JP6714703B2 - 地球低軌道用途に対するリチウム化チタン酸塩酸化物の負極活物質を含有する電気化学セルの使用 - Google Patents
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Description
a)LiaTibO4(式中、0.5≦a≦3であり、かつ、1≦b≦2.5である);
b)LixMgyTizO4(式中、x>0であり;z>0であり;0.01≦y≦0.20であり;0.01≦y/z≦0.10であり;かつ、0.5≦(x+y)/z≦1.0である);
c)Li4+yTi5−dM2 dO12(式中、M2は、Mg,Al,Si,Ti,Zn,Zr,Ca,W,Nb,およびSnからなる群から選択される少なくとも1種類の金属であり;−1≦y≦3.5であり、かつ、0≦d≦0.1である);
d)H2Ti6O13;
e)H2Ti12O25;
f)TiO2;
g)LixTiNbyOz(式中、0≦x≦5であり;1≦y≦24であり;7≦z≦62である);
h)LiaTiMbNbcO7+σ(式中、0≦a≦5であり;0≦b≦0.3であり;0≦c≦10であり;−0.3≦σ≦0.3であり;かつ、Mは、Fe,V,MoおよびTaから選択される少なくとも1種類の元素である);
i)NbαTiβO7+γ(式中、0≦α≦24であり;0≦β≦1であり;−0.3≦γ≦0.3である);ならびに
その混合物からなる群から選択される。
− 式LixMn1−y−zM’yM’’zPO4(LMP)を有する化合物i)
(式中、M’およびM’’は互いに異なり、かつ、B,Mg,Al,Si,Ca、Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Y,Zr,NbおよびMoからなる群から選択され、0.8≦x≦1.2であり;0≦y≦0.6であり;0≦z≦0.2である);
− 式LixM2−x−y−z−wM’yM’’zM’’’wO2(LMO2)を有する化合物ii)
(式中、M,M’,M’’およびM’’’はB,Mg,Al,Si,Ca、Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Y,Zr,NbおよびMoからなる群から選択され(但し、MまたはM’またはM’’またはM’’’がMn,Co,Ni,またはFeから選択される);
M,M’,M’’およびM’’’は互いに異なり;0.8≦x≦1.4であり;0≦y≦0.5であり;0≦z≦0.5であり;0≦w≦0.2であり、かつ、x+y+z+w<2である);
− 式LixMn2−y−zM’yM’’zO4(LMO)を有する化合物iii)
(式中、M’およびM’’はB,Mg,Al,Si,Ca,Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Y,Zr,NbおよびMoからなる群から選択され;M’およびM’’は互いに異なり、かつ、1≦x≦1.4であり;0≦y≦0.6であり;0≦z≦0.2である);
− 式LixFe1−yMyPO4(LFMP)の化合物iv)
(式中、MはB,Mg,Al,Si,Ca,Ti,V,Cr,Mn,Co,Ni,Cu,Zn,Y,Zr,NbおよびMoからなる群から選択され;かつ、0.8≦x≦1.2であり;0≦y≦0.6である);
− 式xLi2MnO3;(1−x)LiMO2の化合物v)
(式中、MはNi,CoおよびMnから選択され、かつ、x≦1である);
− 式Lia+y(M1 (1−t)Mot)2M2 b(O1−xF2x)cの化合物vi)
(式中、M1はNi,Mn,Co,Fe,Vまたはその混合物からなる群から選択され;M2はB,Al,Si,P,TiおよびMoからなる群から選択され;
4≦a≦6であり;0<b≦1.8であり;3.8≦c≦14であり;0≦x<1であり;−0.5≦y≦0.5であり;0≦t≦0.9であり;b/a<0.45であり;
係数cは以下の関係式のいずれかを満たし:
M2がBおよびAlから選択される場合、c=4+y/2+z+2t+1.5bであり;
M2がSi,TiおよびMoから選択される場合、c=4+y/2+z+2t+2bであり;
M2がPである場合、c=4+y/2+z+2t+2.5bであり;
M1がNi,Mn,CoおよびFeから選択される場合、z=0であり;かつ、M1がVである場合、z=1である);
− 式Li4+xMnM1 aM2 bOcの化合物vii)
(式中、M1はNi,Mn,Co,Feおよびその混合物からなる群から選択され;
M2はSi,Ti,Mo,B,Alおよびその混合物からなる群から選択され;
−1.2≦x≦3であり;0<a≦2.5であり;0≦b≦1.5であり;4.3≦c≦10であり;かつ、
