JPWO2019058822A1 - Titanium oxide and its manufacturing method, as well as electrode active materials and power storage devices using the titanium oxide. - Google Patents

Titanium oxide and its manufacturing method, as well as electrode active materials and power storage devices using the titanium oxide. Download PDF

Info

Publication number
JPWO2019058822A1
JPWO2019058822A1 JP2019543481A JP2019543481A JPWO2019058822A1 JP WO2019058822 A1 JPWO2019058822 A1 JP WO2019058822A1 JP 2019543481 A JP2019543481 A JP 2019543481A JP 2019543481 A JP2019543481 A JP 2019543481A JP WO2019058822 A1 JPWO2019058822 A1 JP WO2019058822A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
peak
titanium oxide
sample
sodium titanate
ppm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019543481A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7062304B2 (en
Inventor
永井 秀明
秀明 永井
秋本 順二
順二 秋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Publication of JPWO2019058822A1 publication Critical patent/JPWO2019058822A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7062304B2 publication Critical patent/JP7062304B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00Compounds of titanium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00Compounds of titanium
    • C01G23/04Oxides; Hydroxides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

長期にわたる充放電サイクルに優れ、高容量が期待できるリチウム二次電池電極材料に使用可能な新規チタン酸化物、その製造方法、及びそのチタン酸化物を活物質として含有した電極を構成部材として含む蓄電デバイスを提供する。特徴的な局所構造を有するHを含有し、特徴的なTi-O-Ti骨格の振動を有する新規チタン酸化物及びその製造方法により解決される。A new titanium oxide that can be used as an electrode material for lithium secondary batteries, which has an excellent long-term charge / discharge cycle and can be expected to have a high capacity, a manufacturing method thereof, and a storage capacity containing an electrode containing the titanium oxide as an active material as a constituent member. Provide a device. It is solved by a novel titanium oxide containing H having a characteristic local structure and having a characteristic vibration of the Ti-O-Ti skeleton and a method for producing the same.

Description

本発明は、新規な構造を有する新規チタン酸ナトリウム水和物とそのプロトン交換体を熱処理して得られる新規チタン酸化物に関する。また、これらのチタン酸化物を用いた電極活物質及びその蓄電デバイスに関する。 The present invention relates to a novel sodium titanate hydrate having a novel structure and a novel titanium oxide obtained by heat-treating a proton exchanger thereof. Further, the present invention relates to an electrode active material using these titanium oxides and a storage device thereof.

現在、我が国においては、携帯電話、ノートパソコンなどの携帯型電子機器に搭載されている二次電池のほとんどは、リチウム二次電池である。また、リチウム二次電池は、今後ハイブリッドカー、電力負荷平準化システムなどの大型電池としても実用化されるものと予測されており、その重要性はますます高まっている。 Currently, in Japan, most of the secondary batteries installed in portable electronic devices such as mobile phones and laptop computers are lithium secondary batteries. In addition, lithium secondary batteries are expected to be put into practical use as large batteries for hybrid cars, power load leveling systems, etc. in the future, and their importance is increasing.

このリチウム二次電池は、いずれもリチウムを可逆的に吸蔵・放出することが可能な材料を含有する正極および負極、さらに非水系電解液を含むセパレータまたは固体電解質を主要構成要素とする。 The main components of this lithium secondary battery are a positive electrode and a negative electrode containing a material capable of reversibly occluding and releasing lithium, and a separator or a solid electrolyte containing a non-aqueous electrolyte solution.

これらの構成要素の内、電極用の活物質として検討されているのは、リチウムコバルト酸化物(LiCoO2)、リチウムマンガン酸化物(LiMn24)、リチウムチタン酸(Li4Ti512)などの酸化物系、金属リチウム、リチウム合金、スズ合金などの金属系、および黒鉛、MCMB(メソカーボンマイクロビーズ)などの炭素系材料が挙げられる。Among these components, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), and lithium titanium acid (Li 4 Ti 5 O 12 ) are being studied as active materials for electrodes. ), Metallic materials such as metallic lithium, lithium alloys, and tin alloys, and carbon-based materials such as graphite and MCMB (mesocarbon microbeads).

これらの材料について、それぞれの活物質中のリチウム含有量における、化学ポテンシャルの差によって、電池の電圧が決定されるが、特に組合せによって、大きな電位差を形成できることが、エネルギー密度に優れるリチウム二次電池の特徴である。 For these materials, the voltage of the battery is determined by the difference in chemical potential in the lithium content in each active material, but the ability to form a large potential difference, especially by combination, is a lithium secondary battery with excellent energy density. It is a feature of.

特に、リチウムコバルト酸化物LiCoO2活物質と炭素材料を電極とした組合せにおいて、4V近い電圧が可能となり、また充放電容量(電極から脱離・挿入可能なリチウム量)も大きく、さらに安全性も高いことから、この電極材料の組合せが、現行のリチウム電池において広く採用されている。In particular, in the combination of lithium cobalt oxide LiCoO 2 active material and carbon material as electrodes, a voltage close to 4V is possible, the charge / discharge capacity (the amount of lithium that can be detached / inserted from the electrodes) is large, and safety is also improved. Due to its high price, this combination of electrode materials is widely used in current lithium batteries.

一方、スピネル型のリチウムマンガン酸化物(LiMn24)活物質とスピネル型のリチウムチタン酸化物(Li4Ti512)活物質を含む電極の組合せにより、リチウムの吸蔵・脱離反応がスムーズに行われやすく、また反応に伴う結晶格子体積の変化がより少ないことから、長期にわたる充放電サイクルに優れたリチウム二次電池が可能となることが明らかになっており、実用化されている。On the other hand, the combination of an electrode containing a spinel-type lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ) active material and a spinel-type lithium titanium oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ) active material causes a lithium occlusion / desorption reaction. It has been clarified that a lithium secondary battery having an excellent long-term charge / discharge cycle is possible because it is easy to carry out smoothly and the change in crystal lattice volume due to the reaction is small, and it has been put into practical use. ..

今後、リチウム二次電池やキャパシタ等の化学電池は、自動車用電源や大容量のバックアップ電源、緊急用電源など、大型で長寿命のものが必要となることが予測されていることから、前項のような酸化物活物質の組合せで、さらに高性能(大容量)な電極活物質が必要とされている。 In the future, it is predicted that chemical batteries such as lithium secondary batteries and capacitors will require large-sized and long-life batteries such as automobile power supplies, large-capacity backup power supplies, and emergency power supplies. A combination of such oxide active materials requires a higher performance (large capacity) electrode active material.

この内、チタン酸化物系活物質は、対極にリチウム金属を使用した場合、約1〜2V程度の電圧であることから、負極用の材料として、様々な結晶構造を有する材料が、電極活物質としての可能性について検討されている。 Of these, the titanium oxide-based active material has a voltage of about 1 to 2 V when a lithium metal is used as the counter electrode. Therefore, as a material for the negative electrode, a material having various crystal structures is an electrode active material. The possibility of being examined.

スピネル型リチウムチタン酸化物Li4Ti512やナトリウムブロンズ型の結晶構造を有する二酸化チタン(本明細書では、「ナトリウムブロンズ型の結晶構造を有する二酸化チタン」を「TiO2(B)」と略称する)、AxyTi1.73z(Aはリチウムを除くアルカリ金属を示す)、TiO・(HO)a・(AO)b(AはNaまたはK)、Ti-O-H系チタン構造体などのように組成にHを含むチタン酸化物、結晶構造中にH元素を含む酸化チタンであるH2Ti1225(本明細書では、「H2Ti1225」を「HTO」と略称する)、単斜晶系のチタンニオブ複合酸化物などの活物質が、電極材料として注目されている。(特許文献1−2、非特許文献1−2)Spinel-type lithium titanium oxide Li 4 Ti 5 O 12 and titanium dioxide having a sodium bronze-type crystal structure (in the present specification, "titanium dioxide having a sodium bronze-type crystal structure" is referred to as "TIO 2 (B)". abbreviated), a x H y Ti 1.73 O z (a is an alkali metal except lithium), TiO 2 · (H 2 O) a · (a 2 O) b (a is Na or K), Ti- H 2 Ti 12 O 25, which is a titanium oxide containing H in its composition, such as an OH-based titanium structure, and titanium oxide containing an H element in its crystal structure (in this specification, "H 2 Ti 12 O 25 "). (Abbreviated as "HTO"), active materials such as monoclinic titanium-niobium composite oxides are attracting attention as electrode materials. (Patent Document 1-2, Non-Patent Document 1-2)

しかしながら、Li4Ti5O12は理論容量が175mAh/g程度で大容量化は見込めない。TiO2(B)や組成にHを含むチタン酸化物の中には300mAh/gを超える初期充電容量を示す物も合成されているが、初期不可逆容量が大きいという問題を抱えている。HTOに関しては、TiO2(B)と比較して初期不可逆容量は小さいが、初期充電容量が230mAh/g程度であり、微細化により更なる大容量化が可能であるが不可逆容量が増加するという問題を抱えている。単斜晶系のチタンニオブ複合酸化物は、初期充電容量は280mAh/g程度で不可逆容量は比較的小さいものもあるが、チタンに対してニオブの価格(2007年度時点で約6倍)や資源量(地殻内存在比で220倍)の点で問題を抱えている。However, the theoretical capacity of Li 4 Ti 5 O 12 is about 175 mAh / g, and it is not expected to increase the capacity. Some titanium oxides containing TiO 2 (B) and H in the composition have been synthesized and have an initial charge capacity exceeding 300 mAh / g, but have a problem that the initial irreversible capacity is large. Regarding HTO, the initial irreversible capacity is smaller than that of TiO 2 (B), but the initial charge capacity is about 230 mAh / g, and it is said that the irreversible capacity will increase although the capacity can be further increased by miniaturization. I have a problem. Some monoclinic titanium niobium composite oxides have an initial charge capacity of about 280 mAh / g and a relatively small irreversible capacity, but the price of niobium (about 6 times as of 2007) and the amount of resources compared to titanium. It has a problem in that it (220 times the existence ratio in the crust).

そのため、これらの問題点を克服した初期負不可逆容量が小さく、充放電容量の大きい、高価で資源量に問題のある元素を含まない新規なチタン酸化物の登場が望まれている。 Therefore, it is desired to introduce a new titanium oxide that overcomes these problems, has a small initial negative irreversible capacity, a large charge / discharge capacity, is expensive, and does not contain an element having a problem in the amount of resources.

特開2014−186826号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-186826 特開2008−255000号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-255000

A. R. Armstrong, G. Armstrong, J. Canales, R. Garcia, P. G. Bruce, Advanced Materials, 17, 862-865 (2005)A. R. Armstrong, G. Armstrong, J. Canales, R. Garcia, P. G. Bruce, Advanced Materials, 17, 862-865 (2005) J. Akimoto, K. Chiba, N. Kijima, H. Hayakawa, S. Hayashi, Y. Gotoh, Y. Idemoto, Journal of The Electrochemical Society, 158, A546-A549 (2011)J. Akimoto, K. Chiba, N. Kijima, H. Hayakawa, S. Hayashi, Y. Gotoh, Y. Idemoto, Journal of The Electrochemical Society, 158, A546-A549 (2011)

本発明は、上記の様な現状の課題を解決した新規なチタン酸化物及びその製造方法並びに該チタン酸化物を用いた電極活物質及び蓄電デバイスを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a novel titanium oxide and a method for producing the same, as well as an electrode active material and a power storage device using the titanium oxide, which solve the above-mentioned current problems.

