JP2011238606A - 高容量負極物質がコーティングされたスーパー導電性ナノ粒子を含む負極活物質及びこれを含むリチウム電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高容量負極物質がコーティングされたスーパー導電性ナノ粒子を含む負極活物質において、スーパー導電性ナノ粒子は、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個が、一平面に対して垂直方向に沿って積層された構造を持ち、nは2ないし100の整数である負極活物質。
【選択図】図6A
Description
膨脹黒鉛100gを500℃で1時間加熱して膨脹させた後、これより発生したガスをオーブンの排気口を通じて排気させた後、これから収得した結果物をエタノールに分散させ、ホモジナイザーを利用して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ーを利用して追加粉砕した後、フィルタリング装置を利用してろ過した後、エタノールで洗浄して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。
前記製造例1のスーパー導電性ナノ粒子粉末をSiCl4液体に浸漬させた後、300℃で乾燥及びアニーリング過程を2回以上反復した後、600℃で2時間焼成してフェーズを安定させた後、3回の洗浄及び乾燥工程を行ってスーパー導電性ナノ粒子粉末にSiを約1〜10nm厚さにコーティングさせた。コーティング後、粉末を球形化装置を利用してd50=15μmサイズに造粒化して負極活物質を完成した。
前記製造例1のスーパー導電性ナノ粒子粉末及びd50=300nmのSiを80:20の重量比で混合した後、球形化装置を利用してd50=15μmのサイズに造粒化して負極活物質を完成した。
前記製造例1のスーパー導電性ナノ粒子粉末を、球形化装置を利用してd50=15μmのサイズに造粒化した。前記球形化したスーパー導電性ナノ粒子、d50=300nmのSi、バインダーとしてPI、導電剤としてデンカ・ブラックを64:16:10:10重量比で混合し、溶媒としてN−メチルピロリドンを使用して負極活物質スラリーを製造した。
前記実施例1及び比較例1、2の電池に対して、常温(25℃)で20時間放置することで化成工程を行った。
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
A1 第1カーボンの位置
B1 第2カーボンの位置
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
Claims (20)
- 高容量負極物質がコーティングされたスーパー導電性ナノ粒子を含む負極活物質において、
前記スーパー導電性ナノ粒子は、
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個が、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持ち、
前記nは2ないし100の整数であり、
前記n個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個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て(ここで、前記L1は、前記第1カーボンと前記第2カーボンとの距離を表し、前記L2は、前記n個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個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カーボンとの距離を表す)、前記第1カーボンをx軸、y軸及びz軸を持つ3次元座標系の原点A(0,0,0)に位置させる時、前記第2カーボンは座標B(a,b,c)を持ち、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以下である負極活物質。 - 前記高容量負極物質は、Si、Ni、Al、Sn、Ge、Si合金、Ni合金、Al合金、Sn合金、Ge合金、Si酸化物、Ni酸化物、Al酸化物、Sn酸化物、Ge酸化物、Si合金酸化物、Ni合金酸化物、Al合金酸化物、Sn合金酸化物、Ge合金酸化物及びこれらの混合物からなる群から選択される請求項1に記載の負極活物質。
- 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た請求項1に記載の負極活物質。
- 前記多環ナノシートそれぞれの厚さは、カーボン原子粒径±0.1nmの範囲である請求項1に記載の負極活物質。
- 前記nは、2ないし10の整数である請求項1に記載の負極活物質。
- 前記cは、0.1nmないし50nmである請求項1に記載の負極活物質。
- 前記cは、0.1nmないし20nmである請求項1に記載の負極活物質。
- 前記負極活物質の大きさは、3μmないし60μmである請求項1に記載の負極活物質。
- 前記負極活物質は、コーティングされていないスーパー導電性ナノ粒子をさらに含む請求項1に記載の負極活物質。
- 前記負極活物質の表面はピッチコーティングされた請求項1に記載の負極活物質。
- 正極活物質を含む正極と、
高容量負極物質がコーティングされたスーパー導電性ナノ粒子を含む負極活物質を含む負極と、
電解液とを含むリチウム電池であって、
前記スーパー導電性ナノ粒子は、
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個が、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持ち、
前記nは、2ないし100の整数であり、
前記n個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個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カーボンとの距離を表し、前記L2は、前記n個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個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カーボンとの距離を表す)、前記第1カーボンをx軸、y軸及びz軸を持つ3次元座標系の原点A(0,0,0)に位置させる時、前記第2カーボンは座標B(a,b,c)を持ち、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以下であるリチウム電池。 - 前記高容量負極物質は、Si、Ni、Al、Sn、Ge、Si合金、Ni合金、Al合金、Sn合金、Ge合金、Si酸化物、Ni酸化物、Al酸化物、Sn酸化物、Ge酸化物、Si合金酸化物、Ni合金酸化物、Al合金酸化物、Sn合金酸化物、Ge合金酸化物及びこれらの混合物からなる群から選択される請求項11に記載のリチウム電池。
- 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た請求項11に記載のリチウム電池。
- 前記多環ナノシートそれぞれの厚さは、カーボン原子粒径±0.1nmの範囲である請求項11に記載のリチウム電池。
- 前記nは、2ないし10の整数である請求項11に記載のリチウム電池。
- 前記cは、0.1nmないし50nmである請求項11に記載のリチウム電池。
- 前記cは、0.1nmないし20nmである請求項11に記載のリチウム電池。
- 前記負極活物質の大きさは、3μmないし60μmである請求項11に記載のリチウム電池。
- 前記負極活物質は、コーティングされていないスーパー導電性ナノ粒子をさらに含む請求項11に記載のリチウム電池。
- 前記負極活物質の表面はピッチコーティングされた請求項11に記載のリチウム電池。
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