JPWO2018123778A1 - 電極材料の製造方法、電極材料および二次電池用電極 - Google Patents
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Abstract
Description
<1>電極活物質がグラフェン材料で被覆されてなる電極材料の製造方法であって、(1)電極活物質にカチオン化剤を静電吸着させ、その後カチオン化剤が静電吸着した電極活物質にグラフェン材料を静電吸着させる工程;および(2)グラフェン材料にカチオン化剤を静電吸着させ、その後カチオン化剤が静電吸着したグラフェン材料を電極活物質に静電吸着させる工程;のいずれかの静電吸着工程を有する電極材料の製造方法。
<2>前記カチオン化剤が、第4級アンモニウムカチオンおよびピリジニウム塩のうちの少なくとも1つを含むカチオン性低分子化合物、およびカチオン性高分子化合物からなる群から選択される少なくとも1種類を有する、前記<1>に記載の電極材料の製造方法。
<3>前記カチオン性高分子化合物は、第一級アミノ基、第二級アミノ基、第三級アミノ基、イミノ基、イミド基、アミド基および第4級アンモニウムカチオンからなる群から選択される少なくとも1種類を有する高分子化合物である、前記<2>に記載の電極材料の製造方法。
<4>前記カチオン性高分子化合物の数平均分子量が600以上である、前記<2>または<3>に記載の電極材料の製造方法。
<5>前記グラフェン材料として、N−メチルピロリドン中におけるゼータ電位の絶対値が30mV以上のものを用いる、前記<1>〜<4>のいずれか1つに記載の電極材料の製造方法。
<6>前記電極活物質として、N−メチルピロリドン中におけるゼータ電位の絶対値が30mV以上のものを用いる、前記<1>〜<5>のいずれか1つに記載の電極材料の製造方法。
<7>さらに、前記静電吸着工程で吸着したグラフェン材料を熱処理する熱処理工程;を有する、前記<1>〜<6>のいずれか1つに記載の電極材料の製造方法。
<8>さらに、前記静電吸着工程で吸着したグラフェン材料を還元する還元工程;を有する、前記<1>〜<7>のいずれか1つに記載の電極材料の製造方法。
<9>さらに、前記静電吸着工程で吸着したグラフェン材料を還元する還元工程;を有し、該還元工程において熱還元を行うことで同時に前記静電吸着工程で吸着したグラフェン材料を熱処理する熱処理工程を実施する、前記<1>〜<6>のいずれか1つに記載の電極材料の製造方法。
<10>さらに、前記静電吸着工程の前に、電極活物質表面をシランカップリング処理するシランカップリング剤処理工程;を有する、前記<1>〜<9>のいずれか1つに記載の電極材料の製造方法。
<12>前記カチオン性高分子化合物は、第一級アミノ基、第二級アミノ基、第三級アミノ基、イミノ基、イミド基、アミド基および第4級アンモニウムカチオンからなる群から選択される少なくとも1種類を有する高分子化合物である、前記<11>に記載の電極材料。
<13>前記電極活物質と前記グラフェン材料間の平均距離が20nm未満である、前記<11>または<12>に記載の電極材料。
<14>前記カチオン性高分子化合物の数平均分子量が600以上である、前記<11>〜<13>のいずれか1つに記載の電極材料。
<15>X線光電子分光分析により測定される炭素に対する窒素の元素比(N/C比)が0.02以上0.04以下である、前記<11>〜<14>のいずれか1つに記載の電極材料。
<16>アミド結合およびシロキサン結合の少なくとも一方が検出される、前記<11>〜<15>のいずれか1つに記載の電極材料。
<17>前記<11>〜<16>のいずれか1つに記載の電極材料を含む二次電池用電極。
尚、本明細書において、質量で表される全ての百分率や部は、重量で表される百分率や部と同様である。
[グラフェン材料]