本発明者は鋭意検討した結果、HTOなどのHを含有したチタン酸化物とは異なる特徴的な局所構造を有するHを含有し、特徴的なTi-O-Ti骨格の振動を有するチタン酸化物が得られることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of diligent studies, the present inventor has made a titanium oxide containing H having a characteristic local structure different from that of titanium oxide containing H such as HTO, and having a characteristic Ti-O-Ti skeleton vibration. The present invention was completed by finding that

すなわち、本発明は、下記に示す新規な構造を有する新規チタン酸化物とその製造方法を提供し、これらのチタン化合物を用いた電極活物質及びその蓄電デバイスを提供する。
(1)Hを含有し、1H固体NMR測定において、400MHzの電磁波を用い、毎分10000〜12500回転した室温の試料から得られるスペクトルをピーク分離した際のピークトップが9−11ppm(ピーク1)と6.7−8ppm(ピーク2)に存在し、この2つのピークのピーク強度比(Iピーク1/Iピーク2)が1.0以下である、チタン酸化物。
(2)前記チタン酸化物が、赤外線吸光分析において、930〜990cm-1に吸収ピークをもつ、(1)に記載のチタン酸化物。
(3)前記チタン酸化物が、CuKαを線源とした粉末X線回折パターンにおいて、2θ=24.2〜25.2°、47.9〜48.6°に存在するピークのピーク半値幅がそれぞれ、0.5〜2°と0.25〜1°である、(1)または(2)に記載のチタン酸化物。
(4)(1)〜(3)のいずれかに記載のチタン酸化物の製造方法であって、チタン源とナトリウム源を溶解あるいは懸濁した溶液を用いた水熱合成法によりチタン酸ナトリウム水和物を合成する工程と、該チタン酸ナトリウム水和物のプロトン交換体を合成する工程と、該チタン酸ナトリウム水和物のプロトン交換体を酸素ガス含有雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気中で熱処理する工程と、を有するチタン酸化物の製造方法。
(5)前記チタン酸ナトリウム水和物が、CuKαを線源とした粉末X線回折パターンにおいて、2θ=10.1〜10.5°、15.4〜15.8°、24.7〜25.1°、29.4〜29.8°、48.2〜48.6°の位置に少なくともピークを有し、前記2θ=24.7〜25.1°、29.4〜29.8°、48.2〜48.6°に存在するピークのピーク半値幅がそれぞれ0.8°以下である、(4)に記載のチタン酸化物の製造方法。
(6)前記チタン酸ナトリウム水和物が、1H固体NMR測定において、400MHzの電磁波を用い、毎分10000〜12500回転した室温の試料から得られるスペクトルをピーク分離した際のピークトップが11.4〜12.7ppmと6.4〜7.6ppmに存在する、(4)または(5)に記載のチタン酸化物の製造方法。
(7)前記(1)〜(3)のいずれかに記載のチタン酸化物を含む、電極活物質。
(8)前記(7)に記載の電極活物質を用いた蓄電デバイス。
That is, the present invention provides a novel titanium oxide having a novel structure shown below and a method for producing the same, and provides an electrode active material using these titanium compounds and a storage device thereof.
(1) In 1 H solid-state NMR measurement containing H, the peak top is 9-11 ppm (peak 1) when the spectrum obtained from a sample at room temperature rotated 1000 to 12500 rpm is peak-separated using an electromagnetic wave of 400 MHz. ) And 6.7-8 ppm (peak 2), and the peak intensity ratio (I peak 1 / I peak 2 ) of these two peaks is 1.0 or less.
(2) The titanium oxide according to (1), wherein the titanium oxide has an absorption peak at 930 to 990 cm -1 in infrared absorption analysis.
(3) In the powder X-ray diffraction pattern in which the titanium oxide is a source of CuKα, the peak half width of the peak existing at 2θ = 24.2 to 25.2 ° and 47.9 to 48.6 ° is The titanium oxide according to (1) or (2), which is 0.5 to 2 ° and 0.25 to 1 °, respectively.
(4) The method for producing a titanium oxide according to any one of (1) to (3), which is a hydrothermal synthesis method using a solution in which a titanium source and a sodium source are dissolved or suspended. A step of synthesizing a Japanese product, a step of synthesizing a proton exchanger of the sodium titanate hydrate, and a heat treatment of the proton exchanger of the sodium titanate hydrate in an oxygen gas-containing atmosphere or an inert gas atmosphere. A method for producing a titanium oxide having a process and.
(5) The sodium titanate hydrate has 2θ = 10.1 to 10.5 °, 15.4 to 15.8 °, and 24.7 to 25 in a powder X-ray diffraction pattern using CuKα as a radiation source. It has at least peaks at positions of .1 °, 29.4 to 29.8 °, and 48.2 to 48.6 °, and the above 2θ = 24.7 to 25.1 ° and 29.4 to 29.8 °. , The method for producing a titanium oxide according to (4), wherein the peak half-value widths of the peaks existing at 48.2 to 48.6 ° are 0.8 ° or less, respectively.
(6) The peak top of the sodium titanate hydrate when the spectrum obtained from a sample at room temperature rotated at 1000 to 12,500 rpm using an electromagnetic wave of 400 MHz was peak-separated in 1 H solid-state NMR measurement was 11. The method for producing a titanium oxide according to (4) or (5), which is present at 4 to 12.7 ppm and 6.4 to 7.6 ppm.
(7) An electrode active material containing the titanium oxide according to any one of (1) to (3) above.
(8) A power storage device using the electrode active material according to (7) above.

本発明によれば、HTOなどのHを含有したチタン酸化物とは異なる特徴的な局所構造を有するHを含有し、特徴的なTi-O-Ti骨格の振動を有するチタン酸化物が製造できる。
このチタン酸化物は、種々の用途において有用であり、たとえば、電極活物質として使用した場合、長期にわたる充放電サイクルに優れ、高容量が期待できるリチウム二次電池を提供することができる。
According to the present invention, a titanium oxide containing H having a characteristic local structure different from that of titanium oxide containing H such as HTO and having a characteristic vibration of the Ti-O-Ti skeleton can be produced. ..
This titanium oxide is useful in various applications. For example, when used as an electrode active material, it can provide a lithium secondary battery having an excellent long-term charge / discharge cycle and a high capacity.

新規チタン酸化物の合成フロー図である。It is a synthesis flow chart of a novel titanium oxide. 試料Aの特性X線測定による元素分析結果である。It is the elemental analysis result by the characteristic X-ray measurement of the sample A. 試料AのFT-IR吸収スペクトル測定結果である。It is the FT-IR absorption spectrum measurement result of the sample A. 試料Aの熱重量分析結果である。This is the result of thermogravimetric analysis of sample A. 試料Aの粉末X線回折測定結果である。It is a powder X-ray diffraction measurement result of the sample A. 試料Aの1H固体NMRスペクトル測定結果である。Is a 1 H solid state NMR spectrum measurements of the sample A. 試料A’の特性X線測定による元素分析結果である。It is the elemental analysis result by the characteristic X-ray measurement of the sample A'. 試料A’のFT-IR吸収スペクトル測定結果である。It is the FT-IR absorption spectrum measurement result of the sample A'. 試料A’の熱重量分析結果である。It is a thermogravimetric analysis result of the sample A'. 試料A’の粉末X線回折測定結果である。It is a powder X-ray diffraction measurement result of the sample A'. 試料A’のH固体NMRスペクトル測定結果である。Is a 1 H solid state NMR spectrum measurements of the sample A '. 試料A”の特性X線測定による元素分析結果である。It is the elemental analysis result by the characteristic X-ray measurement of sample A ". 試料A”と試料BのFT-IR吸収スペクトル測定結果である。It is the FT-IR absorption spectrum measurement result of sample A ”and sample B. 試料A”と試料Bの熱重量分析結果である。It is a thermogravimetric analysis result of sample A ”and sample B. 試料A”と試料Bの粉末X線回折測定結果である。It is the powder X-ray diffraction measurement result of sample A ”and sample B. 試料A”と試料Bの1H固体NMRスペクトル測定結果である。Is a 1 H solid state NMR spectrum measurements of the sample A "and Sample B. リチウム二次電池(コイン型セル)基本構造図である。It is a basic structure diagram of a lithium secondary battery (coin type cell). 試料A”と試料Bを負極とした場合の充放電特性である。This is the charge / discharge characteristic when sample A ”and sample B are used as negative electrodes. 試料Cの粉末X線回折測定結果である。It is the powder X-ray diffraction measurement result of the sample C. 試料C”の粉末X線回折測定結果である。It is the powder X-ray diffraction measurement result of the sample C ". 試料Dの粉末X線回折測定結果である。It is a powder X-ray diffraction measurement result of sample D. 試料D’と試料D”の粉末X線回折測定結果である。It is a powder X-ray diffraction measurement result of sample D'and sample D'. 試料Eの粉末X線回折測定結果である。It is a powder X-ray diffraction measurement result of sample E. 試料Fの粉末X線回折測定結果である。It is the powder X-ray diffraction measurement result of the sample F. 試料Gの粉末X線回折測定結果である。It is a powder X-ray diffraction measurement result of the sample G. 試料A”-2の粉末X線回折測定結果である。It is a powder X-ray diffraction measurement result of sample A "-2. 試料A”-3の粉末X線回折測定結果である。It is a powder X-ray diffraction measurement result of sample A "-3. 試料Hの粉末X線回折測定結果である。It is the powder X-ray diffraction measurement result of the sample H. 試料H”の粉末X線回折測定結果である。It is the powder X-ray diffraction measurement result of the sample H ". 試料Iの粉末X線回折測定結果である。It is a powder X-ray diffraction measurement result of sample I. 試料I”の粉末X線回折測定結果である。This is the powder X-ray diffraction measurement result of Sample I ”.

本実施形態の新規チタン酸化物は、図1の合成フロー図で示すように、新規チタン酸ナトリウム水和物を合成し、そのイオン交換と熱処理によって合成される。
本実施形態に係わる新規チタン酸化物及びその前駆体である新規チタン酸ナトリウム水和物の特徴及び製造方法についてさらに詳しく説明する。
As shown in the synthetic flow chart of FIG. 1, the novel titanium oxide of the present embodiment is synthesized by synthesizing a novel sodium titanate hydrate, and ion exchange and heat treatment thereof.
The characteristics and production method of the novel titanium oxide and the novel sodium titanate hydrate which is a precursor thereof according to the present embodiment will be described in more detail.

(新規チタン酸化物の特徴)
本実施形態の新規チタン酸化物は、Hを含有し、1H固体NMR測定において、400MHzの電磁波を用い、毎分10000〜12500回転した室温の試料から得られるスペクトルをピーク分離した際に、ピークトップが9−11ppm(ピーク1)と6.7−8ppm(ピーク2)に存在し、この2つのピークのピーク強度比(Iピーク1/Iピーク2)が1.0以下であることを特徴とする。
通常、1H固体NMRのシグナルは個々の局所構造を持つ1Hシグナルの重なりによって表示される。そのため、シグナルを複数のピークにピーク分離することで、局所構造の異なるH(例えば吸着あるいは層間に含水している水や結晶構造内の占有サイトが異なるHなど)を区別することができる。また、結晶構造内のHの水素結合の強さとピーク位置には相関があることが知られており(例えば、Solid State Ionics、Vol.177 (2006) 3223−3231)、低いピーク位置にあるHほど近傍にある酸素原子との水素結合が弱くなる。このことは、Hが直接共有結合をしているOとの結合を強固にする方向に働くため、HがH+として乖離しにくくなる事を意味している。H+はリチウムイオン電池に用いられている有機電解質を分解するなどの副反応を引き起こすため、極力少なくした方が良い。このような観点から、新規チタン酸化物中に含まれるHは低いピーク位置を示すものの割合が多い。
ピーク分離は、一般的にはローレンツ型分布やガウス型分布などの形状を持つピークを複数設定し、各シグナルのピーク強度の合計が元々の測定結果とのずれが最小となるようにピーク位置やピーク強度、半値幅を変化させてフィッティングを行い、ピーク分離を行う。ピーク分離の数は、存在すると想定されるHの局所構造の数であり、Hの局所構造によってピーク位置のおよその範囲が決まるため、フィッティングの際にピーク位置や半値幅に制限を設けることがある。
(Characteristics of new titanium oxide)
The novel titanium oxide of the present embodiment contains H and peaks when the spectrum obtained from a sample at room temperature rotated 1000 to 12,500 rpm is peak-separated using an electromagnetic wave of 400 MHz in 1 H solid-state NMR measurement. The top is present at 9-11 ppm (peak 1) and 6.7-8 ppm (peak 2), and the peak intensity ratio (I peak 1 / I peak 2 ) of these two peaks is 1.0 or less. And.
Usually, 1 H solid-state NMR signals are represented by overlapping 1 H signals with individual local structures. Therefore, by separating the signal into a plurality of peaks, it is possible to distinguish 1 H having a different local structure (for example, water contained in adsorption or between layers or H having a different occupied site in the crystal structure). It is also known that there is a correlation between the strength of hydrogen bonds of H in the crystal structure and the peak position (for example, Solid State Oxygens, Vol. 177 (2006) 3223-3231), and H at a low peak position. The hydrogen bond with the oxygen atom in the vicinity becomes weaker. This means that H acts to strengthen the bond with O, which is directly covalently bonded, so that H is less likely to dissociate as H + . H + causes side reactions such as decomposition of the organic electrolyte used in lithium-ion batteries, so it is better to reduce it as much as possible. From this point of view, H contained in the new titanium oxide has a large proportion of those showing a low peak position.
In peak separation, generally, multiple peaks having shapes such as Lorentz type distribution and Gauss type distribution are set, and the peak position and the peak position are set so that the total peak intensity of each signal deviates from the original measurement result to the minimum. Fitting is performed by changing the peak intensity and half width, and peak separation is performed. The number of peak separations is the number of 1 H local structures that are assumed to exist, and since the 1 H local structure determines the approximate range of peak positions, limits the peak positions and full width at half maximum are set during fitting. Sometimes.

