JP2005183395A - 高電位および高リチウム挿入容量の両方を示すリチウム貯蔵電池 - Google Patents
高電位および高リチウム挿入容量の両方を示すリチウム貯蔵電池 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 第一電極の活性材料は、共通の酸素原子により結合された少なくとも2個の四面体、それぞれAO4およびA’O4型、を含んでなる直線的縮合化合物を含んでなる。Ni2+、Co2+、Mn2+、Fe2+およびTi2+からなる群から選択された、酸化度が+2である遷移金属イオンM2+が直線的縮合化合物中に挿入されており、活性材料中に挿入され得るLi+陽イオンの数と、遷移金属イオンM2+の数との比は1より確実に大きい。AおよびA’は、P5+、Si4+、Al3+、S6+、Ge4+およびB3+からなる群から選択される。
【選択図】 なし
Description
本発明は、Li+陽イオンを挿入できる活性材料を含んでなる第一電極と、第二電極とおよび電解質とを少なくとも含んでなるリチウム貯蔵電池に関する。
リチウム貯蔵電池は、特に携帯用装置における独立エネルギー供給源として、ニッケル−カドミウム(Ni−Cd)または金属ニッケル水素化物(Ni−MH)の貯蔵電池に置き換わる傾向がある。リチウム貯蔵電池の性能、より詳しくは比エネルギー密度は、実際にNi−CdNi−MH電池のそれよりも高い。
リチウム貯蔵電池は、少なくとも第一および第二の、それぞれ正および負の電極、および電解質を含んでなる。リチウム電池では、少なくとも正電極は、一般的にリチウム挿入材料またはリチウムインターカレーション材料と呼ばれる活性材料を含んでなる。
−Na4P2O715.95gおよび
−無水Ni2P2O717.48g
をプラネタリーミル中、空気中で12時間混合することにより達成される。
次いで、混合物を空気中、600℃で15分間熱処理し、一般式Na2NiP2O7を有する生成物を得る。Na2NiP2O7生成物1gをLiCl1.52gとエタノール80ml中で混合し、70℃で約12時間攪拌する。次いで、生成物をエタノール、水、次いでアセトンで洗浄し、遠心分離する。次いで、生成物を乾燥炉中に入れ、60℃で数時間乾燥させ、一般式Li1.3Na0.7Ni(P2O7)を有する活性材料を得る。そのような活性材料の単位質量あたりのキャパシタンスは140mAh/gである。
−Na4P2O75.32g、
−Ni(NO3),6H2O17.442g、および
−(NH4)2HPO45.28g
をプラネタリーミル中、空気中で2時間混合することにより達成される。
次いで、混合物を空気中、700℃で16時間熱処理し、一般式Na4Ni3(P2O7)(PO4)2を有する生成物を得る。Na4Ni3(P2O7)(PO4)2生成物1gをLiCl5.36gとペンタノール中で混合し、140℃で約48時間攪拌する。次いで、生成物をエタノール、水、次いでアセトンで洗浄し、遠心分離する。次いで、生成物を乾燥炉中に入れ、60℃で数時間乾燥させ、一般式Li4Ni3(P2O7)(PO4)2を有する活性材料を得る。そのような活性材料の単位質量あたりのキャパシタンスは190mAh/gである。
−Na4P2O77.977g、
−Ni(P2O7)8.741g、
−NaH2HPO47.198g、および
−ショ糖2.283g
をプラネタリーミル中、空気中で12時間混合することにより達成される。
次いで、混合物をアルゴン中、700℃で15分間熱処理し、一般式Na3Ni(P2O7)(PO3)/Cを有する生成物を得る。Na3Ni(P2O7)(PO3)/C生成物1gをLiCl6.69gとペンタノール中で混合し、140℃で約48時間攪拌する。次いで、生成物をエタノール、水、次いでアセトンで洗浄し、遠心分離する。次いで、生成物を乾燥炉中に入れ、60℃で数時間乾燥させ、一般式Li3Ni(P2O7)(PO3)/Cを有する活性材料を得る。そのような活性材料の単位質量あたりのキャパシタンスは160mAh/gである。
−NiO7.47g、
−LiOH.H2O3.388g、および
−SiO212.016g
をプラネタリーミル中、空気中で48時間混合することにより達成される。
