JP5112072B2 - リチウム・バナジウム酸化物およびその製造方法 - Google Patents
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Description
S.Jouanneau et al. [J. Mater. Chem., 2003, 13, 921-927]
・ [V2O5]/[Li]の濃度比1.15〜1.5で、α−V2O5およびリチウム前駆物質を接触させることにより前駆物質ゲルを製造すること;
・ 前記熱処理が2段階で行われる:第一段階は3時間〜15日かけて80℃〜150℃の温度で、第二段階は4分〜1時間かけて250℃〜350℃の温度で、空気中または窒素もしくはアルゴン雰囲気下で行われること。
・ リチウム前駆物質は、LiOH・H2O、LiCl、LiNO3または、例えばリチウムアセチルアセトナート、酢酸リチウム、ステアリン酸リチウム、蟻酸リチウム、しゅう酸リチウム、クエン酸リチウム、乳酸リチウム、酒石酸リチウムまたはピルビン酸リチウムから選択されるカルボン酸のリチウム塩から選ぶことができる。
・ α−V2O5をリチウム前駆物質の存在下で、過酸化水溶液と接触させる。数分後にゲルが形成し始めるのが認められる。ゲルは15分間の熟成後に、完全に形成される。
・ 反応媒体中のLi前駆物質およびα−V2O5のそれぞれの量は、好ましくは0.08mol.l-1<[Li]<0.7mol.l-1;0.1mol.l-1<[V2O5]<1mol.l-1である。反応物質の過度な高濃度は泡立ちをもたらし、一方、過度な低濃度はゲルではなく、沈澱を生じる。
・ 本発明のプロセスで得られたLi1+αV3O8酸化物
・ 機械的強度を与えるバインダー
・ 電子伝導性を与える化合物
・ 任意のイオン伝導性を与える化合物
前駆物質の水性懸濁液を、窒素雰囲気下、6.8200g(1.5M)のα−V2O5および1.2589g(1.2M)のLiOH・H2Oを水25ml中に加えることによって作製した。15時間の熟成時間後、ゲルGが形成された。続いて、当該ゲルを、空気中で、90℃で15日間乾燥し、このようにして得られたキセロゲルをアルゴン雰囲気下で、4分間、350℃で処理した。得られた生成物は、今後、XG−4と呼ぶ。
他のサンプルは、乾燥時間(DT)および/または熱処理時間(HTT)を以下の表1に示す変更を行った実施例1の操作手順に従って製造した。実施例1のサンプルXG−4は記録のために記載した。
1gのV2O5および0.1689gのLiOHを15mlの30%の過酸化水素水に添加した。ゲルは数分間で形成された。
他のサンプルは、実施例1の手順を繰り返すことで作製した。ただし、熱処理の第一段階は、空気中で12時間、90℃で行い、そして350℃で、以下の異なる処理時間(HTT)、処理を行った:
1,2,3,4,5,15,30および45(分)
性能の測定
酸化物の様々なサンプルの電気化学的性能を、Li/液体電解質(EC+DMC+LiPF6)/(XG+炭素)型Swagelok(登録商標)式検査用電池を使用して、周囲温度で検査した。正電極として、酸化物XGのサンプルにカーボンブラックを加えた。
Claims (19)
- 前駆物質ゲルの製造および前記ゲルの熱処理を含む、酸化物Li1+αV3O8(0≦α≦0.25)の製造方法であって、
・ [V2O5]/[Li]の濃度比が1.15〜1.5となる量で、α−V2O5およびリチウム前駆物質を接触させることにより前記前駆物質ゲルを製造すること、および
・ 前記熱処理が、空気中または窒素もしくはアルゴン雰囲気下において、3時間〜15日間、温度80℃〜150℃の第一段階および4分〜1時間、温度250℃〜350℃の第二段階の2段階で行われること
を特徴とする製造方法。 - 前記リチウム前駆物質がLiOH・H2Oであり、窒素雰囲気下で、α−V2O5およびLiOH・H2Oを水に添加することを特徴とする請求項1記載の製造方法。
- 前駆物質の濃度が、α−V2O5については0.75mol/l〜3mol/l、LiOH・H2Oについては0.55mol/l〜2.2mol/lで変化することを特徴とする請求項2記載の製造方法。
- 過酸化水素を10〜50質量%含む水溶液を反応媒体に添加することを特徴とする請求項1記載の製造方法。
- α−V2O5の濃度が0.05mol/l〜2mol/l、リチウム前駆物質の濃度が0.04mol/l〜1.5mol/lであることを特徴とする請求項4記載の製造方法。
- 前記リチウム前駆物質が、LiOH・H2O、LiCl、LiNO3またはカルボン酸のリチウム塩から選択されることを特徴とする請求項4記載の製造方法。
- 前記カルボン酸のリチウム塩が、リチウムアセチルアセトナート、酢酸リチウム、ステアリン酸リチウム、蟻酸リチウム、しゅう酸リチウム、クエン酸リチウム、乳酸リチウム、酒石酸リチウムまたはピルビン酸リチウムから選択されることを特徴とする請求項6記載の製造方法。
- α−V2O5をリチウム前駆物質の存在下で、過酸化水溶液と接触させることを特徴とする請求項4記載の製造方法。
- 前記反応媒体中のリチウム前駆物質およびα−V2O5のそれぞれの量が、0.08mol/l<[Li]<0.7mol/lおよび0.1mol/l<[V2O5]<1mol/lであることを特徴とする請求項4記載の製造方法。
- 小さい針状結晶の凝集体で構成された酸化リチウムLi1+αV3O8(0.1≦α≦0.25)であって、前記針状結晶は、長さ(l)が、400〜1000nm、幅(w)が10<l/w<100、厚さ(t)が10<l/t<100である酸化リチウム。
- リチウム電池用の複合体正電極であって、請求項10記載の酸化リチウムLi1+αV3O8を含む複合材料で構成される複合体正電極。
- さらに、前記複合材料が、
・ 機械的強度を与えるバインダー
・ 電子伝導性付与化合物
を含むことを特徴とする請求項11記載の複合体正電極。 - さらに、前記複合材料が、イオン伝導性付与化合物を含むことを特徴とする請求項12記載の複合体正電極。
- ・ 前記酸化リチウムLi1+αV3O8の含有量が80〜90重量%、
・ 前記バインダーの含有量が10重量%未満、
・ 前記電子伝導性付与化合物の含有量が5〜15重量%、
・ 前記イオン伝導性付与化合物の含有量が5重量%未満
であることを特徴とする請求項13記載の複合体正電極。 - 前記バインダーが溶媒和ポリマーで構成されることを特徴とする請求項12記載の複合体正電極。
- 前記バインダーが溶媒和ポリマーおよび非溶媒和ポリマーの混合物であることを特徴とする請求項12記載の複合体正電極。
- 前記バインダーが、さらに非プロトン性極性化合物を含むことを特徴とする請求項12〜16のいずれかの項に記載の複合体正電極。
- 前記イオン伝導性付与化合物が、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiRFSO3、LiCH3SO3、リチウム・ビスペルフルオロアルキルスルホンイミド類並びにリチウム・ビス−およびトリスペルフルオロスルホニルメチド類から選択されるリチウム塩であることを特徴とする請求項13記載の複合体正電極。
- リチウム塩の溶剤溶液を含む電解質によって分離された正電極および負電極を含む電池であって、前記正電極が、請求項11〜18のいずれかの項に記載の複合体正電極である電池。
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