また、上記チタン酸化物は、赤外線吸光分析において、代表的なチタン酸化物とは異なる振動吸収を持つことを特徴としており、930〜990cm-1に吸収ピークを持つことを特徴とする。
通常、チタン酸化物は500〜1000cm-1付近にTi-O-Ti骨格による伸縮振動が現れ、代表的な酸化チタンであるルチルやアナターゼでは、700cm-1付近にブロードな吸収スペクトルが見られる。チタン酸化物の結晶構造が異なる場合やTi-O-Ti骨格に異なる元素が結合した場合には、Ti-O-Ti結合の結合強度が変化するために、吸収ピーク位置が変化したり、新たな吸収ピークが現れる。Hのような軽い原子が結合した場合には、一般的にはピークは高波数側にシフトする。非特許文献2に示されているHTOでは、3447cm−1にOH基の伸縮振動による吸収スペクトルと760cm−1と910cm−1にTi−O−Ti骨格の伸縮振動による吸収スペクトルが見られ、Ti-O−Ti骨格の一部にOH基が結合した結果、Ti−O−Ti骨格の伸縮振動による吸収スペクトルは高波数側にシフトしたり、新たな吸収ピークが現れている。本実施形態のチタン酸化物は、TG−DTA測定による重量減少からHTOより多くの水が脱離することから、Ti−O-Ti骨格へのOH基の結合割合が多いと考えられ、より高波数側にシフトすると考えられる。
Further, the titanium oxide is characterized by having vibration absorption different from that of a typical titanium oxide in infrared absorption analysis, and is characterized by having an absorption peak at 930 to 990 cm -1 .
Usually, the titanium oxide appears stretching vibration by Ti-O-Ti skeleton around 500~1000Cm -1, in the rutile or anatase which is a typical titanium oxide, broad absorption spectrum is observed near 700 cm -1. When the crystal structure of titanium oxide is different or when different elements are bonded to the Ti-O-Ti skeleton, the bond strength of the Ti-O-Ti bond changes, so the absorption peak position changes or new Absorption peak appears. When a light atom such as H is bonded, the peak generally shifts to the high frequency side. In HTO disclosed in Non-Patent Document 2, the absorption spectrum by stretching vibration of Ti-O-Ti backbone absorption spectrum and 760 cm -1 and 910 cm -1 due to the stretching vibration of the OH groups to 3,447 cm -1 was observed, Ti As a result of the OH group being bonded to a part of the -O-Ti skeleton, the absorption spectrum of the Ti-O-Ti skeleton due to the expansion and contraction vibration is shifted to the high frequency side, and a new absorption peak appears. Since more water than HTO is desorbed from the weight reduction by TG-DTA measurement, the titanium oxide of the present embodiment is considered to have a high bond ratio of OH groups to the Ti-O-Ti skeleton, and has a higher wave. It is thought that it will shift to the number side.

さらに、上記チタン酸化物は、CuKαを線源とした粉末X線回折により、2θ=24.2〜25.2°、47.9〜48.6°に存在するピークのピーク半値幅がそれぞれ、0.5〜2°と0.25〜1°、好ましくはそれぞれ0.6〜1.4°と0.3〜0.5°であることを特徴とする。
通常、結晶性化合物の粉末X線回折では、その試料の結晶構造に依存した2θ値の位置にピークが現れるが、試料のナノ化や結晶成長の阻害、粉砕による結晶性の低下などによってピークの幅が広がり、試料の特性に影響を及ぼす。上記チタン酸化物は前駆体が持つ層状構造を部分的に維持しながら合成されるため、結晶成長が阻害されて結晶子径が小さいまま留まり、ピーク幅を広げている。特に、HTOでは、2θ=24.2〜25.2°と47.9〜48.6°のピークはそれぞれ(110)面と(020)面に対応すると報告されており(例えば、Materials Letters、Vol.143 (2015) 101−104)、[110]方向と[010]方向にはLiの挿入・脱離に適したトンネル構造が形成されている(例えば、Journal of the Ceramic Society of Japan、Vol.124 (2016)710−713)。本実施形態の新規チタン酸化物はHTOと類似の粉末XRDパターンを示すことから、類似の結晶構造を有していると考えられ、これらのピーク幅が広いことは、対応する面を多く有していることを意味しており、すなわちLiの挿入・脱離に適した表面をより多く持つこととなり、粉体の利用効率の観点から望ましい。ピークの幅の広がりはピーク半値幅(ピーク高さの1/2の高さにおける全幅)を用いて表され、結晶性や結晶子径を求める際に使用する。
Further, the titanium oxide has peak half widths of peaks existing at 2θ = 24.2 to 25.2 ° and 47.9 to 48.6 ° by powder X-ray diffraction using CuKα as a radiation source, respectively. It is characterized in that it is 0.5 to 2 ° and 0.25 to 1 °, preferably 0.6 to 1.4 ° and 0.3 to 0.5 °, respectively.
Normally, in powder X-ray diffraction of a crystalline compound, a peak appears at a position of 2θ value depending on the crystal structure of the sample, but the peak appears due to nanonization of the sample, inhibition of crystal growth, deterioration of crystallinity due to pulverization, etc. Wider width affects sample characteristics. Since the titanium oxide is synthesized while partially maintaining the layered structure of the precursor, crystal growth is inhibited, the crystallite diameter remains small, and the peak width is widened. In particular, in the HTO, it is reported that the peaks of 2θ = 24.2 to 25.2 ° and 47.9 to 48.6 ° correspond to the (110) plane and the (020) plane, respectively (for example, Materials Letters, Vol. 143 (2015) 101-104), tunnel structures suitable for insertion and desorption of Li + are formed in the [110] and [010] directions (for example, Journal of the Ceramic Society of Japan, Vol.124 (2016) 710-713). Since the novel titanium oxide of the present embodiment shows a powder XRD pattern similar to that of HTO, it is considered to have a similar crystal structure, and the wide peak width of these has many corresponding surfaces. That is, it has more surfaces suitable for inserting / removing Li + , which is desirable from the viewpoint of powder utilization efficiency. The spread of the peak width is expressed using the peak half-value width (total width at a height of 1/2 of the peak height), and is used when determining crystallinity and crystallite diameter.

(新規チタン酸ナトリウム水和物の製造方法)
本実施形態の製造方法では、まず、結晶性の高いチタン酸ナトリウム水和物を製造する。
チタン原料としては、チタンを含有するものであれば特に制限されず、例えば、チタン(金属チタン)及びTiO、Ti23、TiO2 等の酸化物、TiO(OH)2、TiO2・xH2O(xは任意)等で表される酸化チタン水和物、その他、塩化チタンや硫酸チタンなどの無機チタン化合物、チタンイソプロポキシドやチタンブトキシドなどの有機チタン化合物等が挙げられる。これらの中でも、特に酸化チタンや酸化チタン水和物が好ましく、TiO(OH)またはTiO・HOで表されるメタチタン酸やTiO・2HOで表されるオルトチタン酸、あるいはそれらの混合物などを用いることができる。
(Production method of new sodium titanate hydrate)
In the production method of the present embodiment, first, sodium titanate hydrate having high crystallinity is produced.
The titanium raw material is not particularly limited as long as it contains titanium, for example, titanium (metal titanium) and oxides such as TiO, Ti 2 O 3 , TiO 2 , TiO (OH) 2 , TiO 2 · xH. Examples include titanium oxide hydrate represented by 2 O (x is optional), inorganic titanium compounds such as titanium chloride and titanium sulfate, and organic titanium compounds such as titanium isopropoxide and titanium butoxide. Among these, are preferred in particular titanium oxide or titanium oxide hydrate, TiO (OH) 2 or orthotitanate represented by metatitanic acid and TiO 2 · 2H 2 O represented by TiO 2 · H 2 O or, A mixture thereof and the like can be used.

ナトリウム原料としては、ナトリウム(金属ナトリウム)及びナトリウム化合物の少なくとも1種を用いる。ナトリウム化合物としては、ナトリウムを含有する物であれば特に制限されず、例えばNa2O、Na22などの酸化物、Na2CO3,NaNO3等の塩類、NaOH等の水酸化物などが挙げられる。また、ナトリウム原料には同じアルカリ金属であるリチウムやカリウム等の金属及びリチウム化合物(例えば、LiO、LiCO,LiNO,LiOHなど)、カリウム化合物(例えば、KO、KCO,KNO,KOHなど)が混入していても良く、モル比でナトリウム原料が50%を超えていれば良い。これらの中でも、特にNaOHが好ましい。さらに、ナトリウム原料は、合成時のチタン原料の溶解を促進する働きもあるため、チタン原料に対して過剰に加える必要がある。例えば、TiOをチタン原料とした場合には、ナトリウム原料としてNaOHを選択した場合、重量比で8倍以上が好ましい。As the sodium raw material, at least one of sodium (metallic sodium) and a sodium compound is used. The sodium compound is not particularly limited as long as it contains sodium, for example, oxides such as Na 2 O and Na 2 O 2 , salts such as Na 2 CO 3 and Na NO 3 , hydroxides such as NaOH, and the like. Can be mentioned. In addition, the sodium raw material includes metals such as lithium and potassium, which are the same alkali metals, lithium compounds (for example, Li 2 O, Li 2 CO 3 , Li NO 3 , Li OH, etc.), and potassium compounds (for example, K 2 O, K 2). (CO 3 , KNO 3 , KOH, etc.) may be mixed, and the sodium raw material may exceed 50% in terms of molar ratio. Of these, NaOH is particularly preferable. Furthermore, since the sodium raw material also has a function of promoting the dissolution of the titanium raw material during synthesis, it is necessary to add it in excess to the titanium raw material. For example, when TiO 2 is used as a titanium raw material, when NaOH is selected as a sodium raw material, the weight ratio is preferably 8 times or more.

まず、これらを水またはエタノール、あるいはその混合物を溶媒として溶解あるいは懸濁して良く混合する。混合は、室温〜溶媒の沸点以下で行う。この際に、チタン原料の溶解や錯体形成を促して反応性を高めるために、過酸化水素やアンモニア、NH4F、グルコースなどを添加しても良い。また、分散性向上や結晶成長時の形態制御のために、各種界面活性剤や硫酸ナトリウムなどの無機、有機塩類を添加しても良い。更に、導電性を付与するためにカーボン粒子や化カーボンナノチューブ、グラフェン、酸化グラフェンなどを0.1wt%〜10wt%添加しても良く、これらは予め出発原料に複合化していても良い。 First, these are dissolved or suspended in water or ethanol or a mixture thereof as a solvent and mixed well. Mixing is carried out at room temperature to below the boiling point of the solvent. At this time, in order to increase the reactivity encourage dissolution and complexation of titanium raw material, hydrogen peroxide and ammonia, NH 4 F, or the like may be added glucose. In addition, various surfactants and inorganic and organic salts such as sodium sulfate may be added in order to improve the dispersibility and control the morphology during crystal growth. Further, carbon particles, carbon nanotubes, graphene, graphene oxide and the like may be added in an amount of 0.1 wt% to 10 wt% in order to impart conductivity, and these may be compounded with the starting material in advance.

この段階では、ほとんどの場合で、単なる原料の混合物あるいは結晶性の極めて低い化合物しか得られない。そのため、結晶性の高いチタン酸ナトリウム水和物を得るためには、原料の反応に加えて結晶成長を行う必要がある。このような合成方法としては、特に水熱合成法が好ましい。水熱合成法では、十分な反応や結晶成長が行えれば反応温度や時間については特に制約は無いが、反応温度としては190℃以上、反応時間としては10時間以上が好ましい。 At this stage, in most cases, only a mixture of raw materials or a compound with extremely low crystallinity is obtained. Therefore, in order to obtain highly crystalline sodium titanate hydrate, it is necessary to carry out crystal growth in addition to the reaction of the raw materials. As such a synthesis method, a hydrothermal synthesis method is particularly preferable. In the hydrothermal synthesis method, the reaction temperature and time are not particularly limited as long as sufficient reaction and crystal growth can be performed, but the reaction temperature is preferably 190 ° C. or higher and the reaction time is preferably 10 hours or longer.

ここで目的とする新規チタン酸ナトリウム水和物の化学組成と結晶性は、上記のチタン酸ナトリウム水和物に特有のX線回折パターンと同様のX線回折パターンを示す化合物を提供しうるものであり、一定以上の結晶性を有していれば足る。また、一定以上の結晶性が損なわれない範囲においては、粉砕などの分散・微粒化操作を加えても良い。
新規チタン酸ナトリウム水和物の形状については特に制約は無く、針状、棒状、柱状、紡錘状、筒状、繊維状などの異方性形状や、球状や不定形形状でも良い。また、これらの粒子をスプレードライヤーなどの公知の方法で造粒したものでも良い。
The desired chemical composition and crystallinity of the novel sodium titanate hydrate here can provide a compound showing an X-ray diffraction pattern similar to the X-ray diffraction pattern peculiar to the sodium titanate hydrate described above. It suffices if it has a certain degree of crystallinity. Further, a dispersion / atomization operation such as pulverization may be performed as long as the crystallinity above a certain level is not impaired.
The shape of the novel sodium titanate hydrate is not particularly limited, and may be an anisotropic shape such as a needle shape, a rod shape, a columnar shape, a spindle shape, a tubular shape, or a fibrous shape, or a spherical shape or an amorphous shape. Further, these particles may be granulated by a known method such as a spray dryer.