グラフェンとは、狭義には1原子の厚さのsp2結合炭素原子のシート(単層グラフェン)を指すが、本明細書においては、単層グラフェンが積層した薄片状の形態を持つものも含めてグラフェンと呼ぶ。酸化グラフェンも同様に、積層した薄片状の形態を持つものも含めた呼称とする。また、本明細書においては、X線光電子分光分析(XPS)によって測定された酸素原子の炭素原子に対する元素割合(酸化度)が0.4を超えるものを酸化グラフェン、0.4以下のものをグラフェンと呼ぶ。また、グラフェンや酸化グラフェンには、後述するように分散性の向上等を目的として表面処理剤が付与されていることがあるが、本明細書においてはこのような表面処理剤が付与された酸化グラフェンまたはグラフェンも含めて「酸化グラフェン」または「グラフェン」と呼ぶものとする。なお、本明細書においては、このようなグラフェンと酸化グラフェンを総称して「グラフェン材料」と呼ぶものとする。
被覆を行う電極活物質としては、例えば、リチウムイオン電池の正極活物質、リチウムイオン電池の負極活物質、硫黄活物質、金属空気電池の正極(空気極)に用いられるメソポーラスカーボン、グラファイト、アセチレンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンファイバ等の炭素材料などが挙げられるが、本発明の製造方法は、リチウムイオン電池の正極活物質または負極活物質に特に好ましく適用できる。
本実施形態では、後述する静電吸着工程の前に電極活物質表面をシランカップリング処理するシランカップリング剤処理工程を行うことで、静電吸着力だけでなく、共有結合による接着力も加わるため、よりグラフェン材料と電極活物質とを強固に結合できる。シランカップリング剤としては、活物質とグラフェンまたは酸化グラフェンをより密着させやすい点で、加水分解性基と反応性官能基との最短距離が10原子以内のものが好ましい。例えば、好ましいシランカップリング剤として後述する3−アミノプロピルトリメトキシシラン(H2NC3H6Si(OCH3)3)の場合は、加水分解性基であるメトキシシランのSi原子と反応性官能基であるアミノ基のN原子との間を最短距離で結ぶと炭素原子3原子分の距離で配置されていると考える。電極活物質表面のヒドロキシ基およびグラフェン材料表面の酸素原子を含む官能基の両方と容易に共有結合を形成することが可能であることから、アミノ基とアルコキシシリル基を有するシランカップリング剤、ビニル基とアルコキシシリル基を有するシランカップリング剤、またはエポキシ基とアルコキシシリル基を有するシランカップリング剤がさらに好ましく用いられる。このようなシランカップリング剤の一例を以下に示す。
本発明では、(1)電極活物質にカチオン化剤を静電吸着させ、その後カチオン化剤が静電吸着した電極活物質にグラフェン材料を静電吸着させる工程;および(2)グラフェン材料にカチオン化剤を静電吸着させ、その後カチオン化剤が静電吸着したグラフェン材料を電極活物質に静電吸着させる工程;のいずれかの静電吸着工程により、電極活物質の表面にグラフェン材料を静電吸着させる。
グリシジルトリメチルアンモニウムクロライド、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライド、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、オクダデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド、ジアリルジメチルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ジメチルラウリルアンモニウムクロライド、ラウリルメチルアンモニウムクロライド、ラウリルジメチルベンジルアンモニウムクロライド、ステアリルジメチルベンジルアンモニウムクロライド、オクタデシルジメチルエチルアンモニウムブロミド、オクタデセニルトリメチルアンモニウムブロミドなど。
ピリジニウム塩型の化合物の具体例としては、ラウリルピリジニウムクロライド、ステアリルアミドメチルピリジニウムクロライドなどが挙げられる。
カチオン性高分子化合物としては、第一級アミノ基(−NH2)、第二級アミノ基(−NHR1)、第三級アミノ基(−NR1R2)、イミノ基(=NH)、イミド基(−C(=O)−NH−C(=O)−)、アミド基(−C(=O)NH−)、前述した第4級アンモニウムカチオンからなる群から選択される少なくとも1種類を有する高分子化合物が挙げられる。なお、二級アミノ基、第三級アミノ基の前記R1、R2は、炭素数1〜36の直鎖または分岐のアルキル基またはベンジル基を表し、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。
