JP7208147B2 - Lithium vanadium oxide crystal, electrode material, and storage device - Google Patents
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Description
本発明は、リチウムバナジウム酸化物結晶体、このリチウムバナジウム酸化物結晶体を含む電極材料、及びこの電極材料を正極又は負極に用いた蓄電デバイスに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a lithium vanadium oxide crystal, an electrode material containing this lithium vanadium oxide crystal, and an electric storage device using this electrode material for a positive electrode or a negative electrode.
化学式Li3VO4のバナジン酸リチウムに代表されるリチウムバナジウム酸化物の結晶体は、充放電電位(vs Li/Li+)がチタン酸リチウム(Li4Ti5O12)及びB型酸化チタン(TiO2(B))よりも低い。そのため、リチウムバナジウム酸化物結晶体を蓄電デバイスの負極材料として用いると、その蓄電デバイスは高エネルギー密度を達成する。一方、このリチウムバナジウム酸化物結晶体は、充放電電位(vs Li/Li+)がグラファイトよりも高い。そのため、リチウムバナジウム酸化物結晶体を蓄電デバイスの負極材料として用いると、その蓄電デバイスは高い安全性が期待できる。Crystals of lithium vanadium oxide represented by lithium vanadate of the chemical formula Li 3 VO 4 have a charge-discharge potential (vs Li/Li+) of lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) and B-type titanium oxide (TiO 2 (B)). Therefore, when lithium vanadium oxide crystals are used as a negative electrode material for an electric storage device, the electric storage device achieves high energy density. On the other hand, this lithium vanadium oxide crystal has a higher charge/discharge potential (vs Li/Li+) than graphite. Therefore, when lithium vanadium oxide crystals are used as a negative electrode material for an electric storage device, the electric storage device can be expected to have high safety.
更に、リチウムバナジウム酸化物結晶体を負極材料として用いたキャパシタの理論容量は、チタン酸リチウムと比べると2倍以上であるとの報告がある。サイクル特性においても、リチウムバナジウム酸化物結晶体を負極材料として用いたキャパシタは、高い容量維持率及び高い充放電効率を維持するものである。 Furthermore, there is a report that the theoretical capacity of a capacitor using lithium vanadium oxide crystals as a negative electrode material is at least twice that of lithium titanate. In terms of cycle characteristics as well, a capacitor using lithium vanadium oxide crystals as a negative electrode material maintains a high capacity retention ratio and a high charge/discharge efficiency.
そのため、このリチウムバナジウム酸化物結晶体は、正極及び負極にそれぞれ金属化合物粒子を用いたリチウムイオン二次電池や、正極に活性炭、負極にリチウムイオンを可逆的に吸着/脱着可能な材料を用いたハイブリッドキャパシタなどの蓄電デバイスの用途が想定され、研究が続けられている。 Therefore, this lithium vanadium oxide crystal is used in a lithium ion secondary battery using metal compound particles for the positive electrode and the negative electrode, or using activated carbon for the positive electrode and a material capable of reversibly adsorbing/desorbing lithium ions for the negative electrode. It is expected to be used for electric storage devices such as hybrid capacitors, and research continues.
リチウムバナジウム酸化物結晶体のうち、バナジン酸リチウムの従来知られている結晶構造を図1に示す。図1は、従来のバナジン酸リチウム結晶体を粉末X線回折で分析した結果を示すシミュレーション上のグラフである。図1に示すように、従来のバナジン酸リチウム結晶体をX線回折にて分析すると、入射角2θが32.2度の付近(±0.7度)にブラッグピークが現れる。このブラッグピークは、バナジン酸リチウムの結晶構造には、020面に2.72Åの面間距離を周期にしたLiO4配位構造とVO4配位構造の配列規則があることを示している。FIG. 1 shows the conventionally known crystal structure of lithium vanadate among lithium vanadium oxide crystals. FIG. 1 is a simulated graph showing the results of powder X-ray diffraction analysis of a conventional lithium vanadate crystal. As shown in FIG. 1, when the conventional lithium vanadate crystal is analyzed by X-ray diffraction, a Bragg peak appears near an incident angle 2θ of 32.2 degrees (±0.7 degrees). This Bragg peak indicates that the crystal structure of lithium vanadate has an alignment rule of LiO 4 -coordination structure and VO 4 -coordination structure with an interplanar distance of 2.72 Å on the 020 plane.
また32.2度付近のブラッグピークよりも低角の範囲にも5本のブラッグピークが現れる。5本のブラッグピークは、25度から30度の範囲に1本、20度から25度の範囲に3本、15度から20度の範囲に1本現われる。角度の大きいほうから順番に、111面、011面、101面、110面及び010面に3.17Å、3.66Å、3.90Å、4.13Å及び5.45Åの面間距離を周期にしたLiO4配位構造とVO4配位構造の配列規則の存在を示している。Five Bragg peaks also appear in a lower angle range than the Bragg peak near 32.2 degrees. Five Bragg peaks appear, one in the range from 25 degrees to 30 degrees, three in the range from 20 degrees to 25 degrees, and one in the range from 15 degrees to 20 degrees. In order from the larger angle, the 111 plane, 011 plane, 101 plane, 110 plane and 010 plane have interplanar distances of 3.17 Å, 3.66 Å, 3.90 Å, 4.13 Å and 5.45 Å. It indicates the existence of ordering rules of LiO 4 -coordination structure and VO 4 -coordination structure.
この5本のブラッグピークが示すLiO4配位構造とVO4配位構造による長距離な範囲での配列の繰り返しパターンを長距離秩序というと、即ち、従来のバナジン酸リチウム結晶体は、入射角2θが32.2度付近よりも低角の範囲に5種類の長距離秩序を有するものである。また、V5+の配位構造は四面体配位である。The repeating pattern of the arrangement in the long-range by the LiO 4 -coordination structure and the VO 4 -coordination structure indicated by these five Bragg peaks is called long-range order. It has five types of long-range order in the range of angles lower than 2θ of 32.2 degrees. Also, the coordination structure of V 5+ is tetrahedral coordination.
図2は、このバナジン酸リチウム結晶体をカーボンと複合化させ、その複合体を活物質として負極材料に用いたキャパシタの充放電特性を示すグラフである。横軸は容量を示し、縦軸は充放電電位(vs Li/Li+)を示している。図2に示すように、このバナジン酸リチウム結晶体を用いたキャパシタは、充放電ヒステリシスが約0.4~0.5Vと大きく、充放電によるエネルギー損失が大きいという問題がある。 FIG. 2 is a graph showing the charge/discharge characteristics of a capacitor in which the lithium vanadate crystal is compounded with carbon and the compound is used as the active material for the negative electrode material. The horizontal axis indicates capacity, and the vertical axis indicates charge/discharge potential (vs Li/Li+). As shown in FIG. 2, the capacitor using this lithium vanadate crystal has a large charging/discharging hysteresis of about 0.4 to 0.5 V, and has a problem of large energy loss due to charging/discharging.
また、図3は、このバナジン酸リチウム結晶体をカーボンと複合化させ、その複合体を負極材料に用いたキャパシタのリチウムイオン拡散係数を示すグラフである。図3に示すように、容量の増加に伴って拡散係数が急激に落ち込む範囲があるという問題がある。このように、リチウムバナジウム酸化物には、電気化学的特性において改善すべき点が多々ある。 FIG. 3 is a graph showing the lithium ion diffusion coefficient of a capacitor in which this lithium vanadate crystal is compounded with carbon and the compound is used as a negative electrode material. As shown in FIG. 3, there is a problem that there is a range in which the diffusion coefficient drops sharply as the capacity increases. As described above, lithium vanadium oxide has many points to be improved in terms of electrochemical properties.
そこで、本発明の目的は、更に良好な電気化学的特性を達成することができるリチウムバナジウム酸化物結晶体及びその用途を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a lithium vanadium oxide crystal that can achieve better electrochemical properties and uses thereof.
前記の目的を達成するため、本発明に係るリチウムバナジウム酸化物結晶体は、カチオンがディスオーダー化された結晶構造を有すること、を特徴とする。 In order to achieve the above object, a lithium vanadium oxide crystal according to the present invention is characterized by having a crystal structure in which cations are disordered.
このリチウムバナジウム酸化物結晶体は、化学式Li3VO4で表されるバナジン酸リチウムであってもよい。This lithium vanadium oxide crystal may be lithium vanadate represented by the chemical formula Li 3 VO 4 .
このリチウムバナジウム酸化物結晶体につき、X線回折の結果で表される結晶構造は、入射角2θが32.2度付近にピークが現れ、更に当該32.2度付近のピークよりも低角の範囲にはピークが無いか、またはピークがあっても、当該32.2度付近のピークよりも低角の範囲に存在する全てピークの回折強度は当該32.2度付近のピークの回折強度よりも小さいこと、を特徴とする。 Regarding this lithium vanadium oxide crystal, the crystal structure represented by the result of X-ray diffraction has a peak at an incident angle 2θ of around 32.2 degrees, and a lower angle than the peak around 32.2 degrees. There is no peak in the range, or even if there is a peak, the diffraction intensity of all peaks existing in the range of angles lower than the peak near 32.2 degrees is less than the diffraction intensity of the peak near 32.2 degrees. is also small.
前記32.2度付近のピークよりも低角の範囲に現われるピークの回折強度は、前記32.2度付近のピークの回折強度を100とすると50以下であるようにしてもよい。 The diffraction intensity of a peak appearing in a range of angles lower than the peak near 32.2 degrees may be 50 or less when the diffraction intensity of the peak near 32.2 degrees is 100.
LiO6配位構造とVO6配位構造が並んで成り、前記32.2度付近のピークよりも低角の範囲の長距離秩序の全て又は一部が崩れてランダムになっているようにしてもよい。The LiO 6 -coordination structure and the VO 6 -coordination structure are arranged side by side, and all or part of the long-range order in the lower angle range than the peak near 32.2 degrees is broken and random. good too.
また、LiO6配位構造とVO6配位構造が並んで成り、少なくとも一部のVO6配位構造がリチウムイオンの挿入及び離脱に関わらず、八面体配位を維持しているようにしてもよい。In addition, the LiO 6 -coordination structure and the VO 6 -coordination structure are arranged side by side, and at least a part of the VO 6 -coordination structure maintains octahedral coordination regardless of the insertion and withdrawal of lithium ions. good too.
また、LiO6配位構造とVO6配位構造が並んで成り、少なくとも一部のVO6配位構造がリチウムイオンの挿入及び離脱に応じて、八面体配位と六面体配位を採るようにしてもよい。Also, the LiO 6 -coordination structure and the VO 6 -coordination structure are arranged side by side, and at least a part of the VO 6 -coordination structure adopts octahedral coordination and hexahedral coordination according to lithium ion insertion and extraction. may
また、このリチウムバナジウム酸化物結晶体含む電極材料も本発明の一態様である。 An electrode material containing this lithium vanadium oxide crystal is also one embodiment of the present invention.
この電極材料は、前記リチウムバナジウム酸化物結晶体とカーボンとが複合化されて成る複合体粒子を有し、前記複合体粒子のX線回折の結果で表される結晶構造は、入射角2θが32.2度付近にピークが現れ、更に当該32.2度付近のピークよりも低角の範囲にはピークが無いか、またはピークがあっても、当該32.2度付近のピークよりも低角の範囲に存在する全てピークの回折強度は当該32.2度付近のピークの回折強度よりも小さく、更に当該32.2度付近のピークよりも低角の範囲にブロードなハローパターンが現われているようにしてもよい。 This electrode material has composite particles obtained by combining the lithium vanadium oxide crystal and carbon, and the crystal structure represented by the result of X-ray diffraction of the composite particles has an incident angle 2θ of A peak appears around 32.2 degrees, and there is no peak in the range of angles lower than the peak around 32.2 degrees, or even if there is a peak, it is lower than the peak around 32.2 degrees. The diffraction intensity of all the peaks present in the angle range is smaller than the diffraction intensity of the peak near 32.2 degrees, and a broad halo pattern appears in the range of angles lower than the peak near 32.2 degrees. You can let it be.
また、この電極材料を正極又は負極に用いた蓄電デバイスも本発明の一態様である。 A power storage device using this electrode material for a positive electrode or a negative electrode is also one embodiment of the present invention.
