JP7139056B2 - Spinel-type lithium titanate and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、CO2脱離量とNH3脱離量との比(CO2/NH3)が一定以上のスピネル型チタン酸リチウムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a spinel-type lithium titanate having a ratio (CO 2 /NH 3 ) of the amount of desorbed CO 2 and the amount of NH 3 desorbed, which is equal to or greater than a certain level.
スピネル型チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)は、リチウムイオンの挿入や脱離に伴う体積変化がわずかであり、容量劣化が小さく、かつ充放電電位が約1.5V(対Li/Li+)であるため電解液の分解等の副反応が生じにくい、といった特徴から蓄電デバイス用電極材料として注目されている。また、Li4Ti5O12の充放電時の化学反応式としては下記式(1)であることが知られている。
上記式(1)において、Li7Ti5O12が生じる充電時には、Li4Ti5O12に電流を流してリチウムイオンを挿入する必要があるが、Li4Ti5O12が絶縁性であるため構造変化に必要なエネルギー障壁が高く、反応が進行しにくいという課題があった。このため、弱い電流で長時間かけて充電する必要があり、電気自動車など高速充電を行う蓄電デバイスの実用化への障壁となっていた。 In the above formula (1), when Li 7 Ti 5 O 12 is generated during charging, it is necessary to pass a current through Li 4 Ti 5 O 12 to insert lithium ions, but Li 4 Ti 5 O 12 is insulating. Therefore, there was a problem that the energy barrier required for the structural change was high and the reaction was difficult to proceed. For this reason, it is necessary to charge the battery with a weak current over a long period of time, which has been an obstacle to the practical use of power storage devices that perform high-speed charging, such as electric vehicles.
特許文献1には、炭酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウムおよび酸化リチウムのうち1種または2種以上のリチウム化合物と酸化チタンとの混合物を仮焼して、TiO2とLi2TiO3で構成される組成物またはTiO2、Li2TiO3およびLi4Ti5O12で構成される組成物を調製し、その後、本焼成することを特徴とするチタン酸リチウムの製造方法が記載されている。これによれば、リチウム二次電池として優れた特性を有するチタン酸リチウムを製造することができるとされている。
In
特許文献2には、リチウム化合物からなる原料粉末とチタン酸化合物からなる原料粉末とを混合し、焼成することにより、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)を製造する方法において、前記リチウム化合物は炭酸リチウムであり、前記チタン酸化合物は、メタチタン酸またはオルトチタン酸であることを特徴とするチタン酸リチウムの製造方法が記載されている。これによれば、レート性能に優れ、且つ取り扱いやすいチタン酸リチウムが得られ、車載用バッテリーを代表とするリチウムイオン二次電池の高い要求特性を満たすことができるチタン酸リチウム及びその製造方法を提供することができるとされている。しかしながら、特許文献1及び2により得られるチタン酸リチウムは、必ずしも高速充電が可能になる訳ではなく、充電容量維持率に優れるチタン酸リチウムが望まれていた。
Patent Document 2 describes a method for producing lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) by mixing raw material powder made of a lithium compound and raw material powder made of a titanate compound and firing the mixture, wherein the lithium compound is lithium carbonate, and the titanate compound is metatitanic acid or orthotitanic acid. According to this, lithium titanate which is excellent in rate performance and easy to handle can be obtained, and lithium titanate which can satisfy the high required characteristics of lithium ion secondary batteries typified by batteries for vehicles, and a method for producing the same are provided. It is said that it can be done. However, the lithium titanate obtained by
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、高速充電が可能になるとともに充電容量維持率に優れた蓄電デバイスとして好適に用いることのできる、CO2脱離量とNH3脱離量との比(CO2/NH3)が一定以上のスピネル型チタン酸リチウムを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above problems, and the amount of CO 2 desorption and NH 3 desorption that can be suitably used as an electricity storage device that enables high-speed charging and has an excellent charge capacity retention rate. It is an object of the present invention to provide a spinel-type lithium titanate having a certain or more ratio (CO 2 /NH 3 ).
上記課題は、CO2-TPDによる200~400℃におけるCO2脱離量とNH3-TPDによる200~400℃におけるNH3脱離量との比(CO2/NH3)が1.0以上であることを特徴とするスピネル型チタン酸リチウムを提供することによって解決される。 The above problem is that the ratio (CO 2 /NH 3 ) of the amount of CO 2 desorbed at 200 to 400° C. by CO 2 -TPD and the amount of NH 3 desorbed by NH 3 -TPD at 200 to 400° C. is 1.0 or more. It is solved by providing a spinel-type lithium titanate characterized by:
このとき、前記CO2脱離量が4μmol/g以上であり、前記NH3脱離量が4μmol/g以上であることが好適である。比表面積が10~150m2/gであることが好適であり、前記スピネル型チタン酸リチウムを含む電極が好適な実施態様である。前記スピネル型チタン酸リチウムが負極活物質である電極が好適な実施態様であり、前記電極を含む蓄電デバイスも好適な実施態様である。 At this time, it is preferable that the CO 2 desorption amount is 4 μmol/g or more and the NH 3 desorption amount is 4 μmol/g or more. It is preferable that the specific surface area is 10 to 150 m 2 /g, and the electrode containing the spinel-type lithium titanate is a preferable embodiment. A preferred embodiment is an electrode in which the spinel-type lithium titanate is a negative electrode active material, and a power storage device including the electrode is also a preferred embodiment.
また、上記課題は、チタン原料とリチウム原料とを混合して焼成することにより得られるスピネル型チタン酸リチウムの製造方法であって、前記チタン原料が、含水率18~40%の含水酸化チタンであり、前記リチウム原料が、水酸化リチウム又は炭酸リチウムから選択される少なくとも1種であり、Li/Ti(モル比)が0.80を超え0.88以下となるように前記チタン原料と前記リチウム原料とを混合してスラリーを調製する工程を行った後、500~900℃で焼成する工程を行うスピネル型チタン酸リチウムの製造方法を提供することによっても解決される。 Further, the above-mentioned problem is a method for producing spinel-type lithium titanate obtained by mixing and firing a titanium raw material and a lithium raw material, wherein the titanium raw material is hydrous titanium oxide having a water content of 18 to 40%. wherein the lithium raw material is at least one selected from lithium hydroxide and lithium carbonate, and the titanium raw material and the lithium The problem can also be solved by providing a method for producing spinel-type lithium titanate, performing a step of mixing raw materials to prepare a slurry, followed by a step of firing at 500 to 900°C.
このとき、前記スラリーを調製する工程を行った後、乾燥して粉砕する工程を行ってから前記焼成する工程を行うことが好適な実施態様である。 At this time, after performing the step of preparing the slurry, it is a preferred embodiment to perform the step of drying and pulverizing, and then performing the step of firing.