(新規チタン酸ナトリウム水和物のプロトン交換体の製造方法)
上記により得られた新規チタン酸ナトリウム水和物を出発原料として、酸性水溶液中でプロトン交換反応を適用することにより、出発原料化合物中のチタン酸ナトリウム水和物のほぼ全てが水素と交換したチタン酸ナトリウム水和物のプロトン交換体が得られる。
この場合、上記により得られたチタン酸ナトリウム水和物を酸性水溶液中に分散させ、一定時間保持した後、乾燥することが好ましい。使用する酸としては、任意の濃度の塩酸、硫酸、硝酸などの内で、いずれか1種類以上を含む水溶液が好ましい。この内、濃度0.1から1.0Nの希塩酸の使用が好ましい。処理時間としては、10時間から10日間、好ましくは、1日から7日間である。また、処理時間を短縮するために、適宜溶液を新しいものと交換することが好ましい。さらに、交換反応処理温度は室温(20℃)以上100℃未満であれば良い。乾燥は、公知の乾燥方法が適用可能であるが、真空乾燥等がより好ましい。
(Method for Producing Proton Exchanger of New Sodium Titanate Hydrate)
By applying the proton exchange reaction in an acidic aqueous solution using the novel sodium titanate hydrate obtained above as a starting material, almost all of the sodium titanate hydrate in the starting material compound is exchanged with hydrogen. A proton exchanger of sodium acid hydrate is obtained.
In this case, it is preferable that the sodium titanate hydrate obtained as described above is dispersed in an acidic aqueous solution, held for a certain period of time, and then dried. As the acid to be used, an aqueous solution containing at least one of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and the like having an arbitrary concentration is preferable. Of these, it is preferable to use dilute hydrochloric acid having a concentration of 0.1 to 1.0 N. The treatment time is 10 hours to 10 days, preferably 1 to 7 days. Further, in order to shorten the treatment time, it is preferable to replace the solution with a new one as appropriate. Further, the exchange reaction treatment temperature may be room temperature (20 ° C.) or higher and lower than 100 ° C. A known drying method can be applied to the drying, but vacuum drying or the like is more preferable.

このようにして得られたチタン酸ナトリウム水和物のプロトン交換体は、エネルギー分散型X線分光装置を用いた固体状態での分析ではNaを検出ができず、その交換処理の条件を最適化することにより、出発原料に由来して残存するナトリウム量を、湿式法による化学分析の検出限界以下にまで低減することが可能である。 In the proton exchanger of sodium titanate hydrate obtained in this way, Na could not be detected by analysis in the solid state using an energy dispersive X-ray spectrometer, and the conditions of the exchange process were optimized. By doing so, it is possible to reduce the amount of sodium remaining from the starting material to below the detection limit of chemical analysis by the wet method.

(新規チタン酸化物の製造方法)
上記により得られたチタン酸ナトリウム水和物のプロトン交換体を出発原料として、空気中などの酸素ガス含有雰囲気中、あるいは窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気中で熱処理することによって、所望の脱水反応を起こすことで、チタン酸化物が得られる。また、上記雰囲気を減圧あるいは真空にすることで、脱水反応を促進することができる。熱処理の温度は、250℃から500℃、好ましくは260℃から400℃の範囲である。処理時間は、通常0.5から100時間、好ましくは1から30時間であり、処理温度が高い程、処理時間を短くすることができる。
(Manufacturing method of new titanium oxide)
Desirable dehydration by heat treatment using the proton exchanger of sodium titanate hydrate obtained above as a starting material in an oxygen gas-containing atmosphere such as air or in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. By causing the reaction, titanium oxide is obtained. Further, the dehydration reaction can be promoted by reducing the pressure or vacuuming the above atmosphere. The heat treatment temperature is in the range of 250 ° C to 500 ° C, preferably 260 ° C to 400 ° C. The treatment time is usually 0.5 to 100 hours, preferably 1 to 30 hours, and the higher the treatment temperature, the shorter the treatment time can be.

(新規チタン酸ナトリウム水和物の特徴)
本実施形態の新規チタン酸ナトリウム水和物は、CuKαを線源とした粉末X線回折パターンにおいて、2θ=10.1〜10.5°、15.4〜15.8°、24.7〜25.1°、29.4〜29.8°、48.2〜48.6°の位置に少なくともピークを有し、前記2θ=24.7〜25.1°、29.4〜29.8°、48.2〜48.6°に存在するピークのピーク半値幅がそれぞれ0.8°以下であることを特徴とする。
上記のチタン酸ナトリウム水和物は、層状構造を有する結晶性化合物である。通常、層状構造を持つ結晶性化合物は、ルチルやアナターゼなどの結晶のTi-O原子間距離より長い層間距離を持っており、この層間にナトリウムイオンや水などを含むことによって結晶構造が安定化している。このナトリウムイオンや水などは比較的緩やかに結合しているため、結晶性が高い場合には、その層状構造を維持しながら、イオン交換によってナトリウムイオンを別のイオンに置換したり、可逆的に水の出し入れが可能である。本実施形態の場合には、酸性水溶液を用いてその層状構造を維持しながらNa/Hイオン交換を行っている。このイオン交換体を熱処理すると、層状構造が部分的に維持された状態で脱水反応が進行するため、ルチルやアナターゼのような代表的なチタン酸化物よりTi-O原子間距離が長くなり、本実施形態の特徴を持つチタン酸化物となる。一方、同様の粉末X線回折パターンを持っていても、ピーク半値幅が広い、すなわち結晶性が低いチタン酸ナトリウム水和物を用いた場合、結晶構造が発達していないために、Na/Hイオン交換を行う際に層状構造が維持できずに結晶構造が崩れてしまい、熱処理して得られるチタン酸化物はアナターゼやルチルなどの代表的なチタン酸化物を主体とするものになる。
(Characteristics of new sodium titanate hydrate)
The novel sodium titanate hydrate of the present embodiment has 2θ = 10.1 to 10.5 °, 15.4 to 15.8 °, and 24.7 to 2θ = 10.1 to 10.5 ° in a powder X-ray diffraction pattern using CuKα as a radiation source. It has at least peaks at 25.1 °, 29.4 to 29.8 °, and 48.2 to 48.6 °, and 2θ = 24.7 to 25.1 ° and 29.4 to 29.8. It is characterized in that the peak half-value widths of the peaks existing at ° and 48.2 to 48.6 ° are 0.8 ° or less, respectively.
The sodium titanate hydrate described above is a crystalline compound having a layered structure. Normally, a crystalline compound having a layered structure has an interlayer distance longer than the Ti-O atom distance of crystals such as rutile and anatase, and the crystal structure is stabilized by containing sodium ions, water, etc. between these layers. ing. Since these sodium ions and water are relatively loosely bonded, when the crystallinity is high, the sodium ion can be replaced with another ion by ion exchange or reversibly while maintaining the layered structure. Water can be taken in and out. In the case of this embodiment, Na + / H + ion exchange is performed using an acidic aqueous solution while maintaining the layered structure. When this ion exchanger is heat-treated, the dehydration reaction proceeds with the layered structure partially maintained, so the distance between Ti-O atoms becomes longer than that of typical titanium oxides such as rutile and anatase. It is a titanium oxide having the characteristics of the embodiment. On the other hand, even if it has a similar powder X-ray diffraction pattern, when sodium titanate hydrate having a wide peak half-value width, that is, low crystallinity is used, the crystal structure is not developed, so Na + / When H + ion exchange is performed, the layered structure cannot be maintained and the crystal structure collapses, and the titanium oxide obtained by heat treatment is mainly composed of typical titanium oxides such as anatase and rutile.

また、前記チタン酸ナトリウム水和物は、1H固体NMR測定において、400MHzの電磁波を用い、毎分10000〜12500回転した室温の試料から得られるスペクトルをピーク分離した際に、ピークトップが11.4〜12.7ppmと6.4〜7.6ppmに存在することを特徴とする。
通常、NMRのシグナルは個々の局所構造を持つ1Hシグナルの重なりによって表示されるため、試料の含水量によっても変化する。そのため、シグナルを複数のピークにピーク分離することで、局所構造の異なるH(例えば吸着あるいは層間に含水している水や結晶構造内の占有サイトが異なるHなど)を区別することができる。
ピーク分離は、一般的にはローレンツ型分布やガウス型分布などの形状を持つピークを複数設定し、各シグナルのピーク強度の合計が元々の測定結果とのずれが最小となるようにピーク位置やピーク強度、半値幅を変化させてフィッティングを行い、ピーク分離を行う。ピーク分離の数は、存在すると想定されるHの局所構造の数であり、Hの局所構造によってピーク位置のおよその範囲が決まるため、フィッティングの際にピーク位置や半値幅に制限を設けることがある。
Further, the sodium titanate hydrate had a peak top of 11. when the spectrum obtained from a sample at room temperature rotated at 1000 to 12500 rpm was peak-separated using an electromagnetic wave of 400 MHz in 1 H solid-state NMR measurement. It is characterized by being present at 4 to 12.7 ppm and 6.4 to 7.6 ppm.
Usually, the signal of NMR is to be displayed by the overlap of the 1 H signals with individual local structure, also vary according to the moisture content of the sample. Therefore, by separating the signal into a plurality of peaks, it is possible to distinguish 1 H having a different local structure (for example, 1 H having different adsorption or water content between layers or 1 H having different occupied sites in the crystal structure). ..
In peak separation, generally, multiple peaks having shapes such as Lorentz type distribution and Gauss type distribution are set, and the peak position and the peak position are set so that the total peak intensity of each signal deviates from the original measurement result to the minimum. Fitting is performed by changing the peak intensity and half width, and peak separation is performed. The number of peak separations is the number of 1 H local structures that are assumed to exist, and since the 1 H local structure determines the approximate range of peak positions, limits the peak positions and full width at half maximum are set during fitting. Sometimes.

(リチウム二次電池)
本実施形態に係るリチウム二次電池(蓄電デバイス)は、上記チタン酸化物を含む電極活物質を含有する電極を構成部材として用いるものである。すなわち、電極材料のひとつに本実施形態のチタン酸化物活物質を用いる以外は、公知のリチウム二次電池(コイン型、ボタン型、円筒型、全固体型等)の電池要素をそのまま採用することができる。
図17は、本実施形態に係るリチウム二次電池を、コイン型電池に適用した1例を示す模式図である。このコイン型電池1は、負極端子2、負極3、(セパレータ+電解液)4、絶縁パッキング5、正極6、正極缶7により構成される。
(Lithium secondary battery)
The lithium secondary battery (storage device) according to the present embodiment uses the electrode containing the electrode active material containing the titanium oxide as a constituent member. That is, except that the titanium oxide active material of the present embodiment is used as one of the electrode materials, the battery elements of known lithium secondary batteries (coin type, button type, cylindrical type, all-solid type, etc.) are adopted as they are. Can be done.
FIG. 17 is a schematic view showing an example in which the lithium secondary battery according to the present embodiment is applied to a coin-type battery. The coin-type battery 1 is composed of a negative electrode terminal 2, a negative electrode 3, (separator + electrolytic solution) 4, an insulating packing 5, a positive electrode 6, and a positive electrode can 7.

リチウム二次電池では、上記チタン酸化物を含む活物質に、必要に応じて導電剤、結着剤等を配合して電極合材を調整し、これを集電体に圧着することにより電極が作製できる。集電体としては、好ましくはステンレスメッシュ、アルミ箔等を用いることができる。導電剤としては、好ましくはアセチレンブラック、ケッチェンブラック等を用いることができる。結着剤としては、好ましくはテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等を用いることができる。 In a lithium secondary battery, an electrode mixture is prepared by blending a conductive agent, a binder, etc. with the active material containing titanium oxide as necessary, and the electrode mixture is pressed against a current collector to form an electrode. Can be made. As the current collector, a stainless mesh, aluminum foil, or the like can be preferably used. As the conductive agent, acetylene black, Ketjen black or the like can be preferably used. As the binder, tetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride or the like can be preferably used.

電極合材における電極活物質、導電剤、結着剤等の配合も特に限定的ではないが、通常は導電剤が1〜30重量%程度(好ましくは5〜25重量%)、結着剤が0〜30重量%(好ましくは3〜10重量%)とし、残部を電極活物質となるようにすればよい。 The composition of the electrode active material, the conductive agent, the binder, etc. in the electrode mixture is not particularly limited, but usually the conductive agent is about 1 to 30% by weight (preferably 5 to 25% by weight), and the binder is. It may be 0 to 30% by weight (preferably 3 to 10% by weight), and the balance may be used as an electrode active material.

リチウム二次電池において、上記電極に対する対極としては、例えば金属リチウム、リチウム合金など、負極として機能し、リチウムを吸蔵している公知のものを採用することができる。或いは、対極として、リチウムコバルト酸化物(LiCoO)やスピネル型リチウムマンガン酸化物(LiMn)などの、正極として機能し、かつリチウムを吸蔵している公知のものも採用することもできる。すなわち、組み合わせる電極構成材料によって、本実施形態の電極活物質を含有する電極は、正極としても、負極としても機能できる。In the lithium secondary battery, as the counter electrode to the electrode, a known one that functions as a negative electrode and occludes lithium, such as metallic lithium or a lithium alloy, can be adopted. Alternatively, as a counter electrode, known ones such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and spinel-type lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ) that function as a positive electrode and occlude lithium can also be adopted. .. That is, depending on the electrode constituent material to be combined, the electrode containing the electrode active material of the present embodiment can function as both a positive electrode and a negative electrode.

