JP2008542979A - リチウム/遷移金属複合酸化物を含む電極材料 - Google Patents
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Abstract
Description
(a)該複合酸化物は、式LiiMmM'm'ZzOoNnFf(I)(式中、
・Li、O、N及びFは、それぞれ、リチウム、酸素、窒素及び弗素を表し;
・Mは、遷移金属から選択される1種以上の元素を表し;
・M'は、遷移金属以外の1種以上の金属を表し;
・Zは少なくとも1種の非金属を表し;
・係数i、m、m'、z、o、n及びfは、該複合酸化物の電気的中性を保証し、且つ、次の条件:
i≧0、m>0、z≧0、m'≧0、o>0、n≧0及びf≧0を満たすように選択される。)に相当し、
(b)該炭素は、共有結合した官能基GFを有し;
(c)該炭素質複合酸化物の粒子及び粒子集合体の寸法は、該粒子の少なくとも90%が1nm〜5μmの寸法であり、また、該粒子が集合体の状態で存在する場合には、該粒子集合体の少なくとも90%が10nm〜10μmの寸法であるというものである
ことを特徴とする。
・性質が親水性であること;
・重合体セグメントを構成すること;
・レドックス特性及び/又は電子伝導性を有すること;
・置換、付加、縮合若しくは重合によって反応することができる官能基FR又は陰イオン重合反応、陽イオン重合反応若しくはラジカル重合反応を開始させることができる官能基を有するか又は当該官能基を構成すること。
・結合剤として作用できる、電解質のポリ(オキシエチレン)セグメント;
・エラストマー特性を有し、機械的結合剤として作用できるセグメント;
・電子伝導を確保することができる共役二重結合を有するセグメント。
(a)該粒子の少なくとも90%が1nm〜5μmの寸法となり、該粒子集合体の少なくとも90%が10nm〜10μmの寸法となるように複合酸化物粒子又は粒子集合体を製造し、ここで、該複合酸化物は、式LiiMmM'm'ZzOoNnFf (式中、
・Li、O、N及びFは、それぞれ、リチウム、酸素、窒素及び弗素を表し;
・Mは、遷移金属から選択される1種以上の元素を表し;
・M'は、遷移金属以外の1種以上の金属を表し;
・zは金属以外の少なくとも1種の元素を表し;
・係数i、m、m'、z、o、n及びfは、該複合酸化物の電気的中性を保証し、且つ、次の条件を満たすように選択される:
i≧0、m>0、z≧0、m'≧0、o>0、n≧0及びf≧0。)
に相当するものとし、
(b)該複合酸化物の粒子又は粒子集合体の表面の少なくとも一部分又は該複合酸化物の粒子又は粒子集合体の先駆物質の表面の少なくとも一部分に炭素を付着させ;
(c)該炭素との共有結合の形成によってGF官能基を結合させる
ことを含み、ここで、これらの工程は、連続的に又は同時に実施できるものとする
ことを特徴とする方法によって得ることができる。
(a)該炭素質複合酸化物を500℃〜900℃の温度のCO2で酸化させる;
(b)該炭素質複合酸化物をコールドプラズマによりO2雰囲気下で処理する;
(c)該炭素質複合酸化物をコールドプラズマによりCO2雰囲気下で処理する;
(d)該炭素質複合酸化物を、−COOH基を有する化合物、例えばアミノ安息香酸でジアゾ化させる;
(e)該炭素質複合酸化物と不飽和結合−C=C−又は−C≡C−を含有する酸、例えばフマル酸又はHCO2−C≡C−CO2Hとのディールス・アルダー付加反応;
(f)該炭素質複合酸化物とマレイン酸無水物とを反応させ、次いで加水分解させる;
(g)ジスルフィド化合物、ベンゾトリアゾール化合物又はアゾ化合物(これらの化合物のそれぞれは−COOH基を有する)との付加反応;
(h)安息香酸、続いて有機基の亜硝酸エステルと反応させてカルボン酸基を得る;
(g)複合酸化物粉末と−COOH官能基を有するカーボンブラックの分散体との混合物であって、例えばポリビニルアルコール/水溶液中で予め有機先駆物質と混合され、その後水が除去されたものを600℃のアルゴン雰囲気下で処理する。
(a)炭素質複合酸化物と2個の末端−SO3M基を有するジスルフィドとを反応させる;
(b)炭素質複合酸化物とSO3H基を有するベンゾトリアゾールとを反応させる;
(c)スルホン酸アルカリ金属基を有するアゾ化合物との付加反応;
(d)ベンゼンスルホン酸と反応させ、次いで亜硝酸アルカリ金属と反応させてスルホン酸アルカリ金属基を得るか、又は有機基の亜硝酸エステルと反応させてスルホン酸基を得る。
・重合体基を結合させる−COOH基又はアルカリ金属カルボキシレート基から始まる単量体の陽イオン重合;
・アミド結合の手段によりアゾ基を−COOH基に結合させると、ラジカル重合を開始させるための基が形成するが、当該基は、その後、例えばビニル、アリル、アクリル又はスチレン単量体を使用してラジカル重合を開始させて炭素に重合体型のGF基を結合させることを可能にする;
・好適なハロゲン化物を使用したイオン交換反応は、炭素質複合酸化物の炭素に結合したイオン基(例えば、−COOLi基又は−SO3Li基)の初期イオンを所望のGR2置換基を有する有機イオンで置き換えることを可能にする。
・該材料Iが官能化炭素質複合酸化物の粒子又は集合体の分散を容易にするためのFR官能基である又はこれを有するGF基と、付加又は縮合によって反応することができるFRa官能基である又はこれを有するGFa基とを保持し;
・該結合剤が、該材料Iの該FRa基と付加又は縮合によって反応することができる反応性基GAを有し;
・該材料Iの粒子又は粒子集合体が結合剤ナノ粒子のコロイド分散体中に分散しており;
・該分散体が該電極の電流コレクタを構成する基材上に被覆されており;
・該分散体をFR基とGA基とを反応させることを目的とした処理に付すこと
を特徴とする方法によって得られる。
・複合材料を同一の官能基と付加又は縮合によって反応することができるFR官能基である又はこれを保持するGF基を有する材料Iから製造し;
・該複合材料を電極の電流コネクタを構成する基材に被着させ;
・該複合材料をFR官能基同士を反応させるための処理に付すこと
を特徴とする方法によって得られる。
例1b〜12bは、炭素質複合酸化物上にグラフトされたGF1官能基の変性を説明するものである。
例1c〜9cは、電極材料の製造及びそれらの電池への使用を説明するものである。
・C−LiFePO4とは、一般に、炭素被膜を有する燐酸Li/Feの粒子又は粒子集合体からなる材料をいう;
・C−LiFePO4(PL)とは、 炭素被膜を有する燐酸Li/Feの粒子又は粒子集合体からなる材料であって、該粒子が2.7μmの平均寸法(d50)を有するものをいう(ホステックリチウム社(カナダ)によって提供される);
・C−LiFePO4(Al)とは、炭素被膜を有する燐酸Li/Feの粒子又は粒子集合体からなる材料であって、該粒子が2.9μmの平均寸法(d50)を有するものをいう(オールドリッチ社によって提供される);
・C−Li4Ti5O12とは、一般に、炭素被膜を有するチタン酸Liの粒子又は粒子集合体からなる材料をいう;
・MC−LiFePO4とは、一般に、GF基を有する炭素被膜を持った燐酸Li/Feの粒子又は粒子集合体からなる材料をいう;
