラリー化し、次いで前述のように集めた。固形物を、再度、水の新しい350ml部分とスラリー化し、前述のように集めた。ろ過液は、ここで、約pH3であった。ろ過ケークを、空気中で110℃で乾燥した。生成物 15.4gを得た。(NH0.1(NO0.1・0.8HO の組成を、熱重量分析から得た。この組成に基づいて、生成物の収率 88%が計算された。X−線粉末回折パターンでは、V・nHOの線のみが示された。
【0062】
次いで、得られたV・nHOの乾燥粉末を処理し、実施例1に示されるように組合わせて、厚さ125マイクロメートルの電極を形成した。これは、実施例1におけるように、コイン電池中に組込まれた。初期放電容量は、367mAh/gであることが見出された。
【0063】
実施例6
LiVO 18.2gを、脱イオン水 450mlと組合わせ、実施例1におけるように処理して、V・nHOを形成した。ただし、濃HNO 15mlが沸騰溶液に注意深く添加され、酸添加後の加熱時間は10分であった。H/V比は1.4であった。
【0064】
次いで、ビーカーを熱源から外し、ほぼ室温に冷却させた。固形物を吸引ろ過によってフィルター紙上に集めた後、湿った固形物を、新しい脱イオン水 400ml中で、磁気撹拌バーで1分間撹拌してスラリー化し、次いで前述のように集めた。ろ過液は、多色pH紙片で測定して、約pH1であった。ろ過ケークを、IR加熱ランプ下で乾燥して、乾燥生成物 15.5gを得た。(Li)0.05(NO0.05・1HO の組成を、化学および熱重量分析から得た。この組成に基づいて、生成物の収率 89%が計算された。X−線粉末回折パターンでは、V・nHOの線のみが示された。
【0065】
次いで、得られたV・nHOの乾燥粉末を処理し、実施例1に示されるように組合わせて、厚さ110マイクロメートルの電極を形成した。これは、実施例1におけるように、コイン電池中に組込まれた。初期放電容量は、340mAh/gであることが見出された。
【0066】
実施例7
NHVO 20.1gを、脱イオン水 900mlと組合わせ、実施例5におけるように処理して、V・nHOを形成した。ただし、酸添加後の加熱時間は20分であった。
【0067】
次いで、ビーカーを熱源から外し、撹拌を停止した。固形物は、迅速に沈積し、5分間沈積させた。上澄み液 約600mlをデカントした。デカントされた上澄み液は、淡い黄色であった。これは、若干の未沈殿バナジウムが存在することを示した。新しいHO 約700mlを、ビーカーの沈殿物に添加し、次いで約1分間撹拌して水とスラリー化した。沈殿物を、10分間沈積させ、上澄み液 約700mlをデカントした。新しいHO 約700mlを、添加し、1分間スラリー化した。沈殿物を、約20分間沈積させ、再度上澄み液をデカントした。上澄み液は、約pH2であった。生成物は、容易かつ迅速に、吸引ろ過によってフィルター紙上に集められた。湿ったケークを、大きなカバーグラス上に粉砕し、空気中で室温で3.5日乾燥して、物質 15.8gを得た。嵩だかの生成物は、容易に、乳鉢中で粉末化された。(NH0.1(NO0.1・0.7HO の組成を、熱重量分析から得た。X−線粉末回折パターンでは、V・nHOの線のみが示された。この組成に基づいて、生成物の収率 91%が計算された。
【0068】
次いで、得られたV・nHOの乾燥粉末を処理し、実施例1に示されるように組合わせて、厚さ130マイクロメートルの電極を形成した。これは、実施例1におけるように、コイン電池中に組込まれた。初期放電容量は、370mAh/gであることが見出された。
【0069】
実施例8
NHVO 8.2gを、脱イオン水 150mlと組合わせ、実施例1におけるように処理して、V・nHOを形成した。ただし、濃HNO 6.6mlが添加され、酸添加後の加熱時間は2分であった。H/V比は1.5であった。
【0070】
次いで、ビーカーを熱源から外し、撹拌を、ビーカーが触れられる程度の暖かさになるまで続けた。生成物は、容易かつ迅速に、吸引ろ過によってフィルター紙上に集められた。未洗ケークを、終夜赤外線加熱ランプ下で乾燥した。
【0071】
(NH0.1(NO0.1・1HO の組成を、熱重量分析から得た。X−線粉末回折パターンでは、V・nHOの線のみが示された。
【0072】
次いで、得られたV・nHOの乾燥粉末を処理し、実施例1に示されるように組合わせて、厚さ120マイクロメートルの電極を形成した。ただし、活物質、EPDMバインダーおよびカーボンブラックの量は、それぞれ90重量%、2重量%および8重量%であった。これは、実施例1におけるように、コイン電池中に組込まれた。初期放電容量は、383mAh/gであることが見出された。
【0073】
実施例9
MgV 18.3gを、実施例3におけるように、V・nHOを製造するのに用いた。ただし、脱イオン水 20ml中に濃HSO 9.5mlの溶液が添加された。H/V比は2.1であった。
【0074】
次いで、ビーカーを熱源から外し、撹拌を停止した。固形物は、迅速に沈積し、5分間沈積させた。上澄み液 約700mlをデカントした。デカントされた上澄み液は、淡い黄色であった。これは、若干の未沈殿バナジウムが存在することを示した。新しいHO 約700mlを、ビーカーの沈殿物に添加した。これは、次いで約1分間撹拌して水とスラリー化した。沈殿物を、10分間沈積させ、上澄み液 約700mlをデカントした。洗浄/デカント工程を、さらに二回繰返した。最後の洗浄からの上澄み液は、pH3〜4であった。生成物は、容易かつ迅速に、吸引ろ過によってフィルター紙上に集められた。湿ったケークを、大きなカバーグラス上に粉砕し、空気中で室温で2.5日間および赤外線加熱ランプ下で5時間乾燥した。結果、16.3gを得た。生成物は、容易に乳鉢中で粉末化された。生成物の収率 96%が推測された。X−線粉末回折パターンでは、V・nHOの線のみが示された。
【0075】
次いで、得られたV・nHOの乾燥粉末を処理し、実施例1に示されるように組合わせて、厚さ123マイクロメートルの電極を形成した。これは、実施例1におけるように、コイン電池中に組込まれた。初期放電容量は、365mAh/gであることが見出された。
【0076】
実施例10
NHVO 20.1gを、脱イオン水 900mlと組合わせ、実施例1におけるように処理して、V・nHOを形成した。ただし、脱イオンHO 25ml中に濃HSO 9.6mlの溶液が用いられ、酸添加後の加熱時間は20分であった。H/V比は2であった。
【0077】
次いで、ビーカーを熱源から外し、撹拌を停止した。固形物は、迅速に沈積した。洗浄を、実施例7に示されるように行った。最終上澄み液は、約pH2であった。生成物は、容易かつ迅速に、吸引ろ過によってフィルター紙上に集められた。湿ったケークは、容易に、大きなカバーグラス上に粉砕され、典型的な方法で乾燥されて、生成物 16.2gが得られた。嵩だかの物質は、容易に乳鉢中で粉末化された。(NH0.12(SO0.06・0.8HO の組成を、化学および熱重量分析から得た。この組成に基づいて、生成物の収率 92%が計算された。生成物は、30,000×までのSEMイメージによって、非繊維状であることが示された。X−線粉末回折パターンでは、V・nHOの線のみが示された。
【0078】
次いで、得られたV・nHOの乾燥粉末を処理し、実施例1に示されるように組合わせて、厚さ130マイクロメートルの電極を形成した。これは、実施例1におけるように、コイン電池中に組込まれた。初期放電容量は、370mAh/gであることが見出された。
【0079】
実施例11
実施例10を、繰返した。ただし、脱イオンHO 40ml中に濃HSO 9.6mlの溶液が用いられ、酸添加後の加熱時間は60分であった。H/V比は2であった。生成物 15.4gが回収された。
【0080】
(NH0.12(SO0.06・0.6HO の組成を、熱重量分析から得た。この組成に基づいて、生成物の収率 89%が計算された。X−線粉末回折パターンでは、V・nHOの線のみが示された。
【0081】
得次いで、られたV・nHOの乾燥粉末を処理し、実施例1に示されるように組合わせて、厚さ125マイクロメートルの電極を形成した。これは、実施例1におけるように、コイン電池中に組込まれた。初期放電容量は、374mAh/gであることが見出された。
【0082】
実施例12
実施例7を、繰返した。ただし、濃HNO 30mlが添加された。H/V比は2.8であった。実施例7におけるように洗浄し乾燥した後、物質 12.4gを回収した。(NH0.09(NO0.09・0.5HO の組成を、熱重量分析から得た。この組成に基づいて、生成物の収率 73%が計算された。X−線粉末回折パターンでは、V・nHOの線のみが示された。
【0083】
次いで、得られたV・nHOの乾燥粉末を処理し、実施例1に示されるように組合わせて、厚さ115マイクロメートルの電極を形成した。これは、実施例1におけるように、コイン電池中に組込まれた。初期放電容量は、350mAh/gであることが見出された。
【0084】
実施例13
実施例10を、繰返した。ただし、脱イオンHO 40ml中に濃HSO 19.2mlの溶液が用いられた。H/V比は4であった。生成物 13.6gが回収された。(NH0.12(SO0.06・1HO の組成を、熱重量分析から得た。この組成に基づいて、生成物の収率 76%が計算された。X−線粉末回折パターンでは、V・nHOの線のみが示された。
【0085】
次いで、得られたV・nHOの乾燥粉末を処理し、実施例1に示されるように組合わせて、厚さ115マイクロメートルの電極を形成した。これは、実施例1におけるように、コイン電池中に組込まれた。初期放電容量は、325mAh/gであることが見出された。
【0086】
実施例14
実施例3を、繰返した。ただし、脱イオンHO 50ml中に濃HSO 19.2mlの溶液が用いられ、酸添加後の加熱時間は20分であった。H/V比は4であった。洗浄および乾燥後、生成物 10.8gが得られた。生成物の収率 62%が推測された。X−線粉末回折パターンでは、V・nHOの線のみが示された。
【0087】
次いで、得られたV・nHOの乾燥粉末を処理し、実施例1に示されるように組合わせて、厚さ98マイクロメートルの電極を形成した。これは、実施例1におけるように、コイン電池中に組込まれた。初期放電容量は、321mAh/gであることが見出された。
【0088】
実施例15
実施例10を、繰返した。ただし、脱イオンHO 50ml中に濃HSO 28.8mlの溶液が用いられた。H/V比は6であった。生成物 9.6gが回収された。生成物の収率 55%が推測された。X−線粉末回折パターンでは、V・nHOの線のみが示された。
【0089】
次いで、得られたV・nHOの乾燥粉末を処理し、実施例1に示されるように組合わせて、厚さ105マイクロメートルの電極を形成した。これは、実施例1におけるように、コイン電池中に組込まれた。初期放電容量は、272mAh/gであることが見出された。
【0090】
実施例16
NHVO 20.1gを、1リットルのPyrexビーカー中で、テフロン被覆磁気撹拌バーで撹拌しながら、脱イオンHO 約900mlに添加した。ビーカーの内容物を、沸点に加熱して、溶液を形成した。Super P カーボンブラック(MMM S.A.Carbon、Brussels、Belgiumから市販されている)1.56gを、脱イオンHO 100ml中で、振盪してスラリー化した。得られたスラリーを、沸騰溶液中に撹拌した。添加されたカーボンブラックの量は、生成物において、炭素の〜8重量%を示すであろう。
【0091】
撹拌しながら、バナジウム−溶液/カーボン−ブラック混合物を、沸点に再加熱した。
【0092】
濃HSO 9.6mlを、脱イオンHO 30〜40ml中に希釈し、希釈された酸を、撹拌しながら沸騰組成物に添加した。H/V比は2であった。得られた混合物を、15分間撹拌しながら沸騰し続けた。
【0093】
次いで、ビーカーを熱源から外し、1時間撹拌した。固形物を、5分間沈積させた。暖かい上澄み液をデカントした。