また、本実施形態のリチウム二次電池において、セパレータ、電池容器等も公知の電池要素を採用すればよい。 Further, in the lithium secondary battery of the present embodiment, known battery elements may be adopted for the separator, the battery container and the like.

さらに、電解質としても公知の電解液、固体電解質等が適用できる。例えば、電解液としては、過塩素酸リチウム、6フッ化リン酸リチウム等の電解質を、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)等の溶媒に溶解させたものが使用できる。 Further, as the electrolyte, a known electrolyte, a solid electrolyte, or the like can be applied. For example, as the electrolytic solution, an electrolyte such as lithium perchlorate or lithium hexafluorophosphate is used as a solvent such as ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), propylene carbonate (PC), and diethyl carbonate (DEC). The dissolved one can be used.

以下に、実施例を示し、本発明の特徴とするところをより一層明確にする。本発明は、これら実施例に限定されるものではない。 Examples are shown below to further clarify the features of the present invention. The present invention is not limited to these examples.

実施例1
(新規チタン酸ナトリウム水和物の製造方法)
二酸化チタン(結晶形:アナターゼ、比表面積:280m/g)2gを水酸化ナトリウム20gと蒸留水50mlと合わせて混合し、内容積100mlのテフロン(登録商標)ライナー付き水熱合成容器に封入した。これを恒温槽に入れて室温から1時間で200℃まで昇温し、その後24時間保持し水熱合成を行った。合成終了後、恒温槽内で室温まで自然冷却した。冷却後、水熱合成容器から溶液ごと試料を取り出し、メンブレンフィルター(細孔径:0.2μm)を用いて固形分を吸引濾過で分離回収した。回収した固形分は、洗浄のために、超音波洗浄器を用いてイオン交換水に一旦分散し、再度メンブレンフィルターを用いて吸引濾過を行った。回収した固形分は70℃の乾燥器にて一昼夜乾燥し、凝集物をメノウ乳鉢で軽く解砕して、試料Aを得た。
Example 1
(Production method of new sodium titanate hydrate)
2 g of titanium dioxide (crystal form: anatase, specific surface area: 280 m 2 / g) was mixed with 20 g of sodium hydroxide and 50 ml of distilled water, and sealed in a hydrothermal synthesis container with a Teflon® liner having an internal volume of 100 ml. .. This was placed in a constant temperature bath, the temperature was raised from room temperature to 200 ° C. in 1 hour, and then held for 24 hours for hydrothermal synthesis. After completion of the synthesis, the mixture was naturally cooled to room temperature in a constant temperature bath. After cooling, the sample was taken out from the hydrothermal synthesis container together with the solution, and the solid content was separated and collected by suction filtration using a membrane filter (pore diameter: 0.2 μm). The recovered solid content was once dispersed in ion-exchanged water using an ultrasonic cleaner for cleaning, and suction filtration was performed again using a membrane filter. The recovered solid content was dried in a dryer at 70 ° C. for a whole day and night, and the agglutinate was lightly crushed in an agate mortar to obtain Sample A.

(新規チタン酸ナトリウム水和物の分析)
このようにして得られた試料Aは、図2のエネルギー分散型X線分光装置を用いた特性X線測定による元素分析でNa、Ti、Oが構成元素として含まれていることがわかった(Cは両面テープあるいは炭素導電膜蒸着に由来)。また、図3のFT-IRによる吸収スペクトル測定では、3120cm-1付近(図3中の矢印)にブロードな吸収ピークが見られ、このことから、試料AにはOH基が存在することがわかった。さらに図4の熱重量分析により、室温から200℃付近までの加熱による重量減少と吸熱反応が認められ、吸着水及び層間や結晶構造中に取り込まれている水の脱離が起こっていることがわかった。重量変化がほとんどなくなった600℃まで加熱した場合の重量減少は10.13wt%であった。これらの結果より、試料Aはチタン酸ナトリウム水和物であることが明らかとなった。
図5に示すように、試料Aは、CuKαを線源とした粉末X線回折により、2θ=10.42°(ピーク1)、15.68°(ピーク2)、24.96°(ピーク3)、29.68°(ピーク4)、48.44°(ピーク5)の位置に少なくともピークを有していた。代表的なチタン酸ナトリウム水和物の粉末X線回折結果と比較してみたところ、表1のような結果となり、上記のピークを全て満たすチタン酸ナトリウム水和物は見つからず、新規チタン酸ナトリウム水和物であることがわかった。また、表2に示すように、前記ピーク3〜5のピーク半値幅がそれぞれ0.23°、0.40°、0.23°であった。
(Analysis of novel sodium titanate hydrate)
The sample A thus obtained was found to contain Na, Ti, and O as constituent elements by elemental analysis by characteristic X-ray measurement using the energy dispersive X-ray spectroscope of FIG. 2 (Fig. 2). C is derived from double-sided tape or carbon conductive film deposition). In addition, in the absorption spectrum measurement by FT-IR in FIG. 3, a broad absorption peak was observed near 3120 cm -1 (arrow in FIG. 3), and it was found that the sample A had an OH group. It was. Furthermore, the thermogravimetric analysis of FIG. 4 showed weight loss and endothermic reaction due to heating from room temperature to around 200 ° C., indicating that the adsorbed water and the water incorporated in the layers and crystal structure were desorbed. all right. The weight loss when heated to 600 ° C. where there was almost no change in weight was 10.13 wt%. From these results, it was clarified that Sample A was sodium titanate hydrate.
As shown in FIG. 5, sample A was subjected to powder X-ray diffraction using CuKα as a radiation source, and 2θ = 10.42 ° (peak 1), 15.68 ° (peak 2), and 24.96 ° (peak 3). ), 29.68 ° (peak 4), 48.44 ° (peak 5) had at least a peak. When compared with the powder X-ray diffraction results of typical sodium titanate hydrate, the results are as shown in Table 1. No sodium titanate hydrate satisfying all of the above peaks was found, and new sodium titanate was found. It turned out to be a hydrate. Further, as shown in Table 2, the peak half widths of the peaks 3 to 5 were 0.23 °, 0.40 °, and 0.23 °, respectively.

試料AのH固体NMRによる分析には、ブルカー製NMR AVANCEIII 400WBを用いて室温にて行った。分析前の試料の乾燥状態によって、図6のように得られるシグナルパターンが異なっていた。乾燥温度が高くなると、5.3ppm付近のシグナルが急速に減少しており、13.1ppm付近のシグナルがケミカルシフトの低い方へ移動していた。このことより、5.3ppm及び13.1ppm付近は吸着水や層間に入り込んだ水による1H固体NMRのシグナルであり、それ以外が試料A本来の1H固体NMRシグナルである。110℃で乾燥した試料には、上記以外に12.03ppm、7.04ppm、1.74ppmにシグナルピークを示していた。なお、どの測定においてもケミカルシフト1.7ppm付近にシグナルが観察されるが、これはZrO2製測定容器に由来するものであり、測定容器のみで測定した場合、ケミカルシフト1.68ppmの位置に現れた。なお、H固体NMRのケミカルシフト値の校正は、グリシンのカルボニル基を176.48ppmに合わせている。
十分に乾燥することで試料本来のH固体NMRシグナルを得ることができるが、これ自体が異なる局所構造を持つ1H固体NMRシグナルの重ね合わせによって示されているため、個々のシグナルを正確に把握するため、ピーク分離を行った。ローレンツ型分布のピークを5つ設定し、Hの由来がわかっている1.68ppm、5.3ppm、13.1ppm付近のシグナルはフィッティング時におけるピーク位置の変動範囲を±0.05ppmに制限した。また、各ピークの半値幅は2ppm以下とした。乾燥状態の異なる3つの試料の1H固体NMR測定結果についてピーク分離を行った結果、図6のように5つのピークに分離できた。ピーク分離後のピーク位置はそれぞれ表3のようになり、ピークb及びcが試料に由来する1H固体NMRシグナルであった。
The analysis by 1 H solid NMR of the sample A was carried out at room temperature using a Bruker NMR AVANCEIII 400WB. The signal pattern obtained was different as shown in Fig. 6 depending on the dry state of the sample before analysis. As the drying temperature increased, the signal around 5.3 ppm rapidly decreased, and the signal around 13.1 ppm moved to the lower side of the chemical shift. From this fact, around 5.3ppm and 13.1ppm is the signal of the 1 H solid state NMR with water that has entered the adsorbed water and interlayer, the other is the specimen A native of the 1 H solid state NMR signal. In addition to the above, the sample dried at 110 ° C. showed signal peaks at 12.03 ppm, 7.04 ppm, and 1.74 ppm. A signal is observed near 1.7 ppm of chemical shift in all measurements, but this is derived from the measuring container made of ZrO 2 , and when measured only with the measuring container, the signal is at the position of 1.68 ppm of chemical shift. Appeared. Incidentally, the calibration of the chemical shift value of the 1 H solid NMR is combined carbonyl group of glycine 176.48Ppm.
Although it is possible to obtain the original of the 1 H solid NMR signals sample by sufficiently drying, which because itself is indicated by the superposition of the 1 H solid NMR signals with different local structures, precisely the individual signals Peak separation was performed to understand. The peak of the Lorentzian distribution with five settings, 1.68Ppm you know the origin of the 1 H, 5.3 ppm, the signals near 13.1ppm limited the range of variation of the peak position when fitted to ± 0.05 ppm .. The half width of each peak was set to 2 ppm or less. 1 three samples with different dry H solid NMR measurement results of peak separation for, could be separated into five peaks as shown in FIG. Peak position after peak separation is as shown in each of Tables 3, peaks b and c were a 1 H solid NMR signal derived from the sample.

(新規チタン酸ナトリウムのイオン交換体の製造方法)
試料A約1gを25℃の室温で、0.5mol/Lの塩酸水溶液100mLに懸濁し、テフロン加工したマグネット撹拌子で12時間撹拌し、その後12時間静置して固形物を沈降させ、上澄み液を除去した。残った固形分に新鮮な0.5mol/Lの塩酸水溶液を100mLになるように追加して同様の操作を更に2回行った。最後にイオン交換水で洗い流しながら、メンブレンフィルター(細孔径:0.2μm)で固形分を吸引濾過した。この段階で、イオン交換水で固形分を複数回洗浄し、フィルターに付着したまま固形分をシャーレに載せて60℃の乾燥器に入れて一昼夜乾燥して、試料A’を得た。
(Manufacturing method of new sodium titanate ion exchanger)
Approximately 1 g of Sample A was suspended in 100 mL of a 0.5 mol / L hydrochloric acid aqueous solution at room temperature of 25 ° C., stirred with a Teflon-processed magnet stirrer for 12 hours, and then allowed to stand for 12 hours to allow the solid matter to settle and become a supernatant. The liquid was removed. A fresh 0.5 mol / L hydrochloric acid aqueous solution was added to the remaining solid content to 100 mL, and the same operation was performed twice more. Finally, the solid content was suction-filtered with a membrane filter (pore diameter: 0.2 μm) while rinsing with ion-exchanged water. At this stage, the solid content was washed with ion-exchanged water a plurality of times, the solid content was placed on a petri dish while adhering to the filter, placed in a dryer at 60 ° C., and dried for 24 hours to obtain Sample A'.

