JP7256560B2 - 二次電池用アノード材料、二次電池用アノード、及び二次電池 - Google Patents
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Description
Co5Cu1Sn3MOx1 式(1)、
Co2Cu1Sn1MOx2 式(2)、
Co1Cu1Sn1MOx3 式(3)、
ここで、x1は8、9又は14であり、x2は4、6又は8であり、x3は3、4又は5であり、Mは、Ni、Cr、Mn、Zn、Al、Ti、In、Mo及びWからなる群から選択される少なくとも一つの元素であり、Mの原子比率が、式(1)、式(2)又は式(3)で表されるコバルト-銅-スズ酸化物中の金属元素の全原子数に対して10原子%以下である。
Si4Sn1Fe16MOx4 式(4)、
Si1Sn1Fe1MOx5 式(5)、
Si4Sn1Fe1MOx6 式(6)、
ここで、x4は21~34であり、x5は3~5であり、x6は6~11.5であり、Mは、Cr、Mn、Zn、Al、Ti、In、Mo及びWからなる群から選択される少なくとも1つの元素であり、Mの原子比率が、式(4)、式(5)又は式(6)で表されるケイ素-スズ-鉄酸化物中の酸素元素以外の元素の全原子数に対して10原子%以下である。
Cux7Mn7-x7SiMO12 式(7)、
ここで、x7は0より大きく1以下であり、Mは、Cr、Sn、Ni、Co、Zn、Al、Ti、In、Mo及びWからなる群から選択される少なくとも1つの元素であり、Mの原子比率が、式(7)で表される銅-マンガン-ケイ素酸化物中の酸素元素以外の元素の全原子数に対して10原子%以下である。
Sn1Mn2Ni1MOx8 式(8)、
Sn1Mn1Ni2MOx9 式(9)、
Sn2Mn1Ni1MOx10 式(10)、
Sn1Mn1Ni1MOx11 式(11)、
ここで、x8は4~7、x9は4~7、x10は4~7、x11は3~6、Mは、Cr、Mn、Zn、Al、Ti、In、Mo及びWからなる群から選択される少なくとも一つの元素であり、Mの原子比率は、式(8)、式(9)、式(10)又は式(11)で表されるスズ-マンガン-ニッケル酸化物中の金属元素の全原子数に対して10原子%以下である。
Mn3Cu2Ni1MO8 式(12)、
Mn2Cu1Ni1MO4 式(13)、
Mn1Cu1Ni1MO4 式(14)、
ここで、Mは、Fe、Cr、Zn、Al、Ti、In、Mo、W及びSiからなる群から選択される少なくとも1つの元素であり、Mの原子比率は、式(12)、式(13)又は式(14)で表されるマンガン-銅-ニッケル酸化物中の金属元素の全原子数に対して10原子%以下である。
NiCuSn2MOx15 式(15)、
Ni2CuSn3MOx16 式(16)、
NiCu2Sn3MOx17 式(17)、
ここで、x15は3、6又は9であり、x16は4、6又は9であり、x17は4、6又は9であり、Mは、Cr、Mn、Zn、Al、Ti、In、Mo、W及びCoからなる群から選択される少なくとも1つの元素であり、Mの原子比率は、式(15)、式(16)又は式(17)で表されるニッケル-銅-スズ酸化物中の金属元素の全原子数に対して10原子%以下である。
本実施形態では、コバルト-銅-スズ酸化物は、下記式(1)~(3)のいずれかで表すことができる:
Co5Cu1Sn3MOx1 式(1)、
Co2Cu1Sn1MOx2 式(2)、
Co1Cu1Sn1MOx3 式(3)。
本実施形態では、ケイ素-スズ-鉄酸化物は、下記式(4)~(6)のいずれかで表すことができる:
Si4Sn1Fe16MOx4 式(4)、
Si1Sn1Fe1MOx5 式(5)、
Si4Sn1Fe1MOx6 式(6)。
本実施形態では、銅-マンガン-ケイ素酸化物は、以下の式(7)で表すことができる:
Cux7Mn7-x7SiMO12 式(7)。
本実施形態では、スズ-マンガン-ニッケル酸化物は、以下の式(8)~(11)のいずれかで表すことができる:
Sn1Mn2Ni1MOx8 式(8)、
Sn1Mn1Ni2MOx9 式(9)、
Sn2Mn1Ni1MOx10 式(10)、
Sn1Mn1Ni1MOx11 式(11)。
本実施形態では、マンガン-銅-ニッケル酸化物は、以下の式(12)~(14)のいずれかで表すことができる:
Mn3Cu2Ni1MO8 式(12)、
Mn2Cu1Ni1MO4 式(13)、
Mn1Cu1Ni1MO4 式(14)。
本実施形態では、ニッケル-銅-スズ酸化物は、以下の式(15)~(17)のいずれかで表すことができる:
NiCuSn2MOx15 式(15)、
Ni2CuSn3MOx16 式(16)、
NiCu2Sn3MOx17式 式(17)。
本実施形態では、コバルト、銅、及びスズを含む酸化物混合物は、Co3O4、Co2O3、及びCoOの少なくとも1つ、CuO及びCu2Oの少なくとも1つ、及びSnO及びSnO2の少なくとも1つを混合する工程を実行することによって得ることができる。すなわち、コバルト、銅、及びスズを含む酸化物混合物は、酸化コバルト、酸化銅、及び酸化スズの混合工程によって得ることができる。さらに、本実施形態では、コバルト、銅及びスズを含む酸化物混合物中のコバルトと銅とスズの原子比は、5:1:3、2:1:1、又は1:1:1であり得る。コバルト、銅、スズの原子比が上記の特定の比を満たしている場合、コバルト、銅、及びスズを含む酸化物混合物を含むアノード材料が適用された二次電池は、優れた容量と改善された容量保持性を備える。
本実施形態では、ケイ素、スズ、及び鉄を含む酸化物混合物は、SiO2、及びSiOの少なくとも1つ、SnO及びSnO2の少なくとも1つ、及びFe2O3、Fe3O4及びFeOの少なくとも1つを混合する工程を実行することによって得ることができる。すなわち、ケイ素、スズ、及び酸化鉄を含む酸化物混合物は、酸化ケイ素、酸化スズ、及び酸化鉄の混合工程によって得ることができる。さらに、本実施形態では、ケイ素、スズ、及び鉄を含む酸化物混合物中のケイ素とスズと鉄の原子比は、4:1:16、1:1:1、又は4:1:1であり得る。ケイ素、スズ、及び鉄の原子比が上記の特定の比を満たしている場合、ケイ素、スズ、及び鉄を含む酸化物混合物を含むアノード材料を使用した二次電池は、優れた容量と改善された容量保持性を備える。
本実施形態では、銅、マンガン、及びケイ素を含む酸化物混合物は、CuO及びCu2Oの少なくとも1つ、SiO2及びSiOの少なくとも1つ、及びMnO、MnO2、Mn2O3及びMn3O4の少なくとも1つを混合する工程を実行することによって得ることができる。すなわち、銅、マンガン、及びケイ素を含む酸化物混合物は、酸化銅、酸化マンガン、及び酸化ケイ素の混合工程によって得ることができる。さらに、本実施形態では、銅、マンガン、及びケイ素を含む酸化物混合物中の銅とマンガンとケイ素の原子比は、1:1:1、1:4:1、4:1:1、又は1:1:4であり得る。銅、マンガン、及びケイ素の原子比が上記の特定の比を満たしている場合、銅、マンガン、及びケイ素を含む酸化物混合物を含むアノード材料を使用した二次電池は、優れた容量と改善された容量保持性を備える。
本実施形態では、スズ、マンガン、及びニッケルを含む酸化物混合物は、SnO及びSnO2の少なくとも1つ、MnO、MnO2、Mn2O3及びMn3O4の少なくとも1つ、及びNiO及びNi2O3の少なくとも1つを混合する工程を実行することによって得ることができる。すなわち、スズ、マンガン、及びニッケルを含む酸化物混合物は、酸化スズ、酸化マンガン、及び酸化ニッケルの混合工程によって得ることができる。さらに、本実施形態では、スズ、マンガン、及びニッケルを含む酸化物混合物中のスズとマンガンとニッケルの原子比は、1:2:1、1:1:1、1:1:2、又は2:1:1であり得る。スズ、マンガン、及びニッケルの原子比が上記の特定の比を満たしている場合、スズ、マンガン、及びニッケルを含む酸化物混合物を含むアノード材料が適用された二次電池は、優れた容量と改善された容量保持性を備える。