【0094】
沈殿物を、HOの新しい一定分量中で、約1分間再スラリー化した。沈殿物を、再度、約10分間沈積させ、上澄み液をデカントした。新しい水の、先と等分量である第二の分量を添加し、洗浄および固形物の分離工程を繰返した。
【0095】
洗浄され、沈積された沈殿物を、吸引ろ過によってフィルター紙上に集めた。ろ過ケークを、小片に切り刻み、空気中で約64時間乾燥し、続いてIR加熱ランプ下で4時間乾燥した。X−線粉末回折パターンでは、V・nHOの線のみが示された。
【0096】
粉砕して粉末を製造された後、粉末を、200メッシュの篩いにかけて、カソードを製造するのに適した粉末が得られた。生成物は、SEMによって、30,000倍の倍率まで非繊維状であることが見出された。
【0097】
二つの電極を、異なるバインダーを用いて製造した。一つの電極は、実施例1に示されるように製造されて、厚さ120マイクロメートルの電極を形成した。これは、実施例1におけるように、コイン電池中に組込まれた。初期放電容量は、350mAh/gであることが見出された。
【0098】
他の電極については、粉末 1.0000gを、MMM Super P カーボンブラック 0.1000g、Elf Atochem製造のKynarflex 0.1539g、フタル酸ジブチル 0.285g、およびアセトン 4.6mlと組合わせた。混合物を、キャップ付きガラスバイアルに入れて、15分間機械振盪器上で振盪した。
【0099】
カソードペーストを、Teflon(登録商標)FEPのシート上に塗り、10ミル間隙を有するドクターブレードを用いて引き伸ばして、フィルムを形成した。アセトンを蒸発させた後、フタル酸ジブチルを、ジメチルエーテルを用いて抽出した。乾燥されたフィルム(活粉末 79.8重量%、バインダー 12.2重量%、およびカーボンブラック 8重量%からなる)を、Kapton(登録商標)シートの間に挿んで、2000psiおよび110℃でカレンダロールを通してホットプレスして、リチウム電池のカソードとして用いるのに適した強化電極シートを形成した。シートの厚さは、86マイクロメートルであった。
【0100】
カソードシートの円盤を、パンチで切断し、実施例1に示されるようにコイン電池中に組込まれた。初期放電容量は、357mAh/gであることが見出された。
【0101】
実施例17
実施例16の電極を、Li−イオン電気化学的電池のカソードとして用いた。アノードは、リチオ化グラファイトからなった。これは、室温で、Li金属およびグラファイトの薄い円盤を反応させることによって、コイン電池を形成した。
【0102】
グラファイト粉末 MCMB25−28(Osaka Gas Company、Japan) 6.0000gを、Super P カーボンブラック(MMM S.A.Carbon、Brussels、Belgium) 0.1936g、およびシクロヘキサン中のEPDMゴムの4重量%溶液 6.452gと組合わせた。さらに、シクロヘキサン 2.0mlを、添加して流動性が向上された。混合物を、キャップ付きガラスバイアルに入れて、15分間機械振盪器上で振盪して、グラファイトペーストを形成した。
【0103】
グラファイトペーストを、Teflon(登録商標)FEP(DuPont Company、Wilmington、DE)のシート上に塗り、40ミル間隙を有するドクターブレードを用いて引き伸ばして、フィルムを形成した。乾燥後、フィルム(グラファイト 93重量%、バインダー 4重量%、およびカーボンブラック 3重量%からなる)を、Kapton(登録商標)ポリイミドシート(DuPont)の間に挿んで、2000psiおよび110℃でカレンダで通してホットプレスして、強化電極シートを形成した。シートの厚さは、約295マイクロメートルであった。
【0104】
カソード、グラファイト、Li金属、および繊維ガラスセパレーターの円盤を、パンチで切断した。グラファイトおよびLi金属は、乾燥窒素環境のグローブボックス内に置いた。グローブボックス内で、カソードおよびセパレーター片を、EC/DMC(炭酸エチレン/炭酸ジメチル)内のLiPFからなる電解質溶液中に浸漬し、次いで二つのグラファイト円盤および一つのLi円盤(Li円盤は約100マイクロメートルの厚さを有する)に沿って、コイン電池のパンに積重ね、2325 Coin Cell Crimper System(National Research Council of Canada製造)を用いて、圧力下でシーリングした。
【0105】
コイン電池を、試験前に90時間そのままにした。グラファイトおよびLi金属の量は、ほぼLiC10と同じLi−グラファイト組成を示した。これは、Li金属が、試験の前にコイン電池内に全く残留しないであろうことを示すと考えられた。コイン電池は、本明細書に用いられる標準的な方法にしたがって、試験された。ただし、電圧範囲は、リチウム−グラファイトアノードの電圧が、Li金属に対して約0.09ボルトであると観察されることから、1.5〜4.0ボルトないし1.4〜3.9ボルトに調整された。上記の非最適化コイン電池組立物においては、実施例16で得られた初期放電容量の92%は、本実施例のLi−イオン電池に対して得られた。
【0106】
実施例18
実施例10を、繰返した。しかし、加熱溶液は、酸が添加される前に室温に冷却された。
【0107】
10分後、ほんの少量の固形物が形成された。より多くの固形物は、1時間後に観察された。さらにより多くの固形物は、一夜撹拌した後に形成された。上澄み液は、可溶性の未沈殿バナジウムを含むことが見出された。上澄み液をデカントし、固形物を、約1分間撹拌して、新しい脱イオン水とスラリー化した。沈殿物を、約10分間沈積させた。上澄み液の洗浄液(wash)は多色pH紙片で測定して、pH3であった。洗浄され、沈積された沈殿物を、吸引ろ過によってフィルター紙上に集めた。ろ過ケークを、小片に切り刻み、空気中で一夜乾燥した。結果、14gが得られた。
【0108】
所望の生成物の形成は、X−線粉末回折によって確認された。(NH0.14(SO0.07・1.1HO の組成を、熱重量分析から得た。この組成に基づいて、生成物の収率 77%が計算された。X−線粉末回折パターンでは、V・nHOの線のみが示された。
【0109】
次いで、得られたV・nHOの乾燥粉末を処理し、実施例1に示されるように組合わせて、厚さ120umの電極を形成した。これは、実施例1におけるように、コイン電池中に組込まれた。Li容量は、上記の方法にしたがって、330mAh/gであることが見出された。
【0110】
実施例19
NHVO 20.1gを、1リットルのPyrexビーカー中で、テフロン(登録商標)被覆磁気撹拌バーで撹拌しながら、脱イオンHO 約900mlに添加した。ビーカーの内容物を、沸点に加熱して、溶液を形成した。続いて、溶液を室温に冷却した。撹拌しながら、濃HSO(HO 50mlで希釈された) 19.2mlを、溶液に添加した。酸プロトン対バナジウム比は4であった。4時間後、痕跡量の固形物のみが、形成された。
【0111】
実施例20
実施例10を、繰返した。ただし、溶液の温度は、酸が添加される前に45℃に低減された。
【0112】
反応を約45℃で一夜保持した。酸プロトン対バナジウム比は2であった。上澄み液は、若干の可溶性の未沈殿バナジウムを含むことが見出された。上澄み液をデカントし、固形物を、約1分間撹拌して新しい脱イオン水とスラリー化した。沈殿物を、約10分間沈積させた。上澄み液は、多色pH紙片で測定して、pH2〜3であった。洗浄され、沈積された沈殿物を、吸引ろ過によってフィルター紙上に集めた。ろ過ケークを、少片に切り刻み、空気中で乾燥して、生成物 15.8gが得られた。X−線粉末回折では、生成物が、主として、所望の物質に加えて若干の(NH16からなることを示した。V・HOの収率の推定値は、10%の(NH16不純物を仮定して、75〜80%であった。
【0113】
次いで、得られた乾燥混合相粉末を処理し、実施例1に示されるように組合わせて、厚さ120umの電極を形成した。これは、実施例1におけるように、コイン電池中に組込まれた。リチウム容量は、上記の方法にしたがって、329mAh/gであることが見出された。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1〜16において、H/V比の関数として決定された初期放電容量の説明図を表す。
【図2a】実施例10の非繊維状生成物について、走査電子顕微鏡写真を倍率10,000で示す。
【図2b】実施例10の非繊維状生成物について、走査電子顕微鏡写真を倍率30,000で示す。
【図3a】実施例16の非繊維状生成物について、走査電子顕微鏡写真を倍率10,000で示す。
【図3b】実施例16の非繊維状生成物について、走査電子顕微鏡写真を倍率30,000での示す。
【図4】初期放電曲線および最初の再充電曲線を示す。これは、実施例10で測定されたミリアンペア−時/電極活物質g:電圧を示す。
【図5】初期放電曲線および最初の再充電曲線を示す。これは、実施例16で測定されたミリアンペア−時/電極活物質g:電圧を示す。[0001]
Field of the invention
The present invention relates to a novel vanadium oxide hydrate composition which is very suitable for use as an electrode active material in primary and secondary lithium and lithium ion batteries, and a method for preparing the same.
[0002]
Background of the Invention
As has long been known in the art, vanadium oxide hydrate generally has the formula ΔV2O5・ NH2O, but typically high lithium ion insertion capacity, low hysteresis in charge / discharge cycles, high power density, and low sensitivity to discharge rate (as required in practice with rechargeable or "secondary" lithium batteries) ) Were not shown.
[0003]
No. 5,674,642 to Le et al. Discloses a fibrous V having a sufficiently high lithium insertion capacity.2O5・ NH2An O composition has been disclosed, which has in fact been selected as the electrode active material for lithium batteries. Similar fibers and ribbons formed according to the method of Le et al. Passerini et al., Electrochimica @ Acta (44, 1999, 2209-2217); Life. Chem. Mater. (Vol. 3, 1991, pp. 578-593).
[0004]