(新規チタン酸ナトリウム水和物のイオン交換体の分析)
このようにして得られた試料A’は、図7のエネルギー分散型X線分光装置を用いた特性X線測定による元素分析でTiとOが構成元素として含まれていることがわかり、Naは確認することができなかったことから、Na+/H+イオン交換が行われていることがわかった。また、図8のFT-IRによる吸収スペクトル測定では、3130cm-1付近(図8中の矢印)にブロードな吸収ピークが見られ、このことから、試料A’にはOH基が存在することがわかった。更に図9の熱重量分析により、室温から200℃付近までの加熱による重量減少と吸熱反応が認められ、吸着水及び層間や結晶構造中に取り込まれている水の脱離が起こっていることがわかった。重量変化がほとんどなくなった600℃まで加熱した場合の重量減少は15.53wt%であった。
試料A’は、CuKαを線源とした粉末X線回折により、図10のようなパターンを示しており、2θ=10.97°の位置にシャープなピークを有していることから、層状構造を維持したまま、イオン交換が行われていることがわかった。
試料A’のH固体NMRによる分析は、チタン酸ナトリウム水和物の測定を参考にして、110℃で乾燥した状態の物を用いて行った。試料A’では、図11のように、ピーク分離により、12.1ppm、10.2ppm、7.8ppm、5.3ppm、1.63ppm(測定容器由来)の5つのピークが確認された。
(Analysis of ion exchanger of novel sodium titanate hydrate)
The sample A'obtained in this way was found to contain Ti and O as constituent elements by elemental analysis by characteristic X-ray measurement using the energy dispersive X-ray spectrometer shown in FIG. 7, and Na was Since it could not be confirmed, it was found that Na + / H + ion exchange was performed. In addition, in the absorption spectrum measurement by FT-IR in FIG. 8, a broad absorption peak was observed near 3130 cm -1 (arrow in FIG. 8), and from this, it is possible that the sample A'has an OH group. all right. Furthermore, the thermogravimetric analysis of FIG. 9 showed that weight loss and endothermic reaction due to heating from room temperature to around 200 ° C. were observed, and that adsorbed water and water incorporated in the layers and crystal structure were desorbed. all right. The weight loss when heated to 600 ° C. where there was almost no change in weight was 15.53 wt%.
Sample A'shows a pattern as shown in FIG. 10 by powder X-ray diffraction using CuKα as a radiation source, and has a sharp peak at the position of 2θ = 10.97 °, so that it has a layered structure. It was found that ion exchange was carried out while maintaining the above.
Analysis by 1 H solid NMR samples A 'are set in reference to the measurement of sodium titanate hydrate was performed using things dry state at 110 ° C.. In sample A', as shown in FIG. 11, five peaks of 12.1 ppm, 10.2 ppm, 7.8 ppm, 5.3 ppm, and 1.63 ppm (derived from the measuring container) were confirmed by peak separation.

(新規チタン酸化物の製造方法)
試料A’約0.5gをアルミナ製容器に入れ、ボックス型の電気炉を用いて、空気中、260℃で5時間焼成し、その後炉冷し、試料A”を得た。
(Manufacturing method of new titanium oxide)
Approximately 0.5 g of Sample A'was placed in an alumina container, fired in air at 260 ° C. for 5 hours using a box-type electric furnace, and then cooled in the furnace to obtain Sample A'.

比較例1
特許文献2の方法で、HTO(試料B)を得た。
Comparative Example 1
HTO (Sample B) was obtained by the method of Patent Document 2.

(新規チタン酸化物[試料A”]とHTO[試料B]の分析)
このようにして得られた試料A”は、エネルギー分散型X線分光装置を用いた特性X線測定による元素分析でTiとOが構成元素として含まれていることがわかった(図12)。また、図13に試料A”と試料Bの FT-IRによる吸収スペクトル測定を示す。試料A”では3300cm-1付近(図13中の矢印)にブロードな吸収ピーク、試料Bでは3420cm−1付近に吸収ピークが見られ、このことから、試料A”と試料BにはOH基が存在することがわかった。さらに500〜1000cm-1付近は、Ti-O-Ti骨格による伸縮振動が現れる領域であり、試料A”においては760cm−1と960cm−1にTi-O-Ti骨格の伸縮振動による吸収スペクトルが見られた。試料Bにおいては760cm−1と910cm−1に吸収スペクトルが見られたが、高波数側のピークの位置が試料A”とは異なっていた。
図14の熱重量分析により、試料A”では、室温から200℃付近までの加熱による重量減少と吸熱反応が認められ、吸着水及び層間や結晶構造中に取り込まれている水の脱離が起こっていることがわかった。重量変化がほとんどなくなった600℃まで加熱した場合の重量減少は、4.04wt%であった。また、260℃で加熱して脱水した直後の試料A”9.25mgを大気中に3日間放置すると0.54mg(5.8wt%)の重量の増加が確認され、層状構造などの大気中の水分を吸収しやすい構造が残っていることがわかった。試料Bの熱重量分析では、200℃付近までの加熱ではほとんど重量減少は起きておらず、吸着水及び層間などに取り込まれている水がほとんどないことを示していた。また、試料Bの600℃までの加熱での重量減少は2.19wt%であり、試料A”とは加熱時の挙動が大きく異なっていた。
試料A”は、CuKαを線源とした粉末X線回折により、図15のようなパターンを示しており、2θ=14.0°、24.4°、28.8°、44.0°、48.1°、57.3°、67.1°の位置に少なくともピークを有しており、全体的にピークが広がっていた。2θ=24.4°、48.1°のピーク半値幅はそれぞれ、1.18°と0.34°であった。試料Bは、2θ=14.0°、24.7°、28.7°、44.4°、48.5°、57.5°、67.1°の位置にピークを有しており、2θ=24.7°、48.5°のピーク半値幅は、それぞれ0.19°と0.20°であった。
試料A”と試料BのH固体NMRによる分析は、チタン酸ナトリウム水和物の測定を参考にして、110℃で乾燥した状態の物を用いて行った。図16に試料A”と試料BのH固体NMR測定結果を、表4にピーク分離後のピーク位置とピーク強度比を示した。試料A”では、ピーク分離により、ピーク1(10.22ppm、試料由来)、ピーク2(7.15ppm、試料由来)、ピーク3(1.63ppm、測定容器由来)にシグナルピークを示していた。試料BのH固体NMRによる分析では、10.01ppm(ピーク1)と6.62ppm(ピーク2)にシグナルピークを持っており、試料A”とは異なっていた。また、試料A”のピーク強度比(Iピーク1/Iピーク2)は、0.47であり、試料Bでは2.74であった。これらのことから、試料A”と試料Bでは、ピーク位置及びピーク強度比が異なっており、すなわち、Hの局所構造及びその存在比が異なっており、異なる物質であることが明らかとなった。
(Analysis of new titanium oxide [Sample A]] and HTO [Sample B])
The sample A "obtained in this way was found to contain Ti and O as constituent elements by elemental analysis by characteristic X-ray measurement using an energy dispersive X-ray spectroscope (FIG. 12). In addition, FIG. 13 shows the absorption spectrum measurement of sample A ”and sample B by FT-IR. A broad absorption peak was observed near 3300 cm -1 (arrow in FIG. 13) in sample A ", and an absorption peak was observed near 3420 cm -1 in sample B. From this, OH groups were observed in sample A" and sample B. It turned out to exist. Further 500~1000cm around -1 is an area stretching vibration by Ti-O-Ti skeleton appears, the absorption spectrum by stretching vibration of Ti-O-Ti skeleton 760 cm -1 and 960 cm -1 in the sample A " in seen. sample B but absorption spectrum was observed at 760 cm -1 and 910 cm -1, the position of the peak of the high-wavenumber side is different from the sample a ".
According to the thermogravimetric analysis of FIG. 14, in sample A ", weight loss and endothermic reaction due to heating from room temperature to around 200 ° C. were observed, and desorption of adsorbed water and water incorporated in layers and crystal structures occurred. The weight loss when heated to 600 ° C. where there was almost no change in weight was 4.04 wt%. In addition, sample A "9.25 mg immediately after heating at 260 ° C. and dehydrated. When the sample was left in the air for 3 days, an increase in weight of 0.54 mg (5.8 wt%) was confirmed, and it was found that a structure such as a layered structure that easily absorbs water in the air remains. The thermogravimetric analysis of sample B showed that almost no weight loss occurred when heated to around 200 ° C., and that there was almost no adsorbed water or water taken in between layers. Further, the weight loss of sample B when heated to 600 ° C. was 2.19 wt%, which was significantly different from that of sample A ”when heated.
Sample A ”shows a pattern as shown in FIG. 15 by powder X-ray diffraction using CuKα as a radiation source, and 2θ = 14.0 °, 24.4 °, 28.8 °, 44.0 °, It had at least peaks at 48.1 °, 57.3 °, and 67.1 °, and the peak was widespread as a whole. The peak half width at 2θ = 24.4 ° and 48.1 ° was It was 1.18 ° and 0.34 °, respectively. Sample B was 2θ = 14.0 °, 24.7 °, 28.7 °, 44.4 °, 48.5 °, 57.5 °, respectively. , 67.1 °, and the peak widths at 2θ = 24.7 ° and 48.5 ° were 0.19 ° and 0.20 °, respectively.
Sample A "analysis by 1 H solid NMR the sample B are set in reference to the measurement of sodium titanate hydrate was performed using things dry state at 110 ° C.. Sample A in FIG. 16" and the sample the 1 H solid NMR measurement results of B, showed a peak position and peak intensity ratio after peak separation in Table 4. In "Sample A", signal peaks were shown at peak 1 (10.22 ppm, derived from the sample), peak 2 (7.15 ppm, derived from the sample), and peak 3 (1.63 ppm, derived from the measuring container) by peak separation. analysis by 1 H solid NMR sample B, and with the signal peaks in 10.01Ppm (peak 1) and 6.62Ppm (peak 2) was different from the sample a ". The peak intensity ratio (I peak 1 / I peak 2 ) of sample A "was 0.47 and was 2.74 in sample B. From these facts, the peaks in sample A" and sample B It was revealed that the positions and peak intensity ratios are different, that is, the local structure of H and its abundance ratio are different, and the substances are different.

(リチウム二次電池)
このようにして得られた試料A”と試料Bを活物質として、導電剤としてアセチレンブラック、結着剤としてポリテトラフルオロエチレンを重量比で5:5:1となるように配合して電極を作製し、対極にリチウム金属を用いて、6フッ化リン酸リチウムをエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との混合溶媒(体積比1:1)に溶解させた1M溶液を電解液とする、図17に示す構造のリチウム二次電池(コイン型セル)を作製し、その電気化学的リチウム挿入・脱離挙動を測定した。電池の作製は、公知のセルの構造・組み立て方法に従って行った。
(Lithium secondary battery)
Using the sample A "and sample B thus obtained as active materials, acetylene black as a conductive agent and polytetrafluoroethylene as a binder are blended in a weight ratio of 5: 5: 1 to prepare an electrode. A 1M solution prepared by dissolving lithium hexafluorophosphate in a mixed solvent (volume ratio 1: 1) of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) using lithium metal as the counter electrode was used as the electrolytic solution. A lithium secondary battery (coin-type cell) having the structure shown in FIG. 17 was prepared, and the electrochemical lithium insertion / removal behavior was measured. The battery was manufactured according to a known cell structure / assembly method. It was.

作製されたリチウム二次電池について、25℃の温度条件下で、電流密度10mA/g、3.0V−1.0Vのカットオフ電位で電気化学的にリチウム挿入・脱離試験を行った。リチウム挿入時には電圧が1.0Vに達した後、2時間1.0Vを維持した。リチウム挿入・脱離に伴う電圧変化を図18に示す。いずれも1.6V付近に電圧平坦部を有し、可逆的なリチウム挿入・脱離反応が可能であることが判明した。試料A”のリチウム挿入量を電圧が1.0Vに達した時点で評価すると、活物質重量当たりの初期挿入量は286mAh/gであり、試料Bの259mAh/gより高い値であった。また、試料A”の初期脱離量は247mAh/gであり、初期充放電効率は86%であり、試料B(86%)とほぼ同等であった。さらに、10サイクル後においても試料A”は246mAh/gの放電容量を維持可能であることが明らかになった。以上から、本発明の新規チタン酸化物活物質は、試料Bを凌ぐ可逆性の高いリチウム挿入・脱離反応が可能であり、リチウム二次電池電極材料として有望であることが明らかとなった。 The produced lithium secondary battery was electrochemically subjected to a lithium insertion / desorption test at a current density of 10 mA / g and a cutoff potential of 3.0 V-1.0 V under a temperature condition of 25 ° C. When lithium was inserted, the voltage reached 1.0 V and then maintained 1.0 V for 2 hours. FIG. 18 shows the voltage change due to the insertion / removal of lithium. It was found that all of them have a flat voltage portion near 1.6 V and can perform a reversible lithium insertion / desorption reaction. When the lithium insertion amount of "Sample A" was evaluated when the voltage reached 1.0 V, the initial insertion amount per active material weight was 286 mAh / g, which was higher than that of Sample B of 259 mAh / g. The initial desorption amount of "Sample A" was 247 mAh / g, and the initial charge / discharge efficiency was 86%, which was almost the same as that of Sample B (86%). Furthermore, it was clarified that the sample A "can maintain a discharge capacity of 246 mAh / g even after 10 cycles. From the above, the novel titanium oxide active material of the present invention is more reversible than the sample B. It has been clarified that a high lithium insertion / removal reaction is possible and it is promising as a lithium secondary battery electrode material.