・ナノメートルチタン酸塩Li4Ti5O12であってその粒子がほぼ130m2/gの表面積を有するものは、アルタイル・ナノテクノロジー社によって提供される;
・FePO4・2H2Oは、ブデンハイム社(ドイツ)により提供される;
・微孔質セパレータは、セルガード社によって提供される;
・電解質LiPF6EC:DMCは、富山薬品工業株式会社によって提供される;
・カーボンブラックFW200は、ドイツ国デグッサ社によって提供される;
・グラファイト粒子EBN−1010は、スーペリア・グラファイト社(米国)によって販売されている;
・使用した次の物質は、オールドリッチ社から得た:マレイン酸無水物、Fe2O3(NH4)2PO4、ベンゾトリアゾール−5−カルボン酸、メタクリル酸グリシジル、ベンゼン−1,2,4,5−テトラカルボン酸、SO3Na基を有するオレンジGアゾ化合物、チオシアン酸リチウム、1,3−ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC);塩化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、ポリ(エチレングリコール)メタクリレート(Mn=526)、1,2−ブトキシレート−ブロック−エトキシレートアリルアルコール(HLB6.9)、クラウンエーテル18−クラウン−6、4−スチレンスルホン酸ナトリウム、3,4−エチレンジオキシチオフェン(EDOT)、ビスマストリフレート;
・Li2CO3は、リムテック社(カナダ)により提供されている;
・アセチレンブラックは、シェブロン・フィリップス・ケミカル社によって提供される;
・5−アミノベンゾトリアゾールは、ランカスター・シンセシス社によって供給される;
・ポリアルキレングリコールA20−20モノアリルエーテルは、クラリアント社によって供給される;
・ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルNoigen(商標)RN−40は、 第一工業製薬株式会社によって供給される;
・1−ブチル−1−メチルピロリジニウムは、メルク社(ドイツ)によって供給される;
・塩化1−ジアリルジメチルアンモニウム及び塩化(2−メチルプロペノイルオキシエチル)トリメチルアンモニウムは、チバケミカルスペシャリティーズ社(スイス)によって提供される;
・Jeffamin M−2070(エチレンオキシド/プロピレンオキシドモノアミン共重合体)、Surfonamine(商標)L−300(ポリエーテルモノアミン)及びMw=2130のポリ(オキシエチレン)ジアミンXTJ−502は、ハンツマン社(米国)によって販売されている;
・Tyzor TPT(商標)(チタン酸テトライソプロピル)は、デュポン社によって販売されている;
・エピクロルヒドリンは、ABCR GmbH & Co.KG社により供給される;
・塩化2,2'−アゾビス[2−メチル-N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]及び塩化2,2'−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]は、和光純薬工業株式会社によって供給されており、且つ、水中でのイオン交換によってビス(トリフルオルメタンスルホニル)イミド塩に変換される;
・ポリエチレングリコール(600)ジアクリレートは、サルトマー社(フランス)によって供給される;
・ポリオキサゾリンEPOCROS WS−700は、株式会社日本触媒によって供給される;
・変性スチレン・ブタジエン共重合体LHB−108Pは、LICOテクノロジー社(台湾)によって製造され、プレッドマテリアルズインターナショナル社(米国)によって販売されている;
・アジリジンはABCR GmbH & Co,KG社によって供給される;
・ラテックスBM−400Bは、日本ゼオン株式会社によって製造されている。
200gのC−LiFePO4(PL)を還流下で20gマレイン酸無水物を600mLのトルエンに溶解してなる溶液中において24時間処理する。ろ過後に回収された生成物をトルエンで数回洗浄し、次いで真空下において80℃で24時間にわたり乾燥させた。無水物基−C(=O)−O−C(=O)−を有するMC−LiFePO4材料を得た。
この材料の一部分をLiOHの水溶液で処理して−COOLi基を有するMC−LiFePO4材料を与え、また、この材料の別の部分をKOHの水溶液で処理して−COOK基を有するMC−LiFePO4材料を与えた。
100gのC−LiFePO4(PL)を、5gのジスルフィドLiSO3−φ−S−S−φ−SO3Liを含有する水溶液に導入し、全体を注意深く混合した。水の除去後に、該生成物を4時間にわたり180℃でアルゴン雰囲気下で加熱し、次いでアルゴン雰囲気下で一晩ソックスレー洗浄し、次いで真空下において80℃で24時間にわたり乾燥させた。スルホン酸リチウム基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
LiFePO4を、1molのFe2O3と、2molの(NH4)2HPO4と、1molのLi2CO3とを1000℃のグラファイトるつぼ内においてアルゴン雰囲気下で1時間にわたり溶融させることによって製造した。94%純度(DRXで決定)のLiFePO4を得た。
その後、この化合物を遊星ミルで2μmの寸法を有する粒子に加工した。得られた粉末をアルミニウム乳鉢で4重量%のアセチレンブラックと混合し、次いで、この混合物を1000rpmで1時間にわたるメカノフュージョンによって処理してアセチレンブラック被膜を有するC−LiFePO4材料を製造した。次いで、該C−LiFePO4材料を700℃で2時間にわたりCO/CO2ガス流れ下において水蒸気で処理した。続いて、−OH基及び−COOH基を有するMC−LiFePO4を得た。
例3aのプロトコールを、4%のアセチレンブラックの代わりに3重量%のカーボンブラックFW200を使用して再現した。このようにして、−COOH基を有するMC−LiFePO4を得た。
LiFePO4粉末を例3のプロトコールに従って製造し、次いで、この粉末をカーボンブラックFW200のPVA水溶液分散体と混合した。FW200の量とPVAの量は、それぞれ、LiFePO4の量の2%及び5重量%に相当する。水の除去後に、残留混合物を600℃で1時間にわたりアルゴン雰囲気下で処理した。−COOH基を有するMC−LiFePO4を得た。
50gのC−LiFePO4(Al)を純粋O2の1mbarの圧力下で30秒間マイクロ波プラズマ処理(2.45GHz,300W)した。−COOH及び−OH基を有するMC−LiFePO4を得た。
試料1
LiFePO4粉末をアルミニウム乳鉢で4重量%のアセチレンブラックと混合し、次いで、該混合物を1000rpmの回転速度でメカノフュージョンに付してC−LiFePO4を得た。50gの材料を2gのδ−(1−ベンゾトリアゾリル)ブタンスルホン酸を含有する脱ガス水溶液300mL中で8時間にわたり還流させた。ろ過後に得られた残留物を水で数回洗浄し、そして−SO3H基を有するMC−LiFePO4を得た。