本発明のリチウムバナジウム酸化物結晶体は、高エネルギー密度、高い安全性、高い容量維持率、及び高い充放電効率に加え、リチウムイオン拡散係数が飛躍的に向上し、充放電ヒステリシス及びレート特性の点においても良好な電気化学的特性を達成することができる。 In addition to high energy density, high safety, high capacity retention rate, and high charge/discharge efficiency, the lithium vanadium oxide crystal of the present invention has a dramatically improved lithium ion diffusion coefficient and excellent charge/discharge hysteresis and rate characteristics. Good electrochemical properties can be achieved even at points.
以下、本発明を実施する形態について、説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものでない。 Embodiments for carrying out the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited to embodiment described below.
(産業上の利用可能性)
まず、本発明のリチウムバナジウム酸化物結晶体(以下、本リチウムバナジウム酸化物結晶体という)は、リチウムイオンが可逆的に挿入及び脱離可能な材料である。本リチウムバナジウム酸化物結晶体は、例えば蓄電デバイスの電極材料としての用途に好適である。蓄電デバイスとしてはリチウムイオン二次電池やハイブリッドキャパシタが挙げられる。(Industrial applicability)
First, the lithium vanadium oxide crystal of the present invention (hereinafter referred to as the present lithium vanadium oxide crystal) is a material into which lithium ions can be reversibly intercalated and deintercalated. This lithium vanadium oxide crystal is suitable for use as, for example, an electrode material for an electric storage device. Electricity storage devices include lithium ion secondary batteries and hybrid capacitors.
リチウムイオン二次電池において、正極はリチウム金属化合物を含む活物質層を有し、負極は本リチウムバナジウム酸化物結晶体を含む活物質層を有し、正極及び負極はリチウムイオンが可逆的に挿入及び脱離されるファラデー反応電極となる。ハイブリッドキャパシタにおいて、正極は例えば活性炭を有する分極性電極であり、活性炭と電解質との境界面に形成される電気二重層の蓄電作用を利用し、負極は本リチウムバナジウム酸化物結晶体を含む活物質層を有し、リチウムイオンが可逆的に挿入及び脱離されるファラデー反応電極である。 In the lithium ion secondary battery, the positive electrode has an active material layer containing a lithium metal compound, the negative electrode has an active material layer containing the present lithium vanadium oxide crystals, and lithium ions are reversibly inserted into the positive electrode and the negative electrode. and desorbed Faraday reaction electrode. In the hybrid capacitor, the positive electrode is, for example, a polarizable electrode having activated carbon, and the electric double layer formed at the interface between the activated carbon and the electrolyte is used to store electricity, and the negative electrode is an active material containing the present lithium vanadium oxide crystals. It is a faradaic reaction electrode with a layer into which lithium ions are reversibly intercalated and deintercalated.
(本リチウムバナジウム酸化物結晶体構造)
本リチウムバナジウム酸化物結晶体は、図4に示すX線回折結果をもたらす結晶構造を有する。図4は、本リチウムバナジウム酸化物結晶体をシミュレーションに基づく粉末X線回折で分析した結果を示すグラフである。図4に示すように、従来(図1参照)と比べて、入射角2θが32.2度付近に鋭敏なピークが現れる点は同じである。尚、32.2度付近とは32.2±0.7度をいう。(this lithium vanadium oxide crystal structure)
The present lithium vanadium oxide crystals have a crystal structure that yields the X-ray diffraction results shown in FIG. FIG. 4 is a graph showing the result of powder X-ray diffraction analysis based on simulation of the present lithium vanadium oxide crystal. As shown in FIG. 4, it is the same as the conventional case (see FIG. 1) in that a sharp peak appears near the incident angle 2θ of 32.2 degrees. Incidentally, the vicinity of 32.2 degrees means 32.2±0.7 degrees.
しかし、この32.2度付近のピークよりも低角の範囲に存在する全てのピークは、32.2度付近のピークよりも回折強度が小さくなっている。好ましくは、図4に示すように、この32.2度付近のピークよりも低角の範囲にピークが消失している。換言すると、32.2度付近のピークよりも回折強度が高いピークは、32.2度付近よりも低角の範囲には存在しない。一方、入射角2θが32.2度付近以上のピークは存続している。 However, all the peaks present in the lower angle range than the peak near 32.2 degrees have diffraction intensities smaller than the peak near 32.2 degrees. Preferably, as shown in FIG. 4, the peak disappears in a lower angle range than the peak near 32.2 degrees. In other words, no peak with a higher diffraction intensity than the peak near 32.2 degrees exists in the range of angles lower than near 32.2 degrees. On the other hand, the peak at an incident angle 2θ of around 32.2 degrees or more still exists.
このX線回折の結果により推測される本リチウムバナジウム酸化物結晶体は、カチオンがディスオーダー化されたカチオンディスオーダー構造を有するものである。即ち、本リチウムバナジウム酸化物結晶体の構造は次の2通りである。尚、本リチウムバナジウム酸化物結晶体は、この2通りの一方のみの構造を有していても、又は2通りの両方が混在していてもよい。 This lithium vanadium oxide crystal, which is inferred from the results of this X-ray diffraction, has a cation disordered structure in which cations are disordered. That is, the present lithium vanadium oxide crystal has the following two structures. The present lithium vanadium oxide crystal may have only one of these two structures, or both of them may be mixed.
まず、第1の構造として、図5Aに示すように、リチウムイオンの挿入時、バナジウム酸の配位構造は、酸化数が3+のバナジウムイオンを格子中心としたVO6による八面体構造を有する。また、リチウムイオンの脱離時であっても、バナジウム酸の配位構造は、酸化数5+のVO6による八面体構造を維持する。酸化数5+のVO6による八面体構造では、バナジウムイオンが結晶格子中心から外れた位置に据えられている。リチウムイオンが脱離しているときに四面体構造に戻るVO4配位構造が一部に残っていてもよい。更に、リチウムイオンを中心とするLiO6配位構造も八面体構造を有している。First, as a first structure, as shown in FIG. 5A, when lithium ions are inserted, the coordination structure of vanadic acid has an octahedral structure of VO 6 with vanadium ions having an oxidation number of 3+ as lattice centers. In addition, even when lithium ions are desorbed, the coordination structure of vanadic acid maintains the octahedral structure of VO 6 with an oxidation number of 5+. In the octahedral structure of VO 6 with an oxidation number of 5+, the vanadium ions are positioned off the center of the crystal lattice. A portion of the VO 4 -coordination structure that reverts to the tetrahedral structure when lithium ions are desorbed may remain. Furthermore, the LiO 6 coordination structure centered on the lithium ion also has an octahedral structure.
次に、第2の構造として、図5Bに示すように、リチウムイオンの挿入時、バナジウム酸の配位構造は、酸化数が3+のバナジウムイオンを格子中心としたVO6による八面体構造を有する。このリチウム挿入時の構造は第1の構造と変わりはない。一方、リチウムイオンの脱離時には、バナジウム酸の配位構造は、酸化数5+のVO6による六面体構造となる場合がある。酸化数5+のVO6による六面体構造では、バナジウムイオンが結晶格子中心に据えられている。リチウムイオンが脱離しているときに四面体構造に戻るVO4配位構造が一部に残っていてもよい。更に、リチウムイオンを中心とするLiO6配位構造も六面体構造を有している。Next, as a second structure, as shown in FIG. 5B, when lithium ions are inserted, the coordination structure of vanadic acid has an octahedral structure of VO 6 with vanadium ions having an oxidation number of 3+ as lattice centers. . The structure at the time of lithium insertion is the same as the first structure. On the other hand, when lithium ions are desorbed, the coordination structure of vanadic acid may become a hexahedral structure due to VO 6 with an oxidation number of 5+. In the hexahedral structure of VO 6 with
そして、2通りの構造の両方が混在するとは、即ちリチウムイオンの挿入時のバナジウム酸の配位構造は、酸化数が3+のバナジウムイオンを格子中心としたVO6による八面体構造を有するが、リチウムイオンの脱離時には、一部のバナジウム酸の配位構造は、酸化数5+のVO6による八面体構造を維持し、バナジウムイオンが結晶格子中心から外れた位置に据えられる一方、他の一部のバナジウム酸の配位構造は、酸化数5+のVO6による六面体構造に変化し、バナジウムイオンが結晶格子中心に据えられているものであり、またリチウムイオンを中心とするLiO6配位構造は六面体構造を有しているものである。And, both of the two structures are mixed, that is, the coordination structure of vanadic acid at the time of lithium ion insertion has an octahedral structure of VO 6 with vanadium ions having an oxidation number of 3+ as the lattice center, During the desorption of lithium ions, the coordination structure of some vanadates maintains an octahedral structure with VO 6 of
2通りの構造とも、VO6配位構造とLiO6配位構造の配列は、32.2度付近のピークよりも低角の範囲に現れる各種長距離秩序の全て又は一部が崩れてランダムになっている。換言すると、32.2度付近のピークよりも低角の範囲に現われる距離でのVO6配位構造とLiO6配位構造の配列の規則性が失われているか、規則性に従う割合が少なくなっている。In both structures, the arrangement of the VO 6 -coordinated structure and the LiO 6 -coordinated structure is random because all or part of the various long-range orders appearing in the lower angle range than the peak near 32.2 degrees are broken. It's becoming In other words, the regularity of the arrangement of the VO 6 -coordination structure and the LiO 6 -coordination structure at the distance appearing in the lower angle range than the peak near 32.2 degrees is lost, or the proportion following the regularity is reduced. ing.
より具体的には、本リチウムバナジウム酸化物結晶体は、020面に2.72Åの面間距離を周期にしたLiO4配位構造とVO4配位構造の配列規則(以下、基準秩序という)がある。一方、111面、011面、101面、110面及び010面に3.17Å、3.66Å、3.90Å、4.13Å及び5.45Åの面間距離を周期にしたLiO4配位構造とVO4配位構造の配列規則(以下、長距離秩序という)を保つ割合が、基準秩序よりも小さくなっているか、または長距離秩序は無くなっている。More specifically, the present lithium vanadium oxide crystal has an arrangement rule of LiO 4 -coordination structure and VO 4 -coordination structure with an interplanar distance of 2.72 Å on the 020 plane (hereinafter referred to as standard order) There is On the other hand, the LiO 4 coordination structure with interplanar distances of 3.17 Å, 3.66 Å, 3.90 Å, 4.13 Å and 5.45 Å on the 111, 011, 101, 110 and 010 planes. The proportion of the VO 4 -coordination structure that maintains the arrangement rule (hereinafter referred to as long-range order) is smaller than the standard order, or the long-range order is lost.
このような本リチウムバナジウム酸化物結晶体としては、化学式Li3VO4で表されるバナジン酸リチウム結晶体が挙げられる。リチウムイオンの挿入時には組成式Li3+xVO4となる。xは挿入されたリチウムイオンである。本リチウムバナジウム酸化物結晶体は、10nm以上50nm以下のナノ粒子であることが望ましく、更に好ましくは10nm以上30nm以下であり、微細な粒子群が粒状に固まり、内部に多数の空隙を有する造粒体である。Such lithium vanadium oxide crystals include lithium vanadate crystals represented by the chemical formula Li 3 VO 4 . When lithium ions are inserted, the composition formula becomes Li 3+x VO 4 . x is the lithium ion inserted. The present lithium vanadium oxide crystals are preferably nanoparticles with a size of 10 nm or more and 50 nm or less, more preferably 10 nm or more and 30 nm or less. is the body.
また、このバナジン酸リチウム結晶体はカーボンと複合化された複合体であることが好ましい。カーボンは、導電性を有するものであれば特に限定なく使用可能であり。例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャネルブラック等のカーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、無定形炭素、炭素繊維、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛化ケッチェンブラック、メソポーラス炭素、気相法炭素繊維等を挙げることができる。カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)及び多層カーボンナノチューブ(MWCNT)の何れでもよい。 Moreover, it is preferable that this lithium vanadate crystal is a composite compounded with carbon. Carbon can be used without particular limitation as long as it has conductivity. For example, carbon black such as ketjen black, acetylene black, channel black, fullerene, carbon nanotube, carbon nanofiber, amorphous carbon, carbon fiber, natural graphite, artificial graphite, graphitized ketjen black, mesoporous carbon, vapor phase method Carbon fiber etc. can be mentioned. Carbon nanotubes may be either single-wall carbon nanotubes (SWCNT) or multi-wall carbon nanotubes (MWCNT).
