JP2015118939A - リチウムセル用の電極材料 - Google Patents
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Abstract
Description
− 遷移金属酸化物を基礎とする、少なくとも1つの第1のリチウム化可能な活物質、及び
− ドープされた遷移金属酸化物を基礎とする、少なくとも1つの第2のリチウム化可能な活物質を有し、前記第2のリチウム化可能な活物質のドープされた遷移金属酸化物は、少なくとも1つのレドックス活性(redoxaktiv)の元素でドープされている、
電気化学的エネルギー貯蔵装置用の、特にリチウムセル用の、電極材料、例えばカソード材料である。
− 遷移金属酸化物を基礎とする、少なくとも1つの第1のリチウム化可能な活物質を、
− ドープされた遷移金属酸化物を基礎とする、少なくとも1つの第2のリチウム化可能な活物質と共に合成することにより得られ、前記第2のリチウム化可能な活物質のドープされた遷移金属酸化物は、少なくとも1つのレドックス活性(redoxaktiv)の元素でドープされている、
電気化学的エネルギー貯蔵装置用の、特にリチウムセル用の、電極材料である。
− 遷移金属酸化物を基礎とする、少なくとも1つの第1のリチウム化可能な活物質を準備する工程;
− ドープされた遷移金属酸化物を基礎とする、少なくとも1つの第2のリチウム化可能な活物質を準備し、その際、前記第2のリチウム化可能な活物質の前記ドープされた遷移金属酸化物は、少なくとも1つのレドックス活性の元素でドープされている工程;
− 場合により、導電性添加物を添加する工程;
− 場合により、バインダーを添加する工程;及び
− 場合により、材料粒子を、例えばAl2O3、AlF3、LiAlOx、ZrO2、TiO2、AlPO4、LiPON(酸窒化リチウムリン)又は遷移金属溶解及び他の金属−電解質−相互作用を低減する他の全ての化合物で被覆する工程(単粒子コーティング;single particle coating)
を有する、この種の電極材料の製造方法である。
− 第1のリチウム化可能な活物質、第2のリチウム化可能な活物質、導電性添加物及びバインダーからなる群からなる少なくとも1つの成分を乾式圧縮成形するか、又は第1のリチウム化可能な活物質、第2のリチウム化可能な活物質、導電性添加物及びバインダーからなる群からなる少なくとも1つの成分を、溶剤、特にN−メチル−2−ピロリドン中に分散させる工程;
− 場合により、こうして得られた分散液を、剪断応力下で塗布によりアルミニウム箔上にブレード塗布する工程;
− 場合により、この分散液を乾燥する工程;及び
− 場合により、電極を、例えばAl2O3、AlF3、LiAlOx、ZrO2、TiO2、AlPO4、LiPON(酸窒化リチウムリン)又は、遷移金属溶解及び他の材料−電解質−相互作用を低減する他の全ての化合物で被覆する工程(ラミネートコーティング)
を有するこの種の電極材料を有するカソードの製造方法である。
− Ni、Co、Mn及びNb塩+Na2CO3 + NH4OH(キレート剤)
− 50℃ 水浴 12時間
− LiOHと混合
− 焼成及び液体N2中で急冷。
1.
− 遷移金属酸化物を基礎とする、少なくとも1つの第1のリチウム化可能な活物質、及び
− ドープされた遷移金属酸化物を基礎とする、少なくとも1つの第2のリチウム化可能な活物質を有する
電気化学的エネルギー貯蔵装置用の、特にリチウムセル用の電極材料において、
前記第2のリチウム化可能な活物質の前記ドープされた遷移金属酸化物は、少なくとも1つのレドックス活性の元素でドープされていることを特徴とする、電極材料。
2.
前記1に記載の電極材料において、前記第1のリチウム化可能な活物質は、一般式Li(NixCoyMn1-x-y)O2を基礎とし、前記式中、xは0以上で1以下の範囲内にあり、かつyは、0以上で1以下の範囲内にあり、好ましくは、xは、0.2以上で0.8以下の範囲内にあり、かつyは、0以上で0.5以下の範囲内にあり、更に好ましくは、xは、0.3以上で0.45以下の範囲内にあり、かつyは、0.2以上で0.35以下の範囲内にあることを特徴とする、電極材料。
3.
前記1又は2に記載の電極材料において、前記電極材料は、一般式x(Li(Ni,Co,Mn)O2):1−x(Li2Mn1-zMzO3)を基礎とし、前記式中、x及びzは、それぞれ0超で1未満の範囲内にあり、かつMは、レドックス活性の元素を表すことを特徴とする、電極材料。
4.