It is known that an electrode active material is combined with a binder resin and carbon black to form an electrode paste or ink for use in battery applications. Carbon black significantly improves the performance of the electrode material, thereby allowing its theoretical capacity during fast charge / discharge to be achieved at an even higher rate. Le et al., Op. @Cit. Disclose these compositions. However, a significant sacrifice in capacity and reversibility is still involved during fast charge / discharge. That is, the problem is exacerbated more rapidly.
[0005]
Further improvement of the capacity with respect to the theoretical limit at the time of high-speed charging / discharging can be achieved by using a carbon black / V2O5・ NH2It would be realized by forming an electrode with an even higher ratio of O. However, these ratios have practical limitations. Increasing the amount of carbon black without concomitantly increasing the binder impairs the mechanical integrity of the resulting electrode layer. Increasing the binder would then dilute the amount of electrode active material and significantly reduce the energy density of the resulting battery.
[0006]
In addition, Le et al. (Op. @Cit.) Reported that V with a residue of 4-7% by weight of chemically bound carbon solvent.2O5・ NH2A composition of O is disclosed. Thereby, the electrochemical potential of the battery is improved. However, only the capacity and reversibility properties of the parent composition are retained.
[0007]
According to Le et al., V2O5・ NH2A gelling method for producing O is disclosed. This is complicated, time consuming and more expensive. By textbooks, namely Cotton and WilkinsonAdvanced Inorganic Chemistry(4th edition, J. Wiley & Sons, Inc., 1980, p. 711) includes adding a mineral acid to an aqueous vanadate solution to form a red brick colored V-form.2O5Is disclosed. This method is also used in EP # 747123A2. However, the resulting products are disclosed as having low yields, being significantly contaminated, and having indeterminate properties. An analogous method is also used by Theobald, Bulletin de la la Societye Chimique de de France (1975, Nos. 7-8, 1607-1612). This also has poor results.
[0008]
Summary of the Invention
The present invention relates to MxV2O5Ay・ NH2O (where M is NH4 +, Na+, K+, Rb+, Cs+And Li+Selected from the group consisting of3 , SO4 -2And ClSelected from the group consisting of 0 <x <0.7, 0 <y <0.7, and 0.1 <n <2), wherein the method comprises:
Combining a water-soluble vanadate with water to form a solution, and adding a strong inorganic acid to the solution, wherein the acid proton / vanadium molar ratio ranges from 0.70: 1 to 6: 1. Steps that are within
MxV2O5Ay・ NH2A method for producing O is provided.
[0009]
In addition, the present invention relates to non-fibrous MxV2O5Ay・ NH2O (where M is NH4 +, Na+, K+, Rb+, Cs+And Li+Selected from the group consisting of3 , SO4 -2And ClAn electrode active material composition selected from the group consisting of: 0 <x <0.7, 0 <y <0.7, and 0.1 <n <2). The material composition provides an electrode active material composition characterized by an initial discharge capacity of 315 to 400 mAh / g of the electrode active material composition g.
[0010]
Still further, there is provided an electrode composition comprising the electrode active material composition of the present invention.
[0011]
Finally, there is provided an electrochemical cell comprising the electrode composition comprising the electrode active material composition of the present invention.
[0012]
Detailed description
The present invention provides a highly purified non-fibrous form of V that is highly suitable for use as an electrode active material in batteries, particularly lithium and lithium ion primary and secondary batteries.2O5・ NH2The present invention relates to a method of forming O, where 0.1 <n <2, and to compositions, electrodes, and electrochemical cells formed thereby. In carrying out the method of the present invention, the V2O5・ NH2O is usually found to exhibit some contamination by residual cations of the vanadate and residual anions from the strong acids used in the process of the invention. This residue, for its intended use, has a V2O5・ NH2It does not affect the suitability of O.
[0013]
Since the residue is chemically incorporated into the product, the product of the process of the invention has the formula MxV2O5Ay・ NH2More precisely indicated by O. Where M is NH4 +, Na+, K+, Rb+, Cs+And Li+Selected from the group consisting of:3 , SO4 -2And ClSelected from the group consisting of 0 <x <0.7, 0 <y <0.7, and 0.1 <n <2. Preferably, x and y are infinitely close to zero. However, in practice it is usually about 0.2.
[0014]
For purposes of clarity and ease of use in the present invention, the term "V2O5・ NH2"O" is used as an abbreviation to indicate the product of the process of the present invention and will encompass the entire range of both x and y values (i.e., 0-0.7).
[0015]
In the method of the present invention, the water-soluble vanadate is dissolved in water, preferably with heating, followed by the desired V2O5・ NH2The O product is precipitated in high yield. The resulting product exhibits a non-fibrous morphology and is characterized by a surprisingly high initial discharge capacity in test cells of standard lithium batteries with very high reversibility.