カーボンと本リチウムバナジウム酸化物結晶体との複合体は、図6に示すX線回折結果をもたらす。図6は、カーボンと本リチウムバナジウム酸化物結晶体との複合体をシミュレーションに基づく粉末X線回折で分析した結果を示すグラフである。図6に示すように、従来(図2参照)と比べて、入射角2θが32.2度付近にピークが現れる点は同じである。 A composite of carbon and the present lithium vanadium oxide crystal yields the X-ray diffraction results shown in FIG. FIG. 6 is a graph showing the results of powder X-ray diffraction analysis based on simulation of a composite of carbon and the present lithium vanadium oxide crystal. As shown in FIG. 6, the point that the peak appears near the incident angle 2.theta.
また、この32.2度付近のピークよりも低角の範囲に存在する全てのピークは、32.2度付近のピークよりも回折強度が小さくなっている。好ましくは、図6に示すように、この32.2度付近のピークよりも低角の範囲にピークが消失している。但し、32.2度付近のピークよりも低角の範囲には、例えばカーボンがマルチウォールカーボンナノチューブであるとブロードなハローパターンが現われる。即ち、なだらかな山が低角の広範囲に亘って拡がっている。 Moreover, all the peaks present in a range of angles lower than the peak near 32.2 degrees have diffraction intensities smaller than that of the peak near 32.2 degrees. Preferably, as shown in FIG. 6, the peak disappears in a lower angle range than the peak near 32.2 degrees. However, in the lower angle range than the peak near 32.2 degrees, a broad halo pattern appears when the carbon is a multi-walled carbon nanotube, for example. That is, a gentle mountain spreads over a wide range of low angles.
このような本リチウムバナジウム酸化物結晶体は、LiO6配位構造とVO6配位構造の長距離の配列規則性が既に乱れているので、リチウムイオンの挿入前後及び脱離前後で、LiO6配位構造とVO6配位構造の長距離の配列が様変わりすることはなく、そのため、リチウムイオンの挿入及び脱離に要するエネルギーは少なくて済む。事実、本リチウムバナジウム酸化物結晶体は、リチウムイオンの拡散係数が向上する。そのため、充放電ヒステリシス及びレート特性が向上する。また、カーボンとの複合化によって電気導電性が向上し、リチウムイオンの拡散係数向上と相俟ってレート特性が更に向上する。In such a present lithium vanadium oxide crystal, since the long-range arrangement regularity of the LiO 6 -coordination structure and the VO 6 -coordination structure has already been disturbed, LiO 6 The long-range alignment of the coordination and VO 6 coordination structures is not altered, so less energy is required for lithium ion insertion and extraction. In fact, the present lithium vanadium oxide crystal has an improved diffusion coefficient of lithium ions. Therefore, charge/discharge hysteresis and rate characteristics are improved. In addition, the combination with carbon improves the electrical conductivity, and together with the improvement of the diffusion coefficient of lithium ions, the rate characteristics are further improved.
(本リチウムバナジウム酸化物結晶体の製法)
長距離秩序を有し、リチウムイオンの脱離時にはVO4が四面体配位構造を有する従来のバナジン酸リチウム結晶体(以下、中間体という)に対し、CC-CV(Constant Current Constant Voltage)処理を行うことにより、本リチウムバナジウム酸化物結晶体は得られる。中間体は、リチウム源とバナジウム源の混合工程と熱処理工程を経て得られる。カーボンとの複合体を生成する場合には、中間体の作製過程内の混合工程で更にカーボン源を添加すればよい。(Manufacturing method of the present lithium vanadium oxide crystal)
CC-CV (Constant Current Constant Voltage) treatment is applied to conventional lithium vanadate crystals (hereinafter referred to as intermediates) having long-range order and VO4 having a tetrahedral coordination structure when lithium ions are desorbed. By performing, the present lithium vanadium oxide crystal is obtained. The intermediate is obtained through a step of mixing a lithium source and a vanadium source and a heat treatment step. In the case of producing a composite with carbon, the carbon source may be further added in the mixing step in the process of producing the intermediate.
以下、カーボンと複合化された本リチウムバナジウム酸化物結晶体を例に製造方法を詳細に説明する。尚、カーボンとの複合化が不要である場合、生成工程においてカーボン源を含めなければよい。 The manufacturing method will be described in detail below, taking the present lithium vanadium oxide crystal compounded with carbon as an example. In addition, when compounding with carbon is unnecessary, the carbon source may not be included in the production process.
(中間体の作製)
まず、中間体の製造方法について説明する。中間体は、混合工程、分散工程、ポリマー鎖形成工程、除去工程及び結晶化工程を経る。混合工程では、バナジウム源とリチウム源を含む金属粒子源、導電性炭素材料、錯体配位子、および重合剤とが混合された混合溶媒を作製する。分散工程では、炭素材料の表面に金属粒子源を付着させ、バナジン酸リチウムの前駆体を生成する。ポリマー鎖形成工程では、炭素材料上に付着したバナジン酸リチウムの前駆体にポリマー鎖を形成する。除去工程では、ポリマー鎖を形成したバナジン酸リチウムの前駆体が付着した炭素材料を加熱し、ポリマー鎖を除去する。結晶工程では、バナジン酸リチウムの前駆体が付着した炭素材料を焼成し、バナジン酸リチウムと炭素材料の複合材料を得る。(Preparation of intermediates)
First, the method for producing the intermediate will be described. The intermediate undergoes a mixing step, a dispersion step, a polymer chain forming step, a removal step and a crystallization step. In the mixing step, a mixed solvent is prepared by mixing a metal particle source containing a vanadium source and a lithium source, a conductive carbon material, a complex ligand, and a polymerization agent. In the dispersing step, a metal particle source is attached to the surface of the carbon material to produce a lithium vanadate precursor. In the polymer chain forming step, a polymer chain is formed on the lithium vanadate precursor deposited on the carbon material. In the removing step, the carbon material to which the lithium vanadate precursor forming the polymer chain is attached is heated to remove the polymer chain. In the crystallization step, the carbon material to which the lithium vanadate precursor is attached is fired to obtain a composite material of lithium vanadate and the carbon material.
具体的に、混合工程では、バナジウム源、リチウム源、カーボン源、錯体配位子、及び重合剤を溶媒に添加し、混合溶液を作製する。バナジウム源は、金属バナジウムとバナジウム含有化合物を含む。溶媒に添加する材料の組成比は、例えばバナジウム源とリチウム源を合わせた金属粒子源を10~20mol%とし、錯体配位子10~20mol%、重合剤40~80mol%とすることができる。また、金属粒子源とカーボン源の重量比は、80:20~60:40とすると良い。バナジウム源とリチウム源は、本バナジン酸結晶体の化学量論比に従えばよく、例えばLi3VO4の場合、モル比でLi:V=3:1となるように混合すればよい。バナジウム源とリチウム源を合わせた金属粒子源とカーボン源の重量比は、これに限定されないが80:20~60:40とするとよい。Specifically, in the mixing step, a vanadium source, a lithium source, a carbon source, a complex ligand, and a polymerization agent are added to a solvent to prepare a mixed solution. Vanadium sources include metallic vanadium and vanadium-containing compounds. The composition ratio of the materials added to the solvent can be, for example, 10 to 20 mol % of the metal particle source, which is a combination of the vanadium source and the lithium source, 10 to 20 mol % of the complex ligand, and 40 to 80 mol % of the polymerization agent. Also, the weight ratio of the metal particle source and the carbon source is preferably 80:20 to 60:40. The vanadium source and the lithium source may be in accordance with the stoichiometric ratio of the present vanadic acid crystals. For example, in the case of Li 3 VO 4 , they may be mixed in a molar ratio of Li:V=3:1. The weight ratio of the metal particle source and the carbon source, which is the sum of the vanadium source and the lithium source, is preferably 80:20 to 60:40, although not limited thereto.
バナジウム含有化合物としては、メタバナジン酸塩(NH4VO3、NaVO3、KVO3等)、酸化バナジウム(V2O5、V2O4、V2O3、V3O4)、バナジウム(III)アセチルアセトナート、バナジウム(IV)オキシアセチルアセトナート、オキシ三塩化バナジウム、四塩化バナジウム、三塩化バナジウム、ポリバナジン酸塩等を用いることができる。リチウム源としては、水酸化リチウム、水酸化リチウム水和物、酢酸リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウム、塩化リチウム、乳酸リチウム等のリチウム含有化合物を用いることができる。Vanadium-containing compounds include metavanadates ( NH4VO3 , NaVO3 , KVO3 , etc.), vanadium oxides ( V2O5 , V2O4 , V2O3 , V3O4 ), vanadium ( III ) acetylacetonate, vanadium (IV) oxyacetylacetonate, vanadium oxytrichloride, vanadium tetrachloride, vanadium trichloride, polyvanadate and the like can be used. Lithium-containing compounds such as lithium hydroxide, lithium hydroxide hydrate, lithium acetate, lithium nitrate, lithium carbonate, lithium chloride, and lithium lactate can be used as the lithium source.
カーボン源は、カーボン(粉体)自体又は熱処理によってカーボンとなりうる材料を意味する。カーボン(粉体)としては、導電性を有する炭素材料であれば特に限定なく使用することができる。熱処理によってカーボンとなり得る材料としては、後の熱処理工程においてカーボンに転化するものであり、多価アルコール(エチレングリコールなど)、ポリマー(ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドンなど)、糖類(グルコースなど)、アミノ酸(グルタミン酸など)などの有機物である。 A carbon source means carbon (powder) itself or a material that can be converted to carbon by heat treatment. As the carbon (powder), any conductive carbon material can be used without particular limitation. Materials that can be converted to carbon by heat treatment include those that are converted to carbon in the subsequent heat treatment process, such as polyhydric alcohols (ethylene glycol, etc.), polymers (polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyvinylpyrrolidone, etc.), sugars (glucose, etc.), Organic substances such as amino acids (such as glutamic acid).
錯体配位子としては、複数のカルボキシル基を有する有機化合物を用いる。例えば、トリカルボン酸のクエン酸を用いることが好ましい。他には、シュウ酸、マロン酸、コハク酸などのジカルボン酸を用いても良い。重合剤としては、複数のヒドロキシル基を有するアルコールを用いる。例えば、エチレングリコールを用いることが好ましい。他には、プロピレングリコールなどの他の2価のアルコール、またはグリセリンなどの3価のアルコールを用いても良い。溶媒は、反応に悪影響を及ぼさない液であれば特に限定なく使用することができ、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどを好適に使用することができる。2種以上の溶媒を混合して使用しても良い。 An organic compound having a plurality of carboxyl groups is used as the complex ligand. For example, it is preferable to use the tricarboxylic acid citric acid. Alternatively, dicarboxylic acids such as oxalic acid, malonic acid and succinic acid may be used. An alcohol having a plurality of hydroxyl groups is used as the polymerizing agent. For example, it is preferred to use ethylene glycol. Alternatively, other dihydric alcohols such as propylene glycol or trihydric alcohols such as glycerin may be used. Any solvent can be used without any particular limitation as long as it does not adversely affect the reaction, and water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol and the like can be preferably used. A mixture of two or more solvents may be used.
各材料が添加された水溶液を撹拌手段により混合することで、金属粒子源と錯体配位子により金属錯体が形成される。また、混合時において、一部の金属配位子のカルボキシル基と、一部の重合剤のヒドロキシル基との間でエステル化反応が起こり、ポリマー鎖が形成される。混合工程では、複数の水溶液を作製後、それらの溶液を混合することで上記の材料が添加された水溶液を得ても良い。例えば、金属粒子源と錯体配位子のみを水に添加して混合することで、金属錯体の形成を促すことができる。この水溶液を、例えばエチレングリコール水溶液と混合した後に、カーボン源を添加することもできる。撹拌手段は、マグネチックスターラー、電気モータ式撹拌機、エアモータ式撹拌機等を用いる。 A metal complex is formed by the metal particle source and the complex ligand by mixing the aqueous solution to which each material is added by a stirring means. Also, during mixing, an esterification reaction occurs between the carboxyl groups of some of the metal ligands and the hydroxyl groups of some of the polymerizing agents to form polymer chains. In the mixing step, after preparing a plurality of aqueous solutions, the solutions may be mixed to obtain an aqueous solution to which the above materials are added. For example, by adding only the metal particle source and the complex ligand to water and mixing them, the formation of the metal complex can be promoted. The carbon source can also be added after mixing this aqueous solution with, for example, an aqueous ethylene glycol solution. As the stirring means, a magnetic stirrer, an electric motor stirrer, an air motor stirrer, or the like is used.