前記1から3までのいずれか1に記載の電極材料において、前記第2のリチウム化可能な活物質は、ドープされたマンガン酸化物を基礎とし、特に、前記第2のリチウム化可能な活物質は、一般式Li2Mn1-zMzO3を基礎とし、前記式中、zは、0超で1未満の範囲内、好ましくは0.01以上で0.3以下の範囲内、更に好ましくは0.01以上で0.2以下の範囲内にあり、かつMは、レドックス活性の元素であることを特徴とする、電極材料。
5.
前記1から4までのいずれか1に記載の電極材料において、前記レドックス活性の元素は、少なくとも1つのイオン半径を有し、前記イオン半径は、50pm以上で80pm以下の範囲内、好ましくは60pm以上で70pm以下の範囲内、更に好ましくは65pm以上で69pm以下の範囲内にあることを特徴とする、電極材料。
6.
前記1から5までのいずれか1に記載の電極材料において、前記レドックス活性の元素は、少なくとも2つの連続する酸化状態においてイオン半径の僅かな変化を示し、特に、前記レドックス活性の元素は、少なくとも2つの連続する酸化状態において、それぞれ50pm以上で80pm以下の範囲内、特に59pm以上で70pm以下の範囲内にあるイオン半径を有することを特徴とする、電極材料。
7.
前記1から6までのいずれか1に記載の電極材料において、前記レドックス活性の元素は、更に遷移金属であることを特徴とする、電極材料。
8.
前記1から7までのいずれか1に記載の電極材料において、少なくとも1つのレドックス活性元素は、ニオブ、特にニオブ(IV)、タングステン、特にタングステン(IV)、又はモリブデン、特にモリブデン(IV)であることを特徴とする、電極材料。
9.
− 遷移金属酸化物を基礎とする、少なくとも1つの第1のリチウム化可能な活物質を、
− ドープされた遷移金属酸化物を基礎とする、少なくとも1つの第2のリチウム化可能な活物質と共に合成することにより得られ、その際、前記第2のリチウム化可能な活物質のドープされた遷移金属酸化物は、少なくとも1つのレドックス活性な元素でドープされている、
電気化学的エネルギー貯蔵装置用の、特にリチウムセル用の、電極材料。
10.
前記1から8までのいずれか1に記載の少なくとも1つの電極材料を有する、電極、特にカソード。
11.
次の工程:
− 遷移金属酸化物を基礎とする、少なくとも1つの第1のリチウム化可能な活物質を準備する工程;
− ドープされた遷移金属酸化物を基礎とする、少なくとも1つの第2のリチウム化可能な活物質を準備し、その際、前記第2のリチウム化可能な活物質の前記ドープされた遷移金属酸化物は、少なくとも1つのレドックス活性の元素でドープされている工程;
− 場合により、導電性添加物を添加する工程;及び
− 場合により、バインダーを添加する工程
を有する、電気化学的貯蔵装置用の電極材料の、特に前記1から8までのいずれか1に記載の電極材料の製造方法。
12.
前記11に記載の工程を有し、更に次の工程:
− 第1のリチウム化可能な活物質、第2のリチウム化可能な活物質、導電性添加物及びバインダーからなる群からの少なくとも1つの成分を乾式圧縮成形するか、又は第1のリチウム化可能な活物質、第2のリチウム化可能な活物質、導電性添加物及びバインダーからなる群からの少なくとも1つの成分を、溶剤、特にN−メチル−2−ピロリドン中に分散させる工程;
− 場合により、こうして得られた分散液を、塗布により剪断応力下でアルミニウム箔上にブレード塗布する工程;及び
− 場合により、この分散液を乾燥する工程
を有する、前記1から8までのいずれか1に記載の電極材料を有する電気化学的エネルギー貯蔵装置用の電極の、特にカソードの製造方法。
Claims (12)
- − 遷移金属酸化物を基礎とする、少なくとも1つの第1のリチウム化可能な活物質、及び
− ドープされた遷移金属酸化物を基礎とする、少なくとも1つの第2のリチウム化可能な活物質を有する
電気化学的エネルギー貯蔵装置用の、特にリチウムセル用の電極材料において、
前記第2のリチウム化可能な活物質の前記ドープされた遷移金属酸化物は、少なくとも1つのレドックス活性の元素でドープされていることを特徴とする、電極材料。 - 請求項1に記載の電極材料において、前記第1のリチウム化可能な活物質は、一般式Li(NixCoyMn1-x-y)O2を基礎とし、前記式中、xは0以上で1以下の範囲内にあり、かつyは、0以上で1以下の範囲内にあり、好ましくは、xは、0.2以上で0.8以下の範囲内にあり、かつyは、0以上で0.5以下の範囲内にあり、更に好ましくは、xは、0.3以上で0.45以下の範囲内にあり、かつyは、0.2以上で0.35以下の範囲内にあることを特徴とする、電極材料。