[0016]
For the purposes of the present invention, the term "initial discharge capacity" refers to the VD of the present invention.2O5・ NH2Refers to the electrical discharge capacity of a standard lithium metal battery with the O composition incorporated as the electrode cathode active material. The “initial discharge capacity” measured in the standardized form is the value of V of the present invention.2O5・ NH2It is believed to be a relative indicator of the intrinsic lithium ion insertion capacity of the O composition. For the purposes of the present invention, the initial discharge capacity is measured as follows. V of the present invention2O5・ NH2O is combined with carbon black and a binder resin to form an electrode ink or paste, as in the various embodiments described below. The electrode ink or paste so formed is combined in the form of a standard lithium metal coin cell as shown below. The coin battery so formed is in a charged state. The battery is then subjected to a discharge in the range of 4-1.5 volts, with the voltage (V) and current (I) measured as a function of time. The measurement of the initial discharge capacity starts with a constant current discharge at 0.5 ma. When the voltage reaches 1.5 volts, the discharge mode changes to a constant voltage and the voltage is kept constant. Meanwhile, the current gradually decreases to 1/10 of the original value (that is, 0.05 ma). This constant voltage portion of the discharge (the cell is nearly equilibrium) reduces the potential drop due to current, so that the polarization of the remaining cell is primarily due to the overpotential required for lithium insertion into the cathode material. Has an effect. The initial discharge capacity is the total charge transfer at both the constant current and constant voltage due to the discharge. To make these measurements, it is appropriate to use a Maccor series 4000 tester (Maccor, Inc., Tulsa, Oklahoma) using a channel with a maximum current capacity of 10 ma and Version 3.0 (SP1) software. Was found.
[0017]
In the method of the present invention, water, preferably deionized water, is combined with the vanadate. The mixture so formed is preferably heated to a temperature in the range of 80 ° C. or higher, preferably with stirring. This includes the boiling point of the mixture to form a solution having a vanadium concentration in the range of 0.01 to 3M, preferably 0.1 to 1M. Suitable vanadates include ammonium, alkali and alkaline earth vanadates (NH4VO3, LiVO3, NaVO3, KVO3, RbVO3, CsVO3And MgV2O6Etc.) are included. Preferably, NH4VO3, LiVO3, KVO3, MgV2O6It is. Most preferably, NH4VO3, LiVO3And MgV2O6It is. Separately, V2O5Is combined in stoichiometric amount with aqueous ammonium, alkali or alkaline earth hydroxide, and the corresponding vanadate solution will be formed in situ. Most preferably, the solution is heated to its boiling point.
[0018]
To the preferably heated, most preferably boiling (so formed) solution, a strong mineral acid is added to provide an acid proton to vanadium ratio (hereinafter, referred to as) in the range of about 0.70: 1 to 6: 1. , "H / V ratio"). Suitable acids for practicing the invention include H2SO4, HNO3, HCl, or other strong acids (except phosphorus-containing acids that would form undesirable vanadium phosphate by-products). Further, NH4And Rb, and possibly the vanadate of Na, K and Cs, the vanadium acid ratio is sufficiently high, typically at least 1: 1 and M2V6O16Must be prevented or minimized. The acid is incorporated in a concentrated or diluted form, but for safety, the diluted form is preferred.
[0019]
After the acid addition, mixing will be continued for at least 1 minute, preferably with heating at a temperature of at least 80 ° C, most preferably at the boiling point. However, it may last for several hours. Usually, mixing for 5 to 60 minutes will be sufficient. V obtained2O5・ NH2The O precipitate will be recovered by any suitable method. This includes sedimentation followed by decanting of the supernatant, filtration, centrifugation and the like. The precipitate is characterized by a non-fibrous form and a contamination level of less than about 15%, usually less than about 4%.
[0020]
Dissolution of the vanadate in water will most often be achieved at any suitable temperature, including room temperature. However, in practicing the present invention, it is found that the dissolution rate is very slow at room temperature, especially when heated to a temperature at or near the boiling point. At temperatures below the boiling point, dissolution is considerably enhanced by stirring.
[0021]
V of the present invention by adding an acid to a sodium salt solution2O5・ NH2O precipitation may be achieved at any suitable temperature, including room temperature. However, in practicing the present invention, it has been found that it is highly desirable to carry out the reaction at elevated temperatures, especially within the range of 80 ° C. to the boiling point of the solution. It is most preferred to carry out the reaction at the boiling point. In practicing the present invention, it is found that both low yields and low product quality or performance are likely to occur when the reaction temperature is below 80 ° C.
[0022]
Although not strictly necessary, the recovered solids, no matter how collected, are very likely to be reslurried with fresh water to remove contaminants followed by another solid recovery. preferable. The number of washing steps required to achieve the desired purity level will depend on the solubility of the impurities, the amount of water used, the desired purity level, and the efficiency of the slurrying step. In practicing the present invention, it has been found that, depending on many applications, it is sufficient to stop washing when the supernatant reaches about pH = 2 or higher.
[0023]
The recovered solid is then dried by any suitable means, including, but not limited to, radiant warming and oven heating. Following drying, milling and sieving, the V so produced2O5・ NH2O is ready to be incorporated into the electrode composition.
[0024]
The resulting precipitate is a non-fibrous form of V with a high initial discharge capacity.2O5・ NH2O. The ratio of precipitated dissolved vanadium (which mainly determines the single-pass product yield) is mainly determined by the H / V ratio. The highest yields are achieved with an H / V ratio of about 1: 1 to 2: 1. The term "non-fibrous" means having no microstructure of fibers or ribbons, as indicated by scanning electron microscopy at a magnification of about 30,000x. 2a and 2b show scanning electron micrographs of the sample of Example 10 herein at 10,000 and 30,000 magnifications, respectively. 3a and 3b show similar micrographs for the sample coated on carbon of Example 16 herein.
[0025]
Non-fibrous V produced by the method of the present invention2O5・ NH2O is the amount of V produced by the acid precipitation step of the vanadium salt outside the H / V ratio limit of the process of the present invention.2O5・ NH2It is characterized by a significantly higher initial discharge capacity than O. This is shown in FIG. In so doing, the initial discharge capacity is shown as a function of the H / V ratio for the particular embodiment illustrated below. Of particular note is that at the lower and upper limits of the H / V ratio range suitable for practicing the invention, the initial discharge capacity rapidly increases and decreases. Optimal H / V ratios are achieved with H / V ratios of about 1.5: 1 to 2.5: 1.
[0026]
Outside the preferred range of H / V ratio, the product begins to deteriorate, reducing yield, increasing contaminants and decreasing initial discharge capacity. Outside the range of 0.70-6 H / V, these desired properties are hardly obtained.
[0027]
V of the present invention2O5・ NH2O confers a high degree of reversibility to the standard lithium test cells set forth herein. 99% of the available capacity will be recovered by recharging. It is shown schematically in FIGS. This indicates the discharge for Examples 10 and 16, respectively, shown below. In each case, a charge cycle representing the reversal of the discharge cycle follows. As can be seen, low polarization was observed. Examples 10 and 16 represent the same composite, with the difference that Example 16 includes the coated carbon composition and Example 10 does not. The polarization of the coated carbon sample indicates that the uncoated V on the carbon is low, as indicated by the very close curves in the low voltage region.2O5・ NH2Less than that of the O sample. This beneficial effect of the coated carbon composition becomes even more pronounced as the rate of discharge and charge increases.
[0028]
Cycle life is defined as the number of charge and discharge cycles. The test coin cell will be marked before the discharge capacity is reduced to 80% of its initial value. It is believed by the inventors herein that the cycle life reaches an optimum value at an H / V ratio of about 4. In other words, it is assumed that there is some trade-off between yield and on the one hand initial discharge capacity and on the other hand cycle life.
[0029]
Further, in practicing the present invention, it is found that the initial discharge capacity is due to the cation of the vanadium salt used in the method of the present invention. The highest initial discharge capacity is V2O5・ NH2O is NH4VO3, LiVO3Or MgV2O6Achieved when manufactured from
[0030]
Those skilled in the art will appreciate that the V2O5・ NH2It is understood that the requirements for any application of O involve different trade-offs for some of the process variables set forth herein, resulting in a product that is most suitable for that application. Will be.
[0031]
In one preferred embodiment of the method of the present invention, elemental carbon (eg, carbon black) is slurried in a vanadium salt solution prior to acid addition. In practicing the present invention, carbon black is added to the water before the vanadium salt is dissolved therein, at the same time as the vanadium salt is dissolved, or after the vanadium salt is dissolved. After the acid has been added in the manner indicated above, the resulting precipitated product is2O5・ NH2It is a finely dispersed powder of carbon black coated with O. This is highly preferred for use with secondary or rechargeable lithium batteries. The coated carbon black product is V2O5・ NH2It exhibits a high initial discharge capacity characteristic of O, with low polarization, high capacity retention at high discharge rates, and high vanadium utility or energy efficiency. The amount of carbon black found suitable for practicing the present invention depends on the final free carbon -V2O5・ NH2The amount is in the range of 1 to 12% by weight, preferably 4 to 8% by weight of the total weight of the dry powder of O. 1-12% by weight corresponds to a carbon-vanadium molar ratio of about 0.1-1.2. In this case, n to 1.2 are preferable values.
[0032]
Any form of finely dispersed elemental carbon is suitable for practicing the present invention. Super P carbon black [MMM S. A. {Commercially available from Carbon (Brussels, Belgium)] is one of these suitable elemental carbons and is about 62 m2/ G surface area. For carbon blacks suitable for use in the present invention, higher surface areas are believed to be preferred over lower surface areas, although there is no particular limitation regarding surface area. In one embodiment, the carbon black is first slurried separately in an aqueous dispersion, and the resulting slurry is added to a heated vanadate solution.