分散工程では、カーボン源の表面に金属粒子源を付着させる。カーボン源の表面に金属粒子源を付着させる手法としては、メカノケミカル処理が挙げられる。メカノケミカル処理は、旋回する反応容器等を用いてずり応力や遠心力等の機械的エネルギーを与える処理である。メカノケミカル処理は、超遠心力処理(Ultra-Centrifugal force processing method:以下、UC処理という)等、ずり応力、遠心力、その他の機械的エネルギーを加えることができればよい。要するに、機械的エネルギーによって、カーボン源に金属粒子源を付着させ、カーボン源の表面上にリチウムバナジウム酸化物の前駆体を生成できればよい。メカノケミカル処理は、金属粒子源及びカーボン源の微細化と高分散化処理を兼ねることもできる。 In the dispersing step, a metal particle source is attached to the surface of the carbon source. A mechanochemical treatment is mentioned as a method of adhering the metal particle source to the surface of the carbon source. Mechanochemical treatment is treatment that applies mechanical energy such as shear stress and centrifugal force using a rotating reaction vessel or the like. The mechanochemical treatment may be an ultra-centrifugal force processing method (hereinafter referred to as UC treatment) or the like, as long as shear stress, centrifugal force, or other mechanical energy can be applied. In short, the mechanical energy should be able to attach the metal particle source to the carbon source and produce a lithium vanadium oxide precursor on the surface of the carbon source. The mechanochemical treatment can also serve as a finer and highly dispersed treatment for the metal particle source and the carbon source.
UC処理は、旋回する反応器内で溶液にずり応力と遠心力を加える。反応器としては、特開2007-160151号公報の図1に記載されている、外筒と内筒の同心円筒からなり、旋回可能な内筒の側面に貫通孔が設けられ、外筒の開口部にせき板が配置されている反応器が好適に使用される。この反応器の内筒内部に反応物を投入し、内筒を旋回することによってその遠心力で内筒内部の反応物が内筒の貫通孔を通って外筒の内壁に移動する。この時反応物は内筒の遠心力によって外筒の内壁に衝突し、薄膜状となって内壁の上部へずり上がる。 The UC process applies shear stress and centrifugal force to the solution in the swirling reactor. The reactor is composed of concentric cylinders of an outer cylinder and an inner cylinder, as described in FIG. 1 of JP-A-2007-160151. A reactor in which a weir is arranged at one end is preferably used. A reactant is charged into the inner cylinder of the reactor, and the inner cylinder is swirled, whereby the centrifugal force causes the reactant inside the inner cylinder to move to the inner wall of the outer cylinder through the through-hole of the inner cylinder. At this time, the reactant collides with the inner wall of the outer cylinder due to the centrifugal force of the inner cylinder, forms a thin film, and slides up to the upper part of the inner wall.
この状態では反応物には内壁との間のずり応力と内筒からの遠心力の双方が同時に加わり、薄膜状の反応物に大きな機械的エネルギーが加わることになる。この機械的なエネルギーが反応に必要な化学エネルギー、いわゆる活性化エネルギーに転化するものと思われる。これにより、短時間で反応が進行する。機械的エネルギーの満足する付与のためには、1500N(kgms-2)以上の遠心力を発生させることが望ましい。好ましくは60000N(kgms-2)以上である。In this state, both the shear stress with the inner wall and the centrifugal force from the inner cylinder are simultaneously applied to the reactant, and large mechanical energy is applied to the thin film-like reactant. It is believed that this mechanical energy is converted into the chemical energy required for the reaction, the so-called activation energy. Thereby, the reaction proceeds in a short time. For satisfactory application of mechanical energy, it is desirable to generate a centrifugal force of 1500 N (kgms -2 ) or more. It is preferably 60000 N (kgms -2 ) or more.
メカノケミカル処理は、少なくとも2回の処理に分けて行うことができる。例えば、第1回目の処理では、バナジウム源とカーボン源とにずり応力と遠心力を加えて、カーボン源にバナジウム源を付着させる。そして、第2回目の処理では、リチウム源と、カーボン源の表面に付着されたバナジウム源とにずり応力と遠心力を加えて、カーボン源の表面上に形成されたバナジウムの基礎を基点にリチウムバナジウム酸化物の前駆体を生成することができる。以上のようなUC処理では、繊維状のカーボン源のバンドルが解れ、カーボン源が溶液中に分散する。また、混合溶液中の金属錯体が微粒子化され、カーボン源の表面に均一に分散して吸着される。 The mechanochemical treatment can be divided into at least two treatments. For example, in the first treatment, shear stress and centrifugal force are applied to the vanadium source and the carbon source to cause the vanadium source to adhere to the carbon source. Then, in the second treatment, a shear stress and a centrifugal force are applied to the lithium source and the vanadium source attached to the surface of the carbon source, and the vanadium base formed on the surface of the carbon source is used as a starting point for lithium. Precursors of vanadium oxide can be produced. In the UC treatment as described above, the bundle of the fibrous carbon source is loosened and the carbon source is dispersed in the solution. Also, the metal complex in the mixed solution is finely divided into fine particles, which are uniformly dispersed and adsorbed on the surface of the carbon source.
なお、分散方法としては、UC処理以外にも、ミキサー、ジェットミキシング(噴流衝合)、および超音波処理などを用いることができる。ミキサーによる分散方法では、混合溶液に対して、ビーズミル、ロッドミル、ローラミル、攪拌ミル、遊星ミル、振動ミル、ボールミル、ホモジナイザー、ホモミキサーなどにより、物理的な力を加え、混合溶液を撹拌する。カーボン源に対して外力を加えることで、凝集したカーボン源を細分化及び均一化し、バンドルを解すことができる。中でも粉砕力が得られる遊星ミル、振動ミル、ボールミルが好ましい。 As a dispersing method, mixer, jet mixing (jet impingement), ultrasonic treatment, etc. can be used in addition to UC treatment. In the dispersion method using a mixer, physical force is applied to the mixed solution by a bead mill, rod mill, roller mill, stirring mill, planetary mill, vibration mill, ball mill, homogenizer, homomixer, or the like to stir the mixed solution. By applying an external force to the carbon source, the aggregated carbon source can be subdivided and homogenized, and the bundle can be loosened. Among them, a planetary mill, a vibration mill, and a ball mill are preferable because they can obtain a crushing force.
ジェットミキシングによる分散方法では、筒状のチャンバの内壁の互いに対向する位置に一対のノズルを設ける混合溶液を、高圧ポンプにより加圧し、一対のノズルより噴射してチャンバ内で正面衝突させる。これにより、カーボン源のバンドルが粉砕され、分散及び均質化することができる。ジェットミキシングの条件としては、圧力は100MPa以上、濃度は5g/l未満が好ましい。 In the dispersion method by jet mixing, a mixed solution is pressurized by a high-pressure pump and jetted from the pair of nozzles to collide head-on in the chamber. This allows the carbon source bundles to be pulverized, dispersed and homogenized. The conditions for jet mixing are preferably a pressure of 100 MPa or more and a concentration of less than 5 g/l.
ポリマー鎖形成工程では、UC処理を施した混合溶液を加熱し、カーボン源上に付着したバナジン酸リチウムの前駆体にポリマー鎖を形成する。例えば、ろ過により不純物を除去した混合溶液に対し、真空中において80~150℃で乾燥を行う。乾燥時間は12~24時間とする。このポリマー鎖形成処理により、バナジン酸リチウムの前駆体に配位した錯体配位子のカルボン酸と、重合剤のヒドロキシル基のエステル化反応が進行する。また、重合剤のヒドロキシル基間において、重合(脱水縮合)が進行する。これらの反応により、多くのポリマー鎖が形成される。 In the polymer chain forming step, the UC-treated mixed solution is heated to form a polymer chain on the precursor of lithium vanadate adhering to the carbon source. For example, the mixed solution from which impurities have been removed by filtration is dried at 80 to 150° C. in vacuum. The drying time is 12-24 hours. By this polymer chain forming treatment, an esterification reaction between the carboxylic acid of the complex ligand coordinated to the lithium vanadate precursor and the hydroxyl group of the polymerizing agent proceeds. Moreover, polymerization (dehydration condensation) proceeds between the hydroxyl groups of the polymerizing agent. These reactions form many polymer chains.
ポリマー鎖は、バナジン酸リチウムの前駆体単体に形成される態様と、バナジン酸リチウムの前駆体間に形成される態様を含む。以上のようなポリマー鎖形成工程により、バナジン酸リチウムの前駆体間にポリマー鎖が形成され、バナジン酸リチウムの前駆体同士が結合し凝集体が形成されることが防止される。すなわち、微細なバナジン酸リチウムの前駆体が、カーボン源の表面に均一に分散される。 The polymer chain includes an aspect in which it is formed on a lithium vanadate precursor alone and an aspect in which it is formed between lithium vanadate precursors. By the polymer chain forming step as described above, a polymer chain is formed between the precursors of lithium vanadate, and the precursors of lithium vanadate are prevented from being bonded to each other to form aggregates. That is, fine precursors of lithium vanadate are uniformly dispersed on the surface of the carbon source.
除去工程では、ポリマー鎖を形成したリチウムバナジウム酸化物の前駆体が付着したカーボン源を加熱し、ポリマー鎖を除去する。例えば、カーボン源に対し、大気雰囲気下において、300~320℃で加熱を行う。加熱時間は3~5時間とする。この加熱工程により、金属配位子と重合剤により形成されたポリマー鎖が熱分解し、除去される。したがって、カーボン源上には、微細な粒子であるリチウムバナジウム酸化物の前駆体のみが残される。 In the removing step, the carbon source to which the lithium vanadium oxide precursor forming polymer chains is attached is heated to remove the polymer chains. For example, the carbon source is heated at 300 to 320° C. in an air atmosphere. The heating time is 3 to 5 hours. This heating step thermally decomposes and removes the polymer chains formed by the metal ligands and the polymerizing agent. Therefore, only fine particles of the lithium vanadium oxide precursor are left on the carbon source.
結晶化工程では、バナジン酸リチウムの前駆体の前駆体が付着したカーボン源を焼成し、バナジン酸リチウムとカーボンの複合材料を得る。焼成過程において、バナジン酸リチウムの前駆体が結晶化し、バナジン酸リチウムの金属粒子がカーボンに担持される。加熱条件は、例えば、窒素雰囲気下において、500~900℃で焼成を行う。焼成時間は0~5分とする。焼成過程では、室温から焼成温度まで急加熱することが好ましい。焼成時間0分とは、例えば3分かけて800℃まで昇温し、800℃に到達した時点で加熱を終了し自然冷却することを意味する。このような急加熱により、リチウムバナジウム酸化物の結晶化が促進され粒子成長することが防止される。すなわち、粒径の小さなナノ金属粒子が維持される。 In the crystallization step, the carbon source to which the precursor of lithium vanadate is adhered is fired to obtain a composite material of lithium vanadate and carbon. During the firing process, the precursor of lithium vanadate is crystallized, and metal particles of lithium vanadate are supported on the carbon. As for the heating conditions, for example, firing is performed at 500 to 900° C. in a nitrogen atmosphere. The baking time is 0 to 5 minutes. In the sintering process, it is preferable to rapidly heat from room temperature to the sintering temperature. The firing time of 0 minutes means that the temperature is raised to 800° C. over 3 minutes, and when the temperature reaches 800° C., the heating is terminated and the material is naturally cooled. Such rapid heating promotes crystallization of the lithium vanadium oxide and prevents particle growth. That is, nanoparticles of small particle size are maintained.
また、急加熱は、酸素濃度が1000ppm程度の低酸素濃度の雰囲気下で行われることが好ましい。この条件で急加熱を行うと、カーボンの酸化が阻止される。以上のような焼成工程により、バナジン酸リチウムが結晶化され、ナノ粒子であるリチウムバナジウム酸化物がカーボンに担持された複合材料が得られる。 Moreover, the rapid heating is preferably performed in an atmosphere with a low oxygen concentration of about 1000 ppm. Rapid heating under these conditions prevents oxidation of carbon. Lithium vanadate is crystallized by the firing process as described above, and a composite material in which lithium vanadium oxide as nanoparticles is supported on carbon is obtained.