c=4+a+n・b+x/2である(式中、M2がSi,Ti,Moまたはその混合物からなる群から選択される場合、n=2であり、かつ、
M2がB,Alまたはその混合物からなる群から選択される場合、n=1.5である));ならびに
− 化合物i)からvii)のうちの1つ以上の化合物の混合物
からなる群から選択される電気化学的活物質を含む。
1≦x≦1.15であり;
MがNiであり;
M’がCoであり;
M’’がAlであり;
y>0であり;
z>0であり;
w=0である。
a)LiaTibO4(式中、0.5≦a≦3であり、かつ、1≦b≦2.5であり、Li4Ti5O12,Li2TiO3,Li2Ti3O7およびLiTi2O4が挙げられる);
b)LixMgyTizO4(式中、x>0であり;z>0であり;0.01≦y≦0.20であり;0.01≦y/z≦0.10であり;かつ、0.5≦(x+y)/z≦1.0である);
c)Li4+yTi5−dM2 dO12(式中、M2は、Mg,Al,Si,Ti,Zn,Zr,Ca,W,Nb,およびSnからなる群から選択される少なくとも1種類の金属であり;−1≦y≦3.5であり、かつ、0≦d≦0.1である);
d)H2Ti6O13;
e)H2Ti12O25;
f)TiO2;
g)LixTiNbyOz(式中、0≦x≦5であり;1≦y≦24であり;7≦z≦62である);
h)LiaTiMbNbcO7+σ(式中、0≦a≦5であり;0≦b≦0.3であり;0≦c≦10であり;−0.3≦σ≦0.3であり;かつ、Mは、Fe,V,MoおよびTaから選択される少なくとも1種類の元素である);
i)NbαTiβO7+γ(式中、0≦α≦24であり;0≦β≦1であり;−0.3≦γ≦0.3である);ならびに
その混合物。
xの範囲は0.9から1.1であり;
y>0であり;
z>0であり;
0≦w≦0.2である)。
xの範囲は0.9から1.1であり;
0.70≦2−x−y−z−w≦0.9であり;
0.05≦y≦0.25であり;
0<z≦0.10であり、かつ、
y+z+w=1である。
xの範囲は0.9から1.1であり;
0.75≦2−x−y−z−w≦0.85であり;
0.10≦y≦0.20であり;
0<z≦0.10であり、かつ、
y+z+w=1である。
M’’’は、B,Mg,Al,Si,Ca,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Y,Zr,NbおよびMoからなる群から選択され;
0.8≦x≦1.4であり;0<y≦0.5であり;0<z≦0.5であり;0≦w≦0.2であり;かつ、x+y+z+w<2である)。
− LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2;
− Li1+xNi0.5Mn0.3Co0.2O2(式中、0.01≦x≦0.10であり、好ましくは、0.01≦x≦0.06である);
− Li1+xNi0.6Mn0.2Co0.2O2(式中、0.01≦x≦0.10であり、好ましくは、0.01≦x≦0.06である);
− 放電深度が15%であるとき、C/6の充電電流;
− 放電深度が20%であるとき、C/5の充電電流;
− 放電深度が30%であるとき、C/3の充電電流。
− 放電深度が15%であるとき、C/4;
− 放電深度が20%であるとき、C/3;
− 放電深度が30%であるとき、C/2である。
なお、本発明は、態様として以下の内容を含む。
〔態様1〕
地球低軌道宇宙機における電気化学セルの使用であって、前記電気化学セルが正極と負極とを備え、前記負極は、電気化学的活物質としてリチウム化チタン酸塩酸化物またはリチウム化可能なチタン酸塩酸化物を含む、使用。
〔態様2〕
態様1に記載の使用において、前記電気化学セルは、少なくとも50%(好ましくは少なくとも70%、最も好ましくは80%)の放電深度で放電される、使用。
〔態様3〕
態様1または2に記載の使用において、前記電気化学セルは、少なくともC/2(好ましくは少なくともC)の電流で充電され、Cは前記電気化学セルの公称容量である、使用。
〔態様4〕
態様1から3のいずれか一態様に記載の使用において、前記電気化学セルは、1日当たり少なくとも15サイクルの充放電を行う、使用。
〔態様5〕
態様1から4のいずれか一態様に記載の使用において、前記電気化学セルの寿命は12年である、使用。
〔態様6〕
態様4または5に記載の使用において、前記電気化学セルは、その寿命までに少なくとも約65,000サイクル(好ましくは少なくとも70,000サイクル)に耐えることができる、使用。
〔態様7〕