カチオン化剤として第一級アミノ基、または第二級アミノ基を有するカチオン性高分子化合物を用いた場合、静電吸着工程の終了後のいずれかの段階でグラフェン材料を熱処理する熱処理工程を実施することで、グラフェン材料に含まれるカルボキシ基とカチオン化剤に含まれるアミノ基との脱水縮合で得られる共有結合(アミド結合)により、静電吸着力だけで無く、共有結合による接着力も加わり、接着がより強固となるため、本発明の効果を引き出す上で特に好ましい。熱処理工程においては、200℃以上600℃以下で加熱を行うことが好ましい。200℃より下回ると、脱水縮合反応が起きにくくなり、600℃を上回るとカチオン化剤の分解反応が起き、グラフェン材料が電極活物質から剥離する場合がある。なお、後述の還元工程において熱還元を行う場合、熱処理工程は還元工程と同一の工程として行うことができる。すなわち、グラフェン材料の熱還元を行うと同時にカチオン化剤とグラフェン材料との間で共有結合を形成させることができる。
グラフェン材料として酸化グラフェンを用いた場合等、グラフェン材料の酸化度が高いことにより電極材料としての導電性が不足している場合は、静電吸着工程を経て得られた粒子をさらに還元することで電極材料とすることが好ましい。すなわち、還元工程を必要とする場合には、静電吸着工程で得られるものは電極材料の前駆体であるといえ、グラフェン材料を還元することで電極材料が得られる。この場合、還元工程より、グラフェン材料のπ電子共役構造が復元され、電極材料表面の電子伝導性が向上する。
上記のような製造方法により、電極活物質とグラフェン材料とが、第4級アンモニウムカチオンやピリジニウム塩型などのカチオン性低分子化合物、およびカチオン性高分子化合物のうちの少なくとも1種類を有するカチオン化剤を介して接着した電極材料を得ることができる。電極活物質とグラフェン材料とが、第4級アンモニウムカチオンやピリジニウム塩型などのカチオン性低分子化合物、またはカチオン性高分子化合物のうちの少なくとも1種類を有するカチオン化剤を介して接着している、とは、電極活物質表面とグラフェン材料の負電化と、カチオン化剤の正電荷との静電相互作用により電極活物質表面にグラフェン材料が固定化されていることを意味するが、前述の熱処理工程を行うこと等により、カチオン化剤が有するアミノ基等の官能基の一部がグラフェン材料表面のカルボキシ基等の官能基と反応して共有結合を形成していてもよいものとする。また、前記カチオン性高分子化合物は静電相互作用と電気化学的安定性の観点から第一級アミノ基、第二級アミノ基、第三級アミノ基、イミノ基、イミド基、アミド基、第4級アンモニウムカチオンからなる群から選択される少なくとも1種類を有する高分子化合物であることが好ましい。
本発明の二次電池用電極は、本発明の電極材料と、必要に応じ導電助剤、結着剤を含有する合剤層を有するものである。
電極活物質にN−メチルピロリドン(NMP)を添加し、0.05質量%の濃度に調整し、極性溶媒中におけるゼータ電位測定を行った。装置は大塚電子(株)製 電気泳動光散乱光度計ELS−Z2を使用した。レーザー・ドプラー電気泳動法により、測定は2回行い、2回の平均値をゼータ電位とした。
また、グラフェン材料においてもNMPを添加し、0.05質量%の濃度に調整し、極性溶媒中におけるゼータ電位測定を行った。
各実施例、比較例で得られた電極材料を、走査電子顕微鏡(株式会社日立製作所製、S−5500)により3千倍〜40万倍にて観察し、ランダムに選択した複数の二次電池活物質上のグラフェン10個に対して、グラフェン層に平行な方向の最大径と最小径を測定し、平均値をグラフェンの大きさとした。
また、電極材料をエポキシ樹脂と混練し、PET(Polyethylene terephthalate)フィルムに塗布した後、硬化させて樹脂包埋した。このフィルムごと、イオンミリング装置(株式会社日立製作所製、IM4000)によりミリングして、樹脂および電極材料の断面を出して測定サンプルを作製した。このサンプルを、透過型電子顕微鏡を用いて観察し、電極材料表面上に存在するグラフェンのうち最も厚い部分と最も薄い部分の厚みの平均値を被覆厚みとし、これを任意に10個の活物質粒子について測定した平均値を平均被覆厚みとした。