ここで、本リチウムバナジウム酸化物結晶体を得るためには、即ちカチオンディスオーダー構造へ効率良く変化させるためには、バナジン酸リチウムはナノ粒子であることが望ましい。ナノ粒子の大きさは、平均的には30nm以下の大きさを有し、最大でも50nm未満である。以上の中間体の製造方法によると、このナノ粒子の大きさの条件を容易に満たすことができる。 Here, in order to obtain the present lithium vanadium oxide crystals, that is, to efficiently change the structure to a cationic disordered structure, lithium vanadate is desirably nanoparticles. The size of the nanoparticles has an average size of 30 nm or less and a maximum of less than 50 nm. According to the method for producing the intermediate as described above, it is possible to easily satisfy the size requirements of the nanoparticles.
(CC-CV処理)
これにより得られた中間体に対してCC-CV処理を行うことによって本リチウムバナジウム酸化物結晶体とカーボンとの複合体が得られる。CC-CV処理は、中間体を負極としたハーフセルを作製し、このハーフセルに定電流及び定電圧の印加する処理である。(CC-CV processing)
By subjecting the obtained intermediate to a CC-CV treatment, a composite of the present lithium vanadium oxide crystal and carbon can be obtained. The CC-CV treatment is a treatment in which a half cell is produced using an intermediate as a negative electrode, and a constant current and a constant voltage are applied to this half cell.
ハーフセルの作用電極W.E.は、複合体をバインダーと混合及び混練した後、シート状に成形し、これを集電体に接合することで形成される。複合体とバインダーの混合液をドクターブレード法等によって集電体上に塗工し、乾燥することで電極を形成しても良い。また、電極材料を所定形状に成形し、集電体上に圧着することで電極を形成することもできる。 Half-cell working electrode W. E. is formed by mixing and kneading a composite with a binder, forming it into a sheet, and bonding it to a current collector. An electrode may be formed by coating a mixed solution of the composite and the binder on a current collector by a doctor blade method or the like and drying it. Alternatively, the electrode can be formed by molding the electrode material into a predetermined shape and pressing it onto the current collector.
集電体としては、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、チタン、鋼、カーボン等の導電材料を使用することができる。特に、アルミニウムおよび銅を用いることが好ましい。高い熱伝導性と電子伝導性とを有しているからである。集電体の形状は、膜状、箔状、板状、網状、エキスパンドメタル状、円筒状等の任意の形状を採用することができる。 Conductive materials such as aluminum, copper, iron, nickel, titanium, steel, and carbon can be used as current collectors. In particular, it is preferable to use aluminum and copper. This is because it has high thermal conductivity and high electronic conductivity. The shape of the current collector may be any shape such as film, foil, plate, net, expanded metal, and cylindrical.
バインダーとしては、例えばフッ素系ゴム、ジエン系ゴム、スチレン系ゴム等のゴム類、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素ポリマー、カルボキシメチルセルロース、ニトロセルロース等のセルロース、その他、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ニトリル樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、エポキシ樹脂などを挙げることができる。これらのバインダーは、単独で使用しても良く、2種以上を混合して使用しても良い。 Examples of binders include rubbers such as fluorine-based rubbers, diene-based rubbers, and styrene-based rubbers, fluorine-containing polymers such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride, celluloses such as carboxymethyl cellulose and nitrocellulose, and other polyolefin resins and polyimides. Examples include resins, acrylic resins, nitrile resins, polyester resins, phenol resins, polyvinyl acetate resins, polyvinyl alcohol resins, epoxy resins, and the like. These binders may be used alone or in combination of two or more.
ハーフセルの対極C.E.の活物質は、リチウムを放出できるリチウム含有の化合物であれば、リチウム金属であってもリチウム金属以外であってもよい。望ましくはリチウム金属である。この活物質を作用電極W.E.と同一又は異種のバインダーと混合及び混練した後、シート状に成形し、これを作用電極W.E.と同一又は異種の集電体に接合することで形成される。電解液は、特に限定はないが、例えば1.0M六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)/炭酸エチレン(EC)と炭酸ジメチル(DEC)の混合液とすればよい。体積比率は例えばEC:DEC=1:1である。Half-cell counter electrode C.I. E. The active material may be lithium metal or non-lithium metal as long as it is a lithium-containing compound capable of releasing lithium. Lithium metal is preferred. This active material is used as a working electrode W.A. E. After mixing and kneading with a binder that is the same as or different from W.W. E. It is formed by bonding to a current collector that is the same as or different from the current collector. The electrolytic solution is not particularly limited, but may be, for example, a mixed solution of 1.0 M lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 )/ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DEC). The volume ratio is, for example, EC:DEC=1:1.
CC-CV処理では、第1段階で定電流をハーフセルに流し続け、第2段階でハーフセルに電流を定電圧で流し続け、第3段階で再び定電流をハーフセルに流し続ける。第1段階での定電流は、20以上400mAg-1(gはLi3VO4当たり)が望ましく、第1段階での開始電圧は2.0以上3.5V以下が望ましい。第2段階への移行は、電圧が0.05以上0.5V以下の範囲に下がったタイミングが望ましい。アルミニウムを集電体として用いた場合は、0.4V以上0.5V以下がより望ましい。第2段階は一定時間持続させ、定電圧を4時間以上10時間以下の時間維持することが望ましい。このとき、定電圧中に流れる電流値が第1段階の10分の1以下となっていることがより望ましい。第3段階への移行は、第2段階の一定時間の終了時である。第3段階での定電流は、20以上400mAg-1(gはLi3VO4当たり)が望ましい。第3段階の終了タイミングは、第1段階での開始電圧に戻った時点が望ましい。In the CC-CV process, a constant current continues to flow through the half-cell in the first stage, a constant voltage current continues to flow through the half-cell in the second stage, and a constant current continues to flow through the half-cell again in the third stage. The constant current in the first stage is desirably 20 to 400 mAg −1 (g is per Li 3 VO 4 ), and the starting voltage in the first stage is desirably 2.0 to 3.5V. The transition to the second stage is desirably at the timing when the voltage drops to the range of 0.05 to 0.5V. When aluminum is used as the current collector, the voltage is preferably 0.4 V or more and 0.5 V or less. It is preferable that the second stage is continued for a certain period of time and the constant voltage is maintained for a period of 4 hours or more and 10 hours or less. At this time, it is more desirable that the value of the current flowing during the constant voltage is 1/10 or less of that in the first stage. The transition to the third stage is at the end of the fixed period of time in the second stage. The constant current in the third stage is desirably 20 or more and 400 mAg −1 (g is per Li 3 VO 4 ). The end timing of the third stage is desirably when the voltage returns to the starting voltage of the first stage.
この第1段階では、リチウム挿入によるカチオンディスオーダー化の進行が起こる電圧まで変化させている。電流値が400mAg-1を超えると本リチウムバナジウム酸化物結晶体の劣化に繋がる。推測ではあるが、電圧降下が大きくなり、リチウムイオンの挿入反応が進まなくなり、第2段階で移行した時点で大電流が流れるためだと考えられる。一方、20mAg-1未満であるとCC-CV処理に長時間を要する。尚、電圧値は、ハーフセルを組んだ時の電圧が開始点となるが、必ずしもその電圧である必要はない。2.0以上3.5V以下は、ハーフセルの品質によって電圧がずれた場合のマージンである。In this first stage, the voltage is varied to the point where cation disordering due to lithium insertion proceeds. A current value exceeding 400 mAg −1 leads to deterioration of the present lithium vanadium oxide crystal. Although it is speculation, it is thought that the voltage drop becomes large, the insertion reaction of lithium ions does not proceed, and a large current flows at the time of transition to the second stage. On the other hand, if it is less than 20 mAg −1 , CC-CV processing takes a long time. The starting point of the voltage value is the voltage when the half-cell is assembled, but it does not necessarily have to be that voltage. 2.0 to 3.5 V is a margin when the voltage deviates due to the half-cell quality.
そして、第2段階でカチオンディスオーダー化が進展しているものと推測される。電圧値は、より低い方とカチオンディスオーダー化が進展する確実性が高まると考えられる。但し、電圧値が0.05V未満であると、リチウム金属が析出してしまう。一方、0.5Vを超えるとカチオンディスオーダー化が起こらないことがわかった。尚、0.05V以上という範囲は、ハーフセルの集電体として銅を用いた場合である。ハーフセルの集電体としてアルミニウムを用いた場合には、アルミニウムとリチウムの合金化反応が起こる手前の0.4V以上0.5V以下が望ましい。 Then, it is presumed that cation disordering progresses in the second stage. It is considered that the lower the voltage value, the higher the certainty that cation disordering progresses. However, when the voltage value is less than 0.05 V, lithium metal is deposited. On the other hand, it was found that cation disordering does not occur when the voltage exceeds 0.5V. The range of 0.05 V or more is for the case of using copper as the current collector of the half cell. When aluminum is used as the current collector of the half cell, the voltage is preferably 0.4 V or more and 0.5 V or less before the alloying reaction of aluminum and lithium occurs.
第3段階では、カチオンディスオーダー化構造の本リチウムバナジウム酸化物結晶体から、カチオンディスオーダー化構造を保ったままリチウムイオンを脱離している。電流値が400mAg-1を超えると本リチウムバナジウム酸化物結晶体の劣化に繋がる。推測ではあるが、電圧降下が大きくなり、リチウムイオンの挿入反応が進まなくなり、第2段階で移行した時点で大電流が流れるためだと考えられる。一方、20mAg-1未満であるとCC-CV処理に長時間を要する。尚、電圧値は、ハーフセルを組んだ時の電圧が開始点となるが、必ずしもその電圧である必要はない。2.0以上3.5V以下は、ハーフセルの品質によって電圧がずれた場合のマージンである。In the third stage, lithium ions are desorbed from the present lithium vanadium oxide crystal having the cation disordered structure while maintaining the cation disordered structure. A current value exceeding 400 mAg −1 leads to deterioration of the present lithium vanadium oxide crystal. Although it is speculation, it is thought that the voltage drop becomes large, the insertion reaction of lithium ions does not proceed, and a large current flows at the time of transition to the second stage. On the other hand, if it is less than 20 mAg −1 , CC-CV processing takes a long time. The starting point of the voltage value is the voltage when the half-cell is assembled, but it does not necessarily have to be that voltage. 2.0 to 3.5 V is a margin when the voltage deviates due to the half-cell quality.
推測ではあるが、このCC-CV処理において特に第2段階での0.05V以上0.5V以下といった低い定電圧の印加を4時間以上10時間以下といった長時間連続して行うことが有効であるものと考えられる。即ち、図7A及び図7Bに示すように、従来のリチウムバナジウム酸化物結晶体では、リチウムイオンの挿脱に応じて、酸化数5+のバナジウムイオンを格子中心とする四面体のVO4配位構造と酸化数4+のバナジウムイオンを格子中心とする六面体のVO5配位構造を可逆的に取る。Although it is a guess, it is effective to apply a low constant voltage of 0.05 V or more and 0.5 V or less in the second stage in this CC-CV treatment continuously for a long time of 4 hours or more and 10 hours or less. It is considered to be a thing. That is, as shown in FIGS. 7A and 7B, in the conventional lithium vanadium oxide crystal, a tetrahedral VO 4 -coordination structure centered on vanadium ions with an oxidation number of 5+ is formed in accordance with the intercalation and deintercalation of lithium ions. and reversibly take a hexahedral VO 5 -coordination structure centered on vanadium ions with an oxidation number of 4+.
しかし、低い定電圧印加が長時間に及ぶと、図7A及び図7Bに示すように、酸化数4+のバナジウムイオンを格子中心とする六面体のVO5配位構造からV3+を格子中心とする八面体のVO6配位構造に不可逆的に変化する。低い定電圧印加の長時間に及ぶに連れて、V3+を格子中心とする八面体のVO6配位構造の割合は増えていく。However, when a low constant voltage is applied for a long period of time, as shown in FIGS. 7A and 7B, the hexahedral VO 5 -coordination structure centered on vanadium ions with an oxidation state of 4+ changes to an octahedral structure centered on V 3+ . It irreversibly transforms into a faceted VO 6 -coordinated structure. The fraction of octahedral VO 6 -coordination structures with V 3+ as the lattice center increases with the application of a low constant voltage for a long time.
そして、ついには、リチウムイオンの挿脱に応じて、図7Aに示すように、V3+を格子中心とする八面体のVO6配位構造とV5+が格子中心からずれた位置に据えられた八面体のVO6配位構造との可逆的変化が起こるようになり、長期間秩序の一部又は全部が崩れた本リチウムバナジウム酸化物結晶体となるものと考えられる。Finally, according to the insertion and extraction of lithium ions, as shown in FIG. 7A, the octahedral VO 6 coordination structure with V 3+ as the lattice center and V 5+ were placed at positions shifted from the lattice center. It is believed that a reversible change with the octahedral VO 6 coordination structure occurs, resulting in the present lithium vanadium oxide crystal in which the long-term order is partially or wholly disrupted.
