JP2011105593A - スーパー導電性ナノ粒子、スーパー導電性ナノ粒子の粉末及びこれを具備したリチウム電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】6個のカーボン原子が六角形状に連結されてなる環が、互いに縮合されて一平面上に配列されている多環ナノシートn枚が、一平面に対して垂直方向に沿って積層された構造を有し、nは2〜100の整数であり、n枚の多環ナノシートのカーボンのうち第1カーボンと第2カーボンとをL1≧L2になるように選択し(L1は、第1カーボンと第2カーボンとの間の距離、L2は、第1カーボン及び第2カーボンを除外した任意の第3カーボンと、第1カーボン,第2カーボン及び第3カーボンを除外した任意の第4カーボンとの間の距離)、第1カーボンを三次元座標系の原点A(0,0,0)に位置させるとき、第2カーボンは、座標B(a,b,c)を有し、a及びbは互いに独立して10μm以下であり、cは100nm以下であるスーパー導電性ナノ粒子である。
【選択図】図6B
Description
膨脹黒鉛100gを500℃で1時間加熱して膨脹させた後、ここから発生したガスをオーブンの排気口を介して排気させた後、これから収得した結果物をエタノールに分散させ、ホモゲナイザを利用し、10,000rpmで10分間粉砕した。これから収得した混合物をマイクロフルイダイザを利用してさらに粉砕した後、フィルタリング装備を利用して濾過した後にエタノールで洗浄し、120℃のオーブンで乾燥させてスーパー導電性ナノ粒子粉末を収得した。
正極活物質として、Li4Ti5O12、バインダとしてポリフッ化ビニリデン、及び導電剤としてカーボンブラック(Denka社製品である)と、前記製造例1のスーパー導電性ナノ粒子粉末との混合物を、90:5:5の重量比で、N−メチルピロリドン溶媒で混合し、正極スラリを製造した。前記カーボンブラックと前記スーパー導電性ナノ粒子粉末との混合物で、前記カーボンブラックと前記スーパー導電性ナノ粒子粉末との重量比は、3:2に調節した。前記正極スラリを90μm厚に、アルミ箔(Al−foil)上にコーティングし、薄極板状にした後、135℃で3時間以上乾燥させた後、70μm厚を有するように圧延(pressing)した。これから得た極板を、13φサイズの円形にパンチングして重さを記録した後、ウェルディング(welding)が可能なように電極を形成し、再び重さを記録した。これから得た結果物を2032コインセル下部にウェルディングした後、250℃の真空オーブンで5時間排気させた。ここに、リチウム電極(負極)、厚み20μmのポリエチレン材質のセパレータ、及び電解液(エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)との混合物(EC:EMCの体積比は、3:7である)+1.3MのLiPF6)を組立てて電池を製作した。
導電剤として、カーボンブラック及びスーパー導電性ナノ粒子粉末の混合物の代わりに、カーボンブラックだけを使用した点を除いては、前記実施例1と同じ方法で電池を製作した。
前記実施例1及び比較例1の電池に対して、常温(25℃)で20時間放置することによって、化成工程を行った。
21 第1多環ナノシート
22 第2多環ナノシート
23 第3多環ナノシート
24 第4多環ナノシート
25 第5多環ナノシート
26 第6多環ナノシート
27 第7多環ナノシート
100 リチウム電池
112 負極
113 セパレータ
114 正極
120 電池容器
140 封入部材
A1 第1カーボンの位置
B1 第2カーボンの位置
Claims (20)
- 6個のカーボン原子が六角形状に連結されてなる環が、互いに縮合されて一平面上に配列されている多環ナノシートn枚が、前記一平面に対して垂直方向に沿って積層された構造を有するスーパー導電性ナノ粒子であり、
前記nは、2ないし100の整数であり、
前記n枚の多環ナノシートのカーボンのうち第1カーボンと、前記n枚の多環ナノシートのカーボンのうち第2カーボンとをL1≧L2になるように選択し(ここで、前記L1は、前記第1カーボンと前記第2カーボンとの間の距離を示し、前記L2は、前記n枚の多環ナノシートのカーボンのうち、前記第1カーボン及び第2カーボンを除外した任意の第3カーボンと、前記n枚の多環ナノシートのカーボンのうち、前記第1カーボン,第2カーボン及び第3カーボンを除外した任意の第4カーボンとの間の距離を示す)、前記第1カーボンをx軸,y軸及びz軸を有する三次元座標系の原点A(0,0,0)に位置させるとき、前記第2カーボンは、座標B(a,b,c)を有し、前記a及びbは互いに独立して、10μm以下であり、前記cは、100nm以下であるスーパー導電性ナノ粒子。 - 前記多環ナノシートの隣接カーボンは、互いにsp2結合によって連結されていることを特徴とする請求項1に記載のスーパー導電性ナノ粒子。
