JP5850007B2 - ナトリウムイオン電池用負極活物質およびナトリウムイオン電池 - Google Patents
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Description
まず、本発明のナトリウムイオン電池用負極活物質について説明する。本発明のナトリウムイオン電池用負極活物質は、Li4Ti5O12相から構成されたナトリウムイオン電池用負極活物質であって、BET比表面積が153m2/g以上であるか、結晶子サイズが69Å以下であることを特徴とするものである。
本発明において、Li4Ti5O12相の結晶子サイズは、通常、69Å以下である。結晶子サイズが大きすぎると、入出力特性が低くなる可能性がある。一方、Li4Ti5O12相の結晶子サイズは、例えば30Å以上である。
D=Kλ/(βcosθ)
K:Scherrer定数、λ:波長、β:結晶子の大きさによる回折線の拡がり、θ:回折角2θ/θ
図1は、本発明のナトリウムイオン電池の一例を示す概略断面図である。図1に示されるナトリウムイオン電池10は、正極活物質層1と、負極活物質層2と、正極活物質層1および負極活物質層2の間に形成された電解質層3と、正極活物質層1の集電を行う正極集電体4と、負極活物質層2の集電を行う負極集電体5と、これらの部材を収納する電池ケース6とを有する。また、負極活物質層2は、上記「A.ナトリウムイオン電池用負極活物質」に記載した負極活物質を含有する。
以下、本発明のナトリウムイオン電池について、構成ごとに説明する。
まず、本発明における負極活物質層について説明する。本発明における負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含有する層である。また、負極活物質層は、負極活物質の他に、導電化材、結着材および固体電解質材料の少なくとも一つを含有していても良い。
次に、本発明における正極活物質層について説明する。本発明における正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有する層である。また、正極活物質層は、正極活物質の他に、導電化材、結着材および固体電解質材料の少なくとも一つを含有していても良い。
次に、本発明における電解質層について説明する。本発明における電解質層は、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成される層である。電解質層に含まれる電解質を介して、正極活物質と負極活物質との間のイオン伝導を行う。電解質層の形態は、特に限定されるものではなく、液体電解質層、ゲル電解質層、固体電解質層等を挙げることができる。
本発明のナトリウムイオン電池は、上述した負極活物質層、正極活物質層および電解質層を少なくとも有するものである。さらに通常は、正極活物質層の集電を行う正極集電体、および、負極活物質層の集電を行う負極集電体を有する。正極集電体の材料としては、例えばSUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタンおよびカーボン等を挙げることができる。一方、負極集電体の材料としては、例えばSUS、銅、ニッケルおよびカーボン等を挙げることができる。また、集電体の形状としては、例えば、箔状、メッシュ状、多孔質状等を挙げることができる。また、集電体上に活物質層を形成する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、ドクターブレード法、静電塗布法、ディップコート法、スプレーコート法等を挙げることができる
本発明のナトリウムイオン電池は、上述した正極活物質層、負極活物質層および電解質層を有するものであれば特に限定されるものではない。また、本発明のナトリウムイオン電池は、電解質層が固体電解質層である電池であっても良く、電解質層が液体電解質層である電池であって良く、電解質層がゲル電解質層である電池であっても良い。さらに、本発明のナトリウムイオン電池は、一次電池であっても良く、二次電池であっても良いが、中でも、二次電池であることが好ましい。繰り返し充放電でき、例えば車載用電池として有用だからである。また、本発明のナトリウムイオン電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型および角型等を挙げることができる。また、ナトリウムイオン電池の製造方法は、特に限定されるものではなく、一般的なナトリウムイオン電池における製造方法と同様である。
Ti源としてTi[(CH3)2CHO]4(Titanium (IV) isopropoxide)を用い、Li源としてLi(CH3COO)・2H2Oを用いた。これらの材料を、硝酸を用いてpHを1.5以下に調整した水溶液中で、80℃、24時間の条件で撹拌した。その後、大気雰囲気下、200℃、5時間の条件で仮焼成を行った。その後、一度粉砕し、大気雰囲気下、800℃、10時間の条件で本焼成を行った。これにより、Li4Ti5O12(LTO)を得た。その後、得られたLTOに対して、ボールミル処理(ZrO2ボール使用、回転数180rpm、24時間)を行い、活物質を得た。
ボールミル処理における回転数を240rpmに変更したこと以外は、比較例1と同様にして活物質を得た。
Ti源としてTi[(CH3)2CHO]4(Titanium (IV) isopropoxide)を用い、Li源として金属Liをエタノールに溶解したものを用いた。これらの材料を純水中に添加し、さらにポリエチレングリコールを添加し、撹拌した。超音波処理を行った後、大気雰囲気下、500℃、30分間の条件で焼成を行った。これにより、Li4Ti5O12(LTO)の組成を有する活物質を得た。
Ti源としてTi(OCH2CH2CH2CH3)4(Titanium (IV) n-butoxide)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして活物質を得た。
(X線回折測定)
実施例1、2および比較例1、2で得られた活物質に対して、CuKα線を用いたX線回折(XRD)測定を行った。その結果、実施例1、2および比較例1、2では、いずれも所望のLTOが得られていることが確認された。なお、参考までに実施例1で得られた活物質のXRD測定の結果を図2に示す。また、2θ=18.3°のピークの半値全幅(FWHM)から、上述したScherrerの式を用いて結晶子サイズを算出した。その結果を表1に示す。
実施例1、2および比較例1、2で得られた活物質に対して、島津製作所社製トライスター3000を用い、窒素吸着法によりBET比表面積を求めた。その結果を表1に示す。
実施例1、2および比較例1、2で得られた活物質を用いた評価用電池を作製した。まず、得られた活物質と、導電化材(アセチレンブラック、層間距離d002=3.54Å、D/G比=0.87)と、結着材(ポリフッ化ビニリデン、PVDF)とを、活物質:導電化材:結着材=85:10:5の重量比で秤量し、混練することにより、ペーストを得た。次に、得られたペーストを、銅箔上にドクターブレードにて塗工し、乾燥し、プレスすることにより、厚さ20μmの試験電極を得た。
2 … 負極活物質層
3 … 電解質層
4 … 正極集電体
5 … 負極集電体
6 … 電池ケース
10 … ナトリウムイオン電池
Claims (2)
- Li4Ti5O12相から構成されたナトリウムイオン電池用負極活物質であって、
BET比表面積が153m2/g以上であるか、結晶子サイズが69Å以下であることを特徴とするナトリウムイオン電池用負極活物質。 - 正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に形成された電解質層とを有するナトリウムイオン電池であって、
前記負極活物質が、請求項1に記載のナトリウムイオン電池用負極活物質であることを特徴とするナトリウムイオン電池。
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