または、リチウムイオンの挿脱に応じて、図7Bに示すように、V3+を格子中心とする八面体のVO6配位構造とV5+が格子中心に据えられた六面体のVO6配位構造との可逆的変化が起こるようになり、長期間秩序の一部又は全部が崩れた本リチウムバナジウム酸化物結晶体となるものと考えられる。Alternatively, depending on the insertion and extraction of lithium ions, an octahedral VO 6 -coordination structure with V 3+ as the lattice center and a hexahedral VO 6 -coordination structure with V 5+ at the lattice center, as shown in FIG. 7B It is thought that the present lithium vanadium oxide crystals in which a part or all of the long-term order is destroyed.
または、リチウムイオンの挿入に応じて、図7A及び図7Bに示すように、V3+を格子中心とする八面体のVO6配位構造から、V5+が格子中心からずれた位置に据えられた八面体のVO6配位構造との可逆的変化と、V5+が格子中心に据えられた六面体のVO6配位構造との可逆的変化の両方が起こる、本リチウムバナジウム酸化物結晶体となるものと考えられる。Alternatively, depending on the insertion of lithium ions, V 5+ was shifted from the lattice centered octahedral VO 6 coordination structure with V 3+ as shown in FIGS. 7A and 7B. The present lithium vanadium oxide crystals undergo both a reversible change to an octahedral VO 6 -coordination structure and a reversible change to a hexahedral VO 6 -coordination structure with V 5+ placed at the lattice center. It is considered to be a thing.
尚、カチオンディスオーダー構造の本リチウムバナジウム酸化物結晶体を得る手法として、このCC-CV処理に代えて、メカニカルミリング法で中間体を処理してもよい。メカニカルミリング法では、例えば、遊星ボールミル、ボールミル、ビーズミル、回転ミル、振動ミル等を用いて、中間体に機械的エネルギーを与える。処理環境は、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下が好ましく、処理時間は、6時間程度から100時間程度が好ましい。 As a method for obtaining the present lithium vanadium oxide crystal having a cationic disorder structure, the intermediate may be processed by a mechanical milling method instead of the CC-CV processing. In the mechanical milling method, for example, a planetary ball mill, ball mill, bead mill, rotary mill, vibration mill, or the like is used to impart mechanical energy to the intermediate. The treatment environment is preferably an inert gas atmosphere such as argon gas, and the treatment time is preferably about 6 hours to about 100 hours.
(実施例)
以下、本発明の実施例を示すが、本発明は実施例に限定されるものではない。まず、以下の製造方法により、中間体としてバナジン酸リチウムとカーボンナノチューブ(CNT)の複合材料(Li3VO4/CNT)を生成した。(Example)
Examples of the present invention are shown below, but the present invention is not limited to the examples. First, a composite material (Li 3 VO 4 /CNT) of lithium vanadate and carbon nanotubes (CNT) was produced as an intermediate by the following production method.
バナジン酸リチウムの金属粒子源は、バナジウム源としてメタバナジン酸アンモニウム(NH4VO3)、リチウム源として水酸化リチウム(LiOH)溶液を用い、モル比でLi:V=3:1となるように混合した。CNTは、多層カーボンナノチューブを用いた。CNTの平均繊維径は、11nmであった。使用したバナジン酸リチウムの金属粒子源とCNTの重量比率は、60:40であった。また、金属配位子としてクエン酸、重合剤としてエチレングリコールを用いた。バナジウム源に対し、クエン酸は1当量、エチレングリコールは4当量添加した。A metal particle source for lithium vanadate is obtained by using ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) as a vanadium source and a lithium hydroxide (LiOH) solution as a lithium source, and mixing such that the molar ratio of Li:V is 3:1. bottom. Multi-walled carbon nanotubes were used as CNTs. The average fiber diameter of CNT was 11 nm. The weight ratio of the lithium vanadate metal particle source and CNT used was 60:40. Citric acid was used as a metal ligand, and ethylene glycol was used as a polymerization agent. One equivalent of citric acid and 4 equivalents of ethylene glycol were added to the vanadium source.
具体的には、図8に示すように、第1の溶液として、メタバナジン酸アンモニウムとクエン酸を蒸留水(H2O)に添加し、マグネチックスターラーを用いて撹拌した。第1の溶液では、メタバナジン酸アンモニウムの金属錯体が形成される。また、第2の溶液として、エチレングリコールを蒸留水に添加し、マグネチックスターラーを用いて撹拌した。この第1の溶液と第2の溶液を混合し、さらにマグネチックスターラーを用いて撹拌した。第1の溶液と第2の溶液の混合溶液に、水酸化リチウム溶液、カーボンナノチューブ、および蒸留水を添加し、第3の溶液とした。Specifically, as shown in FIG. 8, as a first solution, ammonium metavanadate and citric acid were added to distilled water (H 2 O) and stirred using a magnetic stirrer. In the first solution, a metal complex of ammonium metavanadate is formed. Also, as a second solution, ethylene glycol was added to distilled water and stirred using a magnetic stirrer. The first solution and the second solution were mixed and stirred using a magnetic stirrer. A lithium hydroxide solution, carbon nanotubes, and distilled water were added to a mixed solution of the first solution and the second solution to obtain a third solution.
この第3の溶液について、80℃の環境下においてUC処理を行った。UC処理では、図9に示すような反応器を用い、回転速度を50m/sとし、第3の溶液に5分間にわたって66000N(kgms-2)の遠心力を与えた。このUC処理では、CNTのバンドルが解れるとともに、金属錯体を有するバナジン酸リチウムの前駆体が微粒子化し、均一に分散した状態でCNTの表面に付着することが促進されていると考えられる。This third solution was subjected to UC treatment in an environment of 80°C. In the UC treatment, a reactor as shown in FIG. 9 was used, the rotation speed was 50 m/s, and a centrifugal force of 66000 N (kgms −2 ) was applied to the third solution for 5 minutes. It is believed that this UC treatment unravels the CNT bundles and promotes the formation of fine particles of the precursor of lithium vanadate having a metal complex, which is uniformly dispersed and adheres to the surface of the CNTs.
次に、第3の溶液から不純物をろ過し、130℃において、終夜、真空乾燥を行った。この真空乾燥では、CNTの表面に付着したバナジン酸リチウムの前駆体を核に、クエン酸のカルボキシル基とエチレングリコールのヒドロキシル基との間でエステル化反応が進行し、ポリマー鎖が形成される。ポリマー鎖の形成により、バナジン酸リチウムの前駆体間にポリマー鎖が形成され、バナジン酸リチウムの前駆体同士が結合し凝集体が形成されることが防止されると考えられる。そのため、微細なバナジン酸リチウムの前駆体が、CNTの表面に均一に分散される。 Next, impurities were filtered from the third solution, and vacuum drying was performed at 130° C. overnight. In this vacuum drying, an esterification reaction proceeds between the carboxyl group of citric acid and the hydroxyl group of ethylene glycol with the precursor of lithium vanadate attached to the surface of the CNT as a nucleus to form a polymer chain. It is believed that the formation of polymer chains results in the formation of polymer chains between precursors of lithium vanadate and prevents the precursors of lithium vanadate from binding to each other to form aggregates. Therefore, the fine precursor of lithium vanadate is uniformly dispersed on the surface of the CNT.
真空乾燥後のCNTについて、300℃で3時間、大気雰囲気下で加熱を行った。この300℃での熱処理により、クエン酸およびエチレングリコールのエステル化により形成されたポリマー鎖が熱分解する。したがって、CNTの表面には、微細なバナジン酸リチウムの前駆体のみが残存する。 The vacuum-dried CNTs were heated at 300° C. for 3 hours in an air atmosphere. This heat treatment at 300° C. thermally decomposes the polymer chains formed by the esterification of citric acid and ethylene glycol. Therefore, only fine precursors of lithium vanadate remain on the surface of the CNT.
その後、窒素雰囲気下において、800℃で0分間焼成を行った。この焼成は、3分かけて800℃まで昇温し、800℃に到達した時点で加熱を終了し自然冷却した。この焼成により、バナジン酸リチウムの前駆体が結晶化し、CNTの表面にナノ粒子化したバナジン酸リチウムが結合している状態となる。以上のようにして、中間体として、ナノ粒子化したバナジン酸リチウムがCNTに担持された複合材料(Li3VO4/CNT)が得られた。After that, sintering was performed at 800° C. for 0 minute in a nitrogen atmosphere. In this firing, the temperature was raised to 800° C. over 3 minutes, and when the temperature reached 800° C., the heating was terminated and natural cooling was performed. By this baking, the precursor of lithium vanadate is crystallized, and the surface of the CNT is in a state in which nanoparticles of lithium vanadate are bonded. As described above, a composite material (Li 3 VO 4 /CNT) in which nanoparticle lithium vanadate was supported on CNT was obtained as an intermediate.
この中間体のHRTEM像を撮影し結晶構造を解析した。図10は、中間体を示すHRTEM像である。そして、図10に示す領域1~3について、それぞれバナジン酸リチウムについて、凝集体を含む粒子の大きさと面積あたりの粒子数を目視にて計測した結果を図11~13に示す。図11~13から明らかな通り、各領域において確認されたバナジン酸リチウムの粒子の大きさは、最も大きなものでも50nm程度であった。また、各領域において30nm以下の微細なナノ粒子が存在する割合を算出した。その結果、領域1は約90%、領域2は約79%、領域3は約89%が、30nm以下の金属粒子を含んでいた。領域全体では、約87%が30nm以下の金属粒子であった。
An HRTEM image of this intermediate was taken to analyze the crystal structure. FIG. 10 is an HRTEM image showing the intermediate. 11 to 13 show the results of visually measuring the size of particles containing aggregates and the number of particles per area for lithium vanadate in
次に、得られた中間体を用いてハーフセルを作製した。ハーフセルは2032型コインセルとした。具体的には、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンPVDFを選択し、中間体とバインダーとを共に攪拌してスラリー状にし、銅箔上に塗布し、作用電極W.E.とした。投入比率は、重量比にしてLi3VO4:CNT:PVDF=56:38:6であった。対極はリチウム金属とし、2032型コインセルの下蓋に貼り付けた。対極C.Eの上にガラスファイバーセパレータ、ガスケット、作用電極W.E、スペーサー、スプリング、上蓋の順に載せ、加締めてセルを作製した。電解液は、炭酸エチレン(EC)と炭酸ジメチル(DEC)を溶媒とし、溶質として1.0M六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を添加して調整した。体積比率でEC:DEC=1:1とした。この電解液を浸透させてセルとした。Next, a half cell was produced using the obtained intermediate. A 2032 type coin cell was used as the half cell. Specifically, polyvinylidene fluoride PVDF was selected as the binder, and the intermediate and the binder were stirred together to form a slurry, which was applied onto a copper foil, and the working electrode W.D. E. and The charging ratio was Li 3 VO 4 :CNT:PVDF=56:38:6 in weight ratio. Lithium metal was used as the counter electrode, and was attached to the lower lid of the 2032 type coin cell. Counter electrode C.I. A glass fiber separator, a gasket, a working electrode W.E. E, a spacer, a spring, and an upper lid were placed in this order and crimped to prepare a cell. The electrolytic solution was prepared by using ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DEC) as solvents and adding 1.0 M lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as a solute. The volume ratio was EC:DEC=1:1. This electrolytic solution was permeated to form a cell.
そして、図14に示すプロファイルにて、中間体にCC-CV処理を施した。図14に示すように、第1段階として、2.5Vの開始電圧から電圧が0.4Vに到達するまで、Cレートが0.05Cとなる0.02Ag-1(gはバナジン酸リチウム当たり)の定電流を流し、リチウムイオンを中間体に挿入した。そして、第2段階として、定電圧0.4Vを10時間維持した。最後に第3段階として、0.4Vの開始電圧から電圧が2.5Vに戻るまで、Cレートが0.05Cとなる0.02Ag-1(gはバナジン酸リチウム当たり)の定電流を流し、リチウムイオンを中間体から脱離させた。Then, the intermediate was subjected to CC-CV treatment according to the profile shown in FIG. As shown in FIG. 14, as a first step, from a starting voltage of 2.5 V until the voltage reaches 0.4 V, 0.02 Ag −1 (g per lithium vanadate) with a C rate of 0.05 C of constant current was applied to insert lithium ions into the intermediate. Then, as the second step, a constant voltage of 0.4 V was maintained for 10 hours. Finally, as the third step, a constant current of 0.02 Ag −1 (g is per lithium vanadate) with a C rate of 0.05 C is applied from the starting voltage of 0.4 V until the voltage returns to 2.5 V, Lithium ions were eliminated from the intermediate.