電極を以下のように作製した。
正極の場合は、各実施例、比較例で作製した電極材料を100質量部、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(登録商標))を1.5質量部、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン#7200(クレハ社製)1.5質量部、溶剤としてNMPを50質量部加えたものをプラネタリーミキサー(プライミクス社製)で混合して電極ペーストを得た。電極ペーストをアルミニウム箔(厚さ15μm)にドクターブレードを用いて片面塗布し、80℃、30分間乾燥、プレスを行うことで電極板を得た。乾燥後の電極合剤層(アルミニウム箔除く)は40μmとした。
充放電測定においては、充電電圧4.3V、放電電圧3.0Vとし、充電電圧まで1Cで定電流充電を行い、その後充電電圧で定電圧充電を行った。定電圧充電の終了電流は0.01Cであった。充電レートはすべて1Cで固定し、放電レートは1Cで3回行った後、続けて3Cで3回行い、各レートの3回目の放電時の容量を放電容量とした。測定により得られた1C放電容量に対する3C放電容量の比(3C放電容量/1C放電容量)を負荷特性とした。
測定例3の試験を行った後、充電電圧まで1Cで定電流充電を行い、その後充電電圧まで定電圧充電を行った。定電圧充電の終了電流は0.01Cであった。その後、電池を試験機から取り外し(充電状態)、イナートオーブン(ヤマト化学社製、DN411I)を用いて、60℃で1週間保存した。1週間後、電池を取り出し、Arグローブボックス(美和製作所社製)内に搬送し、解体し、電極のみを取り出した。取り出した電極を用いて、直径17mmに切り出したセルガード#2400(セルガード社製)をセパレータとして、対極として金属リチウムを用い、電解液としてLiPF6/EC+DMC(富山薬品(株)製 LI−PASTE1)を200μL用いて、コインセルを再び作製し、測定例3と同様の条件により放電容量を測定した。ここでも各レートの3回目の放電時の容量を放電容量とした。測定例3で測定した1C放電容量(貯蔵前)に対する本測定例で測定した1C放電容量(貯蔵後)の割合(%)を高温貯蔵特性とした。
測定例3の試験を行った後、放電レート、および放電レートは1Cで固定し、続けて500回繰り返し試験を行った。上記以外の条件は測定例3と同じ条件で行った。測定例3により得られた1C放電容量に対する500サイクル後の1C放電容量の比(500サイクル後1C放電容量/サイクル前1C放電容量)をサイクル特性とした。
エックス線光電子測定はQuantera SXM(PHI社製)を使用して測定した。励起X線は、monochromatic Al Kα1,2線(1486.6eV)であり、X線径は200μm、光電子脱出角度は45°である。炭素原子に基づくC1sスペクトル(ナロースキャン)の282〜296eVの面積と酸素原子に基づくO1sスペクトル(ナロースキャン)の526〜538eVの面積の比から酸化度を求めた。また、窒素原子に基づくN1sスペクトル(ナロースキャン)の396〜406eVの面積と炭素原子に基づくC1sスペクトル(ナロースキャン)の282〜296eVまでの面積の比からN/C比を求めた。
官能基化率は、ナロースキャンの炭素原子に基づくピークのピークシフトから求めた。具体的には、炭素原子に基づくピークを、C=C結合、C−H結合に基づく284eV付近のピーク、C−O結合の場合に基づく286eV付近のピーク、C=O結合に基づく287.5eV付近のピーク、COO結合に基づく288.5eV付近のピーク、の4つの成分にピーク分離し、各ピークの面積比から下記式により求めた。
官能基化率=[(C−O一重結合に基づくピーク面積)+(C=O二重結合に基づくピーク面積)+(COO結合に基づくピーク面積)]/(C−C、C=CおよびC−H結合に基づくピーク面積)