態様1から6のいずれか一態様に記載の使用において、前記リチウム化チタン酸塩酸化物または前記リチウム化可能なチタン酸塩酸化物は、
a)Li a Ti b O 4 (式中、0.5≦a≦3であり、かつ、1≦b≦2.5である);
b)Li x Mg y Ti z O 4 (式中、x>0であり;z>0であり;0.01≦y≦0.20であり;0.01≦y/z≦0.10であり;かつ、0.5≦(x+y)/z≦1.0である);
c)Li 4+y Ti 5−d M 2 d O 12 (式中、M 2 は、Mg,Al,Si,Ti,Zn,Zr,Ca,W,Nb,およびSnからなる群から選択される少なくとも1種類の金属であり;−1≦y≦3.5であり、かつ、0≦d≦0.1である);
d)H 2 Ti 6 O 13 ;
e)H 2 Ti 12 O 25 ;
f)TiO 2 ;
g)Li x TiNb y O z (式中、0≦x≦5であり;1≦y≦24であり;7≦z≦62である);
h)Li a TiM b Nb c O 7+σ (式中、0≦a≦5であり;0≦b≦0.3であり;
0≦c≦10であり;−0.3≦σ≦0.3であり;かつ、Mは、Fe,V,MoおよびTaから選択される少なくとも1種類の元素である);
i)Nb α Ti β O 7+γ (式中、0≦α≦24であり;0≦β≦1であり;−0.3≦γ≦0.3である);ならびに
その混合物からなる群から選択される、使用。
〔態様8〕
態様1から7のいずれか一態様に記載の使用において、前記正極は、
− 式Li x Mn 1−y−z M’ y M’’ z PO 4 (LMP)を有する化合物i)
(式中、M’およびM’’は互いに異なり、かつ、B,Mg,Al,Si,Ca、Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Y,Zr,NbおよびMoからなる群から選択され、0.8≦x≦1.2であり;0≦y≦0.6であり;0≦z≦0.2である);
− 式Li x M 2−x−y−z−w M’ y M’’ z M’’’ w O 2 (LMO2)を有する化合物ii)
(式中、M,M’,M’’およびM’’’はB,Mg,Al,Si,Ca、Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Y,Zr,NbおよびMoからなる群から選択され(但し、MまたはM’またはM’’またはM’’’がMn,Co,Ni,またはFeから選択される);
M,M’,M’’およびM’’’は互いに異なり;0.8≦x≦1.4であり;0≦y≦0.5であり;0≦z≦0.5であり;0≦w≦0.2であり、かつ、x+y+z+w<2である);
− 式Li x Mn 2−y−z M’ y M’’ z O 4 (LMO)を有する化合物iii)
(式中、M’およびM’’はB,Mg,Al,Si,Ca,Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Y,Zr,NbおよびMoからなる群から選択され;M’およびM’’は互いに異なり、かつ、1≦x≦1.4であり;0≦y≦0.6であり;0≦z≦0.2である);
− 式Li x Fe 1−y M y PO 4 (LFMP)の化合物iv)
(式中、MはB,Mg,Al,Si,Ca,Ti,V,Cr,Mn,Co,Ni,Cu,Zn,Y,Zr,NbおよびMoからなる群から選択され;かつ、0.8≦x≦1.2であり;0≦y≦0.6である);
− 式xLi 2 MnO 3 ;(1−x)LiMO 2 の化合物v)
(式中、MはNi,CoおよびMnから選択され、かつ、x≦1である);
− 式Li a+y (M 1 (1−t) Mo t ) 2 M 2 b (O 1−x F 2x ) c の化合物vi)
(式中、M 1 はNi,Mn,Co,Fe,Vまたはその混合物からなる群から選択され;M 2 はB,Al,Si,P,TiおよびMoからなる群から選択され;
4≦a≦6であり;0<b≦1.8であり;3.8≦c≦14であり;0≦x<1であり;−0.5≦y≦0.5であり;0≦t≦0.9であり;b/a<0.45であり;
係数cは以下の関係式のいずれかを満たし:
M 2 がBおよびAlから選択される場合、c=4+y/2+z+2t+1.5bであり;
M 2 がSi,TiおよびMoから選択される場合、c=4+y/2+z+2t+2bであり;
M 2 がPである場合、c=4+y/2+z+2t+2.5bであり;
M 1 がNi,Mn,CoおよびFeから選択される場合、z=0であり;かつ、M 1 がVである場合、z=1である);
− 式Li 4+x MnM 1 a M 2 b O c の化合物vii)
(式中、M 1 はNi,Mn,Co,Feおよびその混合物からなる群から選択され;
