JP5991618B2 - リチウム二次電池用正極活物質 - Google Patents
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Description
項1. 下記(1)〜(3)の要件を満足することを特徴とする、リチウム二次電池用正極活物質:
(1)組成式:TiSn(式中、2<n<10である)で表される平均組成を有する非晶質多硫化チタンの微粉末からなり、
(2)CuKα線によるX線回折図において、回折角2θが15.5±1°、34±1°、44±1°及び54±1°の位置の内で、34±1°を含む少なくとも2ヶ所に回折ピークを有し、
(3)2θ=34±1°の回折ピークの半値幅が0.3〜2.5°の範囲内である。
項2. 原料として結晶性のTiS2と硫黄を用い、メカニカルミリング法によって、混合、粉砕してTiS2と硫黄とを反応させることを特徴とする、上記項1に記載されたリチウム二次電池用正極活物質の製造方法。
項3. 上記項1に記載のリチウム二次電池用正極活物質を含むリチウム二次電池用正極。
項4. 上記項3に記載のリチウム二次電池用正極を構成要素として含むリチウム二次電池。
項5. 非水電解質二次電池又は全固体型二次電池である上記項4に記載のリチウム二次電池二次電池。
本発明のリチウム二次電池用正極活物質は、組成式:TiSn(式中、2<n<10である)で表される平均組成を有する非晶質状態の多硫化チタンの微粉末からなり、CuKα線によるX線回折図における回折角2θ=10°〜60°の範囲内において、TiS2結晶に基づく回折ピークが認められるものである。具体的には、TiS2結晶の(001)面に基づく回折角2θ=15.5±1°の回折ピーク、(011)面に基づく2θ=34±1°の回折ピーク、(102)面に基づく2θ=44±1°の回折ピーク、(110)面に基づく2θ=54±1°の回折ピークの内で、2θ=34±1°の回折ピークを含む少なくとも2ヶ所に回折ピークが認められ、2θ=34±1°の回折ピークの半値幅が0.3°〜2.5°の範囲内であることを特徴とするものである。
X線源:CuKα 5kV−300mA
測定条件:2θ=10〜60°、0.02°ステップ、走査速度10°/分
更に、本発明のリチウム二次電池用正極活物質の有効成分である多硫化チタンは、非晶質状態であり、上記したTiS2に基づくX線回折ピークの以外には、他の硫化チタンに基づく回折ピークは認められない。
本発明のリチウム二次電池用正極活物質の有効成分である多硫化チタンは、原料として、結晶性のTiS2と硫黄を用い、メカニカルミリング法によって、混合、粉砕してTiS2と硫黄とを反応させることによって得ることができる。
上記した方法で得られる多硫化チタンは、平均組成としてはTiに対するSの元素比が2を上回る非晶質状態の多硫化物であることによって、高い充放電容量を有するものとなる。また、X線回折によれば、TiS2のブロードな回折ピークのみが認められるため、微細化された状態でTiS2の微結晶が存在すると判断できる。このTiS2微結晶は、リチウムイオンを挿入・脱離でき、正極活物質として作用すると共に、良好な電子伝導性とイオン伝導性を有するために、多硫化チタンの電子伝導性及びイオン伝導性を改善することができる。しかも、TiS2微結晶は、メカニカルミリング法によって微細化される際に、非晶質状態の多硫化チタンの一次粒子又は二次粒子中に取り込まれた状態で存在すると考えられ、多硫化チタンの内部まで電子伝導性及びイオン伝導性を付与することができ、該多硫化チタンの内部を有効に利用して、高い充放電容量を有するものとなる。
市販の二硫化チタン(TiS2)粉末と市販の硫黄(S8)粉末を、元素比でTi:S=1:3となるように秤量・混合し、その後、直径4mmのジルコニアボール約400個を入れた45 mLの容器を用いて、ボールミル装置(フリッチュ P7)で360 rpm、1時間のメカニカルミリング処理を行った。
TiS2粉末とS8粉末を、元素比でTi:S=1:3となるように秤量・混合し、その後、参考例と同じボールミル装置で40 時間メカニカルミリング処理を行った。
上記した参考例及び比較例1で得られた各微粉末を正極活物質として用いて、下記の方法で試験用の全固体型リチウム二次電池を作製し、電流密度14 mA/gにおいて、カットオフ1.3−2.4Vにおける定電流測定で充電開始により充放電試験を行った。
市販の二硫化チタン(TiS2)粉末と市販の硫黄(S8)粉末を、元素比でTi:S=1:4となるように秤量・混合し、その後、直径4mmのジルコニアボール約400個を入れた45 mLの容器を用いて、ボールミル装置(フリッチュ P7)で360 rpm、1時間のメカニカルミリング処理を行った。
TiS2粉末とS8粉末を、元素比でTi:S=1:4となるように秤量・混合し、その後、ボールミル装置で40 hメカニカルミリング処理を行った。
上記した実施例2及び比較例2で得た各微粉末を正極活物質として用いる他は、充放電試験1と同様にして、試験用の全固体型リチウム二次電池を作製して充放電試験を行った。
Claims (5)
- 下記(1)〜(3)の要件を満足することを特徴とする、リチウム二次電池用正極活物質:
(1)組成式:TiSn(式中、4≦n<10である)で表される平均組成を有する非晶質多硫化チタンの微粉末からなり、
(2)CuKα線によるX線回折図において、回折角2θが15.5±1°、34±1°、44±1°及び54±1°の位置の内で、34±1°を含む少なくとも2ヶ所にTiS 2 結晶に基づく回折ピークを有し、
(3)2θ=34±1°の回折ピークの半値幅が0.3〜2.5°の範囲内である。 - 原料として結晶性のTiS2と硫黄を用い、メカニカルミリング法によって、混合、粉砕してTiS2と硫黄とを反応させることを特徴とする、請求項1に記載されたリチウム二次電池用正極活物質の製造方法。
- 請求項1に記載のリチウム二次電池用正極活物質を含むリチウム二次電池用正極。
- 請求項3に記載されたリチウム二次電池用正極を構成要素として含むリチウム二次電池。
- 非水電解質二次電池又は全固体型二次電池である請求項4に記載のリチウム二次電池。
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