本発明により、CO2脱離量とNH3脱離量との比(CO2/NH3)が一定以上のスピネル型チタン酸リチウムを提供することができる。こうして得られるスピネル型チタン酸リチウムは、カチオンであるリチウムイオンを引きつけて充電反応が促進されるため、高速充電が可能になるとともに充電容量維持率に優れた蓄電デバイスとして好適に用いることができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a spinel-type lithium titanate in which the ratio (CO 2 /NH 3 ) of the amount of desorbed CO 2 and the amount of NH 3 desorbed is above a certain level. The spinel-type lithium titanate obtained in this way attracts lithium ions, which are cations, and promotes the charging reaction, so that it can be suitably used as an electricity storage device that enables high-speed charging and has an excellent charge capacity retention rate.
本発明のスピネル型チタン酸リチウムは、CO2-TPDによる200~400℃におけるCO2脱離量とNH3-TPDによる200~400℃におけるNH3脱離量との比(CO2/NH3)が1.0以上であることを特徴とする。このように、前記比(CO2/NH3)が一定以上であることにより、高速充電が可能になるとともに充電容量維持率に優れた蓄電デバイスとして好適に用いることができる。 The spinel - type lithium titanate of the present invention has a ratio (CO 2 / NH 3 ) is 1.0 or more. As described above, when the ratio (CO 2 /NH 3 ) is at least a certain value, it can be suitably used as an electricity storage device that can be charged at high speed and has an excellent charge capacity retention rate.
TPD(昇温脱離法)は、固体にNH3ガス、あるいはCO2ガス(以下、両方を示す場合はガスと記載することがある)を吸着させた後、一定の昇温速度に制御して連続的に昇温させて脱離するガス量及びガスの脱離温度を測定する方法である。NH3-TPDでは固体表面の酸点について、CO2-TPDでは固体表面の塩基点について測定することができ、弱い酸点や塩基点に吸着しているガスは200℃以下の低温で脱離し、強い酸点や塩基点に吸着しているガスは200℃を超える高温で脱離する。また400℃を超える場合、固体酸・塩基性に関わる表面水酸基等が脱離することから、200~400℃間に脱離するNH3及びCO2の量を測定することで、固体表面の酸・塩基量や酸・塩基強度を評価することができる。 TPD (temperature-programmed desorption) involves adsorbing NH3 gas or CO2 gas (hereinafter sometimes referred to as gas when both are shown) on a solid, and then controlling the rate of temperature increase at a constant rate. This is a method of measuring the amount of desorbed gas and the desorption temperature of the gas by raising the temperature continuously. With NH 3 -TPD, it is possible to measure the acid sites on the solid surface, and with CO 2 -TPD, it is possible to measure the basic sites on the solid surface. , gases adsorbed at strong acid sites and basic sites are desorbed at high temperatures exceeding 200°C. When the temperature exceeds 400°C, surface hydroxyl groups related to solid acidity and basicity are eliminated.・Base content and acid/base strength can be evaluated.
後述する実施例と比較例との対比から明らかなように、前記比(CO2/NH3)が1.0未満の場合には、充放電試験を、フルセルを用いて充放電レート300Cで行った際の充電容量(mAh)の値及びハーフセルを用いて充放電レート50Cで行った際の充電容量(mAh/g)の値が低く、充電容量維持率の値も低かったことを本発明者らは確認している。これに対し、前記比(CO2/NH3)が1.0以上であることにより、充電容量の値が高く、充電容量維持率の値も高くなることが明らかとなった。すなわち、固体塩基度を示すCO2脱離量と、固体酸性度を示すNH3脱離量との比(CO2/NH3)を一定以上とすることにより、スピネル型チタン酸リチウム表面にカチオンであるリチウムイオンを引きつけて充電反応が促進されることを本発明者らは見出したものである。こうして得られるスピネル型チタン酸リチウムは、高速充電が可能になるとともに充電容量維持率に優れた蓄電デバイスとして好適に用いることができるため本発明の意義が大きい。 As is clear from the comparison between Examples and Comparative Examples, which will be described later, when the ratio (CO 2 /NH 3 ) is less than 1.0, the charge/discharge test was performed using a full cell at a charge/discharge rate of 300C. The inventors found that the value of the charge capacity (mAh) when the battery was charged and the value of the charge capacity (mAh/g) when the charge/discharge rate was 50 C using a half cell were low, and the value of the charge capacity retention rate was also low. have confirmed. On the other hand, it was found that when the ratio (CO 2 /NH 3 ) was 1.0 or more, the charge capacity value and the charge capacity retention rate also increased. That is, by setting the ratio (CO 2 /NH 3 ) between the amount of CO 2 desorbed, which indicates solid basicity, and the amount of NH 3 desorbed, which indicates solid acidity, to a certain value or more, cations are formed on the spinel-type lithium titanate surface. The present inventors have found that the charging reaction is promoted by attracting lithium ions. The spinel-type lithium titanate obtained in this way enables high-speed charging and can be suitably used as an electricity storage device having an excellent charge capacity retention rate, so the present invention is of great significance.
本発明のスピネル型チタン酸リチウムにおいて、前記CO2脱離量が4μmol/g以上であることが好ましい。前記CO2脱離量が4μmol/g未満の場合、充電反応を促進させることが困難となるおそれがあり、前記CO2脱離量は6μmol/g以上であることがより好ましく、8μmol/g以上であることが更に好ましく、11μmol/g以上であることが特に好ましい。前記CO2脱離量は、通常、60μmol/g以下である。 In the spinel-type lithium titanate of the present invention, the CO 2 desorption amount is preferably 4 μmol/g or more. If the CO 2 desorption amount is less than 4 μmol/g, it may be difficult to accelerate the charging reaction, and the CO 2 desorption amount is more preferably 6 μmol/g or more, and 8 μmol/g or more. is more preferable, and 11 μmol/g or more is particularly preferable. The amount of CO 2 desorption is usually 60 μmol/g or less.
本発明のスピネル型チタン酸リチウムにおいて、前記NH3脱離量が4μmol/g以上であることが好ましい。前記NH3脱離量が4μmol/g未満の場合、充電反応を促進させることが困難となるおそれがあり、前記NH3脱離量は6μmol/g以上であることがより好ましく、8μmol/g以上であることが更に好ましく、11μmol/g以上であることが特に好ましい。前記NH3脱離量は、通常、60μmol/g以下である。 In the spinel-type lithium titanate of the present invention, the NH 3 desorption amount is preferably 4 μmol/g or more. If the NH 3 elimination amount is less than 4 μmol/g, it may be difficult to promote the charging reaction, and the NH 3 elimination amount is more preferably 6 μmol/g or more, and 8 μmol/g or more. is more preferable, and 11 μmol/g or more is particularly preferable. The NH 3 elimination amount is usually 60 μmol/g or less.