試料2
試料1の方法を実施したが、ただしδ−(1−ベンゾトリアゾリル)ブタンスルホン酸の代わりにベンゾトリアゾール−5−カルボン酸を使用し、そして−COOH基を有するMC−LiFePO4を得た。
試料3
試料1の方法を実施し、δ−(1−ベンゾトリアゾリル)ブタンスルホン酸の代わりに5−アミノ−ベンゾトリアゾールを使用し、そしてアミノ基を有するMC−LiFePO4を得た。
試料4〜6
上記試料1〜3のそれぞれの方法を実施したが、ただし、その場で製造されたC−LiFePO4材料の代わりにC−LiFePO4(PL)材料を使用して、それぞれ、SO3H、−COOH及びアミノ基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
LiFePO4を、LiH2PO4、Fe(SO4)2・7H2O及びLiOHを先駆物質として使用して、米国特許出願公開2004/0151649号の例4に記載されるように沈殿によって製造した。得られたLiFePO4材料にラクトースを含浸させ、次いで、該生成物を、周囲温度から725℃まで3℃/分の速度で窒素雰囲気下で加熱し、そして725℃の温度を窒素雰囲気下で12時間保持することからなる熱処理による炭化に付した。該C−LiFePO4化合物の200gを水に導入し、該生成物を、SO3Li基を有するオレンジGアゾ化合物5g(SO3Na基を有するオレンジGアゾ化合物からイオン交換によって得られる )と30分間混合させた。溶媒の除去後に、該生成物に、700Wのマイクロ波オーブン内で1分間にわたり3回放射線を照射した。次いで、得られたMC−LiFePO4材料をソックスレー抽出器内で一晩洗浄し、続いて、真空下において80℃で24時間にわたり乾燥させた。得られた材料はSO3Li基を有する。また、上記プロトコールをアゾベンゼン−4−カルボン酸でも実施して、−COOH基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
第1試料
100gのC−LiFePO4(PL)を500mLの水中で撹拌しながら還流させ、17.3gの4−アミノベンゼンスルホン酸を添加し、続いて、17.3gの亜硝酸カリウムを数段階に分けて添加した。30分間還流後、該反応媒体を冷却し、遠心分離した。回収された生成物を超音波浴中において水で数回洗浄し、続いて、真空下において80℃で24時間にわたり乾燥させた。−SO3K基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
第2試料
第1試料のプロトコールを、13.7gの4−アミノ安息香酸を使用して再現し、そして、−CO2K基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
第3試料
第1試料のプロトコールを、亜硝酸リチウムを使用して再現した。−SO3Li基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
第4試料
第1試料のプロトコールを、13.7gの4−アミノ安息香酸及び亜硝酸リチウムを使用して再現し、そして、−CO2Li基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
上で得られた試料のそれぞれについて、500mgを10mLの水に導入し、そしてその混合物を2分間超音波処理した。得られた分散液は5分後には安定なままであったのに対し、処理していない材料は分離した。
第1試料
C−Li4Ti5O12材料を、チタンテトラ(イソプロポキシド)(28.42g)及び脱水酢酸リチウム(300mLの80:20イソプロパノール・水混合物中35.7g)を使用したゾル・ゲル技術によって製造した。得られた白色ゲルを80℃のオーブン内で乾燥させ、空気中800℃で3時間焼成し、続いて、10%の水素を含むアルゴン雰囲気下で5時間にわたり850℃で焼成した。得られた粉末の10gを13重量%の酢酸セルロースアセトン溶液12mLに混合した。このペーストを乾燥させ、該重合体を700℃の不活性雰囲気下で炭化させた。
第2試料
第1試料のプロトコールを、ゾル・ゲル方法によって得られたものの代わりに、ナノメートル寸法のチタン酸塩Li4Ti5O12(130m2/g)を使用して再現してC−Li4Ti5O12材料を製造した。
例9aの4つの試料を、C−LiFePO4(PL)の代わりに、上記2つの方法を使用して得られたC−Li4Ti5O12材料を使用して再現して、それぞれ、SO3K、COOK、SO3Li及びCOOLi基を有するMC−Li4Ti5O12材料を得た。
500mLの水中100gのC−LiFePO4(PL)を撹拌しながら還流させ、4.3gの4−アミノベンゼンスルホン酸及び3.4gの安息香酸を添加し、次いで4.3gの亜硝酸カリウムを数段階に分けて添加した。30分間還流後、該反応媒体を冷却し、遠心分離した。回収された生成物を超音波浴中において水で数回洗浄し、続いて、真空下において80℃で24時間にわたり乾燥させた。−SO3K基及び−COOK基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
第1試料
500mLの水中にある100gのC−LiFePO4(PL)を撹拌しながら還流させ、17.3gの4−アミノベンゼンスルホン酸を添加し、次いで20mLの亜硝酸t−ブチルを15分以内に添加した。30分間還流後、該反応媒体を冷却し、遠心分離した。回収された生成物を超音波浴中において水で数回洗浄し、続いて、真空下において80℃で24時間にわたり乾燥させた。−SO3H基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
第2試料
第1試料のプロトコールを、13.7gの4−アミノ安息香酸を使用して再現し、そして−CO2H基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
第3試料
第1試料のプロトコールを、5−アミノベンゼン−1,3−カルボン酸を使用して再現した。−CO2H基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
例12aの3つの試料を、C−LiFePO4(PL)の代わりに、例10aに記載されたプロトコールに従って製造されたC−Li4Ti5O12を使用して再現して、それぞれ、SO3H及びCOOH基を有するMC−Li4Ti5O12材料を得た。
600mLの水中にある200gのC−LiFePO4(PL)を20gのアセチレンジカルボン酸モノリチウム塩の存在下で撹拌しながら24時間還流させた。ろ過によって回収された生成物を水で数回洗浄し、次いで80℃の真空下で24時間にわたって乾燥させた。−COOLi基及び−COOH基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
例12aのプロトコールを、4−アミノベンゼンスルホン酸の代わりに、様々なアミノベンゼン誘導体を使用して再現した。こうして、次の表に示した基を有するMC−LiFePO4を得た。
第1試料
