JP2011522383A - 薄層型酸化物から形成された、リチウムバッテリー用正電極材料 - Google Patents
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Abstract
xLi2MnO3・(1−x)LiM1 aM2 bM3 cO2 (1)
(式中、xは約0.75のオーダーにあり、M1は、Mn、Ni、Co、Fe、Ti、Cr、VおよびCuから形成される第一群から選択された化学元素であり、M3は、Mg、Zn、Al、Na、Ca、Li、K、Sc、B、C、Si、PおよびSから形成される第二群から選択された少なくとも一種の化学元素であり、M2は、第一群および第二群から選択された、M1およびM3とは異なった化学元素であり、a+b+c=1であるが、a、bおよびcはゼロではない)を有する薄層型酸化物に関する。この酸化物は、リチウムバッテリー用の活性正電極材料として使用することができる。特に、酸化物0.75Li2MnO3・0.25LiNi0.9Mn0.05Mg0.05O2および0.75Li2MnO3・0.25LiNi0.6Mn0.2Mg0.2O2は、リチウムバッテリーの正電極用の活性材料として使用することができる。そのような酸化物では、リチウムバッテリーの比容量が改良され、サイクリングに対して安定化される。
Description
・LiCoPO4およびLiNiPO4型の化合物、Li+/Li対のレドックス電位に対するレドックス電位がそれぞれ4.8Vおよび5.1Vである、および
・LiNi0.5Mn1.5O4型のスピネル酸化物、レドックス電位4.7V 対 Li+/Liである。
(式中、
xが0〜1であり、
MがMn、NiまたはCoのような元素であり、
M’がMn、TiまたはZrのような元素である)
の酸化物が、高い比容量、従って、高いエネルギー密度のLi−イオンバッテリーを得ることができる材料として挙げられている。
xLi2MnO3・(1−x)LiM1 aM2 bM3 cO2
(式中、
xは約0.75であり、
M1は、Mn、Ni、Co、Fe、Ti、Cr、VおよびCuから形成される第一群から選択された化学元素であり、
M3は、Mg、Zn、Al、Na、Ca、Li、K、Sc、B、C、Si、PおよびSから形成される第二群から選択された少なくとも一種の化学元素であり、
M2は、第一群および第二群から選択された、M1およびM3とは異なった化学元素であり、
a+b+c=1であり、a、bおよびcはゼロではない)
0.75Li2MnO3・0.25LiNi0.9Mn0.05Mg0.05O2
0.75Li2MnO3・0.25LiNi0.6Mn0.2Mg0.2O2
xLi2MnO3・(1−x)LiM1 aM2 bM3 cO2 (1)
(式中、
xは約0.75であり、
M1は、Mn、Ni、Co、Fe、Ti、Cr、VおよびCuから形成される第一群から選択された化学元素であり、
M3は、Mg、Zn、Al、Na、Ca、Li、K、Sc、B、C、Si、PおよびSから形成される第二群から選択された少なくとも一種の化学元素であり、
M2は、第一群および第二群から選択された、M1およびM3とは異なった化学元素であり、
a+b+c=1であり、a、bおよびcはゼロではない)
を、リチウムバッテリー用の活性正電極材料として使用する。
Mn、Ni、Co、Fe、Ti、Cr、VおよびCuから選択された電気化学的に活性な化学元素M1と、および
化学元素M2と関連している。元素M2は、電気化学的に活性でよく、その場合、Mn、Ni、Co、Fe、Ti、Cr、VおよびCuから選択されるか、または電気化学的に不活性でよく、従って、Zn、Al、Na、Ca、Li、K、Sc、B、C、Si、PおよびSから選択される。M2は、さらにM1およびM2とは異なるように選択される。
硫酸マンガン(MnSO4)12.095g、硫酸ニッケル(NiSO4・3.95H2O)3.389g、および硫酸マグネシウム(MgSO4・7H2O)1.232gを含む水溶液0.1L、および
水酸化リチウム(LiOH・H2O)16.450gを含む水溶液0.1L
から合成した。
集電装置として作用するニッケルディスク上に堆積させた、直径16mmおよび厚さ135μmのリチウム負電極、
予め合成した0.75Li2MnO3・0.25LiNi0.6Mn0.2Mg0.2O2材料(80重量%)、カーボンブラック(10重量%)およびポリ6フッ化ビニリデン(10重量%)を含んでなり、全て厚さ20マイクロメートルのアルミニウムホイルにより形成された集電装置上に堆積させた、厚さ25μmの複合材料フィルムから採取した直径14 mmのディスクにより形成した正電極、および
エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、およびジメチル炭酸塩(1/1/3重量比)の混合溶液に入れたLiPF6塩を基剤とする(1モル/L)液体電解質を含浸させたセパレータ、
を用いて製造した。
硫酸マンガン(MnSO4)11.528g、硫酸ニッケル(NiSO4・3.95H2O)5.083gおよび硫酸マグネシウム(MgSO4・7H2O)0.308gを含む水溶液0.1L、および
水酸化リチウム(LiOH・H2O)16.450gを含む水溶液0.1L
から合成した。
従って、3V 対 Li+/Liの電位に対して、バッテリーの容量は、第一放電で200 mAh/gである。
放電容量271.7mAh/g、
平均放電電位3.406V 対 Li+/LiLi、および
材料の質量エネルギー925Wh/kg
をさらに得られることを示している。
Claims (9)
- 下記一般式:
xLi2MnO3・(1−x)LiM1 aM2 bM3 cO2
(式中、
xが約0.75であり、
M1が、Mn、Ni、Co、Fe、Ti、Cr、VおよびCuからなる第一群から選択された化学元素であり、
M3が、Mg、Zn、Al、Na、Ca、Li、K、Sc、B、C、Si、PおよびSからなる第二群から選択された少なくとも一種の化学元素であり、
M2が、前記第一群および前記第二群から選択された、M1およびM3とは異なった化学元素であり、
a+b+c=1であるが、a、bおよびcがゼロではない)
により表される、薄層型酸化物。 - M1=Ni、
M2=Mn、および
M3=Mg
である、請求項1に記載の酸化物。 - b=cである、請求項1または2に記載の酸化物。
- 下記式:
0.75Li2MnO3・0.25LiNi0.9Mn0.05Mg0.05O2
により表される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の酸化物。 - 下記式:
0.75Li2MnO3・0.25LiNi0.6Mn0.2Mg0.2O2
により表される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の酸化物。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の薄層型酸化物の合成方法であって、一般式:
MnxM1 a(1−x)M2 b(1−x)M3 c(1−x)(OH)2
の前駆物質を水酸化リチウムと混合することにより得られる粉末を、800℃以上の温度で熱処理し、続いて前記粉末を非常に急速に冷却することを含んでなる、方法。 - 前記非常に急速な冷却の後、前記粉末を、僅かに酸性の水溶液中で後処理にかける、請求項6に記載の方法。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の薄層型酸化物からなる活性材料を含んでなる、正電極。
- 請求項8に記載の正電極を含んでなる、リチウムバッテリー。
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