本発明のスピネル型チタン酸リチウムにおいて、比表面積が10~150m2/gであることが好ましい。比表面積が10m2/g未満の場合、充電反応を促進させることが困難となるおそれがあり、15m2/g以上であることがより好ましく、20m2/g以上であることが更に好ましく、35m2/g以上であることが特に好ましく、50m2/g以上であることが最も好ましい。一方、比表面積が150m2/gを超える場合、充電容量が著しく低下するおそれがあり、135m2/g以下であることがより好ましく、100m2/g以下であることが特に好ましい。 The spinel-type lithium titanate of the present invention preferably has a specific surface area of 10 to 150 m 2 /g. If the specific surface area is less than 10 m 2 /g, it may be difficult to accelerate the charging reaction. 2 /g or more is particularly preferred, and 50 m 2 /g or more is most preferred. On the other hand, if the specific surface area exceeds 150 m 2 /g, the charge capacity may significantly decrease, and it is more preferably 135 m 2 /g or less, particularly preferably 100 m 2 /g or less.
本発明のスピネル型チタン酸リチウムの製造方法としては特に限定されない。チタン原料とリチウム原料とを混合して焼成することによりスピネル型チタン酸リチウムを得ることができる。中でも、前記チタン原料が、含水率18~40%の含水酸化チタンであり、前記リチウム原料が、水酸化リチウム又は炭酸リチウムから選択される少なくとも1種であり、Li/Ti(モル比)が0.80を超え0.88以下となるように前記チタン原料と前記リチウム原料とを混合してスラリーを調製する工程(以下、「混合工程」と略記することがある)を行った後、500~900℃で焼成する工程(以下、「焼成工程」と略記することがある)を行うことによって、本発明のスピネル型チタン酸リチウムを好適に得ることができる。 The method for producing the spinel-type lithium titanate of the present invention is not particularly limited. A spinel-type lithium titanate can be obtained by mixing and firing a titanium raw material and a lithium raw material. Among them, the titanium raw material is hydrous titanium oxide having a water content of 18 to 40%, the lithium raw material is at least one selected from lithium hydroxide and lithium carbonate, and the Li/Ti (molar ratio) is 0. After performing a step of mixing the titanium raw material and the lithium raw material to prepare a slurry (hereinafter sometimes abbreviated as a “mixing step”) so that the slurry becomes more than 0.80 and 0.88 or less, The spinel-type lithium titanate of the present invention can be suitably obtained by performing the step of firing at 900° C. (hereinafter sometimes abbreviated as “firing step”).
本発明で用いられるチタン原料としては特に限定されない。含水率18~40%の含水酸化チタンが好適に用いられる。本発明者らは、含水率18%未満の含水酸化チタンを使用した場合、充放電試験を、フルセルを用いて充放電レート300Cで行った際の充電容量(mAh)の値及びハーフセルを用いて充放電レート50Cで行った際の充電容量(mAh/g)の値が低く、充電容量維持率の値も低かったことを確認している。したがって、チタン原料としては、含水率18~40%の含水酸化チタンが好適に用いられ、含水率20%以上の含水酸化チタンがより好適に用いられ、含水率24%以上の含水酸化チタンが更に好適に用いられる。一方、含水酸化チタンの含水率が40%を超える場合、サイクル特性が低下するおそれがあり、含水率は38%以下であることがより好ましく、35%以下が更に好ましい。 The titanium raw material used in the present invention is not particularly limited. Hydrous titanium oxide having a water content of 18 to 40% is preferably used. When using hydrous titanium oxide with a water content of less than 18%, the present inventors conducted a charge/discharge test using a full cell at a charge/discharge rate of 300C. It was confirmed that the value of charge capacity (mAh/g) was low when the charge/discharge rate was 50C, and the value of charge capacity retention rate was also low. Therefore, as the titanium raw material, hydrous titanium oxide with a water content of 18 to 40% is preferably used, hydrous titanium oxide with a water content of 20% or more is more preferably used, and hydrous titanium oxide with a water content of 24% or more is further used. It is preferably used. On the other hand, if the water content of the hydrous titanium oxide exceeds 40%, the cycle characteristics may deteriorate, and the water content is more preferably 38% or less, and even more preferably 35% or less.
本発明で用いられるチタン原料としては、励起レーザー波長を532nm、グレーティングを1800l/mm、スリット幅100×1000μm、露光時間60秒、露光回数を2回としたときのラマン分光測定において、2800~3000cm-1にピークが見られない含水酸化チタンが好適に用いられる。本発明者らは、前記2800~3000cm-1にピークが見られる含水酸化チタンを使用した場合、充放電試験を、フルセルを用いて充放電レート300Cで行った際の充電容量(mAh)の値及びハーフセルを用いて充放電レート50Cで行った際の充電容量(mAh/g)の値が低く、充電容量維持率の値も低かったことを確認している。したがって、チタン原料としては、前記ラマン分光測定において、2800~3000cm-1にピークが見られない含水酸化チタンが好適に用いられる。 As the titanium raw material used in the present invention, the excitation laser wavelength is 532 nm, the grating is 1800 l / mm, the slit width is 100 × 1000 μm, the exposure time is 60 seconds, and the number of exposures is 2 times. A hydrous titanium oxide that does not show a peak at -1 is preferably used. When the hydrous titanium oxide having a peak at 2800 to 3000 cm −1 was used, the present inventors conducted a charge/discharge test using a full cell at a charge/discharge rate of 300C. It was also confirmed that the value of charge capacity (mAh/g) was low when the charge/discharge rate was 50 C using half cells, and the value of charge capacity retention rate was also low. Therefore, as the titanium raw material, hydrous titanium oxide, which does not show a peak at 2800 to 3000 cm −1 in the Raman spectroscopy, is preferably used.
本発明で用いられるチタン原料としては、CuのKa線でX線回折測定を行った際に、回折角2θ=24~26°においてピークが見られない、又は回折角2θ=24~26°におけるピークの半値幅が2以上である含水酸化チタンが好適に用いられる。後述する実施例と比較例との対比から明らかなように、回折角2θ=24~26°におけるピークの半値幅が2未満の場合、充放電試験を、フルセルを用いて充放電レート300Cで行った際の充電容量(mAh)の値及びハーフセルを用いて充放電レート50Cで行った際の充電容量(mAh/g)の値が低く、充電容量維持率の値も低かったことが確認された。したがって、チタン原料としては、前記X線回折測定を行った際に、回折角2θ=24~26°においてピークが見られない、又は回折角2θ=24~26°におけるピークの半値幅が2以上である含水酸化チタンが好適に用いられる。前記半値幅としては、2.5以上がより好ましく、ピークが見られないことが最も好ましい。 As the titanium raw material used in the present invention, when performing X-ray diffraction measurement with Cu Ka line, no peak is observed at the diffraction angle 2θ = 24 to 26°, or at the diffraction angle 2θ = 24 to 26° A hydrous titanium oxide having a peak half width of 2 or more is preferably used. As is clear from the comparison between Examples and Comparative Examples, which will be described later, when the half width of the peak at the diffraction angle 2θ = 24 to 26° is less than 2, a charge/discharge test is performed using a full cell at a charge/discharge rate of 300C. It was confirmed that the charge capacity (mAh) value when the battery was charged and the charge capacity (mAh/g) value when the charge/discharge rate was 50C using a half cell were low, and the charge capacity retention rate was also low. . Therefore, as a titanium raw material, when the X-ray diffraction measurement is performed, no peak is observed at the diffraction angle 2θ = 24 to 26°, or the half width of the peak at the diffraction angle 2θ = 24 to 26° is 2 or more. Hydrous titanium oxide is preferably used. The half width is more preferably 2.5 or more, and most preferably no peak is observed.