本実施形態では、マンガン、銅、及びニッケルを含む酸化物混合物は、MnO、MnO2、Mn2O3及びMn3O4の少なくとも1つ、CuO及びCu2Oの少なくとも1つ、及びNiO及びNi2O3の少なくとも1つを混合する工程を実行することによって得ることができる。すなわち、マンガン、銅、及びニッケルを含む酸化物混合物は、酸化マンガン、酸化銅、及び酸化ニッケルの混合工程によって得ることができる。さらに、本実施形態では、マンガン、銅、及びニッケルを含む酸化物混合物中のマンガンと銅とニッケルの原子比は、3:2:1、2:1:1、又は1:1:1であり得る。マンガン、銅、及びニッケルの原子比が上記の特定の比を満たしている場合、マンガン、銅、及びニッケルを含む酸化物混合物を含むアノード材料が適用された二次電池は、優れた容量と改善された容量保持性を備える。
本実施形態では、ニッケル、銅、及びスズを含む酸化物混合物は、Ni2O3及びNiOの少なくとも1つ、CuO及びCu2Oの少なくとも1つ、及びSnO及びSnO2の少なくとも1つを混合する工程を実行することによって得ることができる。すなわち、ニッケル、銅、及びスズを含む酸化物混合物は、酸化ニッケル、酸化銅、及び酸化スズの混合工程によって得ることができる。さらに、本実施形態では、ニッケル、銅、及びスズを含む酸化物混合物中のニッケルと銅とスズの原子比は、1:1:2、2:1:3、又は1:2:3であり得る。ニッケル、銅、及びスズの原子比が上記の特定の比を満たしている場合、ニッケル、銅、及びスズを含む酸化物混合物を含むアノード材料を使用した二次電池は、優れた容量と改善された容量保持性を備える。
アノード材料の準備
室温で、ボールミルを使用して、CoO粉末(コバルトを含む前駆体)、CuO粉末(銅を含む前駆体)、SnO粉末(スズを含む前駆体)、及びW酸化物粉末(元素Mを含む前駆体)を粉砕し、得られた粉末を混合し、プレスして直径約1cmのグリーンペレットにした。グリーンペレットを高温炉に入れて、前述の式(1)で表されるコバルト-銅-スズ酸化物のバルク材料を得た(すなわち、実施例1のアノード材料)。ここで、x1は8であり、元素MはWであり、元素Mの原子比率は10原子%以下であり、コバルト-銅-スズ酸化物の平均粒子径は、約0.1μm~約10μmの範囲である。
実施例1の粉砕して細かくされたアノード材料と、スーパーP導電性炭素及びバインダー(すなわち、水に溶解されたカルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC))は、7:2:1の重量比で混合された。次に、ジルコニアボールを加え、約30分間混合して、アノードスラリーを形成した。次に、スパチュラ(100μm)を使用して、前記スラリーを銅箔(上記の集電体)に均一に塗布し、次に、スラリーを塗布した銅箔を真空オーブンに入れて、約110℃で約12時間乾燥させた。その後、乾燥した銅箔を、切断機により、直径約12.8mmの実施例1のアノードに切断した。
アノード材料の準備
室温で、ボールミルを使用して、CoO粉末(コバルトを含む前駆体)、CuO粉末(銅を含む前駆体)、SnO粉末(スズを含む前駆体)、及びW酸化物粉末(元素Mを含む前駆体)を粉砕し、得られた粉末を混合し、プレスして直径約1cmのグリーンペレットにした。グリーンペレットを高温炉に入れて、前述の式(2)で表されるコバルト-銅-スズ酸化物のバルク材料を得た(すなわち、実施例2のアノード材料)。ここで、x2は4であり、元素MはWであり、元素Mの原子比率は10原子%以下であり、コバルト-銅-スズ酸化物の平均粒子径は、約0.1μm~約10μmの範囲である。