実施例2
実施例1のチタン酸ナトリウム水和物の合成において、導電性カーボン微粒子(TIMICAL社製 SuperC65、比表面積46m/g)20mgを添加して合成を行い、試料Cを得た。
図19及び表2に示すように、試料Cは、CuKαを線源とした粉末X線回折により、2θ=10.37°、15.73°、24.9°、29.7°、48.52°に少なくともピークを有しており、前記2θ=24.9°、29.7°、48.52°に存在するピークのピーク半値幅がそれぞれ0.29°、0.49°、0.29°であった。
試料Cを実施例1と同様にイオン交換して焼成を行ったもの(試料C”)は、実施例1(図15)と同様の粉末X線回折のパターンを示し(図20)、2θ=24.4°、48.2°のピーク半値幅はそれぞれ、1.0°と0.45°であった。
試料C“を用いて実施例1と同様にリチウム二次電池を作製し、その電気化学的リチウム挿入・脱離を測定した所、活物質重量当たりの初期挿入量、初期脱離量及び初期充放電効率はそれぞれ288mAh/g、250mAh/g、87%であった。
Example 2
In the synthesis of sodium titanate hydrate of Example 1, 20 mg of conductive carbon fine particles (Super C65 manufactured by TIMICAL, specific surface area 46 m 2 / g) were added and synthesized to obtain Sample C.
As shown in FIG. 19 and Table 2, Sample C was subjected to powder X-ray diffraction using CuKα as a radiation source to obtain 2θ = 10.37 °, 15.73 °, 24.9 °, 29.7 °, 48. It has at least a peak at 52 °, and the peak half widths of the peaks existing at 2θ = 24.9 °, 29.7 °, and 48.52 ° are 0.29 °, 0.49 °, and 0. It was 29 °.
Sample C, which was ion-exchanged and fired in the same manner as in Example 1 (Sample C "), showed the same powder X-ray diffraction pattern as in Example 1 (FIG. 15) (FIG. 20), and 2θ = The peak half widths of 24.4 ° and 48.2 ° were 1.0 ° and 0.45 °, respectively.
A lithium secondary battery was prepared using Sample C ”in the same manner as in Example 1, and the electrochemical lithium insertion / removal was measured. As a result, the initial insertion amount, initial removal amount, and initial charge per active material weight were measured. The discharge efficiencies were 288 mAh / g, 250 mAh / g, and 87%, respectively.

比較例2
実施例1のチタン酸ナトリウム水和物の合成において、水熱合成温度を180℃として合成を行い、試料Dを得た。
図21及び表2に示すように、試料Dは、CuKαを線源とした粉末X線回折により、2θ=9.8°、24.1°、28.3°、48.1°に少なくともピークを有しており、前記2θ=24.1°、28.3°、48.1°に存在するピークのピーク半値幅がそれぞれ1.38°、1.92°、0.84°であった。
試料Dを実施例1と同様にイオン交換して得られた試料D’は、前駆体であるチタン酸ナトリウム水和物の結晶性が低いために、イオン交換過程で結晶構造が崩れしまい、試料A’(図10)とは異なる粉末X線回折パターンとなった(図22)。さらに、試料D’を実施例1と同様に焼成を行って得られ試料D”は、アナターゼを主成分とするチタン酸化物となっており、実施例1(図15)とは異なっていた。
Comparative Example 2
In the synthesis of sodium titanate hydrate of Example 1, the synthesis was carried out at a hydrothermal synthesis temperature of 180 ° C. to obtain Sample D.
As shown in FIG. 21 and Table 2, Sample D peaked at least at 2θ = 9.8 °, 24.1 °, 28.3 °, and 48.1 ° by powder X-ray diffraction using CuKα as a radiation source. The peak half widths of the peaks existing at 2θ = 24.1 °, 28.3 °, and 48.1 ° were 1.38 °, 1.92 °, and 0.84 °, respectively. ..
Sample D'obtained by ion-exchanged Sample D in the same manner as in Example 1 has a low crystallinity of the precursor sodium titanate hydrate, so that the crystal structure collapses during the ion exchange process, and the sample is a sample. The powder X-ray diffraction pattern was different from that of A'(FIG. 10) (FIG. 22). Further, Sample D'obtained by calcining Sample D'in the same manner as in Example 1 was a titanium oxide containing anatase as a main component, which was different from Example 1 (FIG. 15).

比較例3
実施例1のチタン酸ナトリウム水和物の合成において、水熱合成時間を6時間として合成を行い、試料Eを得た。
図23及び表2に示すように、試料Eは、CuKαを線源とした粉末X線回折により、2θ=9.3°、24.0°、28.1°、48.2°に少なくともピークを有しており、前記2θ=24.0°、28.1°、48.2°に存在するピークのピーク半値幅がそれぞれ0.80°、1.71°、0.63°であった。
Comparative Example 3
In the synthesis of sodium titanate hydrate of Example 1, the synthesis was carried out with the hydrothermal synthesis time set to 6 hours to obtain Sample E.
As shown in FIG. 23 and Table 2, sample E peaked at least at 2θ = 9.3 °, 24.0 °, 28.1 °, and 48.2 ° by powder X-ray diffraction using CuKα as a radiation source. The peak half widths of the peaks existing at 2θ = 24.0 °, 28.1 °, and 48.2 ° were 0.80 °, 1.71 °, and 0.63 °, respectively. ..

比較例4
実施例1のチタン酸ナトリウム水和物の合成において、NaOHを15g(TiO2に対して重量比で7.5倍)として合成を行い、試料Fを得た。
図24及び表2に示すように、試料Fは、CuKαを線源とした粉末X線回折により、2θ=8.8°、24.1°、28.2°、48.1°に少なくともピークを有しており、前記2θ=24.1°、28.2°、48.1°に存在するピークのピーク半値幅がそれぞれ1.11°、1.53°、0.86°であった。
Comparative Example 4
In the synthesis of sodium titanate hydrate of Example 1, the synthesis was carried out with 15 g of NaOH (7.5 times the weight ratio of TiO 2 ) to obtain Sample F.
As shown in FIG. 24 and Table 2, sample F peaked at least at 2θ = 8.8 °, 24.1 °, 28.2 °, and 48.1 ° by powder X-ray diffraction using CuKα as a radiation source. The peak half widths of the peaks existing at 2θ = 24.1 °, 28.2 °, and 48.1 ° were 1.11 °, 1.53 °, and 0.86 °, respectively. ..

実施例3
実施例1のチタン酸ナトリウム水和物の合成において、硫酸ナトリウム3.55gを添加して合成を行い、試料Gを得た。
図25及び表2に示すように、試料Gは、CuKαを線源とした粉末X線回折により、2θ=10.29°、15.63°、24.92°、29.66°、48.41°に少なくともピークを有しており、前記2θ=24.92°、29.66°、48.41°に存在するピークのピーク半値幅がそれぞれ0.17°、0.29°、0.23°であった。
Example 3
In the synthesis of sodium titanate hydrate of Example 1, 3.55 g of sodium sulfate was added and the synthesis was carried out to obtain Sample G.
As shown in FIG. 25 and Table 2, the sample G was subjected to powder X-ray diffraction using CuKα as a radiation source, and 2θ = 10.29 °, 15.63 °, 24.92 °, 29.66 °, 48. It has at least a peak at 41 °, and the peak half widths of the peaks existing at 2θ = 24.92 °, 29.66 °, and 48.41 ° are 0.17 °, 0.29 °, and 0. It was 23 °.

実施例4
実施例1の試料A’を空気中、300℃で5時間焼成し、その後炉冷し、試料A”−2を得た。
試料A”−2は、CuKαを線源とした粉末X線回折により、図26のようなパターンを示しており、2θ=24.6°、48.3°のピーク半値幅はそれぞれ、1.18°と0.45°であった。
試料A”−2を用いて実施例1と同様にリチウム二次電池を作製し、その電気化学的リチウム挿入・脱離を測定した所、活物質重量当たりの初期挿入量、初期脱離量及び初期充放電効率はそれぞれ274mAh/g、248mAh/g、91%であった。
Example 4
Sample A'of Example 1 was calcined in air at 300 ° C. for 5 hours and then cooled in a furnace to obtain Sample A "-2.
Sample A "-2 shows a pattern as shown in FIG. 26 by powder X-ray diffraction using CuKα as a radiation source, and the peak half widths of 2θ = 24.6 ° and 48.3 ° are 1. It was 18 ° and 0.45 °.
A lithium secondary battery was prepared using Sample A "-2 in the same manner as in Example 1, and the electrochemical lithium insertion / removal was measured. As a result, the initial insertion amount, the initial removal amount, and the initial removal amount per the weight of the active material were measured. The initial charge / discharge efficiencies were 274 mAh / g, 248 mAh / g, and 91%, respectively.

実施例5
実施例1の試料A’を空気中、400℃で5時間焼成し、その後炉冷し、試料A”−3を得た。
試料A”−3は、CuKαを線源とした粉末X線回折により、図27のようなパターンを示しており、2θ=24.8°、48.3°のピーク半値幅はそれぞれ、0.9°と0.5°であった。
試料A”−3を用いて実施例1と同様にリチウム二次電池を作製し、その電気化学的リチウム挿入・脱離を測定した所、活物質重量当たりの初期挿入量、初期脱離量及び初期充放電効率はそれぞれ262mAh/g、248mAh/g、95%であった。
Example 5
Sample A'of Example 1 was calcined in air at 400 ° C. for 5 hours and then cooled in a furnace to obtain Sample A "-3.
Sample A "-3 shows a pattern as shown in FIG. 27 by powder X-ray diffraction using CuKα as a radiation source, and the peak half widths of 2θ = 24.8 ° and 48.3 ° are 0. It was 9 ° and 0.5 °.
A lithium secondary battery was prepared using Sample A "-3 in the same manner as in Example 1, and the electrochemical lithium insertion / removal was measured. As a result, the initial insertion amount, the initial removal amount, and the initial removal amount per the weight of the active material were measured. The initial charge / discharge efficiencies were 262 mAh / g, 248 mAh / g, and 95%, respectively.

実施例6
実施例1のチタン酸ナトリウム水和物の合成において、蒸留水の代わりに酸化グラフェン懸濁液(Graphene Supermarket製)50ml(固形分含有量21.5mg)を用いて合成を行い、試料Hを得た。
図28及び表2に示すように、試料Hは、CuKαを線源とした粉末X線回折により、2θ=10.43°、15.68°、25.0°、29.76°、48.53°に少なくともピークを有しており、前記2θ=25.0°、29.81°、48.53°に存在するピークのピーク半値幅がそれぞれ0.19°、0.43°、0.29°であった。
試料Hを実施例1と同様にイオン交換して焼成を行ったもの(試料H”)は、実施例1(図15)と同様の粉末X線回折のパターンを示し(図29)、2θ=24.45°、48.17°のピーク半値幅はそれぞれ、1.1°と0.33°であった。
試料H”を用いて実施例1と同様にリチウム二次電池を作製し、その電気化学的リチウム挿入・脱離を測定した所、活物質重量当たりの初期挿入量、初期脱離量及び初期充放電効率はそれぞれ292mAh/g、249mAh/g、85%であった。
Example 6
In the synthesis of sodium titanate hydrate of Example 1, 50 ml (solid content content 21.5 mg) of graphene oxide suspension (manufactured by Graphene Supermarket) was used instead of distilled water to obtain sample H. It was.
As shown in FIG. 28 and Table 2, the sample H was subjected to powder X-ray diffraction using CuKα as a radiation source, and 2θ = 10.43 °, 15.68 °, 25.0 °, 29.76 °, 48. It has at least a peak at 53 °, and the peak half widths of the peaks existing at 2θ = 25.0 °, 29.81 °, and 48.53 ° are 0.19 °, 0.43 °, and 0. It was 29 °.
Sample H, which was ion-exchanged and fired in the same manner as in Example 1 (Sample H "), showed the same powder X-ray diffraction pattern as in Example 1 (FIG. 15) (FIG. 29), and 2θ = The peak half-value widths of 24.45 ° and 48.17 ° were 1.1 ° and 0.33 °, respectively.
A lithium secondary battery was prepared using Sample H ”in the same manner as in Example 1, and the electrochemical lithium insertion / desorption was measured. As a result, the initial insertion amount, initial desorption amount, and initial charge per active material weight were measured. The discharge efficiencies were 292 mAh / g, 249 mAh / g, and 85%, respectively.

実施例7
実施例1のチタン酸ナトリウム水和物の合成において、チタン源として、導電性カーボン微粒子(TIMICAL社製 SuperC65、比表面積46m/g)約1wt%を内包したチタニア水和物を用いて合成を行い、試料Iを得た。導電性カーボン微粒子を内包したチタニア水和物は、硫酸チタニルと尿素を溶解した水溶液に導電性カーボン微粒子を懸濁し、水浴で加熱する事で導電性カーボン微粒子を内包しながらチタニア水和物の沈殿が生成することで得た。
図30及び表2に示すように、 試料Iは、CuKαを線源とした粉末X線回折により、2θ=10.3°、15.73°、24.97°、29.7°、48.48°に少なくともピークを有しており、前記2θ=24.97°、29.7°、48.48°に存在するピークのピーク半値幅がそれぞれ0.14°、0.36°、0.24°であった。
試料Iを実施例1と同様にイオン交換して焼成を行ったもの(試料I”)は、実施例1(図15)と同様の粉末X線回折のパターンを示し(図31)、2θ=24.55°、48.2°のピーク半値幅はそれぞれ、1.22°と0.36°であった。
試料I”を用いて実施例1と同様にリチウム二次電池を作製し、その電気化学的リチウム挿入・脱離を測定した所、活物質重量当たりの初期挿入量、初期脱離量及び初期充放電効率はそれぞれ283mAh/g、249mAh/g、88%であった。
Example 7
In the synthesis of sodium titanate hydrate of Example 1, synthesis was carried out using titania hydrate containing about 1 wt% of conductive carbon fine particles (Super C65 manufactured by TIMICAL, specific surface area 46 m 2 / g) as a titanium source. This was performed to obtain sample I. The titania hydrate containing conductive carbon fine particles is prepared by suspending the conductive carbon fine particles in an aqueous solution in which titanyl sulfate and urea are dissolved and heating in a water bath to precipitate the titania hydrate while containing the conductive carbon fine particles. Obtained by generating.
As shown in FIG. 30 and Table 2, Sample I was subjected to powder X-ray diffraction using CuKα as a radiation source to obtain 2θ = 10.3 °, 15.73 °, 24.97 °, 29.7 °, 48. It has at least a peak at 48 °, and the peak half widths of the peaks existing at 2θ = 24.97 °, 29.7 °, and 48.48 ° are 0.14 °, 0.36 °, and 0. It was 24 °.
Sample I which was ion-exchanged and fired in the same manner as in Example 1 (Sample I ”) showed the same powder X-ray diffraction pattern as in Example 1 (FIG. 15) (FIG. 31), and 2θ = The peak half-value widths of 24.55 ° and 48.2 ° were 1.22 ° and 0.36 °, respectively.
A lithium secondary battery was prepared using Sample I ”in the same manner as in Example 1, and the electrochemical lithium insertion / desorption was measured. As a result, the initial insertion amount, initial desorption amount, and initial charge per active material weight were measured. The discharge efficiencies were 283 mAh / g, 249 mAh / g, and 88%, respectively.

本発明によれば、特徴的な局所構造を有するHを含有し、特徴的なTi-O-Ti骨格の振動を有する新規チタン酸化物を製造することができる。この方法は、特別な装置を必要とせず、また、使用する原料も低価格であることから、低コストで高付加価値の材料を製造可能である。
特に本発明の方法で得られた新規チタン酸化物は、高容量であり、かつ、初期充放電効率、サイクル特性の観点で優れたリチウム二次電池電極材料として実用的価値の極めて高いものである。
According to the present invention, it is possible to produce a novel titanium oxide containing H having a characteristic local structure and having a characteristic vibration of the Ti-O-Ti skeleton. Since this method does not require special equipment and the raw materials used are low in price, it is possible to produce high value-added materials at low cost.
In particular, the novel titanium oxide obtained by the method of the present invention has an extremely high practical value as a lithium secondary battery electrode material having a high capacity and excellent initial charge / discharge efficiency and cycle characteristics. ..

また、このチタン酸化物を活物質として電極材料に適用したリチウム二次電池は、高容量が期待でき、可逆的なリチウム挿入・脱離反応が可能で、長期にわたる充放電サイクルに対応可能な電池である。 In addition, a lithium secondary battery that uses this titanium oxide as an active material as an electrode material is expected to have a high capacity, is capable of reversible lithium insertion / desorption reactions, and is capable of supporting long-term charge / discharge cycles. Is.

1:コイン型リチウム二次電池
2:負極端子
3:負極
4:セパレータ+電解液
5.:絶縁パッキング
6:正極
7:正極缶
1: Coin-type lithium secondary battery
2: Negative electrode terminal
3: Negative electrode
4: Separator + electrolyte
5.: Insulation packing
6: Positive electrode
7: Positive electrode can

Claims (8)

Hを含有し、
1H固体NMR測定において、400MHzの電磁波を用い、毎分10000〜12500回転した室温の試料から得られるスペクトルをピーク分離した際のピークトップが9−11ppm(ピーク1)と6.7−8ppm(ピーク2)に存在し、この2つのピークのピーク強度比(Iピーク1/Iピーク2)が1.0以下である、
チタン酸化物。
Contains H,
In 1 H solid-state NMR measurement, the peak tops of 9-11 ppm (peak 1) and 6.7-8 ppm (peak 1) when the spectrum obtained from a sample at room temperature rotated at 1000 to 12,500 rpm using an electromagnetic wave of 400 MHz were peak-separated. It exists in peak 2), and the peak intensity ratio (I peak 1 / I peak 2 ) of these two peaks is 1.0 or less.
Titanium oxide.
前記チタン酸化物が、赤外線吸光分析において、930〜990cm-1に吸収ピークをもつ、
請求項1に記載のチタン酸化物。
The titanium oxide has an absorption peak at 930 to 990 cm -1 in infrared absorption analysis.
The titanium oxide according to claim 1.
前記チタン酸化物が、CuKαを線源とした粉末X線回折パターンにおいて、2θ=24.2〜25.2°、47.9〜48.6°に存在するピークのピーク半値幅がそれぞれ、0.5〜2°と0.25〜1°である、
請求項1または2に記載のチタン酸化物。
In the powder X-ray diffraction pattern of the titanium oxide as a radiation source of CuKα, the peak half widths of the peaks existing at 2θ = 24.2 to 25.2 ° and 47.9 to 48.6 ° are 0, respectively. .5-2 ° and 0.25-1 °,
The titanium oxide according to claim 1 or 2.
請求項1〜3のいずれかに記載のチタン酸化物の製造方法であって、
チタン源とナトリウム源を溶解あるいは懸濁した溶液を用いた水熱合成法によりチタン酸ナトリウム水和物を合成する工程と、
該チタン酸ナトリウム水和物のプロトン交換体を合成する工程と、
該チタン酸ナトリウム水和物のプロトン交換体を酸素ガス含有雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気中で熱処理する工程と、
を有するチタン酸化物の製造方法。
The method for producing a titanium oxide according to any one of claims 1 to 3.
A step of synthesizing sodium titanate hydrate by a hydrothermal synthesis method using a solution in which a titanium source and a sodium source are dissolved or suspended, and
The step of synthesizing the proton exchanger of the sodium titanate hydrate, and
A step of heat-treating the proton exchanger of the sodium titanate hydrate in an oxygen gas-containing atmosphere or an inert gas atmosphere, and
A method for producing a titanium oxide having.
前記チタン酸ナトリウム水和物が、CuKαを線源とした粉末X線回折パターンにおいて、2θ=10.1〜10.5°、15.4〜15.8°、24.7〜25.1°、29.4〜29.8°、48.2〜48.6°の位置に少なくともピークを有し、前記2θ=24.7〜25.1°、29.4〜29.8°、48.2〜48.6°に存在するピークのピーク半値幅がそれぞれ0.8°以下である、
請求項4に記載のチタン酸化物の製造方法。
The sodium titanate hydrate has 2θ = 10.1 to 10.5 °, 15.4 to 15.8 °, and 24.7 to 25.1 ° in a powder X-ray diffraction pattern using CuKα as a radiation source. , 29.4 to 29.8 °, 48.2 to 48.6 °, with at least peaks at 2θ = 24.7 to 25.1 °, 29.4 to 29.8 °, 48. The peak half-value widths of the peaks existing at 2 to 48.6 ° are 0.8 ° or less, respectively.
The method for producing a titanium oxide according to claim 4.
前記チタン酸ナトリウム水和物が、1H固体NMR測定において、400MHzの電磁波を用い、毎分10000〜12500回転した室温の試料から得られるスペクトルをピーク分離した際に、ピークトップが11.4〜12.7ppmと6.4〜7.6ppmに存在する、
請求項4または5に記載のチタン酸化物の製造方法。
When the sodium titanate hydrate peak-separated the spectrum obtained from a room temperature sample rotated at 1000 to 12500 rpm using an electromagnetic wave of 400 MHz in 1 H solid-state NMR measurement, the peak top was 11.4 to 11.4 to Present at 12.7 ppm and 6.4-7.6 ppm,
The method for producing a titanium oxide according to claim 4 or 5.
請求項1〜3のいずれかに記載のチタン酸化物を含む、電極活物質。 An electrode active material containing the titanium oxide according to any one of claims 1 to 3. 請求項7に記載の電極活物質を用いた蓄電デバイス。 A power storage device using the electrode active material according to claim 7.
JP2019543481A 2017-09-21 2018-08-17 Titanium oxide and its manufacturing method, as well as electrode active materials and power storage devices using the titanium oxide. Active JP7062304B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017181124 2017-09-21
JP2017181124 2017-09-21
PCT/JP2018/030480 WO2019058822A1 (en) 2017-09-21 2018-08-17 Titanium oxide and method for producing same, and electrode active material and electricity storage device using titanium oxide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2019058822A1 true JPWO2019058822A1 (en) 2020-11-05
JP7062304B2 JP7062304B2 (en) 2022-05-06

Family

ID=65810129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019543481A Active JP7062304B2 (en) 2017-09-21 2018-08-17 Titanium oxide and its manufacturing method, as well as electrode active materials and power storage devices using the titanium oxide.

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP7062304B2 (en)
TW (1) TW201914964A (en)
WO (1) WO2019058822A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008255000A (en) * 2007-03-13 2008-10-23 National Institute Of Advanced Industrial & Technology New titanium oxide, its preparation method and lithium rechargeable battery using the same as active material
JP2013105744A (en) * 2011-11-11 2013-05-30 Samsung Sdi Co Ltd Composite, method of manufacturing the same, negative electrode active material including the same, negative electrode including the same, and lithium secondary battery employing the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008255000A (en) * 2007-03-13 2008-10-23 National Institute Of Advanced Industrial & Technology New titanium oxide, its preparation method and lithium rechargeable battery using the same as active material
JP2013105744A (en) * 2011-11-11 2013-05-30 Samsung Sdi Co Ltd Composite, method of manufacturing the same, negative electrode active material including the same, negative electrode including the same, and lithium secondary battery employing the same

Also Published As

Publication number Publication date
TW201914964A (en) 2019-04-16
JP7062304B2 (en) 2022-05-06
WO2019058822A1 (en) 2019-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
El-Deen et al. Anatase TiO 2 nanoparticles for lithium-ion batteries
Augustyn et al. Pseudocapacitive oxide materials for high-rate electrochemical energy storage
Fu et al. One-step calcination-free synthesis of multicomponent spinel assembled microspheres for high-performance anodes of Li-ion batteries: a case study of MnCo2O4
JP5158787B2 (en) NOVEL TITANIUM OXIDE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND LITHIUM SECONDARY BATTERY USING THE SAME AS ACTIVE MATERIAL
Zhang et al. Mn-doped TiO2 nanosheet-based spheres as anode materials for lithium-ion batteries with high performance at elevated temperatures
Li et al. A novel hierarchical core-shell structure of NiCo2O4@ NiCo-LDH nanoarrays for higher-performance flexible all-solid-state supercapacitor electrode materials
JP5093643B2 (en) Lithium secondary battery active material, method for producing the same, and lithium secondary battery using the same
JP6927579B2 (en) Lithium iron manganese-based composite oxide
KR101781764B1 (en) Alkali metal titanium oxide having anisotropic structure, titanium oxide, electrode active material containing said oxides, and electricity storage device
JP5897971B2 (en) Electrode active material, electrode for non-aqueous secondary battery, non-aqueous secondary battery and method for producing electrode for non-aqueous secondary battery
JP5083866B2 (en) Lithium battery active material, method for producing the same, and lithium battery using the active material
Lee et al. Preparation and characteristics of Li 4 Ti 5 O 12 anode material for hybrid supercapacitor
Yang et al. Spherical Agglomeration of Octahedral LiNi0. 5Co4 x Mn1. 5–3 x O4 Cathode Material Prepared by a Continuous Coprecipitation Method for 5 V Lithium-Ion Batteries
Ji et al. Effects of microwave-hydrothermal conditions on the purity and electrochemical performance of orthorhombic LiMnO2
JP5644273B2 (en) Titanium oxide, method for producing the same, and electrochemical device using the same as member
Fleischmann et al. Understanding interlayer deprotonation of hydrogen titanium oxide for high-power electrochemical energy storage
Gao et al. Porous anatase-TiO2 (B) dual-phase nanorods prepared from in situ pyrolysis of a single molecule precursor offer high performance lithium-ion storage
Song et al. Ultra-thin mesoporous LiV3O8 nanosheet with exceptionally large specific area for fast and reversible Li storage in lithium-ion battery cathode
Zehetmaier et al. Nanosized Lithium-rich cobalt oxide particles and their transformation to Lithium cobalt oxide cathodes with optimized high-rate morphology
JP4686871B2 (en) Lithium secondary battery
JP2005268127A (en) Positive electrode material for lithium secondary battery, its manufacturing method and lithium secondary battery using it
WO2007007581A1 (en) Positive electrode material for lithium secondary battery, process for production of the same, and lithium secondary material manufactured using the same
JP7048944B2 (en) Titanium and / or germanium-substituted lithium-manganese-based composite oxide and its production method
Furuya et al. The electrochemical properties of low-crystallinity TiO2 (B)-carbon composite as an anode material in lithium ion battery
JP7062304B2 (en) Titanium oxide and its manufacturing method, as well as electrode active materials and power storage devices using the titanium oxide.

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200316

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210603

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220407

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220413

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7062304

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150