0.1molのFePO4・2H2O、0.05molの炭酸リチウム及び672mgの三元共重合体(アクリロニトリル、メタクリレート、イタコン酸93:5.7:1.3)の50mLジメチルホルムアミド溶液を乳鉢で混合させた。乾燥後に、その混合物をCO/CO2雰囲気下で周囲温度から725℃まで3℃/分の速度で加熱し、725℃の温度を窒素雰囲気下で12時間保持することからなる熱処理による炭化に付した。−COOH基及びOH基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
第2試料
第1試料のプロトコールを、該重合体のDMF溶液の代わりに1gの酢酸セルロースを20mLの5重量%LiSCN溶液に溶解してなる溶液を用いて再現し、−CO2H基及び−OH基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
カルボキシル基を有する10gのMC−LiFePO4を4gのポリアルキレングリコールA20−20モノアリルエーテル溶液50mLに分散させた。その混合物を0℃にまで冷却し、続いて、200mgの1,3−ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)を酢酸エチルに溶解してなる溶液5mLを30分以内にゆっくりと添加し、次いで触媒としてピリジンを添加した。該反応混合物を一晩撹拌状態に保持した。ろ過後に回収した粉末を酢酸エチルと水で数回洗浄した。得られたMC−LiFePO4はアリル基を有していた。
上記プロトコールを繰り返したが、ただし、A20−20エーテルを次の化合物の2mmolで逐次置き換えた:アリルアルコール、1,6−ヘキサンジオールビニルエーテル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、N−(ヒドロキシルメチル)アクリルアミド、N−(4−ヒドロキシフェニル)マレイミド、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルNoigen(商標)RN−40。得られたMC−LiFePO4材料は、それぞれ、重合性基であるアリル基、ビニルエーテル基、メタクリレート基、アクリルアミド基、マレイミド基及びCH3−CH=CH−φ−基を有する。
−SO3Li基を有する2gのMC−LiFePO4を100mgの塩化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム(EMI)と反応させた。ろ過後に、該生成物を水で数回洗浄した。この処理を5回繰り返し、次いで、該生成物を80℃の真空下で乾燥させた。得られたMC−LiFePO4材料は、EMIスルホネート基を有していた。
上記プロトコールを繰り返したが、ただし塩化1−ブチル−1−メチルピロリジニウム(BMP)を使用し、そしてBMPスルホネート基を有するMC−LiFePO4を得た。
−SO3Li基を有する2gのMC−LiFePO4を水中で100gの塩化ジアリルジメチルアンモニウム(DADMA)と反応させた。ろ過後に、該生成物を水で数回洗浄した。この処理を5回繰り返し、次いで、該生成物を80℃の真空下で乾燥させた。得られたMC−LiFePO4材料はアリル基を有する。
上記プロトコールを繰り返したが、ただし、塩化(2−メチルプロペノイルオキシエチル)トリメチルアンモニウム(META)を使用し、そしてメタクリレート基を有するMC−LiFePO4を得た。
第1試料
20gのJeffamineM−2070を200mLの酢酸エチルに溶解させ、続いて、カルボン酸基を有する20gのMC−LiFePO4を得られた溶液に分散させた。次いで、400gの1,3−ジシクロヘキシルカルボジイミドを5mLの酢酸エチルに溶解してなる溶液を30分以内にゆっくりと添加した。該反応混合物を周囲温度で24時間にわたって撹拌し、続いてろ過した。得られた粉末を酢酸エチルと水で数回洗浄した。このようにして得られたMC−LiFePO4材料は、アミド結合によって結合したJeffamineM−2070基を有していた。
次いで、この生成物の50mgを1gのビスマストリフレートを20ccのイソプロパノールに溶解してなる溶液1mLで処理し、次いで、該生成物をイソプロパノールで数回洗浄し、そして最後に乾燥させた。ポリ(エチレンオキシド)鎖によって溶媒和されたビスマスはマーカーとして機能するため、図7にみられるように、電子顕微鏡上で、重合体の存在を白いスポットの形で観察することが可能になる。
第2試料
第1試料のプロトコールを繰り返したが、ただし、商品名Surfonamine(商標)L−300の下で販売されている化合物20gを使用した。アミド結合によって結合したSurfonamine(商標)L−300基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
第3試料
第1試料のプロトコールを繰り返したが、ただし、C−Li4Ti5O12材料を使用した。アミド結合によって結合したJeffamineM−2070基を有するMC−Li4Ti5O12材料を得た。
第1試料
ディーン・スターク装置内で、−COOH基を有する100gのMC−LiFePO4及び10gのポリ(エチレングリコール)メタクリレート(Mn=526)の600mLトルエン溶液を撹拌しながら還流させた。1時間後に、100mgのTyzor(商標)TPTをセプタムによって添加し、そして該反応媒体を還流させたまま一晩放置した。ろ過によって回収された生成物を水で数回洗浄し、続いて、周囲温度の真空中で48時間にわたり乾燥させた。メタクリレート基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
第2試料
第1試料のプロトコールを再現したが、ただし、10gのアリルアルコールの1,2−ブトキシレート−ブロック−エトキシレート(HLB6.9)を使用した。アリルオキシ基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
第3試料
第1試料のプロトコールを再現したが、ただしC−Li4Ti5O12材料を使用し、そしてメタクリレート基を有するMC−Li4Ti5O12材料を得た。
第4試料
第2試料のプロトコールを再現したが、ただし、C−Li4Ti5O12材料を使用し、そしてアリルオキシ基を有するMC−Li4Ti5O12材料を得た。
第5試料
第1試料のプロトコールを再現したが、ただしポリ(エチレングリコール)メタクリレートの代わりにJeffamin M−2070を使用した。アミド結合によって結合したJeffamineM−2070基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
第6試料
第1試料のプロトコールを再現したが、ただしポリ(エチレングリコール)メタクリレートの代わりにSurfonamine(商標)L−300を使用した。アミド結合によって結合したSurfonamine(商標)L−300基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