- 請求項1又は2に記載の電極材料において、前記電極材料は、一般式x(Li(Ni,Co,Mn)O2):1−x(Li2Mn1-zMzO3)を基礎とし、前記式中、x及びzは、それぞれ0超で1未満の範囲内にあり、かつMは、レドックス活性の元素を表すことを特徴とする、電極材料。
- 請求項1から3までのいずれか1項に記載の電極材料において、前記第2のリチウム化可能な活物質は、ドープされたマンガン酸化物を基礎とし、特に、前記第2のリチウム化可能な活物質は、一般式Li2Mn1-zMzO3を基礎とし、前記式中、zは、0超で1未満の範囲内、好ましくは0.01以上で0.3以下の範囲内、更に好ましくは0.01以上で0.2以下の範囲内にあり、かつMは、レドックス活性の元素であることを特徴とする、電極材料。
- 請求項1から4までのいずれか1項に記載の電極材料において、前記レドックス活性の元素は、少なくとも1つのイオン半径を有し、前記イオン半径は、50pm以上で80pm以下の範囲内、好ましくは60pm以上で70pm以下の範囲内、更に好ましくは65pm以上で69pm以下の範囲内にあることを特徴とする、電極材料。
- 請求項1から5までのいずれか1項に記載の電極材料において、前記レドックス活性の元素は、少なくとも2つの連続する酸化状態においてイオン半径の僅かな変化を示し、特に、前記レドックス活性の元素は、少なくとも2つの連続する酸化状態において、それぞれ50pm以上で80pm以下の範囲内、特に59pm以上で70pm以下の範囲内にあるイオン半径を有することを特徴とする、電極材料。
- 請求項1から6までのいずれか1項に記載の電極材料において、前記レドックス活性の元素は、更に遷移金属であることを特徴とする、電極材料。
- 請求項1から7までのいずれか1項に記載の電極材料において、少なくとも1つのレドックス活性元素は、ニオブ、特にニオブ(IV)、タングステン、特にタングステン(IV)、又はモリブデン、特にモリブデン(IV)であることを特徴とする、電極材料。
- − 遷移金属酸化物を基礎とする、少なくとも1つの第1のリチウム化可能な活物質を、
− ドープされた遷移金属酸化物を基礎とする、少なくとも1つの第2のリチウム化可能な活物質と共に合成することにより得られ、その際、前記第2のリチウム化可能な活物質のドープされた遷移金属酸化物は、少なくとも1つのレドックス活性な元素でドープされている、
電気化学的エネルギー貯蔵装置用の、特にリチウムセル用の、電極材料。 - 請求項1から8までのいずれか1項に記載の少なくとも1つの電極材料を有する、電極、特にカソード。
- 次の工程:
− 遷移金属酸化物を基礎とする、少なくとも1つの第1のリチウム化可能な活物質を準備する工程;
− ドープされた遷移金属酸化物を基礎とする、少なくとも1つの第2のリチウム化可能な活物質を準備し、その際、前記第2のリチウム化可能な活物質の前記ドープされた遷移金属酸化物は、少なくとも1つのレドックス活性の元素でドープされている工程;
− 場合により、導電性添加物を添加する工程;及び
− 場合により、バインダーを添加する工程
を有する、電気化学的貯蔵装置用の電極材料の、特に請求項1から8までのいずれか1項に記載の電極材料の製造方法。 - 請求項11に記載の工程を有し、更に次の工程:
− 第1のリチウム化可能な活物質、第2のリチウム化可能な活物質、導電性添加物及びバインダーからなる群からの少なくとも1つの成分を乾式圧縮成形するか、又は第1のリチウム化可能な活物質、第2のリチウム化可能な活物質、導電性添加物及びバインダーからなる群からの少なくとも1つの成分を、溶剤、特にN−メチル−2−ピロリドン中に分散させる工程;
− 場合により、こうして得られた分散液を、塗布により剪断応力下でアルミニウム箔上にブレード塗布する工程;及び
− 場合により、この分散液を乾燥する工程
を有する、請求項1から8までのいずれか1項に記載の電極材料を有する電気化学的エネルギー貯蔵装置用の電極の、特にカソードの製造方法。
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