実施例2の粉砕して細かくされたアノード材料と、スーパーP導電性炭素及びバインダー(すなわち、水に溶解されたカルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC))は、7:2:1の重量比で混合された。次に、ジルコニアボールを加え、約30分間混合して、アノードスラリーを形成した。次に、スパチュラ(100μm)を使用して、前記スラリーを銅箔(上記の集電体)に均一に塗布し、次に、スラリーを塗布した銅箔を真空オーブンに入れて、約110℃で約12時間乾燥させた。その後、乾燥した銅箔を、切断機により、直径約12.8mmの実施例2のアノードに切断した。
アノード材料の準備
室温で、ボールミルを使用して、CoO粉末(コバルトを含む前駆体)、CuO粉末(銅を含む前駆体)、SnO粉末(スズを含む前駆体)、及びW酸化物粉末(元素Mを含む前駆体)を粉砕し、得られた粉末を混合し、プレスして直径約1cmのグリーンペレットにした。グリーンペレットを高温炉に入れて、前述の式(3)で表されるコバルト-銅-スズ酸化物のバルク材料を得た(すなわち、実施例3のアノード材料)。ここで、x3は4であり、元素MはWであり、元素Mの原子比率は10原子%以下であり、コバルト-銅-スズ酸化物の平均粒子径は、約0.1μm~約10μmの範囲である。
実施例3の粉砕して細かくされたアノード材料と、スーパーP導電性炭素及びバインダー(すなわち、水に溶解されたカルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC))は、7:2:1の重量比で混合された。次に、ジルコニアボールを加え、約30分間混合して、アノードスラリーを形成した。次に、スパチュラ(100μm)を使用して、前記スラリーを銅箔(上記の集電体)に均一に塗布し、次に、スラリーを塗布した銅箔を真空オーブンに入れて、約110℃で約12時間乾燥させた。その後、乾燥した銅箔を、切断機により、直径約12.8mmの実施例3のアノードに切断した。
アノード材料の準備
室温で、ボールミルを使用して、CoO粉末(コバルト酸化物)、CuO粉末(銅酸化物)、SnO2粉末(スズ酸化物)、及びW酸化物粉末(元素Mを含む酸化物)を粉砕・混合して、コバルト、銅、及びスズを含む酸化物混合物を得た(すなわち、実施例4のアノード材料)。ここで、コバルトと銅とスズの原子比は、1:1:1であり、元素MはWであり、元素Mの原子比率は10原子%以下である。
実施例4のアノード材料と、スーパーP導電性炭素及びバインダー(すなわち、水に溶解されたカルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC))は、7:2:1の重量比で混合された。次に、ジルコニアボールを加え、約30分間混合して、アノードスラリーを形成した。次に、スパチュラ(100μm)を使用して、前記スラリーを銅箔(上記の集電体)に均一に塗布し、次に、スラリーを塗布した銅箔を真空オーブンに入れて、約110℃で約12時間乾燥させた。その後、乾燥した銅箔を、切断機により、直径約12.8mmの実施例4のアノードに切断した。
アノード材料の準備
室温で、ボールミルを使用して、SiO2粉末(ケイ素を含む前駆体)、SnO2粉末(スズを含む前駆体)、Fe2O3粉末(鉄を含む前駆体)、TiO2粉末(元素Mを含む前駆体)を粉砕し、得られた粉末を混合し、プレスして直径約1cmのグリーンペレットにした。グリーンペレットを高温炉に入れて、前述の式(4)で表されるケイ素-スズ-鉄酸化物のバルク材料を得た(すなわち、実施例4のアノード材料)。ここで、x4は21であり、元素MはTiであり、元素Mの原子比率は10原子%以下であり、ケイ素-スズ-鉄酸化物の平均粒子径は、約0.1μm~約10μmの範囲である。