ヒドロキシル基を有する10gのMC−LiFePO4を50mLのジクロロメタン中に分散させ、その混合物を1mLのピリジンの存在下で1gのエピクロルヒドリンと24時間にわたって反応させた。ろ過によって回収された生成物をジクロロメタンで数回洗浄し、続いて、周囲温度の真空中で48時間にわたり乾燥させた。得られたMC−LiFePO4材料は、エポキシ基を有する。
第1試料
カルボキシル基を有する10gのMC−LiFePO4を50mLのジオキサン/n−ヘプタン混合物(60/40容量)に分散させ、そしてその混合物を200μLのトリエチルアミンの存在下で1gのメタクリル酸グリシジルと4時間反応させた。ろ過によって回収された生成物をジオキサン/n−ヘプタン混合物で数回洗浄し、続いて、周囲温度の真空中で48時間にわたり乾燥させた。得られたMC−LiFePO4材料はメタクリレート基を有する。
第2試料
第1試料のプロトコールを再現したが、ただしカルボキシル基を有する10gのC−Li4Ti5O12を使用し、そしてメタクリレート基を有するMC−Li4Ti5O12材料を得た。
カルボキシル基を有するMC−LiFePO4の10g及び1gを50mLの酢酸エチルに分散させ、そして、その混合物を1gの2,2'−アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド](和光純薬工業株式会社によって提供)と4時間反応させた。その混合物を0℃にまで冷却し、続いて、800mgの1,3−ジシクロヘキシルカルボジイミドを5mLの酢酸エチルに溶解してなる溶液を30分以内にゆっくりと添加し、次いで40mgの4−ジメチルアミノピリジンを触媒として添加した。こうして、エステル結合による2,2'−アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]のグラフトを得た。
ろ過によって回収された生成物を酢酸エチルと水で数回洗浄し、続いて、周囲温度の真空下で24時間にわたり乾燥させた。得られたMC−LiFePO4材料は、ラジカル重合を開始させることができるアゾ基を有する。
例8bの方法に従って得られた、アゾ基を有するMC−LiFePO4材料10g及びメタクリル酸グリシジル2gを50mLのジメチルホルムアミド(DMF)に分散させた。アルゴン流れを該反応媒体に1時間にわたり通し、次いで100℃で3時間加熱した。
ろ過によって回収された生成物をDMFとアセトンで数回洗浄し、続いて、周囲温度の真空下で24時間にわたり乾燥させた。得られたMC−LiFePO4材料は、エポキシ側基を有するポリアクリレート基を有する。
COOK基を有する10gのMC−LiFePO4材料、1.42gのメタクリル酸グリシジル及び20mgの18−クラウン−6を30mLのジメチルホルムアミド(DMF)にアルゴン雰囲気下のグローブボックス内で分散させた。該反応媒体を100℃で4時間にわたり撹拌しながら加熱した。
ろ過によって回収された生成物をDMFとアセトンで数回洗浄し、続いて、周囲温度の真空下で24時間にわたり乾燥させた。得られたMC−LiFePO4材料はメタクリレート側基を有するポリエステル基を保持する。
2.18gのベンゼン−1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物を、200mLのトルエン中で、分子量Mw=2130を有する24gのポリ(オキシエチレン)ジアミンXTJ−502と混合させた。ディーン・スターク装置内で24時間還流させた後に、カルボキシル基を有する50gのMC−LiFePO4を添加した。その混合物をさらに60分間還流させ、続いて、500mgのTyzor TPTをセプタムによって添加し、そして、この反応を還流下で一晩続行させた。遠心分離によって得られた粉末をトルエンで数回洗浄し、続いて、周囲温度の真空中で48時間にわたり乾燥させた。こうして、ポリ(ベンゼン−1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物−コ−ポリオキシエチレンジアミン)レドックス重合体基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
2.18gのベンゼン−1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物を200mLのトルエン中で24gのポリ(オキシエチレン)ジアミンXTJ−502と混合させた。ディーン・スターク装置内で24時間還流させた後に、カルボキシル基を有する50gのMC−LiFePO4を添加した。その混合物をさらに60分間還流させ、続いて、500mgのTyzor TPTをセプタムによって添加し、そして、この反応を還流下で一晩続行させた。遠心分離によって得られた粉末をトルエンで数回洗浄し、続いて、周囲温度の真空中で48時間にわたり乾燥させた。こうして、ポリ(ベンゼン−1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物−コ−ポリオキシエチレンジアミン)レドックス重合体基を有するMC−LiFePO4材料を得た。
第1試料
グローブボックス内で、次のものを15mLの酢酸エチル中で混合させた:例1bに従って製造されたMC−LiFePO43g;EBN−1010グラファイト粒子250mg;エチレンオキシドとメチルグリシジルエーテルとアリルグリシジルエーテルとの三元共重合体(モル比80:15:5)1.7g;及びポリエチレングリコール(600)ジアクリレート500mg。この混合物を周囲温度でおよそ12時間撹拌し、続いて、LiTFSIと2,2'−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]ビス(トリフルオルメタンスルホニル)イミド(TFSI)との間のイオン交換によって得られた化合物17.5mgを添加し、そしてその混合物を90分間撹拌した。
このようにして得られた組成物を30μm厚の薄膜の形でアルミニウムストラップ(これは電極用の電流コレクタとして機能する)に被着させ、次いで、80℃の不活性雰囲気下で24時間にわたり加熱した。こうして、MC−LiFePO4と重合体との間に形成された相互貫通ネットワーク中にMC−LiFePO4を有する、電池用の電極(カソード)を得た。
第1試料のために使用したプロトコールを再現したが、ただしアリル基を有するMC−Li4Ti5O12材料を使用した。こうして、MC−Li4Ti5O12と重合体との間に形成された相互貫通ネットワーク中にMC−Li4Ti5O12を有する、電池用の電極(アノード)を得た。
カルボキシル基を有する8gのMC−LiFePO4と、1gのEBN−1010グラファイト粒子と、4gのポリオキサゾリン EpocrosWS−700を含有する水溶液とを含む混合物を製造した。
このようにして得られた組成物を60μm厚の薄膜の形で基材に被着させ、続いて、120℃の不活性雰囲気下で1時間にわたり加熱した。こうして、オキサゾリンと−COOH基との反応によって形成された結合によって結合剤がMC−LiFePO4に結合したリチウムイオン電池用のカソードを得た。
第1試料
