JP2013258035A - リチウムイオン二次電池用電極活物質及びリチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い容量を発揮することができるリチウムイオン二次電池用電極活物質及びリチウムイオン二次電池を提供すること。
【解決手段】本発明の二次電池及び電極活物質は、組成式(I):Li1+xMSi2O6(式中のMは形式電荷が+2から+4の間で変化する遷移金属元素であるTi、Cr、Mn、Fe、Co、Niから選ばれた少なくとも1種の元素,xは0を超え1以下である)で表され、Mの酸素配位数が6であり、Siの酸素配位数が4であるリチウムパイロキシン化合物を含むことを特徴とする。
【選択図】なし
Description
すなわち、対極にリチウムを用いて所定の電圧を印加することで、組成式(III)の化合物にリチウムを挿入することができる。
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質には、上記の組成式(I)で表され、かつMの酸素配位数が6であり、Siの酸素配位数が4であるリチウムパイロキシン化合物のうち、その結晶が室温において空間群C2/cに属する化合物群が選ばれる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極活物質に前述した本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極活物質を採用した構成を有する。リチウムイオン二次電池は正極、負極、電解質、その他必要な部材を有する。
本発明のリチウムイオン二次電池用電極活物質及びリチウムイオン二次電池は、その製造方法が限定されるものではない。
(LiFeSi2O6の合成)
Li2CO3、Fe2O3、SiO2を出発原料とし、固相反応法により、LiFeSi2O6を調製した。
得られた粉末試料の室温における粉末X線回折パターンを測定した。X線源にはCr−Kα線を用いた。測定結果を、図1に示した。
調製された化合物粉末と、導電剤であるアセチレンブラックとを、10:4の質量比となるように秤量し、ZrO2ボールをメディアとして乾式混合した。
この混合物を集電体であるアルミメッシュ上でプレス成型し、真空乾燥して正極を作製した。
作製されたコイン型電池に、0.1mA/cm2の電流を用いて、4.5Vまでの予備充電を行って得られた容量に等しい放電容量を得られるまで予備放電を行い、電池電圧を2.6Vとした。さらに、0.1mA/cm2の電流を用いて、2.6Vの電池電圧が1.5Vになるまで電圧を印加した。この電圧は、請求項3,4の1.0V以上、3.0V以下の任意の電位で印加される電圧である。この予備充放電と電圧印加によって得られた電気容量−電圧特性を図3に示した。
以上により、本実施例のリチウム電池用電極活物質(正極活物質)を用いたコイン型のリチウムイオン二次電池が製造された。
実施例1のときと同様に、コイン型電池を製造した。
ICP組成分析に用いた正極の一部を、アルゴンガス雰囲気のグローブボックス中で、プラスチック製の袋に封入、密閉して、評価サンプルAを得た。
サンプルA〜Cの評価として、放射光X線によるFeのK吸収端に関するX線吸収端エネルギー評価を行った。測定結果を表1に示す。
以上から、Li1+xMSi2O6は、理論容量が240mAh/gであり、リチウムイオン二次電池用電極活物質として機能することがわかる。
(サイクル特性評価)
実施例1のときと同様に、コイン型電池を製造した。
コイン型電池に対して、上記のサイクル特性のときと同様の充放電を10サイクル繰り返し施した。
乾燥後の正極に対して、Cr−Kα線を用いた粉末X線回折測定を行った。得られたX線回折パターンを図5に示した。
2:負極 2a:負極集電体
3:電解液
4:正極ケース
5:負極ケース
6:ガスケット
7:セパレータ
10:コイン型電池
Claims (7)
- 組成式(I):Li1+xMSi2O6(式中のMは形式電荷が+2から+4の間で変化する遷移金属元素であるTi、Cr、Mn、Fe、Co、Niから選ばれた少なくとも1種の元素,xは0を超え1以下である)で表され、Mの酸素配位数が6であり、Siの酸素配位数が4であるリチウムパイロキシン化合物を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池用電極活物質。
- 組成式(II):Li1+xFeSi2O6(xは0を超え1以下である)で表され、かつ室温において空間群C2/c(単斜晶)のリチウムパイロキシン化合物である請求項1記載のリチウムイオン二次電池用電極活物質。
- 組成式(III):Li1−yFeSi2O6(式中のyは0以上1以下である)で表され、かつ室温において空間群C2/c(単斜晶)のリチウムパイロキシン化合物にLiを基準として0.5V以上、4.0V以下の電位で電気化学的または化学的にリチウムを挿入して得られる請求項2記載のリチウムイオン二次電池用電極活物質。
- 組成式(III):Li1−yFeSi2O6(式中のyは0以上1以下である)で表され、かつ室温において空間群C2/c(単斜晶)の前記リチウムパイロキシン化合物を作用極、リチウムに対して1.0V以下の電位でLiを吸蔵し得る物質を対極とした電気化学セルを構成し、1.0V以上、3.0V以下の任意の電位で電圧を印加することで得られる請求項2〜3のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用電極活物質。
- 前記対極に用いられるリチウムに対して1.0V以下の電位でLiを吸蔵し得る前記物質は、金属リチウムである請求項4記載のリチウムイオン二次電池用電極活物質。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の電極活物質を用いてなることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
- 前記組成式(II)を主体とする固溶体を電極活物質として含み、金属リチウム、又はリチウムイオンを吸蔵、放出可能な物質を対極の活物質とし、リチウムイオンが前記電極活物質又は前記対極の活物質と電気化学反応をするための移動を行い得る物質を電解質物質とした請求項6記載のリチウムイオン二次電池。
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Title |
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