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分子性クラスターイオン系正極材料およびその製造方法 コモンズ

国内特許コード P140010785
掲載日 2014年8月1日
出願番号 特願2014-126756
公開番号 特開2016-004773
出願日 平成26年6月20日(2014.6.20)
公開日 平成28年1月12日(2016.1.12)
発明者
  • 園山 範之
出願人
  • 国立大学法人 名古屋工業大学
発明の名称 分子性クラスターイオン系正極材料およびその製造方法 コモンズ
発明の概要
【課題】高エネルギー密度、かつ優れたサイクル特性を有する二次電池用正極材料を提供する。
【解決手段】化学式がXYZ1338(X:周期律表第1族の第2~4周期の元素、Y:周期律表第7族~第10族第4周期の元素、Z:周期律表第5族第4~6周期)、またはXYZ1442(X:周期律表第1族の第2~4周期の元素、周期律表第6族~第16族第3~5周期の元素、Z:周期律表第5族第4~6周期)からなり、粒子径がナノメートルサイズのポリオキソメタレート粒子を含む正極材料であって、当該ポリオキソメタレート粒子の表面に導電性高分子がコーティングされた正極材料。
【選択図】図4
従来技術、競合技術の概要


近年、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ等のポータブル機器用電源として二次電池が広く使用されている。なかでも、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、あるいはマンガン酸リチウム等のリチウム遷移金属酸化物を正極材料、黒鉛等の炭素材料を負極材料、そしてリチウム化合物を液体有機化合物に溶解した電解質を用いたリチウム二次電池が急速に普及している。



前記リチウムイオン二次電池は、充電時には正極活物質であるリチウム遷移金属酸化物中のリチウムがリチウムイオンとなり負極の炭素層間に入り込み、放電時にはリチウムイオンが炭素層間から離脱して正極に移動して元のリチウム遷移金属酸化物になることにより充放電反応が進行する。このリチウムイオン二次電池は高出力電圧、高エネルギー密度、さらにはメモリー効果がない等、従来のニッケルカドミウム等の二次電池が有していない優れた特徴を有している。



特許文献1~3には、コバルトあるいはニッケル等の遷移金属を含むリチウム金属酸化物を含む正極材料が開示されているが、これら正極材料を用いたリチウムイオン二次電池は、充放電を繰り返すことが可能な回数、すなわち、サイクル寿命については十分なものではなかった。



一方、本発明者らは、第5族ないし第6族の遷移金属M(M:V,Mo,Nb等)を含むポリオキソメタレート(POM)を用いた正極材料の特性を報告してきた(特許文献4、非特許文献1~3参照)。POMは再結晶により容易にナノメートルサイズにでき、容量を200~400mAh/gに改善することができたが、全体的に出力が低く、サイクル特性が大きく低下する傾向が見られた。

産業上の利用分野


本発明は、二次電池等に利用され得る正極材料に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
二次電池用正極材料であって、化学式がXYZ1338(X:周期律表第1族の第2~第4周期の元素、Y:周期律表第7族~第10族第4周期の元素、Z:周期律表第5族第4~第6周期)、またはXYZ1442(X:周期律表第1族の第2~第4周期の元素、Y:周期律表第6族~第16族第3~第5周期の元素、Z:周期律表第5族の第4~第6周期)からなり、粒子径がナノメートルサイズのポリオキソメタレート粒子を含む正極材料であって、当該ポリオキソメタレート粒子の表面に導電性高分子がコーティングされた正極材料。

【請求項2】
前記化学式において、XがKであり、YがMn、Ni、あるいはPのいずれかであり、ZがV、Mo、あるいはWのいずれかである、請求項1に記載の正極材料。

【請求項3】
前記ポリオキソメタレートが再結晶化したポリオキソメタレートである請求項1または2に記載の正極材料。

【請求項4】
前記高分子がポリピロール、ポリアセチレン 、ポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフェニレンサルファイドのいずれかである、請求項1~3のいずれかに記載の正極材料。

【請求項5】
請求項1に記載の正極材料の製造方法であって、ナノメートルサイズのポリオキソメタレート粒子を含む正極材料を有機溶媒に分散させ、さらに、酸化剤として塩化第二鉄を加え、この溶液中にポリマー単量体を加え、ポリオキソメタレートナノ粒子上に導電性高分子を重合させてコーティングを行う、正極材料の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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