(粉末X線回折分析)
このCC-CV処理の前後の生成物を粉末X線回折により分析した。その結果を図15及び図16に示す。図15はCC-CV処理前の中間体を分析した結果であり、図16はCC-CV処理後の最終生成物を分析した結果である。(Powder X-ray diffraction analysis)
The product before and after this CC-CV treatment was analyzed by powder X-ray diffraction. The results are shown in FIGS. 15 and 16. FIG. FIG. 15 is the result of analysis of the intermediate before CC-CV treatment, and FIG. 16 is the result of analysis of the final product after CC-CV treatment.
尚、図15に示される粉末X線回折分析の結果は、あいちシンクロトロンのビームラインBL5S2で15°-40°の範囲を1.5°min-1で測定して得られた。また、図16に示される分析結果は、CC-CV処理の後に最終生成物をハーフセルに入れたまま、装置メーカRigakuのSmartLabを用い、15°-40°の範囲を1.5°min-1で測定して得られた。グラフの作成に当たってはハーフセル内の電解液由来のブロードなハローパターンを除去する加工を行った。The powder X-ray diffraction analysis results shown in FIG. 15 were obtained by measuring the range of 15°-40° at 1.5°min −1 with the beamline BL5S2 of the Aichi Synchrotron. In addition, the analysis results shown in FIG. 16 were obtained by using the SmartLab of the equipment manufacturer Rigaku while the final product was in the half cell after the CC-CV treatment, and the range of 15 ° -40 ° was 1.5 ° min -1 obtained by measuring In creating the graph, processing was performed to remove the broad halo pattern derived from the electrolyte in the half-cell.
図15に示すように、CC-CV処理前の中間体を分析した結果では、入射角2θが32.2度付近に鋭敏なピークが現れている。このピークは、020面に2.72Åの面間距離を周期にしたLiO4配位構造とVO4配位構造の基準秩序が中間体に存在することを示している。As shown in FIG. 15, the result of analysis of the intermediate before CC-CV treatment shows a sharp peak near an incident angle 2θ of 32.2 degrees. This peak indicates that the canonical order of LiO 4 -coordination structure and VO 4 -coordination structure with interplanar distance period of 2.72 Å on the 020 plane exists in the intermediate.
また、入射角2θが32.2度付近のピークよりも低角の範囲には、5種類のピークが存在していることがわかる。5種類のピークは、111面、011面、101面、110面及び010面に3.17Å、3.66Å、3.90Å、4.13Å及び5.45Åの面間距離を周期にしたLiO4配位構造とVO4配位構造の長距離秩序が中間体に存在していることを示している。Also, it can be seen that there are five types of peaks in the lower angle range than the peak near the incident angle 2θ of 32.2 degrees. The five peaks are LiO4 with interplanar distances of 3.17 Å, 3.66 Å, 3.90 Å, 4.13 Å and 5.45 Å on the 111, 011, 101, 110 and 010 planes. indicating that long-range order of coordination and VO4 -coordination structures is present in the intermediates.
また、入射角2θが32.2度付近のピークよりも低角の範囲にはブロードなハローパターンが現われている。このハローパターンは、バナジン酸リチウムと複合化させた多層カーボンナノチューブである。 In addition, a broad halo pattern appears in a range of angles lower than the peak near the incident angle 2θ of 32.2 degrees. This halo pattern is multi-walled carbon nanotubes combined with lithium vanadate.
CC-CV処理前の中間体において、入射角2θが32.2度付近のピークの回折強度を100とすると、25度から30度の範囲現われるピークの回折強度は52であった。20度から25度の範囲に現われる3のピークの回折強度は、角度が高い方から76、106、111であった。また15度から20度の範囲に現われるピークの回折強度は38であった。即ち、110面と010面に係る回折強度は、32.2度付近に現われる020面に係る回折強度よりも高い値である。これは、4.13Å及び5.45Åの面間距離を周期にしたLiO4配位構造とVO4配位構造の長距離秩序が多く存在していることを示している。In the intermediate before the CC-CV treatment, the diffraction intensity of the peak appearing in the range of 25 to 30 degrees was 52, assuming that the diffraction intensity of the peak near the incident angle 2θ of 32.2 degrees was 100. The diffraction intensities of the three peaks appearing in the range of 20 to 25 degrees were 76, 106 and 111 from the highest angle. The diffraction intensity of the peak appearing in the range of 15 degrees to 20 degrees was 38. That is, the diffraction intensity for the 110 plane and the 010 plane is a higher value than the diffraction intensity for the 020 plane appearing near 32.2 degrees. This indicates that the long-range order of LiO 4 -coordination structure and VO 4 -coordination structure with interplanar distances of 4.13 Å and 5.45 Å is abundant.
一方、図16に示すように、CC-CV処理後の最終生成物を分析した結果では、入射角2θが32.2度付近の鋭敏なピークが維持されている。しかしながら、入射角2θが32.2度付近のピークよりも低角の範囲には、CC-CV処理前に存在していた全てのピークが小さくなっており、32.2度付近に現われるピークよりも回折強度が高い値となっているピークが32.2度付近よりも低角の範囲には無くなっている。 On the other hand, as shown in FIG. 16, the result of analysis of the final product after CC-CV treatment maintains a sharp peak around an incident angle 2θ of 32.2 degrees. However, in the range where the incident angle 2θ is lower than the peak near 32.2 degrees, all the peaks that existed before the CC-CV treatment are smaller than the peak appearing near 32.2 degrees. Also, the peak at which the diffraction intensity is high does not exist in the lower angle range than the vicinity of 32.2 degrees.
即ち、入射角2θが32.2度付近のピークの回折強度を100とすると、25度から30度の範囲に現われる111面に係るピークの回折強度は52から20に減少している。20度から30度の範囲のうち最も角度の大きい箇所に現われる、011面に係るピークの回折強度は76から33に減少している。20度から30度の範囲のうち2番目に角度の大きい箇所に現われる、101面に係るピークの回折強度は106から43に減少している。20度から30度の範囲のうち最も角度の大きい箇所に現われる、110面に係るピークの回折強度は111から47に減少している。そして、15度から20度の範囲に現われる010面に係るピークの回折強度は38から10に減少している。 That is, assuming that the diffraction intensity of the peak near the incident angle 2θ of 32.2 degrees is 100, the diffraction intensity of the peak related to the 111 plane that appears in the range of 25 to 30 degrees decreases from 52 to 20. The diffraction intensity of the peak related to the 011 plane, which appears at the largest angle in the range of 20 degrees to 30 degrees, is reduced from 76 to 33. The diffraction intensity of the peak related to the 101 plane, which appears at the second largest angle in the range of 20 to 30 degrees, decreases from 106 to 43. The diffraction intensity of the peak related to the 110 plane, which appears at the largest angle in the range of 20 degrees to 30 degrees, is reduced from 111 to 47. The diffraction intensity of the peak related to the 010 plane that appears in the range of 15 degrees to 20 degrees is reduced from 38 to 10 degrees.
このように、入射角2θが32.2度付近よりも低角の範囲に現われる全てのピークが32.2度付近のピークに対して半分以下となっている。従って、CC-CV処理後の本リチウムバナジウム酸化物結晶体は、カチオンディスオーダー化した結晶構造を有する。 Thus, all the peaks that appear in the range of angles lower than the incident angle 2θ of 32.2 degrees are half or less of the peak near 32.2 degrees. Therefore, the present lithium vanadium oxide crystal after CC-CV treatment has a cation-disordered crystal structure.
ここで、CC-CV処理中にハーフセルの状態のまま、X線回折分析(in situ XRD)を行った。その結果を図17に示す。図17に示すように、32.2度付近のピークより低角の範囲の5種類のピークは、CC-CV処理の第2段階である定電圧印加過程で時間を経るごとに回折強度が減少していることがわかる。即ち、第2段階の時間を延ばすか、或いは定電圧値をより低くすることで、シミュレーション通りに32.2度付近のピークより低角の範囲の5種類のピークはゼロ乃至はゼロに近づくことがわかる。 Here, X-ray diffraction analysis (in situ XRD) was performed in the half-cell state during CC-CV processing. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 17, the diffraction intensity of the five types of peaks in the lower angle range than the peak near 32.2 degrees decreases over time during the constant voltage application process, which is the second stage of the CC-CV treatment. I know you are. That is, by extending the time of the second stage or lowering the constant voltage value, the five types of peaks in the lower angle range than the peak near 32.2 degrees are zero or close to zero as simulated. I understand.
尚、図17においては、32.2度付近のピークより低角の範囲に比較的背の高いブロードが存在し、このブロードの存在によって32.2度付近のピークよりも低角の範囲の5種類のピークは、32.2度付近のピークよりも高くなっている。但し、このブロードは、ハーフセルの状態のままX線回折分析をしたことによるハーフセルの電解液由来である。そのため、このハーフセルの電解液由来のブロードを差し引くグラフ処理を行うと、例えばCC-CVの第2段階を10時間行った後は、図16に示す結果と同じになった。 In FIG. 17, there is a relatively tall broad in the range lower than the peak near 32.2 degrees, and the existence of this broad makes it 5 degrees lower than the peak near 32.2 degrees. The species peak is higher than the peak around 32.2 degrees. However, this broadness is derived from the half-cell electrolytic solution, which was obtained by performing the X-ray diffraction analysis in the half-cell state. Therefore, when graph processing was performed to subtract the broad derived from the electrolytic solution of this half-cell, for example, after performing the second stage of CC-CV for 10 hours, the results were the same as those shown in FIG.
(リチウムイオン拡散係数の評価)
CC-CV処理前の中間体、即ち従来のリチウムバナジウム酸化物結晶体とカーボンの複合体と、中間体をCC-CV処理することにより得た本リチウムバナジウム酸化物結晶体のリチウムイオン拡散係数を評価した。(Evaluation of lithium ion diffusion coefficient)
The lithium ion diffusion coefficient of the intermediate before the CC-CV treatment, that is, the conventional lithium vanadium oxide crystal and carbon composite, and the present lithium vanadium oxide crystal obtained by CC-CV treatment of the intermediate. evaluated.
リチウムイオン拡散係数の評価に際し、中間体についてもCC-CV処理時に作製したハーフセルと同じハーフセルを同一条件で作製した。そして両ハーフセルに対して充放電安定化処理を事前に行った。中間体に対する充放電安定化処理は、0.76V-2.5V及び0.1Ag-1での5サイクルの充放電であり、本リチウムバナジウム酸化物結晶体に対する充放電安定化処理は、0.4VのCC-CV充放電を5サイクルである。そして、GITT(Galvanostatic Intermittent Titration Technique)測定にてリチウムイオンの拡散係数を測定した。電圧範囲は、0.76-2.5V(vs. Li/Li+)であり、電流値は0.01Ag-1(gはバナジン酸リチウム当たり)であり、定電流充電時間を30分とし、2時間休止時間を与えた。その結果を図18に示す。For the evaluation of the lithium ion diffusion coefficient, the same half-cell as the half-cell produced during the CC-CV treatment was produced for the intermediate under the same conditions. Both half-cells were previously subjected to charge/discharge stabilization treatment. The charge-discharge stabilization treatment for the intermediate was 5 cycles of charge-discharge at 0.76 V-2.5 V and 0.1 Ag −1 , and the charge-discharge stabilization treatment for the present lithium vanadium oxide crystal was 0.76V-2.5V. 5 cycles of 4V CC-CV charging and discharging. Then, the diffusion coefficient of lithium ions was measured by GITT (Galvanostatic Intermittent Titration Technique). The voltage range is 0.76-2.5 V (vs. Li/Li + ), the current value is 0.01 Ag −1 (g is per lithium vanadate), the constant current charging time is 30 minutes, A rest period of 2 hours was given. The results are shown in FIG.
