JP2015179589A - 電極活物質材料、電極、電池、及び、電極活物質材料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本実施形態の電極活物質材料は、クラスレート化合物と、炭素質物質とを含有する。クラスレート化合物は、結晶格子およびゲスト物質を含む。ゲスト物質は、結晶格子に内包される。炭素質物質は、電極活物質材料中に分散される。電極活物質中の炭素質物質の含有率は、質量%で0.2〜4%である。
【選択図】なし
Description
本実施形態による電極活物質材料の製造方法の一例を説明する。電極活物質材料の製造方法は、クラスレート化合物の準備工程と、分散工程とを含む。準備工程は、鋳造工程と、粉砕工程とを備える。
本発明の実施の形態に係る電極活物質材料を用いた電極は、当業者に周知の方法で製造することができる。以下、一例として、負極の製造方法について説明する。
<リチウムイオン電池用負極活物質材料の調製>
12.66gのバリウム、4.39gの銅、及び、12.95gのケイ素の混合物を原料として準備した。原料の組成は、Ba8Cu6Si40に相当した。原料を、水冷モールドで冷却したアルゴンアーク炉で溶解させて鋳造した。この鋳造時の凝固速度は約100℃/秒であった。得られた鋳塊を、メノウ乳鉢を用いて粉砕し、その粉砕物を20μmの目開きの篩でふるい分けした。
(1)電極作製
作製された上記電極活物質材料を、負極活物質材料として、電極を作製した。具体的には、上述の負極活物質材料100重量部に対し、15重量部のアセチレンブラック(導電性付与剤)、5重量部のSBR(スチレンブタジエンラバー)(結着剤)、5重量部のCMC(カルボキシメチルセルロース)を混合した。その後、この混合物にイオン交換水(溶媒)を加えて負極合剤スラリを製造した。この負極合剤スラリを、厚み17μmの銅箔(集電体)上にドクターブレード法により塗布した。塗布量は5mg/cm2であった。塗布液を乾燥させて塗膜を得た後、その塗膜を直径13mmのディスク状に打ち抜いた。そのディスクをプレス成形機により加圧して、約1.30g/cm3の電極密度を有する電極を作製した。得られた電極の電極密度は、マイクロメータにより厚みを測定して体積を算出し、さらに、そのディスク(銅箔を除いた部分)の質量を計測することにより得られた。
ポリオレフィン製セパレーター(セルガード(株)製)の両側に上述の電極と対極のLi金属箔とを配置して電極組立体を作製した。その電極組立体の内部に電解液を注入してセルサイズ2016のコイン型非水試験セルを作製した。電解液としては、支持電解質をLiPF6とし、LiPF6:エチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC):ジメチルカーボネート(DMC):ビニレンカーボネート(VC):フルオロエチレンカーボネート(FEC)=16:48:23:16:1:8(質量比)とした混合溶媒を用いた。
この非水試験セルにおいて、先ず、0.25mA/cm2の電流値で、対極に対して電位差0(ゼロ)Vになるまで定電流ドープ(電極へのリチウムイオンの挿入、リチウムイオン二次電池の充電に相当)を行った。その後、さらに0Vを保持したまま、5μA/cm2になるまで定電圧で対極に対してドープを続け、ドープ容量を測定した。次に、0.25mA/cm2の定電流で、電位差1.5Vになるまで脱ドープ(電極からのリチウムイオンの離脱、リチウムイオン二次電池の放電に相当)を行い、脱ドープ容量を測定した。このときのドープ容量、脱ドープ容量は、この電極をリチウムイオン二次電池の負極として用いた時の充電容量、放電容量に相当する。したがって、測定されたドープ容量を充電容量とし、測定された脱ドープ容量を放電容量とした。本実施例では、上述の通りに測定した充電容量、放電容量から、アセチレンブラックの容量およびバインダの容量を考慮して、本実施例に係るリチウムイオン電池用負極活物質材料単独の体積当たりの放電容量を算出した。本実施例に係る負極活物質材料の放電容量は、表1に示すとおりであった。ドープ容量/脱ドープ容量の比は、リチウムイオン二次電池の放電容量/充電容量の比に相当するので、この比を充放電効率とした。本実施例に係る非水試験セルの充放電効率は、表1に示すとおりであった。
本発明例2〜4では、本発明例1と比較して、炭素質物の添加量を表1に示す通りに変更した。それ以外の製造条件は、本発明例1と同じとして、電極活物質材料、負極及びコイン型非水試験セルを製造した。
比較例1では、クラスレート化合物に対して、炭素質物を添加しなかった。それ以上の製造条件は本発明例1と同様にして、電極活物質材料、負極及びコイン型非水試験セルを製造した。
比較例2及び3では、本発明例1と比較して、炭素質物質の添加量を表1に示す通りに変更した。それ以外の製造条件は本発明例1と同様にして、電極活物質材料、負極及びコイン型非水試験セルを製造した。
本発明例5では、アーク溶解し鋳造する際の原料を、12.80gのバリウム、4.10gのニッケル、13.09gのケイ素の混合物とした。それ以外の製造条件は本発明例2と同様にして、電極活物質材料、負極及びコイン型非水試験セルを製造した。この原料の組成は、Ba8Ni6Si40に相当した。
本発明例6では、アーク溶解し鋳造する際の原料を、11.49gのバリウム、6.77gの銀、11.75gのケイ素の混合物とした。それ以外の製造条件は本発明例2と同様にして、電極活物質材料、負極及びコイン型非水試験セルを製造した。この原料の組成は、Ba8Ag6Si40に相当した。