実施例5の粉砕して細かくされたアノード材料と、スーパーP導電性炭素及びバインダー(すなわち、水に溶解されたカルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC))は、7:2:1の重量比で混合された。次に、ジルコニアボールを加え、約30分間混合して、アノードスラリーを形成した。次に、スパチュラ(100μm)を使用して、前記スラリーを銅箔(上記の集電体)に均一に塗布し、次に、スラリーを塗布した銅箔を真空オーブンに入れて、約110℃で約12時間乾燥させた。その後、乾燥した銅箔を、切断機により、直径約12.8mmの実施例5のアノードに切断した。
アノード材料の準備
室温で、ボールミルを使用して、SiO2粉末(酸化ケイ素)、SnO2粉末(酸化スズ)、Fe2O3粉末(酸化鉄)、TiO2粉末(元素Mを含む酸化物)を粉砕・混合して、ケイ素、スズ、鉄を含む酸化物混合物を得た(すなわち、実施例6のアノード材料)。ケイ素とスズと鉄の原子比は、4:1:16であり、元素MはTiであり、元素Mの原子比率は10原子%以下である。
実施例6のアノード材料と、スーパーP導電性炭素及びバインダー(すなわち、水に溶解されたカルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC))は、7:2:1の重量比で混合された。次に、ジルコニアボールを加え、約30分間混合して、アノードスラリーを形成した。次に、スパチュラ(100μm)を使用して、前記スラリーを銅箔(上記の集電体)に均一に塗布し、次に、スラリーを塗布した銅箔を真空オーブンに入れて、約110℃で約12時間乾燥させた。その後、乾燥した銅箔を、切断機により、直径約12.8mmの実施例6のアノードに切断した。
アノード材料の準備
室温で、ボールミルを使用して、CuO粉末(銅を含む前駆体)、MnO粉末(マンガンを含む前駆体)、SiO2粉末(ケイ素を含む前駆体)、及びTiO2粉末(元素Mを含む前駆体)を粉砕し、得られた粉末を混合し、プレスして直径約1cmのグリーンペレットにした。グリーンペレットを高温炉に入れて、前述の式(7)で表される銅-マンガン-ケイ素酸化物のバルク材料を得た(すなわち、実施例7のアノード材料)。ここで、x7は1であり、元素MはTiであり、元素Mの原子比率は10原子%以下であり、銅-マンガン-ケイ素酸化物の平均粒子径は、約0.1μm~約10μmの範囲である。
実施例7の粉砕して細かくされたアノード材料と、スーパーP導電性炭素及びバインダー(すなわち、水に溶解されたカルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC))は、7:2:1の重量比で混合された。次に、ジルコニアボールを加え、約30分間混合して、アノードスラリーを形成した。次に、スパチュラ(100μm)を使用して、前記スラリーを銅箔(上記の集電体)に均一に塗布し、次に、スラリーを塗布した銅箔を真空オーブンに入れて、約110℃で約12時間乾燥させた。その後、乾燥した銅箔を、切断機により、直径約12.8mmの実施例7のアノードに切断した。
アノード材料の準備
室温で、ボールミルを使用して、CuO粉末(酸化銅)、MnO粉末(酸化マンガン)、SiO2粉末(酸化ケイ素)、TiO2粉末(元素Mを含む酸化物)を粉砕・混合して、銅、マンガン及びケイ素を含む酸化物混合物を得た(すなわち、実施例8のアノード材料)。銅とマンガンとケイ素の原子比は、1:4:1であり、元素MはTiであり、元素Mの原子比率は10原子%以下である。