次いで、混合物を空気中、600℃で15分間熱処理し、一般式Li2Ni(SiO3)2を有する、SiO4型の単鎖四面体を含んでなる生成物を得る。我々は、単鎖四面体を含んでなる生成物がSiO4型四面体の無限鎖を形成し、各四面体が、共有されていない2個の酸素原子、および鎖中の隣接する他の2個の四面体とそれぞれ共通である2個の酸素原子を含んでなると理解している。その場合、各四面体におけるケイ素と酸素の比は1対3である。そのような活性材料の単位質量あたりのキャパシタンスは240mAh/gである。
Claims (12)
- Li+陽イオンを挿入できる活性材料を含んでなる第一電極と、第二電極とおよび電解質とを少なくとも含んでなるリチウム貯蔵電池であって、
前記活性材料が、共通の酸素原子により結合された少なくとも2個の四面体、それぞれAO4型およびA’O4型、を含んでなる直線的縮合化合物を含んでなり、および酸化度が+2である遷移金属のM2+イオンが挿入されており、
前記活性材料中に挿入され得るLi+陽イオンの数と、遷移金属イオンM2+の数との比が1より確実に大きく、
AおよびA’が、P5+、Si4+、Al3+、S6+、Ge4+およびB3+からなる群から選択されるものであり、
M2+が、Ni2+、Co2+、Mn2+、Fe2+およびTi2+からなる群から選択されるものである、リチウム貯蔵電池。 - 前記活性材料が、下記の一般式(I):
Xは、Li+、Na+およびK+からなる群から選択された、酸化度が+1である、少なくとも一種のアルカリ金属を表し、
Mは、Ni2+、Co2+、Mn2+、Fe2+およびTi2+からなる群から選択された、酸化度が+2である、少なくとも一種の遷移金属を表し、
Zは、金属イオンCu+、Ag+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Zn2+、V2+、Cu2+、Al3+、Ti3+、Cr3+、Fe3+、Mn3+、Ga3+、V3+、Ge4+、Sn4+、Mo4+、Ti4+、V4+、V5+、Ta5+、Nb5+およびMo6+、化学元素O、S、FおよびCl、およびA”O4型の基からなる群から選択された少なくとも一種の元素を表し、
A”は、P5+、Si4+、Al3+、S6+、Ge4+、B3+からなる群から選択された陽イオンであり、
a>1、
bおよびd≧0、
および少なくともeまたはfは>0である)
を有する、請求項1に記載のリチウム貯蔵電池。 - A”がAおよび/またはA’と同一である、請求項2に記載のリチウム貯蔵電池。
- 前記活性材料が、前記縮合化合物と電子伝導性添加剤のナノ分散物の形態にある、請求項1〜3のいずれか一項に記載のリチウム貯蔵電池。
- 前記伝導性添加剤が炭素である、請求項4に記載のリチウム貯蔵電池。
- 前記ナノ分散物が有機結合剤も含んでなる、請求項4または5に記載のリチウム貯蔵電池。
- 前記有機結合剤が、メチルメタクリレート系重合体、アクリロニトリル系重合体、フッ化ビニリデン系重合体、ポリエーテルおよびポリエステルからなる群から選択された重合体により形成される、請求項6に記載のリチウム貯蔵電池。
- 前記第二電極が、金属リチウム、リチウム合金、リチウム合金の酸化リチウム中ナノ分散物、リチウムおよびチタンを含んでなるスピネル構造の材料、リチウムおよび遷移金属窒化物、炭素およびリチウム挿入化合物からなる群から選択された少なくとも一種の材料を含んでなる、請求項1〜7のいずれか一項に記載のリチウム貯蔵電池。
- 前記電解質が、少なくとも前記Li+陽イオンを含んでなる塩により形成される、請求項1〜8のいずれか一項に記載のリチウム貯蔵電池。
- 前記塩が、LiClO4、LiAsF6、LiPF4、LiRFSO3、LiCH3SO3、LiN(RFSO2)2およびLiN(RFSO2)3からなる群から選択されるものであり、
RFが、フッ素原子および炭素数が1〜8であるペルフルオロアルキル基からなる群から選択されるものである、請求項9に記載のリチウム貯蔵電池。 - 前記電解質が非プロトン性極性溶剤も含んでなり、前記非プロトン性極性溶剤中に前記塩が溶解されてなる、請求項9または10に記載のリチウム貯蔵電池。
- 前記貯蔵電池が、前記第一電極と前記第二電極の間に配置され、電解質がしみ込むように設計された分離素子を備えてなる、請求項11に記載のリチウム貯蔵電池。
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