1.8gの水と、COOH基及びOH基を有する2.82gのMC−LiFePO4と、12mgのEBN−1010グラファイト粒子と、40mgの変性スチレン・ブタジエン共重合体LHB−108Pを含有する水性懸濁液とを含有する混合物を製造した。
このようにして得られた組成物を50μm厚の薄膜の形で基材に被着させ、続いて、60℃の空気中で2時間にわたり加熱し、続いて、80℃の不活性雰囲気下で24時間にわたり加熱した。電池用のカソードも得た。
第2試料
第1試料のプロトコールを繰り返したが、ただし、−SO3Li基を有するMC−Li4Ti5O12材料を使用して、カソード材料を製造した。
COOH基を有する10gのMC−LiFePO4材料及び1gの新たに蒸留したアジリジンを50mLのテトラヒドロフラン(THF)に分散させ、そしてその混合物を撹拌しながら24時間にわたって50℃に到達させた。ろ過によって回収された生成物をTHFで数回洗浄し、続いて、周囲温度の真空下で24時間にわたり乾燥させた。得られたMC−LiFePO4材料はアミノ基を有する。
300mgのポリ(メタクリル酸グリシジル)ナノ粒子(直径10〜20nm)を5mL水に分散してなる分散液を、「Synthesis and curing of poly(glycidyl methacrylate)nanoparticles,Jyonsik Jang,Joonwon Bae,Sungrok Ko,Journal of Polymer Science Part A:Polymer Chemistry,第43巻,第11号,2005,p.2258−2265」に記載された方法を使用したエマルジョン重合によって製造した。
アミノ基を有するMC−LiFePO410gと、EBN−1010グラファイト粒子1gと、ポリ(メタクリル酸グリシジル)ナノ粒子の分散液とを含有する混合物を製造した。
このようにして得られた組成物を60μm厚の薄膜の形で基材に被着させ、続いて、乾燥空気中で1時間にわたり120℃で乾燥させた。こうして、エポキシ基とアミノ基との間で形成された結合によってMC−LiFePO4材料が重合体に結合したリチウムイオン電池用のカソード材料を得た。
例8bの方法に従って得られた、アゾ基を有するMC−LiFePO4材料10g及び4−スチレンスルホン酸(4−スチレンスルホン酸ナトリウムから得られた)1gを50mLの水に分散させた。アルゴン流れを該反応媒体にセプタムを介して1時間にわたり通し、続いて、該反応媒体を70℃で4時間にわたり加熱した。
ろ過によって回収された生成物を水で数回洗浄し、次いで周囲温度の真空下で24時間にわたり乾燥させた。得られたMC−LiFePO4材料は、ポリ(スルホン酸)基を有する。
この材料を1gの3,4−エチレンジオキシチオフェン(EDOT)を含有する水50mLに撹拌しながら分散させた。5分後、2gの過硫酸アンモニウムを添加した。24時間にわたって30℃で反応させた後に、粉末を回収し、そして水及びメタノールで数回洗浄し、続いて、周囲温度で24時間にわたり真空下で乾燥させた。こうして、固有伝導性を有し、[ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホネート)]PEDT/PSS重合体基を保持するMC−LiFePO4材料を得た。
モリブデンをドープしたLiFePO4を1時間にわたって1000℃のアルゴン雰囲気下で且つグラファイトるつぼ内で1molのFe2O3、2molの(NH4)2HPO4、1molのLi2CO3及び0.06molのLi2MoO4を溶融させることによって合成させた。その後、モリブデンがドープされたLiFePO4、つまりLiFeMoPO4(X線で94%純度 )を1μmの平均寸法にまで摩砕した。その後、LiFeMoPO4粉末50gを乳鉢で2.5gの酢酸セルロース水溶液と混合した。水の蒸発後に、該生成物をCO2雰囲気下で4時間にわたり800℃で炭化させた。−COOH及び−OH基を有するMC−LiFeMoPO4材料を得た。次いで、10gのMC−LiFeMoPO4をTHF中で8時間にわたりトリレン2,4−ジイソシアネート末端ポリ(プロピレングリコール)(Mn〜2300,オールドリッチ社製品;3g)で処理し、次いでTHFで24時間にわたりソックスレー洗浄した。こうして、イソシアネート基を有するMC−LiFeMoPO4を得た。次いで、このMC−LiFeMoPO4の10gをTHF中1gのEBN−1010グラファイトと混合した。被覆前に、20mgのトリメチロールプロパンエトキシレート(Mw=730,オールドリッチ社製品;20mg)を該溶液に添加した。グローブボックス内でテフロンプレート上に注いだ後に、該薄膜を60℃で2時間加熱した。こうして、イソシアネートと−OH官能基との反応によって得られた結合により自己担持カソードを得た。
例9aで製造された−SO3Li官能基を有するMC−LiFePO4(36重量%)と、質量100000のポリ(エチレンオキシド)(59重量%)と、EBN−1010グラファイト(2.5重量%)と、Shawiniganブラック(2.5重量%)との混合物をミキサー(Haake Rheocorder)に導入した。次いで、混合を100℃で50rpmの速度で実施すると共にトルク(N.m)を記録した。同様の試験を実施したが、ただし、−SO3Li官能基を有するMC−LiFePO4の代わりに未処理C−LiFePO4ホモログを使用した。従って、−SO3Li基の存在の有益な効果を、測定された対化合物の低下によって実証できたが、これは、その混合物が押出によってさらに容易に使用できたことを示している。
ボタン電池を、例1cの第1試料で製造したカソード、30重量%のLiTFSIを含有するポリ(エチレンオキシド)5×106の電解質薄膜及びアノードとしてリチウムディスクを使用してグローブボックス中で組み立てた。該電池をを含有する混合物VPM2ポテンシオスタット(Bio−Logic−Science Instruments)を使用して、80℃及びLi+/Li0に対して3V〜3.7Vの間で20mV/時間のスキャン速度で試験した。対応するサイクリック・ボルタンメトリーを図8に与えている。
ボタン電池を、 例4cで製造した複合カソード、Celgard(商標)から作られた25μmセパレータ、リチウム金属アノード及び全体を含浸させるEC:DMC(1:1)中1MのLiPF6電解質で組み立てた。Li+/Li0に対して3V〜3.7Vの間の第1サイクリック・ボルタンメトリーを周囲温度で実施して電極の容量を決定した。次いで、空電強度の検討を実施して、図9に記載するように電池のエネルギー/出力特性を決定した。
2 炭素粒子
3 複合酸化物の粒子
4 電流コレクタ
5 炭素粒子
Claims (62)
- レドックス特性を有し、且つ、リチウム陽イオンを可逆的に挿入することができる複合酸化物の粒子又は粒子集合体であって、該複合酸化物の粒子又は粒子集合体の表面の少なくとも一部分が化学的結合及び/又は物理的結合、また随意に機械的結合によって結合した炭素層で被覆されたものからなる電極材料において、
(a)該複合酸化物は式LiiMmM'm'ZzOoNnFf(I)(式中、
・Li、O、N及びFは、それぞれ、リチウム、酸素、窒素及び弗素を表し;
・Mは、遷移金属から選択される1種以上の元素を表し;