[0033]
The method of the present invention will be performed in both batch and continuous modes. A continuous process using a recycle stream of unprecipitated vanadate is particularly desirable when the reaction is operated under relatively low yield conditions.
[0034]
In the method of the present invention, it is preferred that the values of x and y are reduced to near zero, and that any other residual ionic contaminants such as adsorbed protons are also removed. This is achieved by thoroughly washing the product precipitated in water, followed by filtration.
[0035]
In the art of electrochemical cell fabrication, the V2O5・ NH2By combining an electrode active material such as O with carbon black and a binder resin, an electrode composition is formed to provide improved electronic conductivity, as well as excellent physical integrity, to the electrode composition. It is well known. However, in practice, 8% by weight of carbon black is found to represent a typical practical maximum carbon black concentration. Because amounts of more than 8% often have the undesirable consequence of making the electrode composition less workable and brittle. The present invention solves the problem of incorporating additional elemental carbon into the composition and minimizes the detrimental effect on the physical integrity of the electrode composition formed by its implementation. For example, preferred electrode compositions of the present invention include V2O5・ NH2O-coated carbon black compositions are included. It incorporates 8% carbon black formed by the method of the present invention, as indicated above. The composition will be combined with an additional 8% of carbon black and a binder resin to form a tough, moldable electrode composition as taught in the art. It has improved electrochemical performance as expected from 16% carbon black and higher total carbon black concentration in the electrode composition.
[0036]
Suitable binder resins include EPDM rubber, polyvinylidene fluoride, and copolymers with, for example, hexafluoropropylene, as well as other resins known in the art that are suitable for this purpose. The binder resin is usually first dissolved in a temporary solvent before being combined with the other components of the electrode. Suitable solvents are well known in the art and include acetone, cyclohexane and cyclopentanone. Not all binders suitable for practicing the invention need be dissolved in the solvent.
[0037]
In practicing the present invention, V2O5・ NH2The electrode composition of the present invention comprising elemental carbon coated with O2O5・ NH2When O is not coated on elemental carbon,2O5・ NH2It has been found that there are significant advantages over similar electrode compositions comprising O. These advantages include reduced polarization in the charge / discharge cycle, higher initial discharge capacity / g vanadium, and even lower initial discharge capacity with increasing discharge rate.
[0038]
V2O5・ NH2The method of the present invention for producing O-coated carbon may also be used to add or dope other elements. For example, V2O5・ NH2If a transition metal or metal compound is added before precipitating O, a chemically modified precipitation product is obtained after addition of the acid. This is the general formula MXBZV2O5Ay・ NH2It has O. Where M is V of the present invention.2O5・ NH2A cation derived from the vanadate from which O was precipitated, and x = 0.0-0.7; A is an anion derived from the acid, and y = 0.0-0.7 And B is a transition (main group) or rare earth metal, and z = 0.0 to 1.0, and n = 0.1 to 2.0.
[0039]
The invention is further described in the following specific embodiments. Those skilled in the art will appreciate that the present invention is capable of numerous modifications, substitutions and rearrangements without departing from the spirit or essential characteristics of the invention.
[0040]
Most of the specific embodiments described below involve the formation of a standard electrochemical cell, wherein the electrode composition of the embodiment is used as a cathode to a lithium metal anode. Lithium-ion batteries are also formed by the method of the present invention and will be preferred in numerous applications.
[0041]
Lithium-ion batteries are assembled in a charged state, either by using an anode material that already contains a suitable cyclable lithium, or by some of its parts. This will be achieved in a manner known to those skilled in the art. For example, by contacting lithium metal or some other source of lithium with a carbon-based anode material in a battery assembly that would be able to accommodate the required cyclable lithium in a carbon structure. Other means for using the claimed materials in lithium-ion batteries include the intentional pre-lithiation step of vanadium oxide hydrate, for example, by either chemical or electrochemical means. There will be. This would increase the lithium content in the claimed materials to higher levels, which is desirable for use in lithium-ion batteries having an initial discharge anode. An example of a lithium ion battery is shown in Example 17.
[0042]
[Table 1]
Figure 2004511407
[0043]
Example
In the following Examples 1-16, vanadium oxide hydrate was formed and then combined with other materials known in the art to form electrodes for incorporation into lithium batteries. All these steps were accomplished according to the methods set forth below. The lithium discharge capacity of the coin battery thus formed was measured. The results are shown in FIG.2O5・ NH2Plotted against the vanadium acid ratio used in forming O.
[0044]
Example 1
LiVO318.2 g of deionized H in a 1 liter Pyrex beaker while stirring with a Teflon-coated magnetic stir bar2O was added to about 450 ml. The contents of the beaker were heated to boiling to form a solution. While stirring, concentrated HNO3$ 7.5 ml was added to the boiling solution. The resulting solution was kept boiling for 5 minutes with stirring. The H / V ratio was 0.7.
[0045]
The beaker was then removed from the heat and stirring was continued at room temperature for 3.5 hours. The unwashed gel precipitate was collected on filter paper by suction filtration. The product was filtered slowly enough. The filtrate was orange. This indicated that significant amounts of unprecipitated vanadium were present. The filtrate had a pH of about 3 as measured on a piece of multicolored pH paper. The filter cake was dried overnight under an IR heating lamp to give 7.4 g of material. (Li)0.07V2O5(NO3)0.07・ 0.9H2The composition of O was obtained from chemical and thermogravimetric analysis. Based on this composition, a product yield of 42% was calculated. In the X-ray powder diffraction pattern, V2O5・ NH2Only the O line was shown.
[0046]
After milling to produce a powder, the powder was sieved through a 200 mesh screen to obtain a powder suitable for producing a cathode. To make the electrode, 1.5000 g of powder, 0.1364 g of Super P carbon black (commercially available from MMM SA Carbon, Brussels, Belgium), and 4 weight of EPDM rubber in cyclohexane % Solution @ 1.705 g. Further, 2.5 mL of cyclohexane was added to improve the fluidity. The mixture was placed in a capped glass vial and shaken on a mechanical shaker for 15 minutes to form a cathode paste.
[0047]
The cathode paste was applied to a sheet of Teflon® FEP (EI du Pont de Nemours and Company, Wilmington DE) and stretched using a doctor blade with a 15 mil gap to form a film. The dried film (consisting of powder 88% by weight, binder 4% by weight, and carbon black 8% by weight) was inserted between Kapton® polyimide sheets (DuPont) and passed through a calendar roller at 2000 psi and 110 ° C. Hot pressing was performed to form a reinforced electrode sheet suitable for use as a cathode in a lithium battery. The thickness of the sheet was 115 micrometers.
[0048]
The resulting reinforced electrode sheet was used as a cathode for a Li metal anode of an electrochemical cell. LiPF in EC / DMC (ethylene carbonate / dimethyl carbonate)6Served as an electrolyte solution. A glass fiber separator was used between the electrodes. The cathode, anode and separator disks were cut with a punch. In a dry nitrogen atmosphere, the cathode and separator pieces are immersed in an electrolyte solution, then stacked with Li in a coin cell pan and sealed under pressure using a 2325 Coin Cell Crimper System (manufactured by National Research Research Council of Canada). did. Coin cells were tested as described above. The initial discharge capacity was measured to be 315 mAh / g.
[0049]
Example 2
Anhydrous V2O5$ 15.6 g and LiOH.H2O 7.2 g was combined with deionized water 900 ml and treated as in Example 1 to2O5・ NH2O was formed. However, rare H2SO4(Dark H2SO43.6 ml H2(Prepared in combination with O @ 40 ml) was added to the boiling solution and the heating time after the acid addition was 35 minutes. The H / V ratio was 0.75.
[0050]
Then, the beaker was removed from the heat source and stirring was stopped. Unwashed gel-like solids (which did not settle after 1 hour) were collected on filter paper by suction filtration. The product was filtered slowly enough. The filtrate was orange. This indicated that significant amounts of unprecipitated vanadium were present. The filtrate had a pH of about 3 as measured on a piece of multicolored pH paper. The filter cake was spread on a large cover glass and dried at room temperature for 4 days and under an IR heating lamp for 2 hours to obtain 12.5 g of dry powder. Impurity layer (Li2SO4・ H2O (probably O) was observed by X-ray powder diffraction. Non-reactive impurities have the effect of diluting the active material and reducing the total Li insertion capacity. A product yield of 65% was expected.
[0051]
Then, the obtained V2O5・ NH2The dried powder of O was processed and combined as described in Example 1 to form an electrode having a thickness of 108 micrometers. It was incorporated into a coin battery as in Example 1. The initial discharge capacity was found to be 265 mAh / g.
[0052]
Example 3
LiVO318.2 g was combined with ml900 ml of deionized water and treated as in Example 1 to2O5・ NH2O was formed. However, rare H2SO4(Dark H2SO44.8 ml to H2(Prepared in combination with O 20 ml) was added to the boiling solution and the heating time after the acid addition was 15 minutes. The H / V ratio was 1.0.