また、本発明で用いられるチタン原料としては、含水酸化チタン100重量部に対して、N含有量が0.75重量部以上であることが好ましい。後述する実施例と比較例との対比から明らかなように、N含有量が0.75重量部未満の場合、充放電試験を、フルセルを用いて充放電レート300Cで行った際の充電容量(mAh)の値及びハーフセルを用いて充放電レート50Cで行った際の充電容量(mAh/g)の値が低く、充電容量維持率の値も低かったことが確認された。したがって、含水酸化チタン100重量部に対して、N含有量が0.75重量部以上であることが好ましく、1重量部以上であることがより好ましく、1.2重量部以上であることが更に好ましい。一方、N含有量は、通常、10重量部以下である。 The titanium raw material used in the present invention preferably has an N content of 0.75 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of hydrous titanium oxide. As is clear from the comparison between Examples and Comparative Examples to be described later, when the N content is less than 0.75 parts by weight, the charge capacity ( mAh), the charge capacity (mAh/g) when the charge/discharge rate was 50C using a half cell, and the charge capacity retention rate were also low. Therefore, with respect to 100 parts by weight of hydrous titanium oxide, the N content is preferably 0.75 parts by weight or more, more preferably 1 part by weight or more, and further preferably 1.2 parts by weight or more. preferable. On the other hand, the N content is usually 10 parts by weight or less.
本発明で用いられるリチウム原料としては特に限定されないが、水酸化リチウム又は炭酸リチウムから選択される少なくとも1種であることが好ましい。このようなリチウム原料を使用することにより、後述する混合工程においてチタン原料と混合されて、焼成工程を行うことにより本発明のスピネル型チタン酸リチウムが得られる。リチウム原料としては、水酸化リチウムであることがより好ましい。 Although the lithium raw material used in the present invention is not particularly limited, it is preferably at least one selected from lithium hydroxide and lithium carbonate. By using such a lithium raw material, the spinel-type lithium titanate of the present invention can be obtained by mixing with the titanium raw material in the mixing step described later and performing the firing step. Lithium hydroxide is more preferable as the lithium raw material.
本発明における混合工程としては、Li/Ti(モル比)が0.80を超え0.88以下となるように前記チタン原料と前記リチウム原料とを混合してスラリーを調製する工程であることが好適な実施態様である。後述する実施例と比較例との対比から明らかなように、Li/Ti(モル比)が0.80以下の場合、充放電試験を、フルセルを用いて充放電レート300Cで行った際の充電容量(mAh)の値及びハーフセルを用いて充放電レート50Cで行った際の充電容量(mAh/g)の値が低く、充電容量維持率の値も低かったことが確認された。したがって、Li/Ti(モル比)としては0.80を超えることが好ましく、0.81以上であることがより好ましく、0.82以上であることが更に好ましく、0.83以上であることが特に好ましい。一方、Li/Ti(モル比)が0.88を超える場合、充放電反応に寄与しないLi2TiO3が混在し、充電容量が低下するおそれがあり、0.87以下であることがより好ましく、0.86以下であることが更に好ましい。スラリーを調製する方法としては特に限定されず、前記チタン原料に水を加えてから前記リチウム原料と混合してもよいし、前記リチウム原料に水を加えてから前記チタン原料と混合してもよいし、前記チタン原料と前記リチウム原料とを混合する際に、水を加えてもよい。 The mixing step in the present invention is a step of preparing a slurry by mixing the titanium raw material and the lithium raw material so that the Li/Ti (molar ratio) is more than 0.80 and 0.88 or less. This is the preferred embodiment. As is clear from the comparison between Examples and Comparative Examples to be described later, when the Li/Ti (molar ratio) is 0.80 or less, the charge/discharge test is performed using a full cell at a charge/discharge rate of 300C. It was confirmed that the value of the capacity (mAh) and the value of the charge capacity (mAh/g) when charging/discharging at a charge/discharge rate of 50 C using a half cell were low, and the value of the charge capacity retention rate was also low. Therefore, the Li/Ti (molar ratio) is preferably greater than 0.80, more preferably 0.81 or more, still more preferably 0.82 or more, and preferably 0.83 or more. Especially preferred. On the other hand, if the Li/Ti (molar ratio) exceeds 0.88, Li 2 TiO 3 that does not contribute to the charge/discharge reaction may be mixed, and the charge capacity may decrease, so it is more preferably 0.87 or less. , 0.86 or less. The method for preparing the slurry is not particularly limited, and water may be added to the titanium raw material and then mixed with the lithium raw material, or water may be added to the lithium raw material and then mixed with the titanium raw material. However, water may be added when mixing the titanium raw material and the lithium raw material.
本発明において、前記混合工程を行った後に、500~900℃で焼成する焼成工程を行うことが好適な実施態様である。焼成温度が500℃未満の場合、充電容量が低下するおそれがあり、520℃以上であることがより好ましく、540℃以上であることが更に好ましい。一方、焼成温度が900℃を超える場合、充電反応を促進させることが困難となるおそれがあり、790℃以下であることがより好ましく、740℃以下であることが更に好ましく、690℃以下であることが特に好ましい。 In the present invention, it is a preferred embodiment to perform a firing step of firing at 500 to 900° C. after performing the mixing step. If the firing temperature is lower than 500°C, the charging capacity may be lowered, so it is more preferably 520°C or higher, and even more preferably 540°C or higher. On the other hand, if the firing temperature exceeds 900° C., it may be difficult to promote the charging reaction, so it is more preferably 790° C. or lower, still more preferably 740° C. or lower, and 690° C. or lower. is particularly preferred.
本発明において、前記スラリーを調製する工程を行った後、乾燥して粉砕する工程を行ってから前記焼成する工程を行うことが好適な実施態様である。乾燥して粉砕する工程を行うことにより、原料を均一に混合することができ、それにより高純度のチタン酸リチウムを得ることができる。乾燥する際の温度としては特に限定されず、80~200℃であることが好ましく、90~150℃であることがより好ましい。生産性及びハンドリングの観点から、水を蒸発乾固させる程度まで乾燥することが好ましい。 In a preferred embodiment of the present invention, after performing the step of preparing the slurry, the step of drying and pulverizing is performed, and then the step of firing is performed. By performing the step of drying and pulverizing, the raw materials can be uniformly mixed, thereby obtaining high-purity lithium titanate. The drying temperature is not particularly limited, and is preferably 80 to 200°C, more preferably 90 to 150°C. From the viewpoint of productivity and handling, it is preferable to dry to the extent that water is evaporated to dryness.