本発明例7では、アーク溶解し鋳造する際の原料を、13.89gのバリウム、5.46gのアルミニウム、10.65gのケイ素の混合物とした。それ以外の製造条件は本発明例2と同様にして、電極活物質材料、負極及びコイン型非水試験セルを製造した。この原料の組成は、Ba8Al16Si30に相当した。
本発明例8では、アーク溶解し鋳造する際の原料を、12.55gのバリウム、0.92gのアルミニウム、3.70gの銀、12.83gのケイ素の混合物とした。それ以外の製造条件は本発明例2と同様にして、電極活物質材料、負極及びコイン型非水試験セルを製造した。この原料の組成は、Ba8Al3Ag3Si40に相当した。
比較例4〜7では、炭素質物を添加しなかった。それ以外の製造条件は、それぞれ本発明例5〜8と同様にして、電極活物質材料、負極及びコイン型非水試験セルを製造した。
表1に、上記本発明例1〜8、比較例1〜7の試験結果を示す。
Claims (14)
- 電極活物質材料であって、
結晶格子と前記結晶格子に内包されるゲスト物質とを含むクラスレート化合物と、
前記電極活物質材料内に分散され、質量%で0.2〜4%の炭素質物質とを含有する、電極活物質材料。 - 請求項1に記載の電極活物質材料であって、
前記クラスレート化合物の結晶粒は、ナノ粒子化されている、電極活物質材料。 - 請求項1又は請求項2に記載の電極活物質材料であって、
前記ゲスト物質は、バリウム(Ba),カルシウム(Ca)及びリチウム(Li)からなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記結晶格子は、ガリウム(Ga),アルミニウム(Al),インジウム(In),銀(Ag),金(Au),銅(Cu),ニッケル(Ni)及びコバルト(Co)からなる群から選択される少なくとも一種と、ケイ素(Si)及びスズ(Sn)からなる群から選択される少なくとも一種とを含む、電極活物質材料。 - 請求項3に記載の電極活物質材料であって、
前記クラスレート化合物は、AxByCzの組成を有し、
前記Aは、バリウム(Ba),カルシウム(Ca)及びリチウム(Li)からなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記Bは、インジウム(In),銀(Ag),金(Au),銅(Cu),ニッケル(Ni)及びコバルト(Co)からなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記Cは、ケイ素(Si)及びスズ(Sn)からなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記xは、7〜9であり、
前記yは、0〜6であり、
(y+z)/xは、5.1〜6.6以下である、電極活物質材料。 - 請求項3に記載の電極活物質材料であって、
前記クラスレート化合物は、AxAlyCzの組成を有し、
前記Aは、バリウム(Ba),カルシウム(Ca)及びリチウム(Li)からなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記Cは、ケイ素(Si)及びスズ(Sn)からなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記xは、7〜9であり、
前記yは、0〜16であり、
(y+z)/xは、5.1〜6.6である、電極活物質材料。 - 請求項3に記載の電極活物質材料であって、
前記クラスレート化合物は、AxGayCzの組成を有し、
前記Aは、バリウム(Ba),カルシウム(Ca)及びリチウム(Li)からなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記Cは、ケイ素(Si)及びスズ(Sn)からなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記xは、7〜9であり、
前記yは、0〜16であり、
(y+z)/xは、5.1〜6.6である、電極活物質材料。 - 請求項3に記載の電極活物質材料であって、
前記クラスレート化合物は、AxCuyCzの組成を有し、
前記Aは、バリウム(Ba),カルシウム(Ca)及びリチウム(Li)からなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記Cは、ケイ素(Si)及びスズ(Sn)からなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記xは、7〜9であり、
前記yは、0〜6であり、
(y+z)/xは、5.1〜6.6である、電極活物質材料。 - 請求項3に記載の電極活物質材料であって、
前記クラスレート化合物は、AxNiyCzの組成を有し、
前記Aは、バリウム(Ba),カルシウム(Ca)及びリチウム(Li)からなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記Cは、ケイ素(Si)及びスズ(Sn)からなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記xは、7〜9であり、
前記yは、0〜6であり、
(y+z)/xは、5.1〜6.6である、電極活物質材料。 - 請求項3に記載の電極活物質材料であって、
前記クラスレート化合物は、AxAgyCzの組成を有し、
前記Aは、バリウム(Ba),カルシウム(Ca)及びリチウム(Li)からなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記Cは、ケイ素(Si)及びスズ(Sn)からなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記xは、7〜9であり、
前記yは、0〜6であり、