[0053]
Then, the beaker was removed from the heat source and stirring was stopped. The solid was allowed to settle until it was cold enough to touch the beaker. About 400 ml of the supernatant was decanted. The decanted supernatant was pale yellow. This indicated that some unprecipitated vanadium was present.
[0054]
About 400 ml of fresh water was added to the sediment of the beaker. This was then stirred for about 1 minute to slurry with water. The precipitate was allowed to settle for 10 minutes and about 500 ml of the supernatant was decanted. New H2About 500 ml of O was added and slurried for 1 minute. The precipitate was allowed to settle for about 20 minutes, and the supernatant was again decanted.
[0055]
The solid was collected on filter paper by suction filtration. The filtrate had a pH of about 3 as measured on a piece of multicolored pH paper. The filter cake was spread on a large cover glass and dried under an IR heating lamp to give 17.2 g of dry powder. (Li)0.14V2O5(SO4)0.071.1H2The composition of O was obtained from chemical and thermogravimetric analysis. Based on this composition, a product yield of 97% was calculated. In the X-ray powder diffraction pattern, V2O5・ NH2Only the O line was shown.
[0056]
Then, the obtained V2O5・ NH2The dry powder of O was processed and combined as described in Example 1 to form an electrode having a thickness of 115 micrometers. It was incorporated into a coin battery as in Example 1. The initial discharge capacity was found to be 355 mAh / g.
[0057]
Example 4
Anhydrous V2O5$ 50.0g and LiOH.H223.1 g of O was combined with 350 ml of deionized water in a 600 ml Pyrex beaker, stirred with a Teflon-coated magnetic stir bar, and heated to about 80 ° C. to form a solution. With stirring, 50 ml of concentrated HCl was added to the hot solution. The H / V ratio was 1.1. After 15 minutes, heating and stirring were stopped and the slurry was cooled to room temperature.
[0058]
The solid was collected on filter paper by suction filtration. The filter cake was dried under an IR heating lamp overnight, then reslurried with about 500 ml of fresh deionized water, collected again on filter paper by suction filtration and dried under IR heating. Li0.2V2O5Cl0.2・ 0.5H2O composition, two-step reaction
Li0.2V2O5Cl0.2・ 0.5H2O → Li0.2V2O5+ 0.5H2O + 0.1Cl2
Was obtained from thermogravimetric analysis, assuming In the X-ray powder diffraction pattern, V2O5・ NH2Only the O line was shown.
[0059]
Then, the obtained V2O5・ NH2The dried powder of O was processed and combined as described in Example 1 to form a 90 micrometer thick electrode. However, the amounts of the active material, EPDM binder and carbon black were 90% by weight, 2% by weight and 8% by weight, respectively. It was incorporated into a coin battery as in Example 1. The initial discharge capacity was found to be 378 mAh / g.
[0060]
Example 5
NH4VO320.1 g was combined with 450 ml of deionized water and treated as in Example 1 to2O5・ NH2O was formed. However, concentrated HNO315 ml was added to the boiling solution and the heating time after the acid addition was 5 minutes. The H / V ratio was 1.4.
[0061]
The beaker was then removed from the heat and stirring continued until the beaker was cold enough to touch. After collecting the solids on filter paper by suction filtration, the wet solids were slurried in 350 ml of fresh deionized water by stirring with a magnetic stir bar for 1 minute and then collected as described above. The solid was again slurried with a new 350 ml portion of water and collected as described above. The filtrate now had a pH of about 3. The filter cake was dried at 110 ° C. in air. 15.4 g of the product was obtained. (NH4)0.1V2O5(NO3)0.1・ 0.8H2The composition of O was obtained from thermogravimetric analysis. Based on this composition, a product yield of 88% was calculated. In the X-ray powder diffraction pattern, V2O5・ NH2Only the O line was shown.
[0062]
Then, the obtained V2O5・ NH2The dried powder of O was processed and combined as described in Example 1 to form an electrode having a thickness of 125 micrometers. It was incorporated into a coin battery as in Example 1. The initial discharge capacity was found to be 367 mAh / g.
[0063]
Example 6
LiVO318.2 g was combined with ml450 ml of deionized water and treated as in Example 1 to2O5・ NH2O was formed. However, concentrated HNO315 ml was carefully added to the boiling solution and the heating time after the acid addition was 10 minutes. The H / V ratio was 1.4.
[0064]
The beaker was then removed from the heat and allowed to cool to about room temperature. After collecting the solids on filter paper by suction filtration, the wet solids were slurried in 400 ml of fresh deionized water by stirring with a magnetic stir bar for 1 minute and then collected as described above. The filtrate had a pH of about 1 as measured on a piece of multicolored pH paper. The filter cake was dried under an IR heating lamp to give 乾燥 15.5 g of dry product. (Li)0.05V2O5(NO3)0.05・ 1H2The composition of O was obtained from chemical and thermogravimetric analysis. Based on this composition, a product yield of 89% was calculated. In the X-ray powder diffraction pattern, V2O5・ NH2Only the O line was shown.
[0065]
Then, the obtained V2O5・ NH2The dried powder of O was processed and combined as described in Example 1 to form a 110 micrometer thick electrode. It was incorporated into a coin battery as in Example 1. The initial discharge capacity was found to be 340 mAh / g.
[0066]
Example 7
NH4VO320.1 g was combined with 900 ml of deionized water and treated as in Example 5 to2O5・ NH2O was formed. However, the heating time after the addition of the acid was 20 minutes.
[0067]
Then, the beaker was removed from the heat source and stirring was stopped. The solids settled quickly and settled for 5 minutes. About 600 ml of the supernatant was decanted. The decanted supernatant was pale yellow. This indicated that some unprecipitated vanadium was present. New H2About 700 ml of O was added to the beaker sediment and then stirred for about 1 minute to slurry with water. The precipitate was allowed to settle for 10 minutes and about 700 ml of the supernatant was decanted. New H2About 700 ml of O was added and slurried for 1 minute. The precipitate was allowed to settle for about 20 minutes, and the supernatant was again decanted. The supernatant was about pH 2. The product was easily and quickly collected on filter paper by suction filtration. The wet cake was crushed on a large cover glass and dried in air at room temperature for 3.5 days to give 15.8 g of material. The bulky product was easily powdered in a mortar. (NH4)0.1V2O5(NO3)0.1・ 0.7H2The composition of O was obtained from thermogravimetric analysis. In the X-ray powder diffraction pattern, V2O5・ NH2Only the O line was shown. Based on this composition, a product yield of 91% was calculated.
[0068]
Then, the obtained V2O5・ NH2The dried powder of O was processed and combined as described in Example 1 to form a 130 micrometer thick electrode. It was incorporated into a coin battery as in Example 1. The initial discharge capacity was found to be 370 mAh / g.
[0069]
Example 8
NH4VO38.2 g, combined with 150 ml deionized water, treated as in Example 1,2O5・ NH2O was formed. However, concentrated HNO3$ 6.6 ml was added and the heating time after the acid addition was 2 minutes. The H / V ratio was 1.5.
[0070]
The beaker was then removed from the heat and stirring was continued until the beaker was warm enough to touch. The product was easily and quickly collected on filter paper by suction filtration. The unwashed cake was dried under an infrared heating lamp overnight.
[0071]
(NH4)0.1V2O5(NO3)0.1・ 1H2The composition of O was obtained from thermogravimetric analysis. In the X-ray powder diffraction pattern, V2O5・ NH2Only the O line was shown.
[0072]
Then, the obtained V2O5・ NH2The dried powder of O was processed and combined as described in Example 1 to form an electrode having a thickness of 120 micrometers. However, the amounts of the active material, EPDM binder and carbon black were 90% by weight, 2% by weight and 8% by weight, respectively. It was incorporated into a coin battery as in Example 1. The initial discharge capacity was found to be 383 mAh / g.
[0073]
Example 9
MgV2O618.3 g of V as in Example 32O5・ NH2Used to produce O. However, concentrated H in 20 ml of deionized water2SO49.5 ml of solution was added. The H / V ratio was 2.1.
[0074]
Then, the beaker was removed from the heat source and stirring was stopped. The solids settled quickly and settled for 5 minutes. About 700 ml of the supernatant was decanted. The decanted supernatant was pale yellow. This indicated that some unprecipitated vanadium was present. New H2About 700 ml of O was added to the sediment of the beaker. This was then slurried with water with stirring for about 1 minute. The precipitate was allowed to settle for 10 minutes and about 700 ml of the supernatant was decanted. The washing / decanting step was repeated twice more. The supernatant from the last wash had a pH of 3-4. The product was easily and quickly collected on filter paper by suction filtration. The wet cake was ground on a large cover glass and dried in air at room temperature for 2.5 days and under an infrared heating lamp for 5 hours. As a result, 16.3 g was obtained. The product was easily powdered in a mortar. A product yield of 96% was estimated. In the X-ray powder diffraction pattern, V2O5・ NH2Only the O line was shown.