ラマン測定はRamanor T−64000(Jobin Yvon/愛宕物産株式会社製)を用いて測定した。ビーム径は100μm、光源はアルゴンイオンレーザー(波長:514.5nm)を用い、得られたラマンスペクトルのDバンド(1360cm−1付近)の強度(I(D))とGバンド(1590cm−1付近)の強度(I(G))の比(I(D)/I(G))を求めた。
赤外線分析は、株式会社島津製作所製FT−IR、赤外分光光度計IR−435型を用いて、ATR法にて測定波長500cm−1〜4,000cm−1の範囲を測定し、得られたスペクトルからアミド結合、シロキサン結合が含まれるかどうかを同定した。
1500メッシュの天然黒鉛粉末(上海一帆石墨有限会社製)を原料として、氷浴中の10gの天然黒鉛粉末に、220mlの98%濃硫酸、5gの硝酸ナトリウム、30gの過マンガン酸カリウムを入れ、1時間機械攪拌し、混合液の温度は20℃以下で保持した。この混合液を氷浴から取り出し、35℃水浴中で4時間攪拌反応し、その後イオン交換水500mlを入れて得られた懸濁液を90℃で更に15分反応を行った。最後に600mlのイオン交換水と50mlの過酸化水素を入れ、5分間の反応を行い、酸化グラフェン分散液を得た。熱いうちにこれを濾過し、希塩酸溶液で金属イオンを洗浄し、イオン交換水で酸を洗浄し、pHが7になるまで洗浄を繰り返して酸化グラフェンゲルを作製した。作製した酸化グラフェンゲルの酸素原子の炭素原子に対する元素組成比は0.53であった。作製した酸化グラフェンゲルをイオン交換水で、濃度30mg/mlに希釈し、超音波洗浄機で30分処理し、均一な酸化グラフェン分散液を得た。
調製例1の(表面処理)後に酸化グラフェン分散液を5mg/mlに希釈し、分散液20mlに0.3gの亜ジチオン酸ナトリウムを入れて還元反応時間を1時間、還元反応温度を室温40℃で反応させ、濾過、水洗、乾燥した後グラフェンを得た。測定例6に従って測定した酸化度は0.11であった。得られたグラフェンにNMPを加え、フィルミックス(プライミクス社、30−30型)を用いて混合して、固形分濃度0.5%のグラフェンNMP分散液を得た。
正極活物質LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2(ユミコア社製、メジアン径20μmの造粒体)3gに対して、ポリエチレンイミン(平均分子量10000)を0.03g、NMPを7g添加し、マグネティックスターラーで700RPMの回転数で5分間混合した。その後濾過を行い、余分なポリエチレンイミンを除去した。ろ物を80℃に昇温したイナートオーブン(ヤマト化学社製、DN411I)で40分間熱処理を行った後、乾燥した粒子に、調製例1の酸化グラフェンNMP分散液を3.0g添加してマグネティックスターラーで700RPMの回転数で5分間混合した。その後濾過を行い、余分なNMPを除去した。ろ物を80℃に昇温したイナートオーブン(ヤマト化学社製、DN411I)で40分間熱処理を行い、電極材料前駆体粒子を得た。得られた前駆体粒子を、圧力0.01MPa以下の真空雰囲気中で、温度200℃で5時間加熱することにより、酸化グラフェンを還元し(熱還元)、電極材料を作製した。得られた電極材料粒子のSEM観察像を図1に示す。得られた粒子は、赤外線分析により1600cm−1付近および3,300cm−1付近にピークの存在(アミド結合)が確認された。
調製例2のグラフェンNMP分散液を用い、熱還元処理を行わなかったこと以外は実施例1と同様に電極材料を作製した。
ポリエチレンイミンを0.03g、NMPを7g添加し、マグネティックスターラーで700RPMの回転数で5分間混合した。その後、調製例1の酸化グラフェンNMP分散液を3.0g添加してマグネティックスターラーで700RPMの回転数で5分間混合した。混合液に対して、正極活物質LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2(ユミコア社製、メジアン径20μmの造粒体)3g加えた後、マグネティックスターラーで700RPMの回転数で5分間混合した。その後濾過を行い、余分なNMPとポリエチレンイミンを除去した。ろ物を80℃に昇温したイナートオーブン(ヤマト化学社製、DN411I)で40分間熱処理を行い、電極材料前駆体粒子を得た。得られた前駆体粒子を、圧力0.01MPa以下の真空雰囲気中で、温度200℃で5時間加熱することにより、酸化グラフェンを還元し(熱還元)、電極材料を作製した。
