JP2011512000A5

JP2011512000A5 -

Info

Publication number: JP2011512000A5
Application number: JP2010542364A
Authority: JP
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2013-12-26
Anticipated expiration: 2029-01-09

Description

複合材料を本発明に従って質量に基づき20%の標準粒径50ナノメートルの珪素粉末、20質量%の325メッシュの鉄粉末、50%のメソポーラスカーボンマイクロビーズMCMB628、及び10%の325メッシュのVCを混合することにより加工した。この出発混合物を乾燥粉末形態でSPEX Sample Prep Groupからの8000Mミルを0.5-20時間使用して高衝撃ボールミル粉砕処理を施した。ボールミル粉砕処理は、いくつかの条件で少なくとも部分的な珪素と鉄及び炭素の合金化を生じさせ、x-線回折分析が証拠となる。
従って、調製された複合材料は、電極スラリーをCu箔に注型することにより電極を形成した。このスラリーは、70-95%のSi複合材料、2-15%のカーボンブラック又は他の添加剤、2-20%の結合剤、及び平衡溶媒(balanced solvent)を含む。電極を高温で時々真空下、乾燥した。従って、調製された電極を試験電池に組み込んだ。試験の第一シリーズにおいて、半電池(half cell)が調製され、その中で電極装填は、0.8mg/cm²であり、これらの電池は、EC:DMC:DECの1:1:1混合物中1モルのLiPF₆を含む電極を使用した。これら半電池を2.2-0.1ボルトの電圧範囲でサイクルさせ電荷蓄積容量(charge storage capacity)をmAh/gに換算してサイクルメンバーに対してプロットした。この実験シリーズからのデータは、図１に要約され、本材料を組み込んだ電池が450サイクルを超えて非常に良好な安定性を示すことが理解されるだろう。
第二の実験シリーズにおいて、複合材料は、約1.1mg/cm²の装填で負極に加工仕上げされた。これらの電池で使用された電解質は、1:1:1のEC:DMC:DEC中の1モルLiPF₆であり、そこに追加されたフルオロカーボン添加剤を有する。これらの電池は、次いで2.2-0.1ボルトの電圧範囲でサイクルし、mAh/gに換算した電荷蓄積容量は、充電/放電サイクル機能として図２に示される。これらの電極が少なくとも500の充電/放電サイクルにおいて非常に良好なサイクル寿命を実証することを示した。
類似の結果が複合材料の使用に見込まれ、ここで金属成分は、別の遷移金属、例えばコバルト、ニッケル、銅、マンガン、クロム又はバナジウムを含む。同様に、先述されるように本発明に使用され得る多種類のセラミックが存在し、例えばセラミックとしては様々な金属の窒化物、炭化物、酸窒化物及び酸炭化物を含み得る。
先述の観点から本発明の多数の変更及び変化が当業者にとって明らかであろう。先の議論、詳細な説明及び実施例が本発明の例証であることを企図するが、その実施における限定を企図しない。以下の特許請求の範囲は全ての均等物を含み、発明の範囲を規定する。

Claims

電気化学的装置の電極に実用性を有する複合材料であって、以下、
珪素、
遷移金属、
バナジウムカーバイド、タングステンカーバイド及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるセラミック、及び
導電性稀釈剤、
を含むことを特徴とする複合材料。
質量に基づき5-85%の珪素、1-50%の前記遷移金属、1-50%の前記セラミック、及び1-80%の前記導電性稀釈剤を含む請求項１記載の材料。
前記遷移金属が、鉄、コバルト、ニッケル、銅、マンガン、クロム又はバナジウムを含む請求項１記載の材料。
前記セラミックが、導電性である請求項１記載の材料。
前記導電性稀釈剤が、炭素を含む請求項１記載の材料。
前記導電性稀釈剤が、メソカーボンマイクロビーズを含む請求項１記載の材料。
前記珪素及び前記遷移金属が、等質量で存在する請求項１記載の材料。
前記珪素及び前記遷移金属が、少なくとも部分的に合金にされている請求項１記載の材料。
前記遷移金属成分が、少なくとも二つの異なる遷移金属を含む請求項１記載の材料。
前記材料が、10ナノメートル〜50マイクロメートルの範囲の粒度を有する請求項１記載の材料。
複合材料であって、質量に基づき20%の珪素、20%の鉄、10%のバナジウムカーバイド、及び残余の炭素を含むことを特徴とする複合材料。
複合材料であって、質量に基づき20%の珪素、20%の鉄、10%のタングステンカーバイド、及び残余の炭素を含むことを特徴とする複合材料。
複合材料の製造方法であって、以下の工程、
(1)質量に基づいて
5-85%の珪素、
1-50%の遷移金属、
1-50%のセラミック、該セラミックはバナジウムカーバイド、タングステンカーバイド及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、
1-80%の炭素、
を含む出発混合物を提供する工程、及び
(2)前記出発混合物を粉砕する工程、
を含むことを特徴とする方法。
前記混合物を粉砕する工程が、前記混合物をボールミル粉砕する工程を含む請求項１３記載の方法。
前記混合物を粉砕する工程が、高衝撃ボールミル粉砕処理で前記混合物を粉砕する工程を含む請求項１３記載の方法。
前記混合物を粉砕する工程が、アトリッションボールミル粉砕処理で前記混合物を粉砕する工程を含む請求項１３記載の方法。
前記遷移金属が、鉄を含む請求項１３記載の方法。
前記出発混合物が、更に錫を含む請求項１３記載の方法。
電極であって、請求項１記載の複合材料を含む電極。