JP4773724B2 - アルカリ金属の挿入化合物の調製方法、アルカリ金属の挿入化合物、電極活物質、陽極、電池およびエレクトロクロミックデバイス - Google Patents
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Description
本発明は、リチウムイオンなどのアルカリ金属イオンの挿入化合物の調製方法、最も詳細には、ポリアニオン構造を有するアルカリ金属イオンの挿入化合物の調製方法に関する。
a)酸化状態が2より大きい遷移金属または遷移金属の混合物Mの有機錯体を、イオン形態のアルカリ金属Aおよび式Hb(XO4)(式中、Xは、Si、S、Al、P、Ge、AsまたはMoから選択され、bは0〜5の値を有する)の種(entity)と、閉鎖チャンバ内にて液体媒質中で接触させ、該チャンバは、液体媒質中での有機錯体の分解を可能にする温度Tにする段階、および
b)チャンバ内の温度および圧力を周囲温度および大気圧に戻し、式AMXO4(式中、Mは+2の酸化状態である)のアルカリ金属の挿入化合物を回収する段階、
を行なう、アルカリ金属の挿入化合物の調製方法により達成される。
この実施例では、本発明に従って、式LiFePO4の化合物を調製する。
この実施例では、陽極が、実施例1で提供した本発明の化合物を含む電池を製造する。
実施例1で得た生成物を、80重量%で、N−メチルピロリドンに溶解したアセチレンブラック(Super P、MMM Carbon、ベルギー)(10%)およびポリ(フッ化ビニリデン)(Solef 6020、Solvay、ベルギー)(10%)と混合する。続いて、混合物を、アルミニウムのシート上にコートし、次いで真空下にて60℃で、その後100℃で乾燥させる。
このようにして作製した陽極を、2032ボタン型電池形式のセル内に導入する。陰極を、活物質をLi4Ti5O12とする以外は、同様にして調製する。セパレータは、マイクロポーラスポリプロピレン(Celgard(登録商標)3200、Aventis)のフィルムから構成されたものである。使用する電解液は、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネートおよびヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)から構成されるもの(Electrolyte Selectipur LP30、Merck、ドイツ)である。
このようにして形成した電池を、25℃で、3V〜1.0Vで作動させると、C/2の速度でおよそ100mAh/gの陽極活性化合物に相当するリチウムの可逆的抽出/挿入(2時間での充電または放電)を可能にする。換言すると、C/2におけるその比容量は、100mAh/gである。比較として、陽極が「全固相」合成経路により調製したLiFePO4を含有する同じ電池は、C/2で100mAh/gの比容量を示す。
Claims (31)
- 以下の連続的な段階:
a)Fe(III)の有機錯体を、イオン形態のLiおよび式HPO 4 の種と、閉鎖チャンバ内にて液体媒質中で接触させ、該チャンバは、該液体媒質中での該有機錯体の分解を可能にする温度Tにする段階、
b)前記チャンバ内の温度および圧力を周囲温度および大気圧に戻し、式LiFePO 4 のアルカリ金属の挿入化合物を回収する段階
を行なう、アルカリ金属の挿入化合物の調製方法。 - 前記イオン形態のLiが、Li 2 HPO 4 の形態である請求項1に記載の方法。
- 前記有機配位子において、R1、R2およびR3は、独立して、カルボキシ(1〜4C)アルキルラジカルから選択される請求項3に記載の方法。
- 前記有機配位子において、R1、R2およびR3は、独立して、カルボキシメチルおよびカルボキシエチルから選択される請求項3に記載の方法。
- 前記有機配位子が、ニトリロ三酢酸N(CH2CO2H)3またはエチレンジオキシエチレンジニトリロ四酢酸(EGTA)である請求項3に記載の方法。
- 前記a)段階における前記液体媒質が、水、有機溶媒およびそれらの混合物から選択される請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記有機溶媒が、液体アルカンおよびリン酸トリブチル(TBP)から選択される請求項7に記載の方法。
- 前記液体アルカンが、ドデカンである請求項8に記載の方法。
- 前記b)段階の最後に、前記化合物を洗浄し、次いで、乾燥させる(任意選択で真空下にて)請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記有機錯体を、前記a)段階の前の段階で、Fe(III)の塩を、液体媒質中の有機化合物と接触させることにより調製する請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記有機化合物において、R1、R2およびR3は、独立して、カルボキシ(1〜4C)アルキルラジカルから選択される請求項12に記載の方法。
- 前記有機化合物において、R1、R2およびR3は、独立して、カルボキシメチルおよびカルボキシエチルから選択される請求項12に記載の方法。
- 前記有機化合物が、ニトリロ三酢酸N(CH2CO2H)3またはエチレンジオキシエチレンジニトリロ四酢酸である請求項12に記載の方法。
- 前記Fe(III)の塩が、Fe(III)の硝酸塩、硫酸塩、塩化物、酢酸塩、クエン酸塩またはカルボン酸塩から選択される請求項11〜15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記液体媒質が、水、有機溶媒およびそれらの混合物から選択される請求項11〜16のいずれか一項に記載の方法。
- 前記有機溶媒が、液体アルカンおよびリン酸トリブチル(TBP)から選択される請求項17に記載の方法。
- 前記液体アルカンが、ドデカンである請求項18に記載の方法。
- 式LiFePO 4 のアルカリ金属の挿入化合物であって、Fe(III)の含量として5重量%未満を示し、かつ円柱、立方体もしくは多面体の形状を有する微粒子または粒子の形態で存在することを特徴とするアルカリ金属の挿入化合物。
- Fe(III)の含量として1重量%未満を示す請求項20に記載の化合物。
- 前記微粒子が、十分に制御された均一な形態構造を示す請求項20または21に記載の化合物。
- 前記微粒子の大きさの平均値からの偏差が、20%未満である請求項20〜22のいずれか一項に記載の化合物。
- 前記微粒子の大きさの平均値からの偏差が、10%未満である請求項20〜23のいずれか一項に記載の化合物。
- 前記微粒子の大きさの平均値からの偏差が、1%未満である請求項20〜24のいずれか一項に記載の化合物。
- 請求項20〜25のいずれか一項に記載の化合物または請求項1〜19のいずれか一項に記載の方法により調製される化合物の1種類以上と、任意選択で、LiCoO2、LiNiO2、酸化マンガン、カンラン石アイソタイプ族の化合物、ナシコン型構造を有する化合物およびオルトケイ酸型のリチウムの挿入物質からなる群から選択される1種類以上の他の活性化合物との組合せで含む電極活物質。
- 前記1種類以上の他の活性化合物が、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4、ナシコン型構造を有する化合物およびオルトケイ酸型のリチウムの挿入物質からなる群から選択される請求項26に記載の電極活物質。
- 請求項26または27に記載の活物質を含有する陽極。
- 請求項28に記載の電極を含む電池。
- Li4Ti5O12を主成分とする陰極を含む請求項29に記載の電池。
- 請求項20〜25のいずれか一項に記載の化合物または請求項1〜19のいずれか一項に記載の方法により調製される化合物を含むエレクトロクロミックデバイス。
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