电极材料的制造方法、电极材料及具备该电极材料的蓄电装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种通过将因高温反应而容易形成不稳定的晶体的金属化合物担载于碳材料上，或在含氧气氛下进行复合材料的复合化，从而提高了输出特性的电极材料的制造方法及具备该电极材料的蓄电装置。首先，一边使碳材料纳米粒子化，一边将金属化合物前体担载于碳材料上。金属化合物前体为含锂之前的MβYγ。接着，使金属化合物前体反应，生成金属化合物。在该复合化工序中，对担载于碳材料上的金属化合物前体进行合成并使其晶体化。作为对金属化合物前体进行合成并使其晶体化的方法，采用在高压水蒸汽的存在下进行的化合物合成及使晶体生长的方法即水热合成法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及由电极活性物质和碳材料的复合材料构成的电极材料的制造方法及具备该电极材料的蓄电装置。
技术介绍
现在，作为锂电池的电极一直使用可嵌入及脱嵌锂的碳材料等，但由于负电位小于氢的还原分解电位，因此有电解液分解的危险性。所以，如专利文献1或专利文献2所述，一直在研究使用负电位大于氢的还原分解电位的钛酸锂，但钛酸锂有输出特性低的问题。因此，尝试了利用将钛酸锂纳米粒子化并担载于碳上得到的电极来提高输出特性。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2007-160151号公报专利文献2：日本特开2008-270795号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题这些专利文献所记载的专利技术，是通过在旋转的反应器内对反应物施加剪切应力和离心力、促进化学反应的方法(一般称为机械化学反应)，来得到分散地担载在碳材料上的钛酸锂。在此种情况下，作为反应物，使用例如钛酸锂的起始原料即钛醇盐和醋酸锂、及碳纳米管或科琴黑等碳材料、醋酸等。这些专利文献所记载的专利技术，在金属化合物中生成吸附在碳材料上的金属化合物前体时，进行利用烧成等高温反应的处理。但是，如果进行高温下的处理，则如图16所示，根据金属化合物前体的种类，有时得到的金属化合物的晶体为力学上不稳定的晶体。此外，在高温含氧气氛中进行烧成的情况下，碳材料消失掉，有时得不到所希望的复合化化合物。本专利技术是为了解决上述的现有技术的问题而提出的，其目的在于，提供一种通过将因高温反应而容易形成不稳定的晶体的金属化合物担载于碳材料上，或在含氧气氛下进行复合材料的复合化，从而提高了输出特性的电极材料的制造方法及具备该电极材料的蓄电装置。用于解决问题的手段为实现所述目的，本专利技术是一种使金属化合物和碳材料复合化的电极材料的制造方法，其包含以下工序。(1)将金属化合物前体担载于碳材料上的前体担载工序。(2)在密闭容器内装入担载于碳材料上的前体和水并加热，使担载于碳材料上的前体复合化的复合化工序。在所述复合化工序中，还可进一步包含在含氧气氛化下进行处理的工序。所述前体担载工序也可以是在旋转的反应容器内，对含有碳材料和金属化合物的材料源的溶液施加剪切应力和离心力，进行机械化学反应的处理，即所谓的UC处理。所述金属化合物也可以是TiO2(B)、层状xLiMO2·(1－x)Li2MnO3固溶体(式中的M表示平均价数为+3的一种以上的过渡金属(例如Mn、Fe、Co、Ni等)，0＜x＜1)或LiCoO2中的任一种。再者，所谓“TiO2(B)”，是用Li4+xTi5O12(0≤x≤3)表示的可具有比尖晶石型钛酸锂更高容量的钛酸青铜型的晶体结构的二氧化钛，是在由TiO6八面体形成的骨架的间隙中每化学式可嵌入锂至最大1的物质。而且，是将金属化合物的起始原料和碳材料复合化而得到的电极活性物质，在密闭容器内将担载于碳材料上的金属化合物前体与水一同进行加热而得到的电极材料也为本申请专利技术的一个方式。所述金属化合物也可以是TiO2(B)、层状xLiMO2·(1－x)Li2MnO3固溶体(式中的M表示平均价数为+3的一种以上的过渡金属，0＜x＜1)或LiCoO2中的任一种。所述金属化合物也可以在含氧气氛下在碳材料不消失的温度下生成。所述金属化合物也可以具有两个粒径分布。此外，具备采用所述金属化合物形成的电极的蓄电装置也为本申请发明的一个方式。专利技术效果根据本专利技术，在将金属化合物担载于纳米化的碳材料上时，即使使用高温反应弱的材料也能使金属化合物担载于碳材料上，能够实现稳定的电极材料。