- 前記多環ナノシートそれぞれの厚みが、カーボン原子直径±1nmの範囲であることを特徴とする請求項1に記載のスーパー導電性ナノ粒子。
- 前記nが2ないし10の整数であることを特徴とする請求項1に記載のスーパー導電性ナノ粒子。
- 前記cが、カーボン原子直径の50倍±10nmの範囲であることを特徴とする請求項1に記載のスーパー導電性ナノ粒子。
- 前記cが、0.1nmないし50nmであることを特徴とする請求項1に記載のスーパー導電性ナノ粒子。
- 前記cが、0.1nmないし20nmであることを特徴とする請求項1に記載のスーパー導電性ナノ粒子。
- 6個のカーボン原子が六角形状に連結されてなる環が、互いに縮合されて一平面上に配列されている多環ナノシートn枚が、前記一平面に対して垂直方向に沿って積層された構造を有するスーパー導電性ナノ粒子複数個を含んだスーパー導電性ナノ粒子粉末であって、
前記nは、2ないし100の整数であり、
前記n枚の多環ナノシートのカーボンのうち第1カーボンと、前記n枚の多環ナノシートのカーボンのうち第2カーボンとをL1≧L2になるように選択し(ここで、前記L1は、前記第1カーボンと前記第2カーボンとの間の距離を示し、前記L2は、前記n枚の多環ナノシートのカーボンのうち、前記第1カーボン及び第2カーボンを除外した任意の第3カーボンと、前記n枚の多環ナノシートのカーボンのうち、前記第1カーボン,第2カーボン及び第3カーボンを除外した任意の第4カーボンとの間の距離を示す)、前記第1カーボンをx軸,y軸及びz軸を有する三次元座標系の原点A(0,0,0)に位置させるとき、前記第2カーボンが座標B(a,b,c)を有し、前記a及びbのd50は互いに独立して、10μm以下であり、前記cのd50は100nm以下であるスーパー導電性ナノ粒子粉末。 - 前記多環ナノシートの隣接カーボンは、互いにsp2結合によって連結されていることを特徴とする請求項8に記載のスーパー導電性ナノ粒子粉末。
- 前記多環ナノシートそれぞれの厚みが、カーボン原子直径±1nmの範囲であることを特徴とする請求項8に記載のスーパー導電性ナノ粒子粉末。
- 前記nが、2ないし10の整数であることを特徴とする請求項8に記載のスーパー導電性ナノ粒子粉末。
- 前記cのd50が、カーボン原子直径の50倍±10nmの範囲であることを特徴とする請求項8に記載のスーパー導電性ナノ粒子粉末。
- 前記cのd50が0.1nmないし50nmであることを特徴とする請求項8に記載のスーパー導電性ナノ粒子粉末。
- 前記cのd50が0.1nmないし20nmであることを特徴とする請求項8に記載のスーパー導電性ナノ粒子粉末。
- 前記スーパー導電性ナノ粒子粉末2.5g/ccの導電性が700ないし1,500S/cmであることを特徴とする請求項8に記載のスーパー導電性ナノ粒子粉末。
- 正極活物質を含んだ正極と、負極活物質を含んだ負極と、電解液とを含んだリチウム電池であって、前記正極及び前記負極のうち一つ以上が導電材を含み、前記導電材が、請求項8ないし請求項15のうち、いずれか1項に記載のスーパー導電性ナノ粒子粉末を含んだリチウム電池。
- 前記導電材が、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、人造黒鉛、天然黒鉛、銅粉末、ニッケル粉末、アルミニウム粉末、銀粉末及びポリフェニレンからなる群から選択された一つ以上の第1物質をさらに含んだことを特徴とする請求項16に記載のリチウム電池。
- 前記導電材がカーボンブラックをさらに含み、前記カーボンブラック:前記スーパー導電性ナノ粒子粉末の重量比が、1:10ないし10:1であることを特徴とする請求項16に記載のリチウム電池。
- 前記正極活物質または負極活物質が、チタン酸リチウムであることを特徴とする請求項16に記載のリチウム電池。
- 前記正極活物質が、LiaNibCocMndGeO2(ここで、0.90≦a≦1.1、0≦b≦0.9、0≦c≦0.5、0≦d≦0.5、e=0である)、またはLiMn2O4であることを特徴とする請求項16に記載のリチウム電池。
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