上述のようにして得られる本発明のスピネル型チタン酸リチウムは、カチオンであるリチウムイオンを引きつけて充電反応が促進されて、高速充電が可能になるとともに充電容量維持率に優れる効果が奏される。したがって、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、等の蓄電デバイス用電極として好適に用いることができる。中でも、前記電極が負極であることがより好適な実施態様であり、本発明のスピネル型チタン酸リチウムが負極活物質であることが更に好適な実施態様である。特に、高速充電が可能になるとともに充電容量維持率に優れた蓄電デバイスとして好適に用いられ、中でも、電気自動車など高速充電を行う蓄電デバイスとして好適に用いられる。 The spinel-type lithium titanate of the present invention obtained as described above attracts lithium ions, which are cations, to promote the charging reaction, enabling high-speed charging and exhibiting the effect of being excellent in the charge capacity retention rate. . Therefore, it can be suitably used as an electrode for electric storage devices such as lithium ion secondary batteries and lithium ion capacitors. Among them, a more preferred embodiment is that the electrode is a negative electrode, and a further preferred embodiment is that the spinel-type lithium titanate of the present invention is a negative electrode active material. In particular, it is suitably used as an electricity storage device that enables high-speed charging and has an excellent charge capacity retention rate, and is particularly suitably used as an electricity storage device that performs high-speed charging such as electric vehicles.
以下、実施例を用いて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below using Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
[含水酸化チタンの物性評価]
下記(1)測定用サンプルの調製後、実施例及び比較例で用いられる含水酸化チタンの含水率測定、ラマン分光測定、X線回折測定、及びN含有量測定をそれぞれ行った。結果を表1に示す。
[Evaluation of physical properties of hydrous titanium oxide]
After preparation of the following (1) measurement samples, water content measurement, Raman spectroscopic measurement, X-ray diffraction measurement, and N content measurement of hydrous titanium oxide used in Examples and Comparative Examples were carried out. Table 1 shows the results.
(1)測定用サンプルの調製
原料に用いる含水酸化チタンの物性については、以下の方法で乾燥したものを用いて測定した。合成した含水チタン化合物スラリーをろ過してケーキを得た。得られたケーキをガラスビーカーに入れ、それを真空乾燥機に入れた後に、真空ポンプを用いて1hPa以下に調整し、60℃で20時間乾燥した。20時間経過後に常圧下に戻し、湿度20%未満に調整したデシケーター内に素早く入れて、室温まで降温させた。
(1) Preparation of Samples for Measurement Physical properties of hydrous titanium oxide used as a raw material were measured by using dried ones by the following methods. The synthesized hydrated titanium compound slurry was filtered to obtain a cake. The resulting cake was placed in a glass beaker, placed in a vacuum dryer, adjusted to 1 hPa or less using a vacuum pump, and dried at 60° C. for 20 hours. After 20 hours had passed, the pressure was returned to normal, and it was quickly placed in a desiccator adjusted to a humidity of less than 20% to lower the temperature to room temperature.
(2)含水率測定
株式会社日立ハイテクサイエンス社製「TG/DTA7300」を用いて、基準試料にアルミナを使用し、昇温速度10℃/分で30℃から400℃まで加熱した際の各サンプルの重量変化を測定した。サンプルは25~30mgをPt容器に計りとり、30℃の時の試料重量と400℃の時の試料重量から下記式により含水率を算出した。
含水率(%):[(30℃の時の試料重量(mg)-400℃の時の試料重量(mg)
)/30℃の時の試料重量(mg)]×100
(2) Water content measurement Using "TG/DTA7300" manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd., using alumina as a reference sample, each sample when heated from 30 ° C to 400 ° C at a heating rate of 10 ° C / min was measured. 25 to 30 mg of the sample was weighed into a Pt container, and the water content was calculated from the weight of the sample at 30°C and the weight of the sample at 400°C by the following formula.
Moisture content (%): [(Sample weight (mg) at 30 ° C.-Sample weight (mg) at 400 ° C.
) / sample weight at 30 ° C. (mg)] × 100
(3)ラマン分光測定
日本分光社製顕微ラマン装置「NRS-7100」を用い、励起レーザー波長を532nmとして、グレーティングを1800l/mm、スリット幅100×1000μm、露光時間60秒、露光回数を2回としたときに2800~3000cm-1にピークが見られない含水酸化チタンをピークなしと評価し、ピークが見られた含水酸化チタンをピークありと評価した。
(3) Raman spectroscopic measurement Using a microscopic Raman device "NRS-7100" manufactured by JASCO Corporation, the excitation laser wavelength is 532 nm, the grating is 1800 l / mm, the slit width is 100 × 1000 μm, the exposure time is 60 seconds, and the number of exposures is 2 times. A hydrous titanium oxide in which no peak was observed at 2800 to 3000 cm −1 was evaluated as having no peak, and a hydrous titanium oxide having a peak was evaluated as having a peak.
(4)X線回折測定
Philips社製XRD装置「X’pert-PRO」を用い、各粉体試料について、CuのKa線でX線回折測定を行い、その試料のピーク位置と強度を分析した。実施例1~6における含水酸化チタンとしては、結晶ピークが見られないまたはアナターゼ型TiO2の結晶性が低いものを用いた。結晶性は、アナターゼ型TiO2の(110)にあたる2θ=24~26°に見られるピークの半値幅を評価した。
(4) X-ray diffraction measurement Using a Philips XRD device "X'pert-PRO", each powder sample was subjected to X-ray diffraction measurement with the Ka line of Cu, and the peak position and intensity of the sample were analyzed. . As the hydrous titanium oxide in Examples 1 to 6, one having no crystal peak or having low crystallinity of anatase-type TiO 2 was used. The crystallinity was evaluated by the half width of the peak seen at 2θ=24-26° corresponding to (110) of anatase TiO 2 .
(5)N含有量測定
含水酸化チタンに含まれるN含有量は、有機元素分析装置(マクロコーダ-、JMA1000CN、株式会社ジェイ・サイエンス・ラボ製)を用いて、50mg±10mgの含水酸化チタンを測定した。また、標準試料としてN含有量が既知である馬尿酸5、10、15、20mgの測定結果から、N検出値とN含有量の検量線を作製し、含水酸化チタン測定時のN検出値を検量線に当てはめることでN含有量(wt%)を算出した。
(5) N content measurement The N content contained in the hydrous titanium oxide is measured by using an organic elemental analyzer (Macrocoder, JMA1000CN, manufactured by J Science Lab Co., Ltd.) to measure 50 mg ± 10 mg of hydrous titanium oxide. It was measured. In addition, from the measurement results of 5, 10, 15, and 20 mg of hippuric acid whose N content is known as a standard sample, a calibration curve of N detection value and N content was prepared, and the N detection value when measuring hydrous titanium oxide was calculated. The N content (wt%) was calculated by applying the calibration curve.
比較例7
チタン源として含水酸化チタン(含水率26.3%、製品名:IP499、テイカ株式会社製)、リチウム源として水酸化リチウム(FMC社製)を用いた。これらをLi/Ti(モル比)が0.83となるように計量したのち、媒質として水を用いて湿式混合することによってチタン酸リチウム前駆体スラリーを得た。次いで、得られたスラリーを大気中、120℃で保持することによって媒質である水を蒸発乾固させた。次いで、得られた乾燥体を粉砕機で粉砕したのち、焼成炉を用いて大気中、720℃、2時間焼成することによってチタン酸リチウムを得た。
Comparative example 7
Hydrous titanium oxide (water content: 26.3%, product name: IP499, manufactured by Tayca Corporation) was used as the titanium source, and lithium hydroxide (manufactured by FMC) was used as the lithium source. These were weighed so that the Li/Ti (molar ratio) was 0.83, and then wet-mixed using water as a medium to obtain a lithium titanate precursor slurry. Then, the resulting slurry was held at 120° C. in the atmosphere to evaporate the medium water to dryness. Next, after pulverizing the obtained dried body with a pulverizer, it was fired in the atmosphere at 720° C. for 2 hours using a firing furnace to obtain lithium titanate.
実施例2
比較例7において、焼成温度を700℃にした以外は、比較例7と同様にしてチタン酸リチウムを得た。
Example 2
In Comparative Example 7 , lithium titanate was obtained in the same manner as in Comparative Example 7 , except that the sintering temperature was changed to 700°C.
実施例3
比較例7において、焼成温度を670℃にした以外は、比較例7と同様にしてチタン酸リチウムを得た。
Example 3
In Comparative Example 7 , lithium titanate was obtained in the same manner as in Comparative Example 7 , except that the sintering temperature was changed to 670°C.
実施例4
比較例7において、焼成温度を620℃にした以外は、比較例7と同様にしてチタン酸リチウムを得た。
Example 4
In Comparative Example 7 , lithium titanate was obtained in the same manner as in Comparative Example 7 , except that the sintering temperature was changed to 620°C.
実施例5
比較例7において、焼成温度を550℃にした以外は、比較例7と同様にしてチタン酸リチウムを得た。
Example 5
In Comparative Example 7 , lithium titanate was obtained in the same manner as in Comparative Example 7 , except that the sintering temperature was changed to 550°C.
実施例6
チタン源として含水酸化チタン(含水率19.9%、製品名:IP459、テイカ株式会社製)、リチウム源として水酸化リチウム(FMC社製)を用いた。これらをLi/Ti(モル比)が0.83となるように計量したのち、媒質として水を用いて湿式混合することによってチタン酸リチウム前駆体スラリーを得た。次いで、得られたスラリーを大気中、120℃で保持することによって媒質である水を蒸発乾固させた。次いで、得られた乾燥体を粉砕機で粉砕したのち、焼成炉を用いて大気中、670℃、2時間焼成することによってチタン酸リチウムを得た。
Example 6
Hydrous titanium oxide (water content: 19.9%, product name: IP459, manufactured by Tayca Corporation) was used as the titanium source, and lithium hydroxide (manufactured by FMC) was used as the lithium source. These were weighed so that the Li/Ti (molar ratio) was 0.83, and then wet-mixed using water as a medium to obtain a lithium titanate precursor slurry. Then, the resulting slurry was held at 120° C. in the atmosphere to evaporate the medium water to dryness. Next, after pulverizing the obtained dried body with a pulverizer, it was fired in the atmosphere at 670° C. for 2 hours using a firing furnace to obtain lithium titanate.
比較例1
チタン源として含水酸化チタン(含水率15.1%、製品名:IP448、テイカ株式会社製)、リチウム源として炭酸リチウム(FMC社製)を用いた。これらをLi/Ti(モル比)が0.80となるように計量し、ヘンシェルミキサーを用いて30分間混合したのち、焼成炉を用いて大気中、750℃、2時間焼成したのち、粉砕することによってチタン酸リチウムを得た。
Comparative example 1
Hydrous titanium oxide (water content: 15.1%, product name: IP448, manufactured by Tayca Corporation) was used as the titanium source, and lithium carbonate (manufactured by FMC) was used as the lithium source. These are weighed so that the Li/Ti (molar ratio) is 0.80, mixed for 30 minutes using a Henschel mixer, fired in the atmosphere at 750 ° C. for 2 hours using a firing furnace, and then pulverized. Lithium titanate was thus obtained.
比較例2
チタン源として含水酸化チタン(含水率13.8%、製品名:IP308、テイカ株式会社製)、リチウム源として水酸化リチウム(FMC社製)を用いた。これらをLi/Ti(モル比)が0.80となるように計量し、ヘンシェルミキサーを用いて30分間混合したのち、焼成炉を用いて大気中、450℃、2時間仮焼成した。得られた仮焼成粉100重量部に対し、粒成長抑制剤として顆粒状ポリビニルアルコール(シグマアルドリッチ社製)を50重量部混合したのち、窒素雰囲気焼成炉を用いて、2L/分の流速で窒素ガスを流通させながら950℃、2時間本焼成した。さらに、得られた本焼成粉をロータリーキルンで大気中、550℃、1時間後焼成したのち、粉砕することによってチタン酸リチウムを得た。
Comparative example 2
Hydrous titanium oxide (water content: 13.8%, product name: IP308, manufactured by Tayca Corporation) was used as the titanium source, and lithium hydroxide (manufactured by FMC) was used as the lithium source. These were weighed so that the Li/Ti (molar ratio) was 0.80, mixed for 30 minutes using a Henschel mixer, and then calcined in the atmosphere at 450° C. for 2 hours using a firing furnace. After mixing 50 parts by weight of granular polyvinyl alcohol (manufactured by Sigma-Aldrich Co., Ltd.) as a grain growth inhibitor with 100 parts by weight of the obtained calcined powder, nitrogen atmosphere firing furnace was used at a flow rate of 2 L / min. Main firing was carried out at 950° C. for 2 hours while gas was circulated. Further, the obtained main calcined powder was calcined in the atmosphere at 550° C. for 1 hour in a rotary kiln, and then pulverized to obtain lithium titanate.
比較例3
比較例2において、仮焼成の温度を600℃とした以外は、比較例2と同様にしてチタン酸リチウムを得た。
Comparative example 3
In Comparative Example 2, lithium titanate was obtained in the same manner as in Comparative Example 2, except that the calcination temperature was changed to 600°C.
比較例4
比較例2において、仮焼成の温度を500℃とした以外は、比較例2と同様にしてチタン酸リチウムを得た。
Comparative example 4
In Comparative Example 2, lithium titanate was obtained in the same manner as in Comparative Example 2, except that the calcination temperature was set to 500°C.