此外，由于能够使容易受热影响的尺寸的金属化合物晶体化，所以能够实现高输入输出的电极材料及具备该电极材料的蓄电装置。附图说明图1是表示本实施方式所涉及的金属化合物和碳材料的复合体的制造工序的流程图。图2是表示用于前体担载工序的装置的构成图。图3是表示本实施方式所涉及的金属化合物和碳材料的复合体的一个例子的示意图。图4是表示本实施方式所涉及的金属化合物和碳材料的复合体的一个例子的示意图。图5是担载有LiCoO2和碳材料(CNF和KB的混合)的SEM(×50k)照片。图6是表示第1实施特性所涉及的金属化合物和碳材料的复合体的制造工序的流程图。图7是担载有TiO2(B)和碳材料的复合体的晶体结构的TEM照片。图8是表示实施例1和比较例1的速率特性的曲线图。图9是表示担载有第2实施特性所涉及的LiCoO2和碳材料(KB)的复合体的制造工序的流程图。图10是担载有LiCoO2和碳材料(KB)的复合体的SEM照片(×100k)。图11是表示实施例2和比较例2～4的速率特性的图。图12是表示担载有0.7Li2MnO3·0.3LiNi0.5Mn0.5O2(固溶体)和碳材料(KB)的复合体的制造工序的流程图。图13是表示实施例3和比较例5的速率特性的图。图14是表示实施例3和比较例6的初次放电曲线的图。图15是担载有0.7Li2MnO3·0.3LiNi0.5Mn0.5O2(固溶体)和碳材料(KB)的复合体的TEM图像。(a)为比较例6的照片，(b)为实施例3的照片。图16是表示对以往技术所涉及的金属化合物前体和碳材料进行高温反应的示意图。具体实施方式以下，对本专利技术的实施方式进行说明。再者，本专利技术并不限定于以下说明的实施方式。(1)电极材料本专利技术所涉及的电极材料是将金属化合物担载于作为导电助剂的碳材料上而形成的复合体，双方都在制造工序中始终维持纳米粒子。纳米粒子指的是一次粒子，也可以包含其凝聚体即二次粒子。而且，所谓纳米粒子，指的是其凝聚体的直径在圆形或椭圆形或多边形等的块中其尺寸为1～300nm以下，在纤维中短径(直径)为10～300nm以下。该复合体能以粉末的形式得到，通过将复合体粉末与粘合剂混炼并成形，成为贮藏电能的电极。该电极能够在采用含锂的电解液的电化学电容器或电池中使用。即，由该二次电池或电容器用电极材料制作的电极能够进行锂离子的嵌入及脱嵌，可作为正极工作。(2)碳材料碳材料可使用纤维结构的碳纳米管(CNT)、中空壳型结构的碳黑即科琴黑、乙炔黑等碳黑、无定形碳、碳纤维、天然石墨、人造石墨、活性炭、介孔炭中的一种或将多种混合使用。碳纳米管也可以是单层碳纳米管(SWCNT)及多层碳纳米管(MWCNT)中的任一种。在碳材料具有纤维结构(例如CN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极材料的制造方法，其特征在于，其是将金属化合物的起始原料和碳材料复合化而得到的电极活性物质的制造方法，其具有以下工序：将金属化合物前体担载于碳材料上的前体担载工序、和使担载于所述碳材料上的所述金属化合物前体复合化的复合化工序；所述复合化工序将担载于所述碳材料上的金属化合物前体和水装入密闭容器内并进行加热。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.11.13 JP 2012-2497791.一种电极材料的制造方法，其特征在于，其是将金属化合物的起始
原料和碳材料复合化而得到的电极活性物质的制造方法，其具有以下工序：
将金属化合物前体担载于碳材料上的前体担载工序、和
使担载于所述碳材料上的所述金属化合物前体复合化的复合化工序；
所述复合化工序将担载于所述碳材料上的金属化合物前体和水装入密
闭容器内并进行加热。
2.根据权利要求1所述的电极材料的制造方法，其特征在于，所述复
合化工序在含氧气氛下进行处理。
3.根据权利要求1或2所述的电极材料的制造方法，其特征在于，所
述前体担载工序是在旋转的反应容器内对含有碳材料和金属化合物的材料
源的溶液施加剪切应力和离心力，使其产生机械化学反应的处理。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电极材料的制造...

【专利技术属性】
技术研发人员：米仓大介，久保田智志，石本修一，玉光贤次，直井胜彦，直井和子，
申请(专利权)人：日本贵弥功株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP