JP2016030698A - チタン酸化物及びその製造方法、二次電池用活物質及びその製造方法、並びにチタン酸化物を活物質として用いた二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明のチタン酸化物においては、結晶構造を斜方晶系のトンネル構造とすることで、特許文献1や非特許文献1に記載されている活物質のような層状のものと比べてより構造安定性が高くなる。そのため、二次電池用活物質として用いた場合、二次電池のサイクル特性が向上し、長寿命化できる。
さらに、本発明のチタン酸化物は、NaやLiと比べてイオン半径の小さいHが必ず含まれるため、トンネル構造内により大きな空間が形成される。そのため、負極活物質としての使用を考えた場合、充電時に、結晶構造中の空間内により多くのリチウムイオンが電気化学的に挿入される結果、非特許文献2に記載されているチタン酸化物よりも高容量化できる。
したがって、本発明によれば、従来よりも高容量かつ長寿命の二次電池用活物質として使用可能な新規チタン酸化物を提供できる。
本発明の製造方法によれば、上記チタン酸化物及び二次電池用活物質を製造することができ、従来よりも高容量かつ長寿命の二次電池用活物質を提供できる。
本発明のチタン酸化物は、式A2Ti3O7(式中、Aは、Na、Li及びHから選択された1種又は2種以上を示し、Hを必ず含むものとする。)で表され、結晶構造が斜方晶系のNaLiTi3O7型のトンネル構造であることを特徴とする。
本発明のチタン酸化物は、式BLiTi3O7(式中、Bは、Na及びLiから選択された1種又は2種を示し、Liを必ず含むものとする。)で表され、結晶構造が斜方晶系のNaLiTi3O7型のトンネル構造であるチタン酸化物を出発原料として、上記出発原料のNa及びLiの少なくとも1種をHに交換するプロトン交換によって合成されることを特徴とする。
上記式BLiTi3O7で表されるチタン酸化物は、典型的には、BとしてLiのみを含むLi2Ti3O7である。ただし、BとしてNaを少し含むNazLi(2−z)Ti3O7であってもよく、この場合、zは0.2以下が好ましい。
上記により得られたBLiTi3O7に対してプロトン交換反応を適用することにより、出発原料中のNa及びLiの一部又は全部がHに交換されたA2Ti3O7が得られる。
本発明の二次電池用活物質は、二次電池の電極(正極及び負極)に用いられ、上記チタン酸化物を主成分とする。すなわち、本発明の二次電池用活物質は、式A2Ti3O7(式中、Aは、Na、Li及びHから選択された1種又は2種以上を示し、Hを必ず含むものとする。)で表され、結晶構造が斜方晶系のNaLiTi3O7型のトンネル構造であることを特徴とするチタン酸化物を主成分として構成される。
なお、本発明の二次電池用活物質は、本発明のチタン酸化物を主成分とする限り、本発明のチタン酸化物が1種のみ含まれていてもよく、本発明のチタン酸化物が2種以上含まれていてもよい。
さらに、本発明のチタン酸化物は、NaやLiと比べてイオン半径の小さいHが必ず含まれており、トンネル構造内により大きな空間が形成される。そのため、本発明の二次電池用活物質は、Hが含まれていないチタン酸化物を主成分とする二次電池用活物質と比べて、二次電池を高容量にすることができ、特にリチウム挿入容量を高くすることができる。なお、A2Ti3O7中にHが多く含まれるほど、二次電池の容量が高くなる傾向がある。
本発明の二次電池は、正極と、負極と、電解質と、必要に応じて他の電池要素を含んで構成される二次電池であり、正極及び負極のうち少なくとも一方に、上述した本発明のチタン酸化物を主成分とする二次電池用活物質を含有することを特徴としている。
正極缶7と負極端子2との間には、下側から順に正極6と負極3とが層状に設けられる。
正極6と負極3との間には、双方を互いに隔てる電解液が含浸されたセパレータ4が介在している。
正極缶7と負極端子2は、絶縁パッキング5で電気的に絶縁されている。
集電体としては、好ましくはステンレスメッシュ、アルミ箔等を用いることができる。
導電剤としては、好ましくはアセチレンブラック、ケッチェンブラック等を用いることができる。
結着剤としては、好ましくはテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等を用いることができる。
純度99%以上の炭酸ナトリウム(Na2CO3)粉末、純度99.99%以上の炭酸リチウム(Li2CO3)及び純度99.99%以上の二酸化チタン(TiO2)粉末をモル比Na:Li:Ti=1.00:1.03:3.00となるように秤量した。これらを乳鉢中で混合した後、JIS規格金製るつぼに充填し、電気炉を用いて、空気中、高温条件下で加熱した。焼成温度は950℃で、焼成時間は24時間とした。これにより、トンネル型NaLiTi3O7多結晶体(図1)を得た。
a=16.4781Å(誤差:0.0004Å以内)
b=5.7356Å(誤差:0.0002Å以内)
c=11.2226Å(誤差:0.0003Å以内)
参考例1で合成したNaLiTi3O7多結晶体を乾燥した後に粉砕した。その粉砕物と、純度99%以上の硝酸リチウム(LiNO3)粉末及び純度99%以上の塩化リチウム(LiCl)の混合物(モル比88:12)とを、重量比でNaLiTi3O7:(LiNO3+LiCl)=1:7.5となるように秤量した。次いで、これらを乳鉢中で混合した後、アルミナ製るつぼに充填し、電気炉を用いて空気雰囲気下、400℃で5時間保持することにより、リチウムイオン交換処理を実施した。その後、エタノールでよく洗浄した後、自然乾燥してから再度、リチウムイオン交換処理を実施することによりNa0.1Li1.9Ti3O7多結晶体を得た。
a=16.7306Å(誤差:0.0002Å以内)
b=5.7186Å(誤差:0.0001Å以内)
c=11.0919Å(誤差:0.0002Å以内)
参考例2で得られたNa0.1Li1.9Ti3O7多結晶体を粉砕し、その粉砕物1.0gをイオン交換水50ml中に投入し、湯煎しながら90℃にて3日間保持することにより、プロトン交換処理を実施した。その後、90℃にて真空乾燥することにより、新規チタン酸化物であるHLiTi3O7多結晶体を得た。
2HLiTi3O7 → H2O↑ + Li2Ti6O13
a=16.7510Å(誤差:0.0005Å以内)
b=5.7621Å(誤差:0.0002Å以内)
c=11.1136Å(誤差:0.0004Å以内)
純度99%以上の炭酸ナトリウム(NaCO3)粉末と純度99.99%以上の二酸化チタン(TiO2)粉末をモル比でNa:Ti=2.0:3.0となるように秤量した。これらを乳鉢中で混合した後、JIS規格に基づいた金製るつぼに充填し、電気炉を用いて空気雰囲気の高温条件下で焼成した。焼成温度は800℃で、焼成時間は20時間とした。その後、電気炉中で自然放冷した後、再度、乳鉢中で粉砕・混合を行い、800℃で20時間再焼成を行った。これにより、層状ナトリウムチタン酸化物Na2Ti3O7を得た。
参考例2で得られたNa0.1Li1.9Ti3O7多結晶体を粉砕し、その粉砕物1.0gを12N−HCl溶液50ml中に投入し、湯煎しながら90℃にて3日間保持することにより、プロトン交換処理を実施した。その後、90℃にて真空乾燥することにより、新規チタン酸化物であるH2Ti3O7多結晶体を得た。
H2Ti3O7 → H2O↑ + 3TiO2
a=17.016Å(誤差:0.001Å以内)
b=5.8208Å(誤差:0.0003Å以内)
c=10.8793Å(誤差:0.0005Å以内)
まず、比較例1と同じ方法により、層状ナトリウムチタン酸化物Na2Ti3O7を得た。
次いで、合成された層状ナトリウムチタン酸化物Na2Ti3O7の粉砕乾燥物を、0.5N−HCl溶液に浸漬し、室温条件下で5日間保持して、プロトン交換処理を行った。その後、水洗いし、真空中120℃で24時間乾燥を行い、層状H2Ti3O7を得た。
(リチウム二次電池の作製)
各実施例、参考例及び比較例で得られたチタン酸化物を活物質とし、導電剤としてアセチレンブラック、結着剤としてテトラフルオロエチレンを、重量比で5:5:1となるように混合し、Alメッシュに圧着させ電極を作成した。それぞれの電極に対して、リチウム金属を対極、6フッ化リン酸リチウムをエチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)との混合溶媒(体積比1:2)に溶解させた1M溶液を電解液とする、図2に示す構造のリチウム二次電池(コイン型セル)を作製した。電池の作製は、公知のセルの構成・組み立て方法に従って行った。
作製した各リチウム二次電池について、25℃の温度条件下で、電流密度10mA/g、3.0V〜1.0Vのカットオフ電位で電気化学的リチウム挿入・脱離試験を行った。
作製した各リチウム二次電池について、充放電サイクル試験を実施した。測定条件は、25℃の温度条件下で電流密度を10mA/gとし、3.0V〜1.0Vのカットオフ電位とした。
図8に示すように、トンネル型H2Ti3O7(実施例2)を用いたリチウム二次電池は、可逆的なリチウム挿入・脱離が可能であることが判明した。リチウム挿入容量は、H2Ti3O7の化学式当たり3.10に相当し、活物質重量当たりの容量は321mAh/gであった。図8より、トンネル型H2Ti3O7を用いたリチウム二次電池は、層状H2Ti3O7(比較例2)及びトンネル型Na0.1Li1.9Ti3O7(参考例2)を用いたリチウム二次電池よりも高容量であることが確認された。
2 負極端子
3 負極
4 電解液が含浸されたセパレータ
5 絶縁パッキング
6 正極
7 正極缶
Claims (10)
- 式A2Ti3O7(式中、Aは、Na、Li及びHから選択された1種又は2種以上を示し、Hを必ず含むものとする。)で表され、結晶構造が斜方晶系のNaLiTi3O7型のトンネル構造であることを特徴とするチタン酸化物。
- 上記式A2Ti3O7が、ALiTi3O7(式中、Aは、Na、Li及びHから選択された1種又は2種以上を示し、Hを必ず含むものとする。)である請求項1に記載のチタン酸化物。
- 上記斜方晶系の格子定数は、a軸長が16.7〜16.8Å、b軸長が5.7〜5.8Å、c軸長が11.0〜11.2Åの範囲である請求項2に記載のチタン酸化物。
- 上記式A2Ti3O7が、AHTi3O7(式中、Aは、Na、Li及びHから選択された1種又は2種以上を示し、Hを必ず含むものとする。)である請求項1に記載のチタン酸化物。
- 上記斜方晶系の格子定数は、a軸長が16.7〜17.1Å、b軸長が5.7〜5.9Å、c軸長が10.8〜11.2Åの範囲である請求項4に記載のチタン酸化物。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のチタン酸化物を主成分とすることを特徴とする二次電池用活物質。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のチタン酸化物の製造方法であって、
式BLiTi3O7(式中、Bは、Na及びLiから選択された1種又は2種を示し、Liを必ず含むものとする。)で表され、結晶構造が斜方晶系のNaLiTi3O7型のトンネル構造であるチタン酸化物を出発原料として、前記出発原料のNa及びLiの少なくとも1種をHに交換するプロトン交換によって合成されることを特徴とするチタン酸化物の製造方法。 - 上記式BLiTi3O7で表されるチタン酸化物は、ナトリウム原料とリチウム原料とチタン原料とから生成された複合チタン酸化物NaLiTi3O7のNaをLiに交換するリチウムイオン交換によって合成される請求項7に記載のチタン酸化物の製造方法。
- 二次電池用活物質の製造方法であって、
請求項7又は8に記載の製造方法によって、請求項1〜5のいずれか1項に記載のチタン酸化物が合成されることを特徴とする二次電池用活物質の製造方法。 - 正極と、負極と、電解質と、を含んで構成される二次電池であって、
正極及び負極のうち少なくとも一方に、請求項1〜5のいずれか1項に記載のチタン酸化物を主成分とする二次電池用活物質を含有することを特徴とする二次電池。
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10120420A (ja) * | 1996-08-30 | 1998-05-12 | Kubota Corp | 抗菌性チタン酸化合物およびその製造方法 |
JP2007234233A (ja) * | 2006-02-27 | 2007-09-13 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | リチウム二次電池用活物質及びその製造方法、並びにそれを用いたリチウム二次電池 |
JP2010150125A (ja) * | 2008-11-20 | 2010-07-08 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | チタン酸化物及びその製造方法 |
JP2012051740A (ja) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | チタン酸化物及びその製造方法、並びにそれを部材として使用した電気化学デバイス |
JP2012084358A (ja) * | 2010-10-08 | 2012-04-26 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | リチウム二次電池用負極材料、その製造方法および同負極材料を用いたリチウム二次電池 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10120420A (ja) * | 1996-08-30 | 1998-05-12 | Kubota Corp | 抗菌性チタン酸化合物およびその製造方法 |
JP2007234233A (ja) * | 2006-02-27 | 2007-09-13 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | リチウム二次電池用活物質及びその製造方法、並びにそれを用いたリチウム二次電池 |
JP2010150125A (ja) * | 2008-11-20 | 2010-07-08 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | チタン酸化物及びその製造方法 |
JP2012051740A (ja) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | チタン酸化物及びその製造方法、並びにそれを部材として使用した電気化学デバイス |
JP2012084358A (ja) * | 2010-10-08 | 2012-04-26 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | リチウム二次電池用負極材料、その製造方法および同負極材料を用いたリチウム二次電池 |
Non-Patent Citations (1)
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---|
MAT. RES. BULL, vol. Vol.27, JPN6018010131, 1992, pages 75 - 85 * |
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