M 2 はSi,Ti,Mo,B,Alおよびその混合物からなる群から選択され;
−1.2≦x≦3であり;0<a≦2.5であり;0≦b≦1.5であり;4.3≦c≦10であり;かつ、
c=4+a+n・b+x/2である(式中、M 2 がSi,Ti,Moまたはその混合物からなる群から選択される場合、n=2であり、かつ、
M 2 がB,Alまたはその混合物からなる群から選択される場合、n=1.5である));ならびに
− 前記化合物i)からvii)のうちの1つ以上の化合物の混合物
からなる群から選択される電気化学的活物質を含む、使用。
〔態様9〕
態様8に記載の使用において、前記化合物ii)において、
1≦x≦1.15であり;
MがNiであり;
M’がCoであり;
M’’がAlであり;
y>0であり;
z>0であり;
w=0である使用。
〔態様10〕
態様9に記載の使用において、x=1であり;0.6≦2−x−y−z≦0.85であり;0.10≦y≦0.25であり;0.05≦z≦0.15である使用。
〔態様11〕
態様10に記載の使用において、前記化合物ii)はLiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 である、使用。
〔態様12〕
態様1から11のいずれか一態様に記載の使用において、前記宇宙機は衛星(特に、通信衛星および地球または宇宙観測衛星)である、使用。
Claims (16)
- 地球低軌道宇宙機に用いられる電気化学セルであって、前記電気化学セルが正極と負極とを備え、前記負極は、電気化学的活物質としてリチウム化チタン酸塩酸化物またはリチウム化可能なチタン酸塩酸化物を含み、前記電気化学セルは、少なくとも50%の放電深度で放電される、電気化学セル。
- 請求項1に記載の電気化学セルにおいて、前記電気化学セルは、少なくとも70%の放電深度で放電される、電気化学セル。
- 請求項1に記載の電気化学セルにおいて、前記電気化学セルは、少なくとも80%の放電深度で放電される、電気化学セル。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の電気化学セルにおいて、前記電気化学セルは、少なくともC/2の電流で充電され、Cは前記電気化学セルの公称容量である、電気化学セル。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の電気化学セルにおいて、前記電気化学セルは、少なくともCの電流で充電され、Cは前記電気化学セルの公称容量である、電気化学セル。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載の電気化学セルにおいて、前記電気化学セルは、1日当たり少なくとも15サイクルの充放電を行う、電気化学セル。
- 請求項1から6のいずれか一項に記載の電気化学セルにおいて、前記電気化学セルの寿命は12年までである、電気化学セル。
- 請求項6または7に記載の電気化学セルにおいて、前記電気化学セルは、その寿命までに少なくとも65,000サイクルに耐えることができる、電気化学セル。
- 請求項6または7に記載の電気化学セルにおいて、前記電気化学セルは、その寿命までに少なくとも70,000サイクルに耐えることができる、電気化学セル。
- 請求項1から9のいずれか一項に記載の電気化学セルにおいて、前記リチウム化チタン酸塩酸化物または前記リチウム化可能なチタン酸塩酸化物は、
a)LiaTibO4(式中、0.5≦a≦3であり、かつ、1≦b≦2.5である);
b)LixMgyTizO4(式中、x>0であり;z>0であり;0.01≦y≦0.20であり;0.01≦y/z≦0.10であり;かつ、0.5≦(x+y)/z≦1.0である);
c)Li4+yTi5−dM2 dO12(式中、M2は、Mg,Al,Si,Ti,Zn,Zr,Ca,W,Nb,およびSnからなる群から選択される少なくとも1種類の金属であり;−1≦y≦3.5であり、かつ、0≦d≦0.1である);
d)H2Ti6O13;
e)H2Ti12O25;
f)TiO2;
g)LixTiNbyOz(式中、0≦x≦5であり;1≦y≦24であり;7≦z≦62である);
h)LiaTiMbNbcO7+σ(式中、0≦a≦5であり;0≦b≦0.3であり;
0≦c≦10であり;−0.3≦σ≦0.3であり;かつ、Mは、Fe,V,MoおよびTaから選択される少なくとも1種類の元素である);
i)NbαTiβO7+γ(式中、0≦α≦24であり;0≦β≦1であり;−0.3≦γ≦0.3である);ならびに
その混合物からなる群から選択される、電気化学セル。 - 請求項1から10のいずれか一項に記載の電気化学セルにおいて、前記正極は、