図18に示すように、各容量(mAhg-1)において、本リチウムバナジウム酸化物結晶体とカーボンの複合体のリチウムイオン拡散係数は、従来のリチウムバナジウム酸化物結晶体とカーボンの複合体のリチウムイオン拡散係数よりも高く、また急激に落ち込む箇所が無くなだらかであることがわかる。図18によると、本リチウムバナジウム酸化物結晶体とカーボンの複合体のリチウムイオン拡散係数は、従来のリチウムバナジウム酸化物結晶体とカーボンの複合体のリチウムイオン拡散係数と比べて10倍から100倍向上している。As shown in FIG. 18, at each capacity (mAhg −1 ), the lithium ion diffusion coefficient of the present lithium vanadium oxide crystal and carbon composite is higher than that of the conventional lithium vanadium oxide crystal and carbon composite. It can be seen that the coefficient of diffusion is higher than that of the ion diffusion coefficient and is smooth with no abrupt drops. According to FIG. 18, the lithium-ion diffusion coefficient of the composite of lithium vanadium oxide crystal and carbon is 10 to 100 times the lithium-ion diffusion coefficient of the conventional composite of lithium vanadium oxide crystal and carbon. improving.
(充放電ヒステリシスの評価)
次に、CC-CV処理前の中間体、即ち従来のリチウムバナジウム酸化物結晶体とカーボンの複合体と、中間体をCC-CV処理することにより得た本リチウムバナジウム酸化物結晶体の充放電ヒステリシスを評価した。充放電ヒステリシスの評価に際し、両ハーフセルに対し、電圧範囲は、0.1-2.5V(vs. Li/Li+)であり、電流値は0.01Ag-1(gはバナジン酸リチウム当たり)とした。その結果を図19及び図20に示す。(Evaluation of charge/discharge hysteresis)
Next, charge and discharge of the intermediate before the CC-CV treatment, that is, the conventional lithium vanadium oxide crystal and carbon composite, and the present lithium vanadium oxide crystal obtained by CC-CV treatment of the intermediate. Hysteresis was evaluated. When evaluating the charge-discharge hysteresis, the voltage range was 0.1-2.5 V (vs. Li/Li + ) and the current value was 0.01 Ag −1 (g is per lithium vanadate) for both half-cells. and The results are shown in FIGS. 19 and 20. FIG.
まず、図19に示すように、従来のリチウムバナジウム酸化物結晶体とカーボンの複合体を用いた場合には、電位ヒステリシスが0.4~0.5Vであった。一方、図20に示すように、本リチウムバナジウム酸化物結晶体とカーボンの複合体を用いた場合には、電位ヒステリシスが0.1V以下である90mVに縮まった。 First, as shown in FIG. 19, the potential hysteresis was 0.4 to 0.5 V when the conventional composite of lithium vanadium oxide crystal and carbon was used. On the other hand, as shown in FIG. 20, when the present lithium vanadium oxide crystal and carbon composite was used, the potential hysteresis was reduced to 90 mV, which is 0.1 V or less.
エネルギー効率に換算すると、従来のリチウムバナジウム酸化物結晶体とカーボンの複合体を用いた場合には85%であるのに対し、本リチウムバナジウム酸化物結晶体とカーボンの複合体を用いた場合には95%を達成していることがわかる。尚、エネルギーは、図19及び図20に示す充放電カーブの電位と容積の積分から求めた。即ち、本リチウムバナジウム酸化物結晶体は、充放電ヒステリシスの観点で良好な電気化学的特性を達成することができる。 When converted to energy efficiency, it is 85% when the conventional lithium vanadium oxide crystal and carbon composite is used, whereas when the present lithium vanadium oxide crystal and carbon composite is used, the energy efficiency is 85%. is found to reach 95%. The energy was obtained from integration of the potential and volume of the charge/discharge curves shown in FIGS. 19 and 20. FIG. That is, the present lithium vanadium oxide crystal can achieve good electrochemical properties in terms of charge-discharge hysteresis.
(レート特性の評価)
次に、CC-CV処理前の中間体、即ち従来のリチウムバナジウム酸化物結晶体とカーボンの複合体と、中間体をCC-CV処理することにより得た本リチウムバナジウム酸化物結晶体とカーボンとの複合体のレート特性を評価した。(Evaluation of rate characteristics)
Next, the intermediate before the CC-CV treatment, that is, the conventional lithium vanadium oxide crystal and carbon composite, and the present lithium vanadium oxide crystal obtained by CC-CV treatment of the intermediate and carbon was evaluated for the rate characteristics of the composite.
レート評価に際し、中間体についてもCC-CV処理時に作製したハーフセルと同じハーフセルを同一条件で作製した。両ハーフセルに対し、作用電極W.E.の電位範囲(vs Li/Li+)は2.5V-0.76Vとした。充電試験の際は、リチウムイオンの脱離を0.1Ag-1(gはバナジン酸リチウム複合体当たり)で固定し、リチウムイオンの挿入の電流を0.02-5Ag-1と変化させている。また、放電試験の際は、リチウムイオンの脱離を0.1Ag-1(gはバナジン酸リチウム複合体当たり)で固定し、リチウムイオンの挿入の電流を0.02-12Ag-1と変化させている。その結果を図21及び図22に示す。For the rate evaluation, the same half-cell as the half-cell produced during the CC-CV treatment was produced for the intermediate under the same conditions. For both half-cells the working electrode W. E. The potential range of (vs Li/Li+) was 2.5V-0.76V. During the charge test, the lithium ion desorption is fixed at 0.1Ag -1 (g is per lithium vanadate complex), and the lithium ion insertion current is varied from 0.02 to 5Ag -1 . . In addition, during the discharge test, the desorption of lithium ions was fixed at 0.1Ag -1 (g is per lithium vanadate complex), and the current for insertion of lithium ions was varied from 0.02 to 12Ag -1 . ing. The results are shown in FIGS. 21 and 22. FIG.
図21は、充電時の電流密度と充電容量との関係を示すグラフである。横軸に電流密度(Ag-1)をとり、縦軸に充電容量(mAhg-1)をとった。図21に示すように、本リチウムバナジウム酸化物結晶体とカーボンとの複合体に関しては、従来のリチウムバナジウム酸化物結晶体とカーボンの複合体と比べて、各電流密度において大容量を充電できたことがわかる。FIG. 21 is a graph showing the relationship between current density and charge capacity during charging. The horizontal axis represents current density (Ag −1 ), and the vertical axis represents charge capacity (mAhg −1 ). As shown in FIG. 21, the present composite of lithium vanadium oxide crystal and carbon could be charged with a large capacity at each current density compared to the conventional composite of lithium vanadium oxide crystal and carbon. I understand.
また、図22は、放電時の電流密度と放電容量との関係を示すグラフである。横軸に電流密度(Ag-1)をとり、縦軸に充電容量(mAhg-1)をとった。図22に示すように、本リチウムバナジウム酸化物結晶体とカーボンとの複合体に関しては、従来のリチウムバナジウム酸化物結晶体とカーボンの複合体と比べて、各電流密度において大容量を放電できたことがわかる。しかも、従来のリチウムバナジウム酸化物結晶体とカーボンの複合体に関しては、電流密度が1Ag-1以下の範囲で電流密度を上げると急激に放電容量が落ちていくのに対し、本リチウムバナジウム酸化物結晶体とカーボンとの複合体では、電流密度を上げても放電容量の落ち込みは非常に滑らかであった。FIG. 22 is a graph showing the relationship between current density and discharge capacity during discharge. The horizontal axis represents current density (Ag −1 ), and the vertical axis represents charge capacity (mAhg −1 ). As shown in FIG. 22, with regard to the composite of the present lithium vanadium oxide crystal and carbon, it was possible to discharge a large capacity at each current density compared to the conventional composite of lithium vanadium oxide crystal and carbon. I understand. Moreover, with respect to the conventional lithium vanadium oxide crystal and carbon composite, the discharge capacity drops sharply when the current density is increased in the range of 1 Ag −1 or less, whereas the present lithium vanadium oxide In the composite of crystal and carbon, the drop in discharge capacity was very smooth even when the current density was increased.
即ち、本リチウムバナジウム酸化物結晶体よれば、リチウムイオン拡散係数が向上したことにより、高出力高容量及び高入力高容量を実現でき、レート特性を向上させることが確認された。しかも、カーボンと複合化することによりリチウムバナジウム酸化物結晶体を含む複合体は、リチウムイオン拡散係数の向上と相俟って相乗的に高電気伝導性を獲得し、レート特性が飛躍的に向上している。 That is, according to the present lithium vanadium oxide crystal, it was confirmed that high output and high capacity and high input and high capacity can be realized and the rate characteristics are improved by improving the lithium ion diffusion coefficient. Moreover, by combining with carbon, the composite containing lithium vanadium oxide crystals synergistically acquires high electrical conductivity together with the improvement of the lithium ion diffusion coefficient, resulting in a dramatic improvement in rate characteristics. are doing.
Claims (8)
X線回折の結果で表される前記結晶構造は、
入射角2θが32.2度付近にピークが現れ、
更に当該32.2度付近のピークよりも低角の範囲にはピークが無いか、
またはピークがあっても、当該32.2度付近のピークよりも低角の範囲に存在する全てピークの回折強度は、前記32.2度付近のピークの回折強度を100とすると50以下であること、
を特徴とするリチウムバナジウム酸化物結晶体。 having a crystal structure in which cations are disordered,
The crystal structure represented by the result of X-ray diffraction is
A peak appears near the incident angle 2θ of 32.2 degrees,
Furthermore, whether there is a peak in the lower angle range than the peak near 32.2 degrees,
Alternatively, even if there is a peak, the diffraction intensity of all peaks present in a range of angles lower than the peak near 32.2 degrees is 50 or less when the diffraction intensity of the peak near 32.2 degrees is 100. thing,
A lithium vanadium oxide crystal characterized by:
を特徴とする請求項1記載のリチウムバナジウム酸化物結晶体。 Represented by the chemical formula Li 3 VO 4 ,
The lithium vanadium oxide crystal according to claim 1, characterized by:
前記32.2度付近のピークよりも低角の範囲の長距離秩序の全て又は一部が崩れてランダムになっていること、
を特徴とする請求項1又は2記載のリチウムバナジウム酸化物結晶体。 consists of a LiO 6 -coordination structure and a VO 6 -coordination structure side by side,
All or part of the long-range order in the range of angles lower than the peak near 32.2 degrees is broken and random;
3. The lithium vanadium oxide crystal according to claim 1 or 2 .
少なくとも一部のVO6配位構造がリチウムイオンの挿入及び離脱に関わらず、八面体配位を維持していること、
を特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のリチウムバナジウム酸化物結晶体。 consists of a LiO 6 -coordination structure and a VO 6 -coordination structure side by side,
at least a portion of the VO 6 -coordinated structure maintains octahedral coordination despite insertion and withdrawal of lithium ions;
4. The lithium vanadium oxide crystal according to any one of claims 1 to 3 .
少なくとも一部のVO6配位構造がリチウムイオンの挿入及び離脱に応じて、八面体配位と六面体配位を採ること、
を特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載のリチウムバナジウム酸化物結晶体。 consists of a LiO 6 -coordination structure and a VO 6 -coordination structure side by side,
at least a portion of the VO 6 -coordination structure adopts octahedral and hexahedral coordination upon lithium ion insertion and extraction;
5. The lithium vanadium oxide crystal according to any one of claims 1 to 4 .
前記複合体粒子のX線回折の結果で表される結晶構造は、
入射角2θが32.2度付近にピークが現れ、
更に当該32.2度付近のピークよりも低角の範囲にはピークが無いか、
またはピークがあっても、当該32.2度付近のピークよりも低角の範囲に存在する全てピークの回折強度は、前記32.2度付近のピークの回折強度を100とすると50以下であり、
更に当該32.2度付近のピークよりも低角の範囲にブロードなハローパターンが現われていること、
を特徴とする請求項6記載の電極材料。 Composite particles obtained by combining the lithium vanadium oxide crystal and carbon,
The crystal structure represented by the result of X-ray diffraction of the composite particles is
A peak appears near the incident angle 2θ of 32.2 degrees,
Furthermore, whether there is a peak in the lower angle range than the peak near 32.2 degrees,
Alternatively, even if there is a peak, the diffraction intensity of all peaks present in a range of angles lower than the peak near 32.2 degrees is 50 or less when the diffraction intensity of the peak near 32.2 degrees is 100. ,
Furthermore, a broad halo pattern appears in a range of angles lower than the peak near 32.2 degrees,
The electrode material according to claim 6 , characterized by:
を特徴とする蓄電デバイス。 Using the electrode material according to claim 6 or 7 for a positive electrode or a negative electrode,
An electricity storage device characterized by:
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