・M'は遷移金属以外の1種以上の金属を表し;
・Zは少なくとも1種の非金属を表し;
・係数i、m、m'、z、o、n及びfは、該複合酸化物の電気的中性を保証し、且つ、次の条件を満たすように選択される:
i≧0、m>0、z≧0、m'≧0、o>0、n≧0及びf≧0。)
に相当し、
(b)該炭素は、共有結合した官能基GFを有し;
(c)該炭素質複合酸化物の粒子及び粒子集合体の寸法は、該粒子の少なくとも90%が1nm〜5μmの寸法であり、また、該粒子が集合体の状態で存在する場合には、該粒子集合体の少なくとも90%が10nm〜10μmの寸法である
ことを特徴とする前記電極材料。 - Mが鉄、マンガン、バナジウム及びチタンから選択される1種以上の遷移金属M1を表すことを特徴とする、請求項1に記載の材料。
- 前記金属M1がモリブデン、ニッケル、クロム、コバルト、ジルコニウム、タンタル、銅、銀、ニオブ、スカンジウム、亜鉛及びタングステンから選択される1種以上の遷移金属M2で部分的に置換されており、金属M1対金属M2の重量比が1を超えることを特徴とする、請求項2に記載の材料。
- 金属M'がLi、Al、Ca、Mg、Pb、Ba、In、Be、Sr、La、Sn及びBiから選択される請求項1に記載の材料。
- 前記非金属元素ZがS、Se、P、As、Si及びGeから選択されることを特徴とする、請求項1に記載の材料。
- 前記複合酸化物が一般式(I)LiiMmM'm'ZzOoNnFf(式中i>0である)に相当することを特徴とする、請求項1に記載の材料。
- 前記複合酸化物が式LiiMmM'm'OoNnFfに相当することを特徴とする、請求項1に記載の材料。
- 前記複合酸化物が式LiiTimM'm'OoNnFfのチタン酸塩であることを特徴とする、請求項7に記載の材料。
- 前記複合酸化物が式LiiMmM'm'ZzOoNnFf(式中、z>0である)に相当することを特徴とする、請求項1に記載の材料。
- 前記複合酸化物が一般式LiMM'ZO4に相当し且つカンラン石構造を有する酸化物又は一般式Li3+x(MM')2(ZO4)3に相当し且つナシコン構造を有する材料から選択され、ここで、該複合酸化物は、5%未満の化学量論の相違、2%未満の化学的不純物の割合及び20%未満の結晶性部位Mの置換元素の割合を有する複合酸化物を包含し、また、多価陰イオンZO4がモリブデン酸、ニオブ酸、タングステン酸、ジルコン酸又はタンタライトの多価陰イオンで5%未満程度にまで部分的に置換された複合酸化物も包含することを特徴とする、請求項9に記載の材料。
- Zが燐を表し、n>0及び/又はf>0であることを特徴とする、請求項10に記載の材料。
- 前記複合酸化物が燐酸塩、ピロ燐酸塩又はオキシ燐酸塩であることを特徴とする、請求項11に記載の材料。
- 前記複合酸化物がLiFePO4であるか、又は前記複合酸化物が式LiFe1-xMgxPO4(式中、xは0.1原子百分率〜5原子百分率を範囲とする。)に相当することを特徴とする、請求項12に記載の材料。
- 前記複合酸化物が式I(式中、ZはSi又はSを表す。)に相当することを特徴とする、請求項9に記載の材料。
- 前記複合酸化物が珪酸塩、硫酸塩又はオキシ硫酸塩であり、前記式中、M1がFe若しくはMg又はそれらの混合物であることを特徴とする、請求項14に記載の材料。
- MがFe又はMnであり、o=4及びn=f=0であることを特徴とする、請求項10に記載の材料。
- 前記官能基GFが次の基準:
・性質が親水性であること;
・重合体セグメントを構成すること;
・レドックス特性及び/又は電子伝導性を有すること;
・置換、付加、縮合若しくは重合によって反応することができる官能基FR又は陰イオン重合反応、陽イオン重合反応若しくはラジカル重合反応を開始させることができる官能基を有するか又は構成すること;
・イオン基を有すること
の一つ以上を満たすことを特徴とする、請求項1に記載の材料。 - 前記GF基が親水性の性質の基であり、イオン基及び親水性重合体セグメントからなる基から選択されることを特徴とする請求項17に記載の材料。
- GFが、CO2M、−OH、−SM、−SO3M、−PO3M2、−PO3M2、−PO2M及びNH2基から選択されるイオン基であり、式中、Mがプロトン、アルカリ金属陽イオン又は有機陽イオンを表すことを特徴とする、請求項18に記載の材料。
- 前記有機陽イオンがオキソニウム、アンモニウム、第四アンモニウム、アミジニウム、グアニジニウム、ピリジニウム、モルホリニウム、ピロリジオニウム、イミダゾリウム、イミダゾリニウム、トリアゾリウム、スルホニウム、ホスホニウム、ヨードニウム及びカルボニウム基から選択され、該基は、随意に、置換、付加、縮合又は重合によって反応することができるFR官能基を有する少なくとも1個の置換基を有することを特徴とする、請求項19に記載の材料。
- GFが親水性重合体から誘導される基であることを特徴とする、請求項18に記載の材料。
- 前記親水性重合体が酸素、硫黄又は窒素のようなヘテロ原子を含むポリアルキレンであることを特徴とする、請求項21に記載の材料。
- 前記親水性重合体がポリ(オキシエチレン)、ポリ(エチレンイミン)、ポリビニルアルコール又はそのマクロ分子鎖中に、アクリレート基、スチレンカルボキシレート基、スチレンスルホネート基、アリルアミン基若しくはアリルアルコール基を有するイオノマーであることを特徴とする、請求項22に記載の材料。
- GFがポリ(オキシエチレン)、エラストマー特性を有するセグメント及び電子伝導を確保することができる共役二重結合を有するセグメントから選択される1種以上のセグメントを含む重合体基であることを特徴とする、請求項17に記載の材料。
- 前記FR基がイソシアネート、エポキシド、アジリジン、チアアジリジン、アミン、オキサゾリン、カルボキシル、カルボキシレート、ヒドロキシル、塩素及び>C=C<基から選択されることを特徴とする、請求項17に記載の材料。
- 前記炭素層が前記材料に対して0.1%〜10%に相当することを特徴とする請求項1に記載の材料。
- 前記材料1グラム当たり0.0001〜1当量のGF官能基を有することを特徴とする請求項1に記載の材料。
- 前記炭素層が粉末状ではなく、前記複合酸化物に付着していることを特徴とする、請求項1に記載の材料。
- 前記炭素層がカーボンナノチューブを含むことを特徴とする、請求項1に記載の材料。
- 請求項1に記載の材料の製造方法であって、次の工程:
(a)複合酸化物の粒子又は粒子集合体を、該粒子の少なくとも90%が1nm〜5μmの寸法となり、該粒子集合体の少なくとも90%が10nm〜10μmの寸法となるように製造し、ここで、該複合酸化物は式LiiMmM'm'ZzOoNnFf (式中、
・Li、O、N及びFは、それぞれ、リチウム、酸素、窒素及び弗素を表し;
・Mは、遷移金属から選択される1種以上の元素を表し;
・M'は、遷移金属以外の1種以上の金属を表し;
・Zは金属以外の少なくとも1種の元素を表し;
・係数i、m、m'、z、o、n及びfは、該複合酸化物の電気的中性を保証し、且つ、次の条件を満たすように選択される:
i≧0、m>0、z≧0、m'≧0、o>0、n≧0及びf≧0。)