(y+z)/xは、5.1〜6.6である、電極活物質材料。 - 請求項3に記載の電極活物質材料であって、
前記クラスレート化合物は、AxBySnzの組成を有し、
前記Aは、バリウム(Ba),カルシウム(Ca)及びリチウム(Li)からなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記Bは、インジウム(In),銀(Ag),金(Au),銅(Cu),ニッケル(Ni)及びコバルト(Co)からなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記xは、7〜9であり、
前記yは、0〜6であり、
(y+z)/xは、5.1〜6.6である、電極活物質材料。 - 請求項1〜10のいずれか1項に記載の電極活物質材料を含む電極。
- 請求項11に記載の電極を備える電池。
- 粒状のクラスレート化合物を準備する準備工程と、
前記クラスレート化合物に粒状の炭素質物質を添加し、前記炭素質物質が添加された前記クラスレート化合物にせん断力を加えて、前記炭素質物質を前記クラスレート化合物の結晶粒間に分散して含有させる分散工程と
を備える、請求項1に記載の電極活物質材料の製造方法。 - 請求項13に記載の製造方法であって、
前記分散工程において、前記クラスレート化合物の結晶粒がナノ粒子化される、製造方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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CN115667559A (zh) * | 2020-05-19 | 2023-01-31 | 东曹株式会社 | 硅化物系合金材料、以及使用了该硅化物系合金材料的元件 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005183528A (ja) * | 2003-12-17 | 2005-07-07 | Toyota Motor Corp | 熱電変換素子及びその製造方法 |
JP2013168328A (ja) * | 2012-02-16 | 2013-08-29 | Hitachi Chemical Co Ltd | 負極材料、負極材料の製造方法、リチウムイオン二次電池用負極、及びリチウムイオン二次電池 |
US20130280609A1 (en) * | 2012-04-20 | 2013-10-24 | Southwest Research Institute | Alloys Of Clathrate Allotropes For Rechargeable Batteries |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005183528A (ja) * | 2003-12-17 | 2005-07-07 | Toyota Motor Corp | 熱電変換素子及びその製造方法 |
JP2013168328A (ja) * | 2012-02-16 | 2013-08-29 | Hitachi Chemical Co Ltd | 負極材料、負極材料の製造方法、リチウムイオン二次電池用負極、及びリチウムイオン二次電池 |
US20130280609A1 (en) * | 2012-04-20 | 2013-10-24 | Southwest Research Institute | Alloys Of Clathrate Allotropes For Rechargeable Batteries |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
NICHOLAS A. WAGNER ET AL.: "Electrochemical Cycling of Sodium-Filled Silicon Clathrate", CHEMELECTROCHEM, vol. 1, no. 2, JPN6017038363, 11 February 2014 (2014-02-11), pages 347 - 353, XP055631719, ISSN: 0003777127, DOI: 10.1002/celc.201300104 * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20210010360A (ko) | 2019-07-19 | 2021-01-27 | 도요타 지도샤(주) | 활물질 |
KR20220038624A (ko) | 2019-07-19 | 2022-03-29 | 도요타 지도샤(주) | 활물질 |
US11502298B2 (en) | 2019-07-19 | 2022-11-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Active material |
US11901556B2 (en) | 2019-07-19 | 2024-02-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Active material |
CN115667559A (zh) * | 2020-05-19 | 2023-01-31 | 东曹株式会社 | 硅化物系合金材料、以及使用了该硅化物系合金材料的元件 |
CN115667559B (zh) * | 2020-05-19 | 2024-03-29 | 东曹株式会社 | 硅化物系合金材料、以及使用了该硅化物系合金材料的元件 |
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