実施例1において、電極材料前駆体粒子の熱還元に代えて、NMP5gと亜ジチオン酸ナトリウムを45mg加え、マグネティックスターラーで700RPMの回転数で30秒間混合することにより、酸化グラフェンを化学還元すること以外は実施例1と同様に電極材料を作製した。
ポリエチレンイミンを数平均分子量600のものに代えた以外は実施例1と同様に電極材料を作製した。
ポリエチレンイミンの代わりに数平均分子量1000のポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドを用いたこと以外は実施例1と同様に電極材料を作製した。得られた粒子は赤外線分析により1600cm−1付近および3,300cm−1付近にピークの存在(アミド結合)が確認されなかった。
熱還元を400℃で5時間加熱することにより行った以外は実施例1と同様に電極材料を作製した。
正極活物質LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2(ユミコア社製、メジアン径20μmの造粒体)3gに対して、シランカップリング剤(表1中「SC」と表記)アミノプロピルトリエトキシシラン(信越シリコーン社製、KBE−903)を30mg添加して自公転ミキサー(シンキー社製、ARE−310)で2000RPMの回転数で5分間混合した。その後80℃に昇温したイナートオーブン(ヤマト化学社製、DN411I)で40分間熱処理を行った後、ポリエチレンイミン(平均分子量10000)を0.03g、NMPを7g添加し、マグネティックスターラーで700RPMの回転数で5分間混合した。その後濾過を行い、余分なポリエチレンイミンを除去した。ろ物を80℃に昇温したイナートオーブン(ヤマト化学社製、DN411I)で40分間熱処理を行った後、乾燥した粒子に調製例1の酸化グラフェンNMP分散液を3.0g添加してマグネティックスターラーで700RPMの回転数で5分間混合した。その後濾過を行い、余分なNMPを除去した。ろ物を80℃に昇温したイナートオーブン(ヤマト化学社製、DN411I)で40分間熱処理を行い、電極材料前駆体粒子を得た。得られた前駆体粒子を、圧力0.01MPa以下の真空雰囲気中で、温度200℃で5時間加熱することにより、酸化グラフェンを還元し(熱還元)、電極材料を作製した。得られた粒子は赤外線分析により1000〜1200cm−1にピークの存在(シロキサン結合)が確認された。
活物質粒子をLCO活物質(LiCoO2、宝泉株式会社製)に代えた点以外は実施例1と同様の方法で電極材料を作製した。
熱還元に替えて、電極材料前駆体粒子に950mJ/cm2の白色パルス光を3000マイクロ秒照射することにより酸化グラフェンを還元(光還元)したこと以外は実施例1と同様に電極材料を作製した。
正極活物質へのNMPの添加量を15g、調製例1の酸化グラフェンNMP分散液の添加量を2.0gとしたこと以外は実施例1と同様に電極材料を作製した。
正極活物質LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2(ユミコア社製、メジアン径20μmの造粒体)3gに対して、調製例1の酸化グラフェンNMP分散液を3.0g添加してマグネティックスターラーで700RPMの回転数で5分間混合した。その後濾過を行い、ろ物を80℃に昇温したイナートオーブン(ヤマト化学社製、DN411I)で40分間熱処理を行い、電極材料前駆体粒子を得た。得られた前駆体粒子を、圧力0.01MPa以下の真空雰囲気中で、温度200℃で5時間加熱することにより、酸化グラフェンを還元し(熱還元)、電極材料を作製した。得られた電極材料粒子のSEM観察像を図2に示す。得られた粒子は赤外線分析により1600cm−1付近および3,300cm−1付近にピークの存在(アミド結合)が確認されなかった。
調製例1の酸化グラフェンNMP分散液を調製例2のグラフェンNMP分散液に変更し、熱還元処理を行わなかったこと以外は比較例1と同様に電極材料を作製した。
活物質粒子をLCO活物質(LiCoO2、宝泉株式会社製)に代えた以外は比較例1と同様の方法で電極材料を作製した。