に相当するものとし;
(b)該複合酸化物の粒子又は粒子集合体の表面の少なくとも一部分又は該複合酸化物の粒子又は粒子集合体の先駆物質の表面の少なくとも一部分に炭素を付着させ;
(c)該炭素との共有結合の形成によってGF官能基を結合させること
を含み、ここで、これらの工程は、連続的に又は同時に実施できるものとすることを特徴とする前記方法。 - 前記工程(a)、(b)及び(c)を3つの連続工程で実施し、その間に、まず前記複合酸化物を製造し、続いて、前記炭素被膜を該複合酸化物の粒子又は粒子集合体に被着させ、最後に、該炭素質粒子又は粒子集合体を、GF官能基を結合させることを目的とした処理に付すことを特徴とする、請求項30に記載の方法。
- 前記炭素被膜を先駆物質の炭化によって被着させることを特徴とする、請求項31に記載の方法。
- 前記先駆物質を、炭化の前に、カーボンナノチューブを含めた炭素粒子又は炭素繊維であって随意にGF基を有するものと混合させることを特徴とする、請求項32に記載の方法。
- 炭素被膜の被着をメカノフュージョンによって実施することを特徴とする、請求項31に記載の方法。
- 前記複合酸化物粒子又は粒子集合体の製造と前記炭素の被着を同時に実施して炭素質複合酸化物を製造し、しかも、該炭素質複合酸化物についてGF基の結合を実施することを特徴とする、請求項30に記載の方法。
- 前記炭素質複合酸化物が該複合酸化物の先駆物質及び1種以上の炭素先駆物質を使用して該複合酸化物の合成を実施することによって得られることを特徴とする、請求項35に記載の方法。
- 予め製造された複合酸化物の粒子又は粒子集合体上に炭素の被着物とGF基とを同時に形成させることを特徴とする、請求項30に記載の方法。
- 前記GF基がカルボキシレート、ヒドロキシル、ケトン又はアルデヒド基であり、しかも、それらのグラフトを、随意に水蒸気の存在下で炭素をCO2で酸化させることによって実施することことを特徴とする、請求項37に記載の方法。
- 前記GF基がカルボキシレート、ヒドロキシル、ケトン又はアルデヒド基であり、しかも、前記方法の工程(a)、(b)及び(c)を同時に実施することを特徴とする、請求項30に記載の方法。
- 予め前記複合酸化物粒子と接触させた先駆物質の炭化によって前記炭素を被着させることを特徴とする、請求項30に記載の方法。
- 前記先駆物質が液状先駆物質の形態、気体状先駆物質の形態又は溶融状態若しくは液体溶媒の溶液の状態で使用される固体先駆物質の形態にあることを特徴とする、請求項40に記載の方法。
- 前記炭化がCOの酸化還元同時反応、炭化水素の脱水素反応、ハロゲン化炭化水素の脱ハロゲン反応若しくは脱ハロゲン化水素反応又は炭化水素の熱分解であることを特徴とする、請求項40に記載の方法。
- 前記先駆物質を、炭化前に、カーボンナノチューブを含めた炭素粒子又は炭素繊維であって随意にGF基を有するものと混合させることを特徴とする、請求項40に記載の方法。
- 前記炭素層をメカノフュージョンによって付着させることを特徴とする、請求項30に記載の方法。
- 電流コレクタに被着した複合材料からなる複合電極であって、該複合材料が請求項1に記載の電極材料及び、随意に、結合剤及び/又は電子伝導性を付与する試剤及び/又はイオン伝導性を付与する試剤を含むことを特徴とする、前記複合電極。
- 前記電極材料が親水性の性質のGF基を有することを特徴とする、請求項45に記載の電極。
- 前記複合材料が電極材料及び結合剤を含むことを特徴とする、請求項45に記載の電極。
- 前記結合剤が天然ゴム及びSBR(スチレンブタジエンゴム)、NBR(ブタジエン・アクリロニトリルゴム)、HNBR(水素化NBR)、CHR(エピクロルヒドリンゴム)及びACM(アクリレートゴム)ゴムのような合成ゴムから選択されることを特徴とする、請求項47に記載の電極。
- 前記電流コレクタに被着した複合材料が前記結合剤のナノ粒子に結合した炭素質複合酸化物粒子又は粒子集合体からなることを特徴とする、請求項47に記載の電極。
- 前記結合剤ナノ粒子が<50nmの直径を有することを特徴とする、請求項49に記載の電極。
- 前記電流コレクタに被着した複合材料が、重合体型のGF基と、随意に、性質が親水性のGF基とを有する電極材料を含むことを特徴とする、請求項45に記載の電極。
- 前記重合体型のGF基がポリ(オキシエチレン)セグメント又は共役二重結合を有するセグメントからなることを特徴とする、請求項49に記載の電極。
- 電流コレクタ上に付着される前記複合材料が、炭素で被覆され且つ共有結合又はイオン結合によって互いに結合した複合酸化物粒子かならなることを特徴とする、請求項45に記載の電極。
- 前記複合酸化物がLiFe1-xMgxPO4(式中、xは0.1原子百分率〜5原子百分率の範囲にある。)又はLiFePO4である請求項45に記載の電極。
- 前記炭素層が−COOH、>C=O、−OH及び−CHOから選択されるGF基を有することを特徴とする、請求項54に記載の電極。
- 前記複合酸化物がLiiMmM'm'OoNnFf又はLi4Ti5O12であることを特徴とする、請求項45に記載の電極。
- 請求項48に記載の電極の製造方法であって、前記電極材料に前記結合剤を溶媒の存在下での機械的混合によって取り入れることを特徴とする、前記電極の製造方法。
- 請求項48に記載の電極の製造方法であって、
・前記電極材料が前記官能化炭素質複合酸化物の粒子又は集合体の分散を容易にするためのFR官能基である又は該FR官能基を有するGF基と、付加又は縮合によって反応することができるFRa官能基である又は該FRa官能基を有するGFa基とを有し;
・前記結合剤が、前記材料Iの該FRa基と付加又は縮合によって反応することができる反応性基GAを有し;
・前記材料Iの粒子又は粒子集合体が結合剤ナノ粒子のコロイド分散体中に分散しており;
・前記分散体が前記電極の電流コレクタを構成する基材上に被覆されており;
・前記分散体をFR官能基とGA基とを反応させることを目的とした処理に付すこと
ことを特徴とする、前記電極の製造方法。 - 請求項51に記載の電極の製造方法であって、
・同一の官能基と付加又は縮合によって反応することができるFR官能基である又は該FR官能基を保持するGF基を有する電極材料から複合材料を製造し;
・該複合材料を電極の電流コネクタを構成する基材に被着させ;
・該複合材料を、該FR官能基同士を反応させることを目的とした処理に付すこと
を特徴とする、前記電極の製造方法。 - 2個の電極間にリチウム塩を含む電解質からなり、且つ、リチウムイオン交換によって作動するリチウム発電器であって、該電極の少なくとも一つが請求項45に記載の複合電極であることを特徴とする、前記リチウム発電器。
- 前記電極の複合酸化物が式LiiMmM'm'OoNnFfに相当し、該電極がアノードとして作用することを特徴とする、請求項57に記載の発電器。
- 前記電極の複合酸化物が式LiiMmM'm'ZzOoNnFf(式中、z>0である。)に相当し、該電極がカソードとして作用することを特徴とする、請求項57に記載の発電器。
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