[0075]
Then, the obtained V2O5・ NH2The dried powder of O was processed and combined as described in Example 1 to form a 123 micrometer thick electrode. It was incorporated into a coin battery as in Example 1. The initial discharge capacity was found to be 365 mAh / g.
[0076]
Example 10
NH4VO320.1 g was combined with 900 ml of deionized water and treated as in Example 1 to2O5・ NH2O was formed. However, deionized H2O concentrated H in 25 ml2SO49.6 ml of solution was used and the heating time after the acid addition was 20 minutes. The H / V ratio was 2.
[0077]
Then, the beaker was removed from the heat source and stirring was stopped. The solid settled out quickly. Washing was performed as described in Example 7. The final supernatant was about pH 2. The product was easily and quickly collected on filter paper by suction filtration. The wet cake was easily crushed on a large cover glass and dried in a typical manner to give 16.2 g of product. The bulky material was easily powdered in a mortar. (NH4)0.12V2O5(SO4)0.06・ 0.8H2The composition of O was obtained from chemical and thermogravimetric analysis. Based on this composition, a product yield of 92% was calculated. The product was shown to be non-fibrous by SEM images up to 30,000 ×. In the X-ray powder diffraction pattern, V2O5・ NH2Only the O line was shown.
[0078]
Then, the obtained V2O5・ NH2The dried powder of O was processed and combined as described in Example 1 to form a 130 micrometer thick electrode. It was incorporated into a coin battery as in Example 1. The initial discharge capacity was found to be 370 mAh / g.
[0079]
Example 11
Example 10 was repeated. However, deionized H2O concentrated H in 40ml2SO49.6 ml of solution was used and the heating time after acid addition was 60 minutes. The H / V ratio was 2. 15.4 g of product was recovered.
[0080]
(NH4)0.12V2O5(SO4)0.06・ 0.6H2The composition of O was obtained from thermogravimetric analysis. Based on this composition, a product yield of 89% was calculated. In the X-ray powder diffraction pattern, V2O5・ NH2Only the O line was shown.
[0081]
Then get V2O5・ NH2The dried powder of O was processed and combined as described in Example 1 to form an electrode having a thickness of 125 micrometers. It was incorporated into a coin battery as in Example 1. The initial discharge capacity was found to be 374 mAh / g.
[0082]
Example 12
Example 7 was repeated. However, concentrated HNO3$ 30 ml was added. The H / V ratio was 2.8. After washing and drying as in Example 7, 12.4 g of material was recovered. (NH4)0.09V2O5(NO3)0.09・ 0.5H2The composition of O was obtained from thermogravimetric analysis. Based on this composition, a product yield of 73% was calculated. In the X-ray powder diffraction pattern, V2O5・ NH2Only the O line was shown.
[0083]
Then, the obtained V2O5・ NH2The dry powder of O was processed and combined as described in Example 1 to form an electrode having a thickness of 115 micrometers. It was incorporated into a coin battery as in Example 1. The initial discharge capacity was found to be 350 mAh / g.
[0084]
Example 13
Example 10 was repeated. However, deionized H2O concentrated H in 40ml2SO419.2 ml of solution was used. The H / V ratio was 4. 13.6 g of product was recovered. (NH4)0.12V2O5(SO4)0.06・ 1H2The composition of O was obtained from thermogravimetric analysis. Based on this composition, a product yield of 76% was calculated. In the X-ray powder diffraction pattern, V2O5・ NH2Only the O line was shown.
[0085]
Then, the obtained V2O5・ NH2The dry powder of O was processed and combined as described in Example 1 to form an electrode having a thickness of 115 micrometers. It was incorporated into a coin battery as in Example 1. The initial discharge capacity was found to be 325 mAh / g.
[0086]
Example 14
Example 3 was repeated. However, deionized H2O concentrated H in 50ml2SO419.2 ml of solution was used and the heating time after the acid addition was 20 minutes. The H / V ratio was 4. After washing and drying, 10.8 g of product was obtained. A product yield of 62% was estimated. In the X-ray powder diffraction pattern, V2O5・ NH2Only the O line was shown.
[0087]
Then, the obtained V2O5・ NH2The dry powder of O was processed and combined as described in Example 1 to form a 98 micrometer thick electrode. It was incorporated into a coin battery as in Example 1. The initial discharge capacity was found to be 321 mAh / g.
[0088]
Example 15
Example 10 was repeated. However, deionized H2O concentrated H in 50ml2SO428.8 ml of solution was used. The H / V ratio was 6. 9.6 g of product was recovered. A product yield of 55% was estimated. In the X-ray powder diffraction pattern, V2O5・ NH2Only the O line was shown.
[0089]
Then, the obtained V2O5・ NH2The dried powder of O was processed and combined as described in Example 1 to form an electrode having a thickness of 105 micrometers. It was incorporated into a coin battery as in Example 1. The initial discharge capacity was found to be 272 mAh / g.
[0090]
Example 16
NH4VO320.1 g of deionized H in a 1 liter Pyrex beaker while stirring with a Teflon-coated magnetic stir bar.2O was added to about 900 ml. The contents of the beaker were heated to boiling to form a solution. 1.56 g of Super @ P carbon black (commercially available from MMM @ SA Carbon, Brussels, Belgium) is deionized H2Shake in O 100 ml to make a slurry. The resulting slurry was stirred into the boiling solution. The amount of carbon black added will represent 88% by weight of carbon in the product.
[0091]
While stirring, the vanadium-solution / carbon-black mixture was reheated to boiling point.
[0092]
Dark H2SO49.6 ml of deionized H2O diluted in 30-40 ml and the diluted acid was added to the boiling composition with stirring. The H / V ratio was 2. The resulting mixture was kept boiling while stirring for 15 minutes.
[0093]
Then, the beaker was removed from the heat source and stirred for 1 hour. The solid was allowed to settle for 5 minutes. The warm supernatant was decanted.
[0094]
The precipitate is washed with H2Reslurry in a fresh aliquot of O for about 1 minute. The precipitate was again allowed to settle for about 10 minutes, and the supernatant was decanted. A second aliquot of fresh water was added and the washing and solids separation steps were repeated.
[0095]
The washed, sedimented precipitate was collected on filter paper by suction filtration. The filter cake was chopped into small pieces and dried in air for about 64 hours, followed by drying under an IR heat lamp for 4 hours. In the X-ray powder diffraction pattern, V2O5・ NH2Only the O line was shown.
[0096]
After pulverization to produce a powder, the powder was sieved through a 200 mesh sieve to obtain a powder suitable for producing a cathode. The product was found by SEM to be non-fibrous up to 30,000 times magnification.
[0097]
Two electrodes were made with different binders. One electrode was fabricated as described in Example 1 to form a 120 micrometer thick electrode. It was incorporated into a coin battery as in Example 1. The initial discharge capacity was found to be 350 mAh / g.
[0098]
For the other electrodes, 1.000 g of powder was combined with 0.1000 g of MMM Super P carbon black, 0.15539 g of Kynarflex manufactured by Elf Atochem, 0.285 g of dibutyl phthalate, and 4.6 ml of acetone. The mixture was placed in a capped glass vial and shaken on a mechanical shaker for 15 minutes.
[0099]
The cathode paste was spread on a sheet of Teflon® FEP and stretched using a doctor blade with a 10 mil gap to form a film. After evaporation of the acetone, dibutyl phthalate was extracted with dimethyl ether. The dried film (consisting of active powder 79.8% by weight, binder 12.2% by weight, and carbon black 8% by weight) was inserted between Kapton® sheets and calender rolled at 2000 psi and 110 ° C. To form a reinforced electrode sheet suitable for use as a cathode in a lithium battery. The thickness of the sheet was 86 micrometers.
[0100]
The cathode sheet disk was cut with a punch and assembled into a coin battery as described in Example 1. The initial discharge capacity was found to be 357 mAh / g.
[0101]
Example 17
The electrode of Example 16 was used as a cathode of a Li-ion electrochemical cell. The anode consisted of lithiated graphite. This formed a coin cell by reacting a thin disk of Li metal and graphite at room temperature.
[0102]
6.0000 g of graphite powder {MCMB25-28 (Osaka Gas Company, Japan)}, 0.1936 g of Super P carbon black (MMM SA Carbon, Brussels, Belgium), and 0.1936 g of a 4% by weight solution of EPDM rubber in cyclohexane. Combined with 452 g. Further, 2.0 mL of cyclohexane was added to improve the fluidity. The mixture was placed in a capped glass vial and shaken on a mechanical shaker for 15 minutes to form a graphite paste.
[0103]
The graphite paste was applied to a sheet of Teflon® FEP (DuPont @ Company, Wilmington, DE) and stretched using a doctor blade with a 40 mil gap to form a film. After drying, a film (consisting of graphite 93% by weight, binder 4% by weight, and carbon black 3% by weight) was inserted between Kapton® polyimide sheets (DuPont) and calendered at 2000 psi and 110 ° C. And hot pressing to form a reinforced electrode sheet. The thickness of the sheet was about 295 micrometers.