比較例5
比較例2において、仮焼成の温度を400℃とした以外は、比較例2と同様にしてチタン酸リチウムを得た。
Comparative example 5
In Comparative Example 2, lithium titanate was obtained in the same manner as in Comparative Example 2, except that the calcination temperature was changed to 400°C.
比較例6
チタン源として含水酸化チタン(含水率15.1%、製品名:IP448、テイカ株式会社製)、リチウム源として炭酸リチウム(FMC社製)を用いた。これらをLi/Ti(モル比)が0.80となるように計量したのち、媒質として水を用いて湿式混合することによってチタン酸リチウム前駆体スラリーを得た。次いで、得られたスラリーを大気中、120℃で保持することによって媒質である水を蒸発乾固させた。次いで、得られた乾燥体を粉砕機で粉砕したのち、焼成炉を用いて大気中、670℃、2時間焼成することによってチタン酸リチウムを得た。
Comparative example 6
Hydrous titanium oxide (water content: 15.1%, product name: IP448, manufactured by Tayca Corporation) was used as the titanium source, and lithium carbonate (manufactured by FMC) was used as the lithium source. These were weighed so that the Li/Ti (molar ratio) was 0.80, and then wet-mixed using water as a medium to obtain a lithium titanate precursor slurry. Then, the resulting slurry was held at 120° C. in the atmosphere to evaporate the medium water to dryness. Next, after pulverizing the obtained dried body with a pulverizer, it was fired in the atmosphere at 670° C. for 2 hours using a firing furnace to obtain lithium titanate.
[NH3脱離量及びCO2脱離量の測定]
触媒分析装置(マイクロトラック・ベル株式会社製「BELCAT-B」)を用いて、実施例2~6、および比較例1~7における固体酸性、固体塩基性を、NH3-TPD測定、あるいはCO2-TPD測定により求めた。具体的には、まず、実施例2~6、および比較例1~7の粉体を50±5mg秤量し、石英セルに充填した。次に、He中400℃まで40分で昇温し、1時間保持したのち、He中100℃まで10分で降温することによって吸着水分を除去した。さらに、100℃でNH3あるいはCO2ガスを流速20mL/minで30分間流通することによってNH3あるいはCO2を吸着させたのち、ガスをHeに切り替え、流速30mL/minで流通させながら、昇温速度10℃/minで400℃まで昇温することによって、NH3あるいはCO2を脱離させた。このとき、濃度既知(各濃度5%)のNH3/Heバランスガス、あるいは、CO2/Heバランスガスを標準ガスとして検量線を作成し、この検量線を基にNH3あるいはCO2の脱離量および脱離温度を測定した。また、NH3、CO2それぞれのピーク検出は、質量スペクトルにおけるNH3(m/e=17)、CO2(m/e=44)のフラグメントで行った。
[Measurement of NH3 desorption amount and CO2 desorption amount]
Solid acidity and solid basicity in Examples 2 to 6 and Comparative Examples 1 to 7 were measured by NH 3 -TPD measurement or CO It was obtained by 2 -TPD measurement. Specifically, first, 50±5 mg of the powders of Examples 2 to 6 and Comparative Examples 1 to 7 were weighed and filled in a quartz cell. Next, the temperature was raised to 400° C. in He over 40 minutes, held for 1 hour, and then lowered to 100° C. in He over 10 minutes to remove adsorbed moisture. Furthermore, after adsorbing NH 3 or CO 2 by circulating NH 3 or CO 2 gas at 100 ° C. at a flow rate of 20 mL / min for 30 minutes, the gas is switched to He, and while circulating at a flow rate of 30 mL / min, NH 3 or CO 2 was desorbed by raising the temperature to 400° C. at a temperature rate of 10° C./min. At this time, a calibration curve is created using NH 3 /He balance gas or CO 2 /He balance gas with a known concentration (each concentration of 5%) or CO 2 /He balance gas as standard gas, and NH 3 or CO 2 is desorbed based on this calibration curve. Desorption amount and desorption temperature were measured. Peak detection of NH 3 and CO 2 was performed using fragments of NH 3 (m/e=17) and CO 2 (m/e=44) in the mass spectrum.
以上で得られたTPD測定結果から、酸強度あるいは塩基強度に大きく影響する高温部(200~400℃)における1g辺りのガス脱離量をそれぞれ計算し、CO2脱離量とNH3脱離量との比であるCO2/NH3を算出した。この値が1を超える場合、酸強度に比べて塩基強度の方が大きいと言える。結果を表1に示す。 From the TPD measurement results obtained above, the amount of gas desorption per 1 g at a high temperature section (200 to 400 ° C) that greatly affects the acid strength or base strength is calculated, and the amount of CO 2 desorption and NH 3 desorption The CO 2 /NH 3 ratio of the amount was calculated. When this value exceeds 1, it can be said that the basic strength is greater than the acid strength. Table 1 shows the results.
[比表面積の測定]
比表面積は、窒素吸着測定装置(株式会社マウンテック製「Macsorb HM model-1208」)を用い、BET一点法で測定した。測定試料の予備乾燥条件として、150℃で20分間真空乾燥させた後、冷却を4分行った。結果を表1に示す。
[Measurement of specific surface area]
The specific surface area was measured by the BET one-point method using a nitrogen adsorption measuring device (“Macsorb HM model-1208” manufactured by Mountec Co., Ltd.). As pre-drying conditions for the measurement sample, the sample was vacuum-dried at 150° C. for 20 minutes and then cooled for 4 minutes. Table 1 shows the results.
[蓄電デバイス評価(フルセル評価)]
(負極の作製)
負極活物質として実施例2~6、および比較例1~7のチタン酸リチウム、導電助剤としてアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製「デンカブラック粉状」)、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(株式会社クレハ製「KFポリマー」)を用い、これらを80:10:10の割合で混合し、さらに分散媒としてN-メチル-2-ピロリドンを用いて、電極合剤スラリーを調製した。この電極合剤スラリーを集電体であるエッチングアルミ箔(日本蓄電器工業株式会社製「20CB」)上に塗工・乾燥したのち、ロールプレスすることにより、膜厚40μmの負極を作製した。
[Power storage device evaluation (full-cell evaluation)]
(Preparation of negative electrode)
Lithium titanate of Examples 2 to 6 and Comparative Examples 1 to 7 as a negative electrode active material, acetylene black (“Denka black powder” manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conductive aid, polyvinylidene fluoride (Co., Ltd. Kureha's "KF Polymer") was used, these were mixed at a ratio of 80:10:10, and N-methyl-2-pyrrolidone was used as a dispersion medium to prepare an electrode mixture slurry. This electrode mixture slurry was coated on an etched aluminum foil (“20CB” manufactured by Nippon Electric Capacitor Industry Co., Ltd.) as a current collector, dried, and roll-pressed to prepare a negative electrode having a film thickness of 40 μm.
