JP2014203606A - 複合材料、この複合材料の製造方法、この複合材料を用いたリチウムイオン二次電池及び電気化学キャパシタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】a)リチウム源とチタン源と導電性カーボン粉末とを含む反応液を旋回可能な反応器内に導入し、b)上記反応器を旋回させて上記反応液にずり応力と遠心力とを加えることにより、上記導電性カーボン粉末にチタン酸リチウム前駆体を担持させ、c)得られたチタン酸リチウム前駆体を担持させた導電性カーボン粉末を、200〜500℃の温度で一次焼成した後、真空中又は窒素中で600〜950℃の温度で二次焼成することにより、上記導電性カーボン粉末上で上記チタン酸リチウム前駆体をスピネル型のチタン酸リチウムのナノ粒子に転化する工程により、酸化チタンを実質的に含まない複合材料を製造することができる。
【選択図】図1
Description
a)旋回可能な反応器内にリチウム源とチタン源と導電性カーボン粉末とを含む反応液を導入する調製工程、
b)上記反応器を旋回させて上記反応液にずり応力と遠心力とを加えることにより、上記導電性カーボン粉末にチタン酸リチウム前駆体を高分散状態で担持させる担持工程、
c)上記チタン酸リチウム前駆体を担持させた導電性カーボン粉末を、200〜500℃の温度で一次焼成した後、真空中又は窒素中で600〜950℃の温度で二次焼成することにより、上記導電性カーボン粉末上で上記チタン酸リチウム前駆体をスピネル型のチタン酸リチウムのナノ粒子に転化する焼成工程
を含む、本発明の複合材料の製造方法により得ることができる。
本発明の複合材料は、導電性カーボン粉末と、該導電性カーボン粉末に付着しているスピネル型のチタン酸リチウムのナノ粒子と、を含み酸化チタンを実質的に含まない。この複合材料は、
a)旋回可能な反応器内にリチウム源とチタン源と導電性カーボン粉末とを含む反応液を導入する調製工程、
b)上記反応器を旋回させて上記反応液にずり応力と遠心力とを加えることにより、上記導電性カーボン粉末にチタン酸リチウム前駆体を高分散状態で担持させる担持工程、
c)上記チタン酸リチウム前駆体を担持させた導電性カーボン粉末を、200〜500℃の温度で一次焼成した後、真空中又は窒素中で600〜950℃の温度で二次焼成することにより、上記導電性カーボン粉末上で上記チタン酸リチウム前駆体をスピネル型のチタン酸リチウムのナノ粒子に転化する焼成工程
を含む方法により、製造することができる。以下、各工程について詳細に説明する。
調製工程では、溶媒に、チタン酸リチウムの原料となるリチウム源及びチタン源と、チタン酸リチウムを付着させるための導電性カーボン粉末とを少なくとも添加し、リチウム源及びチタン源を溶媒に溶解させることによって、反応液を得る。
担持工程では、反応器を旋回させて反応液にずり応力と遠心力とを加えることにより、導電性カーボン粉末を分散させつつ、チタン源の加水分解反応、縮合反応及びこれに続くリチウム源との反応を促進させて、リチウムと酸化チタンとの複合体から成るチタン酸リチウム前駆体を導電性カーボン粉末上に担持させる。
焼成工程では、担持工程において得られたチタン酸リチウム前駆体を担持させた導電性カーボン粉末を、200〜500℃の温度で一次焼成した後に、真空中又は窒素中で600〜950℃の温度で二次焼成する。
本発明の複合材料は、リチウムイオン二次電池の負極のために好適である。したがって、本発明はまた、本発明の複合材料を含む活物質層を有する負極と、リチウムイオンの挿入・脱離が可能な正極活物質を含む活物質層を備えた正極と、負極と正極との間に配置された非水系電解液を保持したセパレータとを備えたリチウムイオン二次電池を提供する。
カーボンナノファイバ0.24gとテトライソプロポキシチタン2.96gとをイソプロピルアルコール15.62gに添加して、テトライソプロポキシチタンをイソプロピルアルコールに溶解させた。チタンアルコキシドとカーボンナノファイバの質量比は、最終生成物である複合材料においてチタン酸リチウムとカーボンナノファイバの質量比が約8:2となるように選択した。得られた液を、特許文献1(特開2007−160151号公報)の図1に示されている、外筒と内筒の同心円筒からなり、内筒の側面に貫通孔が設けられ、外筒の開口部にせき板が配置されている反応器の内筒内に導入し、35000kgms−2の遠心力が液に印加されるように内筒を300秒間旋回させて、カーボンナノファイバを液に高分散させた。
チタン酸リチウムの前駆体を担持させたカーボンナノファイバを、窒素中、2分で室温から700℃まで昇温し、3分間焼成(一段階焼成)し、500℃まで3分で降温した点を除いて、実施例の手順を繰り返した。
Claims (8)
- 導電性カーボン粉末と、
該導電性カーボン粉末に付着しているスピネル型のチタン酸リチウムのナノ粒子と、
を含み、
酸化チタンを実質的に含まないことを特徴とする複合材料。 - 前記スピネル型のチタン酸リチウムが酸素欠陥を有し、該酸素欠陥に窒素がドープされている、請求項1に記載の複合材料。
- 請求項1又は2に記載の複合材料の製造方法であって、
a)旋回可能な反応器内にリチウム源とチタン源と導電性カーボン粉末とを含む反応液を導入する調製工程、
b)前記反応器を旋回させて前記反応液にずり応力と遠心力とを加えることにより、前記導電性カーボン粉末にチタン酸リチウム前駆体を高分散状態で担持させる担持工程、
c)前記チタン酸リチウム前駆体を担持させた導電性カーボン粉末を、200〜500℃の温度で一次焼成した後、真空中又は窒素中で600〜950℃の温度で二次焼成することにより、前記導電性カーボン粉末上で前記チタン酸リチウム前駆体をスピネル型のチタン酸リチウムのナノ粒子に転化する焼成工程
を含むことを特徴とする複合材料の製造方法。 - 前記焼成工程において、500℃から二次焼成の温度までの昇温過程を真空中又は窒素中で5分以下の時間で行い、二次焼成を1〜20分の範囲で行い、二次焼成後の500℃までの降温過程を真空中又は窒素中で5分以下の時間で行う、請求項3に記載の複合材料の製造方法。
- 前記焼成工程において、500℃から二次焼成の温度までの昇温過程、二次焼成、及び二次焼成後の500℃までの降温過程を窒素中で行う、請求項3又は4に記載の複合材料の製造方法。
- 前記反応液に含まれているチタン源がチタンアルコキシドであり、前記反応液にチタンアルコキシドと錯体を形成する反応抑制剤がさらに含まれている、請求項3〜5のいずれか1項に記載の複合材料の製造方法。
- 請求項1又は2に記載の複合材料を含む活物質層を有する負極を備えたリチウムイオン二次電池。
- 請求項1又は2に記載の複合材料を含む活物質層を有する負極を備えた電気化学キャパシタ。
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