[0104]
Disks of cathode, graphite, Li metal, and fiberglass separator were cut with a punch. The graphite and Li metal were placed in a glove box in a dry nitrogen environment. In a glove box, the cathode and separator pieces were replaced with LiPF in EC / DMC (ethylene carbonate / dimethyl carbonate).6Immersed in an electrolyte solution consisting of and then stacked on a coin cell pan along two graphite discs and one Li disc (the Li disc has a thickness of about 100 micrometers) to form a 2325 {Coin} Cell {Crimper} System ( Sealed under pressure using National Research Research Council of Canada.
[0105]
The coin cell was left for 90 hours before testing. The amounts of graphite and Li metal are approximately LiC10And the same Li-graphite composition. This was thought to indicate that no Li metal would remain in the coin cell prior to testing. Coin cells were tested according to the standard methods used herein. However, the voltage range is 1.5-4.0 volts to 1.4-3.9 volts since the voltage of the lithium-graphite anode is observed to be about 0.09 volts for Li metal. Was adjusted to. In the above non-optimized coin cell assembly, 92% of the initial discharge capacity obtained in Example 16 was obtained for the Li-ion battery of this example.
[0106]
Example 18
Example 10 was repeated. However, the heated solution was cooled to room temperature before the acid was added.
[0107]
After 10 minutes, only a small amount of solids had formed. More solids were observed after 1 hour. Even more solids formed after stirring overnight. The supernatant was found to contain soluble unprecipitated vanadium. The supernatant was decanted and the solid was slurried with fresh deionized water by stirring for about 1 minute. The precipitate was allowed to settle for about 10 minutes. The supernatant wash was pH 3 as measured on a multicolored pH paper strip. The washed, sedimented precipitate was collected on filter paper by suction filtration. The filter cake was chopped into small pieces and dried in air overnight. As a result, 14 g was obtained.
[0108]
The formation of the desired product was confirmed by X-ray powder diffraction. (NH4)0.14V2O5(SO4)0.07・ 1.1H2The composition of O was obtained from thermogravimetric analysis. Based on this composition, a product yield of 77% was calculated. In the X-ray powder diffraction pattern, V2O5・ NH2Only the O line was shown.
[0109]
Then, the obtained V2O5・ NH2The dry powder of O was processed and combined as described in Example 1 to form a 120 um thick electrode. It was incorporated into a coin battery as in Example 1. The Li capacity was found to be 330 mAh / g according to the method described above.
[0110]
Example 19
NH4VO320.1 g of deionized H in a 1 liter Pyrex beaker while stirring with a Teflon coated magnetic stir bar.2O was added to about 900 ml. The contents of the beaker were heated to boiling to form a solution. Subsequently, the solution was cooled to room temperature. While stirring, concentrated H2SO4(H219.2 ml of O (diluted with 50 ml) was added to the solution. The acid proton to vanadium ratio was 4. After 4 hours, only traces of solids had formed.
[0111]
Example 20
Example 10 was repeated. However, the temperature of the solution was reduced to 45 ° C. before the acid was added.
[0112]
The reaction was kept at about 45 ° C. overnight. The acid proton to vanadium ratio was 2. The supernatant was found to contain some soluble unprecipitated vanadium. The supernatant was decanted and the solid was slurried with fresh deionized water by stirring for about 1 minute. The precipitate was allowed to settle for about 10 minutes. The supernatant had a pH of 2-3 as measured on a piece of multicolor pH paper. The washed, sedimented precipitate was collected on filter paper by suction filtration. The filter cake was chopped into small pieces and dried in air to give 15.8 g of product. In X-ray powder diffraction, the product consists mainly of the desired substance plus some (NH4)2V6O16It was shown to consist of. V2O5・ H2The estimated yield of O is 10% (NH4)2V6O1675-80% assuming impurities.
[0113]
The resulting dry mixed phase powder was then processed and combined as described in Example 1 to form a 120 um thick electrode. It was incorporated into a coin battery as in Example 1. The lithium capacity was found to be 329 mAh / g according to the method described above.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an initial discharge capacity determined as a function of an H / V ratio in Examples 1 to 16.
FIG. 2a shows a scanning electron micrograph at 10,000 magnification for the non-fibrous product of Example 10.
FIG. 2b shows a scanning electron micrograph at 30,000 magnification for the non-fibrous product of Example 10.
FIG. 3a shows a scanning electron micrograph at 10,000 magnification for the non-fibrous product of Example 16.
FIG. 3b shows a scanning electron micrograph at 30,000 magnification for the non-fibrous product of Example 16.
FIG. 4 shows an initial discharge curve and a first recharge curve. This indicates milliamp-hour / g of the electrode active material: voltage measured in Example 10.
FIG. 5 shows an initial discharge curve and a first recharge curve. This indicates milliamp-hour / g of the electrode active material: voltage measured in Example 16.

Claims (13)

・nHO(式中、MはNH 、Na、K、Rb、CsおよびLiよりなる群から選択され、AはNO 、SO −2およびClよりなる群から選択され、0<x<0.7、0<y<0.7、ならびに0.1<n<2である)の製造方法であって、
バナジン酸塩を水と組み合わせて溶液を形成し、そして
該溶液に強無機酸を添加し、その際酸プロトン対バナジウムのモル比が0.70:1〜6:1の範囲内であること、
を含んでなるM・nHOの製造方法。
M x V 2 O 5 A y · nH 2 O ( wherein, M is NH 4 +, Na +, K +, Rb +, is selected from Cs + and Li + the group consisting, A is NO 3 -, SO 4 -2 and Cl - is selected from the group consisting of a method of manufacturing a 0 <x <0.7,0 <y < 0.7, and a 0.1 <n <2),
Combining the vanadate with water to form a solution, and adding a strong inorganic acid to the solution, wherein the molar ratio of acid proton to vanadium is in the range of 0.70: 1 to 6: 1;
M x V 2 O 5 A y · nH 2 O production method comprising.
前記溶液を、前記強無機酸を添加する前に、80℃ないし該溶液の沸点の範囲内の温度に加熱する工程をさらに含んでなる請求項1に記載の方法。2. The method of claim 1, further comprising the step of heating the solution to a temperature in the range of 80 <0> C to the boiling point of the solution before adding the strong inorganic acid. 元素状炭素を、前記酸を添加する前に、前記溶液中に分散する工程をさらに含んでなる請求項1に記載の方法。2. The method of claim 1, further comprising the step of dispersing elemental carbon in the solution before adding the acid. 前記モル比が、1:1〜4:1の範囲内である請求項1に記載の方法。The method of claim 1, wherein said molar ratio is in the range of 1: 1 to 4: 1. 前記溶液におけるバナジン酸塩の濃度が0.1〜1モルの範囲内である請求項1に記載の方法。The method of claim 1 wherein the concentration of vanadate in said solution is in the range of 0.1 to 1 molar. 炭素の濃度が、最終生成物において、炭素 + M・nHOの全重量の1〜12重量%である請求項3に記載の方法。The concentration of carbon in the final product The method of claim 3 1-12% by weight of the total weight of carbon + M x V 2 O 5 A y · nH 2 O. 前記炭素の濃度が、最終生成物において、炭素 + M・nHOの全重量の4〜8重量%である請求項3に記載の方法。The concentration of the carbon in the final product The method of claim 3 which is 4 to 8% by weight of the total weight of carbon + M x V 2 O 5 A y · nH 2 O. 非繊維状M・nHO(式中、MはNH 、Na、K、Rb、CsおよびLiよりなる群から選択され、AはNO 、SO −2およびClよりなる群から選択され、0<x<0.7、ならびに0.1<n<2.0である)を含んでなる組成物であって、315〜400mAh/gの初期放電容量によって特徴づけられる組成物。During non-fibrous M x V 2 O 5 A y · nH 2 O ( wherein, M is NH 4 +, Na +, K +, Rb +, is selected from Cs + and Li + the group consisting, A is NO 3 -, SO 4 -2 and Cl - is selected from the group consisting of, a 0 <x <0.7, as well as compositions comprising 0.1 <n <a 2.0), 315~400mAh / G initial discharge capacity. 炭素 + M・nHOの全重量の1〜12重量%の元素状炭素をさらに含んでなり、その際該M・nHOは炭素上の被覆物として存在する請求項8に記載の組成物。Further comprising a elemental carbon of 1 to 12% by weight of the total weight of carbon + M x V 2 O 5 A y · nH 2 O, the Sai該 M x V 2 O 5 A y · nH 2 O Carbon 9. The composition according to claim 8, which is present as an overcoat. 前記組成物が、炭素 + M・nHOの全重量の4〜8重量%の元素状炭素を含んでなる請求項9に記載の組成物。Wherein said composition The composition of claim 9 comprising 4-8 wt% of elemental carbon in the total weight of carbon + M x V 2 O 5 A y · nH 2 O. 請求項8、9または10に記載の組成物を含んでなる電極。An electrode comprising the composition according to claim 8. 請求項11に記載の電極を含んでなる電気化学的電池。An electrochemical cell comprising the electrode according to claim 11. リチウムまたはリチウム−イオン電池の形態である請求項12に記載の電気化学的電池。13. The electrochemical cell according to claim 12, which is in the form of a lithium or lithium-ion battery.
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