Claims (17)
- 電極活物質がグラフェン材料で被覆されてなる電極材料の製造方法であって、
(1)電極活物質にカチオン化剤を静電吸着させ、その後カチオン化剤が静電吸着した電極活物質にグラフェン材料を静電吸着させる工程;および
(2)グラフェン材料にカチオン化剤を静電吸着させ、その後カチオン化剤が静電吸着したグラフェン材料を電極活物質に静電吸着させる工程;
のいずれかの静電吸着工程を有する電極材料の製造方法。 - 前記カチオン化剤が、第4級アンモニウムカチオンおよびピリジニウム塩のうちの少なくとも1つを含むカチオン性低分子化合物、およびカチオン性高分子化合物からなる群から選択される少なくとも1種類を有する、請求項1に記載の電極材料の製造方法。
- 前記カチオン性高分子化合物は、第一級アミノ基、第二級アミノ基、第三級アミノ基、イミノ基、イミド基、アミド基および第4級アンモニウムカチオンからなる群から選択される少なくとも1種類を有する高分子化合物である、請求項2に記載の電極材料の製造方法。
- 前記カチオン性高分子化合物の数平均分子量が600以上である、請求項2または3に記載の電極材料の製造方法。
- 前記グラフェン材料として、N−メチルピロリドン中におけるゼータ電位の絶対値が30mV以上のものを用いる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電極材料の製造方法。
- 前記電極活物質として、N−メチルピロリドン中におけるゼータ電位の絶対値が30mV以上のものを用いる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電極材料の製造方法。
- さらに、
前記静電吸着工程で吸着したグラフェン材料を熱処理する熱処理工程;
を有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電極材料の製造方法。 - さらに、
前記静電吸着工程で吸着したグラフェン材料を還元する還元工程;
を有する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の電極材料の製造方法。 - さらに、
前記静電吸着工程で吸着したグラフェン材料を還元する還元工程;
を有し、該還元工程において熱還元を行うことで同時に前記静電吸着工程で吸着したグラフェン材料を熱処理する熱処理工程を実施する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電極材料の製造方法。 - さらに、前記静電吸着工程の前に、
電極活物質表面をシランカップリング処理するシランカップリング剤処理工程;
を有する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の電極材料の製造方法。 - 電極活物質とグラフェン材料とが、第4級アンモニウムカチオンおよびピリジニウム塩のうちの少なくとも1つを含むカチオン性低分子化合物、およびカチオン性高分子化合物からなる群から選択される少なくとも1種類を有するカチオン化剤を介して接着した電極材料。
- 前記カチオン性高分子化合物は、第一級アミノ基、第二級アミノ基、第三級アミノ基、イミノ基、イミド基、アミド基および第4級アンモニウムカチオンからなる群から選択される少なくとも1種類を有する高分子化合物である、請求項11に記載の電極材料。
- 前記電極活物質と前記グラフェン材料間の平均距離が20nm未満である、請求項11または12に記載の電極材料。
- 前記カチオン性高分子化合物の数平均分子量が600以上である、請求項11〜13のいずれか1項に記載の電極材料。
- X線光電子分光分析により測定される炭素に対する窒素の元素比(N/C比)が0.02以上0.04以下である、請求項11〜14のいずれか1項に記載の電極材料。
- アミド結合およびシロキサン結合の少なくとも一方が検出される、請求項11〜15のいずれか1項に記載の電極材料。
- 請求項11〜16のいずれか1項に記載の電極材料を含む二次電池用電極。
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