− 式LixMn1−y−zM’yM’’zPO4(LMP)を有する化合物i)
(式中、M’およびM’’は互いに異なり、かつ、B,Mg,Al,Si,Ca、Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Y,Zr,NbおよびMoからなる群から選択され、0.8≦x≦1.2であり;0≦y≦0.6であり;0≦z≦0.2である);
− 式LixM2−x−y−z−wM’yM’’zM’’’wO2(LMO2)を有する化合物ii)
(式中、M,M’,M’’およびM’’’はB,Mg,Al,Si,Ca、Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Y,Zr,NbおよびMoからなる群から選択され(但し、MまたはM’またはM’’またはM’’’がMn,Co,Ni,またはFeから選択される);
M,M’,M’’およびM’’’は互いに異なり;0.8≦x≦1.4であり;0≦y≦0.5であり;0≦z≦0.5であり;0≦w≦0.2であり、かつ、x+y+z+w<2である);
− 式LixMn2−y−zM’yM’’zO4(LMO)を有する化合物iii)
(式中、M’およびM’’はB,Mg,Al,Si,Ca,Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Y,Zr,NbおよびMoからなる群から選択され;M’およびM’’は互いに異なり、かつ、1≦x≦1.4であり;0≦y≦0.6であり;0≦z≦0.2である);
− 式LixFe1−yMyPO4(LFMP)の化合物iv)
(式中、MはB,Mg,Al,Si,Ca,Ti,V,Cr,Mn,Co,Ni,Cu,Zn,Y,Zr,NbおよびMoからなる群から選択され;かつ、0.8≦x≦1.2であり;0≦y≦0.6である);
− 式xLi2MnO3;(1−x)LiMO2の化合物v)
(式中、MはNi,CoおよびMnから選択され、かつ、x≦1である);
− 式Lia+y(M1 (1−t)Mot)2M2 b(O1−xF2x)cの化合物vi)
(式中、M1はNi,Mn,Co,Fe,Vまたはその混合物からなる群から選択され;M2はB,Al,Si,P,TiおよびMoからなる群から選択され;
4≦a≦6であり;0<b≦1.8であり;3.8≦c≦14であり;0≦x<1であり;−0.5≦y≦0.5であり;0≦t≦0.9であり;b/a<0.45であり;
係数cは以下の関係式のいずれかを満たし:
M2がBおよびAlから選択される場合、c=4+y/2+z+2t+1.5bであり;
M2がSi,TiおよびMoから選択される場合、c=4+y/2+z+2t+2bであり;
M2がPである場合、c=4+y/2+z+2t+2.5bであり;
M1がNi,Mn,CoおよびFeから選択される場合、z=0であり;かつ、M1がVである場合、z=1である);
− 式Li4+xMnM1 aM2 bOcの化合物vii)
(式中、M1はNi,Mn,Co,Feおよびその混合物からなる群から選択され;
M2はSi,Ti,Mo,B,Alおよびその混合物からなる群から選択され;
−1.2≦x≦3であり;0<a≦2.5であり;0≦b≦1.5であり;4.3≦c≦10であり;かつ、
c=4+a+n・b+x/2である(式中、M2がSi,Ti,Moまたはその混合物からなる群から選択される場合、n=2であり、かつ、
M2がB,Alまたはその混合物からなる群から選択される場合、n=1.5である));ならびに
− 前記化合物i)からvii)のうちの1つ以上の化合物の混合物
からなる群から選択される電気化学的活物質を含む、電気化学セル。 - 請求項11に記載の電気化学セルにおいて、前記化合物ii)において、
1≦x≦1.15であり;
MがNiであり;
M’がCoであり;
M’’がAlであり;
y>0であり;
z>0であり;
w=0である電気化学セル。 - 請求項12に記載の電気化学セルにおいて、x=1であり;0.6≦2−x−y−z≦
0.85であり;0.10≦y≦0.25であり;0.05≦z≦0.15である電気化学セル。 - 請求項13に記載の電気化学セルにおいて、前記化合物ii)はLiNi0.8Co0.15Al0.05O2である、電気化学セル。
- 請求項1から14のいずれか一項に記載の電気化学セルにおいて、前記宇宙機は衛星である、電気化学セル。
- 請求項1から14のいずれか一項に記載の電気化学セルにおいて、前記宇宙機は通信衛星および地球または宇宙観測衛星である、電気化学セル。
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