(正極の作製)
正極活物質として活性炭(株式会社クラレ製「YP-50F」)、導電助剤としてアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製「デンカブラック粉状」)、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(株式会社クレハ製「KFポリマー」)を用い、これらを77:9:14の割合で混合し、さらに分散媒としてN-メチル-2-ピロリドンを用いて、電極合剤スラリーを調製した。この電極合剤スラリーを集電体であるエッチングアルミ箔(日本蓄電器工業株式会社製「20CB」)上に塗工・乾燥したのち、ロールプレスすることにより、膜厚101μmの正極を作製した。
(Preparation of positive electrode)
Activated carbon ("YP-50F" manufactured by Kuraray Co., Ltd.) as a positive electrode active material, acetylene black ("Denka black powder" manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conductive agent, polyvinylidene fluoride ("KF" manufactured by Kureha Co., Ltd.) as a binder polymer"), these were mixed at a ratio of 77:9:14, and N-methyl-2-pyrrolidone was used as a dispersion medium to prepare an electrode mixture slurry. This electrode mixture slurry was coated on an etched aluminum foil (“20CB” manufactured by Nippon Dendenki Kogyo Co., Ltd.) as a current collector, dried, and roll-pressed to prepare a positive electrode having a thickness of 101 μm.
(蓄電デバイスの作製)
上記作製した正極と負極を、それぞれ3.0cm×4.0cm(12.0cm2)、3.3cm×4.3cm(14.2cm2)に打ち抜いたところ、正極に含まれる活性炭の重量は50.5mg、負極に含まれるチタン酸リチウムの重量は41.7mgであった。活性炭の実容量を40mAh/g、チタン酸リチウムの実容量を130mAh/gとして計算すると、正極の容量は2.02mAh、負極の容量は5.43mAhとなり、正負極の容量比(負極/正極)は2.69であった。上記の正極と負極を、セルロース製のセパレータを介して対向させ、電解液として1.0M LiBF4/PCを注液したのち、ラミネート封止することで、蓄電デバイスを作製した。
(Production of power storage device)
When the positive electrode and the negative electrode prepared above were punched into 3.0 cm×4.0 cm (12.0 cm 2 ) and 3.3 cm×4.3 cm (14.2 cm 2 ) pieces, respectively, the weight of the activated carbon contained in the positive electrode was 50. .5 mg, and the weight of lithium titanate contained in the negative electrode was 41.7 mg. Assuming that the actual capacity of activated carbon is 40 mAh/g and the actual capacity of lithium titanate is 130 mAh/g, the capacity of the positive electrode is 2.02 mAh and the capacity of the negative electrode is 5.43 mAh. was 2.69. The above positive electrode and negative electrode were opposed to each other with a cellulose separator interposed therebetween, and 1.0 M LiBF 4 /PC was injected as an electrolytic solution, followed by lamination sealing to produce an electricity storage device.
(充放電試験)
上記作製した蓄電デバイスを用いて、充放電レート1C、および300Cで充放電試験を行った。得られた結果から、以下の式を用いて、充電容量維持率(%)を算出した。なお、測定は充放電試験装置(北斗電工株式会社製HJ0610SD8Y)を用いて行った。結果を表1に示す。
300Cにおける充電容量(mAh)÷1Cにおける充電容量(mAh)×100=充電容量維持率(%)
(Charging and discharging test)
A charge/discharge test was performed at a charge/discharge rate of 1C and 300C using the electricity storage device produced above. From the obtained results, the charge capacity retention rate (%) was calculated using the following formula. The measurement was performed using a charge/discharge test device (HJ0610SD8Y manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.). Table 1 shows the results.
Charging capacity at 300C (mAh)/Charging capacity at 1C (mAh) x 100 = Charging capacity maintenance rate (%)
[蓄電デバイス評価(ハーフセル評価)]
(コインセルの作製)
上記作製した負極を電極打ち抜きで打ち抜き、対極であるリチウム金属、非水電解液である1.0M LiBF4/PCとともに2032型のコインセルとした。
[Power storage device evaluation (half-cell evaluation)]
(Preparation of coin cell)
The negative electrode prepared above was punched out by electrode punching, and a coin cell of 2032 type was formed together with lithium metal as a counter electrode and 1.0 M LiBF 4 /PC as a non-aqueous electrolyte.
(充放電試験)
上記作製したコインセルを用いて、充放電レート1C、および50Cで充放電試験を行った。得られた結果から、以下の式を用いて、充電容量維持率(%)を算出した。なお、測定は充放電試験装置(北斗電工株式会社製HJ1001SD8A)を用いて行った。結果を表1に示す。
50Cにおける充電容量(mAh/g)÷1Cにおける充電容量(mAh/g)×100=充電容量維持率(%)
(Charging and discharging test)
Charge/discharge tests were performed at charge/discharge rates of 1C and 50C using the coin cells produced above. From the obtained results, the charge capacity retention rate (%) was calculated using the following formula. The measurement was performed using a charge/discharge test device (HJ1001SD8A manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.). Table 1 shows the results.
Charge capacity at 50C (mAh/g)/Charge capacity at 1C (mAh/g) x 100 = Charge capacity maintenance rate (%)
Claims (6)
前記チタン原料が、含水率18~40%の含水酸化チタンであり、かつ、CuのKa線でX線回折測定を行った際に、回折角2θ=24~26°においてピークが見られない、又は回折角2θ=24~26°におけるピークの半値幅が2以上である含水酸化チタンであり、
前記リチウム原料が、水酸化リチウム又は炭酸リチウムから選択される少なくとも1種であり、
Li/Ti(モル比)が0.80を超え0.88以下となるように前記チタン原料と前記リチウム原料とを混合してスラリーを調製する工程を行った後、乾燥して粉砕する工程を行ってから、500~700℃で焼成する工程を行う請求項1又は2に記載のスピネル型チタン酸リチウムの製造方法。 A method for producing a spinel-type lithium titanate obtained by mixing and firing a titanium raw material and a lithium raw material,
The titanium raw material is hydrous titanium oxide with a water content of 18 to 40%, and when X-ray diffraction measurement is performed with the Ka line of Cu, no peak is observed at the diffraction angle 2θ = 24 to 26 °. or hydrous titanium oxide having a peak half width of 2 or more at a diffraction angle of 2θ = 24 to 26°,
The lithium raw material is at least one selected from lithium hydroxide and lithium carbonate,
After performing a step of preparing a slurry by mixing the titanium raw material and the lithium raw material so that the Li/Ti (molar ratio) is more than 0.80 and 0.88 or less, a step of drying and pulverizing is performed. 3. The method for producing spinel-type lithium titanate according to claim 1 or 2 , wherein the step of firing at 500 to 700 ° C. is performed after heating.
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Non-Patent Citations (1)
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Feixiang Wu, et al,Preparation and characterization of spinel Li4Ti5O12 anode material from industrial titanyl sulfate solution,Journal of Alloys and Compounds,2010年10月08日,Vol.509,p.596-601 |
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