実施例8のアノード材料と、スーパーP導電性炭素及びバインダー(すなわち、水に溶解されたカルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC))は、7:2:1の重量比で混合された。次に、ジルコニアボールを加え、約30分間混合して、アノードスラリーを形成した。次に、スパチュラ(100μm)を使用して、前記スラリーを銅箔(上記の集電体)に均一に塗布し、次に、スラリーを塗布した銅箔を真空オーブンに入れて、約110℃で約12時間乾燥させた。その後、乾燥した銅箔を、切断機により、直径約12.8mmの実施例8のアノードに切断した。
アノード材料の準備
室温で、ボールミルを使用して、SnO2粉末(スズを含む前駆体)、MnO2粉末(マンガンを含む前駆体)、NiO粉末(ニッケルを含む前駆体)、Mo酸化物粉末(元素Mを含む前駆体)を粉砕し、得られた粉末を混合し、プレスして直径約1cmのグリーンペレットにした。グリーンペレットを高温炉に入れて、前述の式(8)で表されるスズ-マンガン-ニッケル酸化物のバルク材料を得た(すなわち、実施例9のアノード材料)。ここで、x8は7であり、元素MはMoであり、元素Mの原子比率は10原子%以下であり、スズ-マンガン-ニッケル酸化物の平均粒子径は、約0.1μm~約10μmの範囲である。
実施例9の粉砕して細かくされたアノード材料と、スーパーP導電性炭素及びバインダー(すなわち、水に溶解されたカルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC))は、7:2:1の重量比で混合された。次に、ジルコニアボールを加え、約30分間混合して、アノードスラリーを形成した。次に、スパチュラ(100μm)を使用して、前記スラリーを銅箔(上記の集電体)に均一に塗布し、次に、スラリーを塗布した銅箔を真空オーブンに入れて、約110℃で約12時間乾燥させた。その後、乾燥した銅箔を、切断機により、直径約12.8mmの実施例9のアノードに切断した。
アノード材料の準備
室温で、ボールミルを使用して、SnO2粉末(酸化スズ)、MnO2粉末(酸化マンガン)、NiO粉末(酸化ニッケル)、Mo酸化物粉末(元素Mを含む酸化物)を粉砕・混合して、スズ、マンガン及びニッケルを含む酸化物混合物を得た(すなわち、実施例10のアノード材料)。スズ、マンガン、ニッケルの原子比は、1:2:1であり、元素MはMoであり、元素Mの原子比率は10原子%以下である。
実施例10のアノード材料と、スーパーP導電性炭素及びバインダー(すなわち、水に溶解されたカルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC))は、7:2:1の重量比で混合された。次に、ジルコニアボールを加え、約30分間混合して、アノードスラリーを形成した。次に、スパチュラ(100μm)を使用して、前記スラリーを銅箔(上記の集電体)に均一に塗布し、次に、スラリーを塗布した銅箔を真空オーブンに入れて、約110℃で約12時間乾燥させた。その後、乾燥した銅箔を、切断機により、直径約12.8mmの実施例10のアノードに切断した。
アノード材料の準備
室温で、ボールミルを使用して、MnO2粉末(マンガンを含む前駆体)、CuO粉末(銅を含む前駆体)、NiO粉末(ニッケルを含む前駆体)、Mo酸化物粉末(元素Mを含む前駆体)を粉砕し、得られた粉末を混合し、プレスして直径約1cmのグリーンペレットにした。グリーンペレットを高温炉に入れて、前述の式(13)で表されるマンガン-銅-ニッケル酸化物のバルク材料を得た(すなわち、実施例11のアノード材料)。ここで、元素MはMoであり、元素Mの原子比率は10原子%以下であり、マンガン-銅-ニッケル酸化物の平均粒子径は、約0.1μm~約10μmの範囲である。
実施例11の粉砕して細かくされたアノード材料と、スーパーP導電性炭素及びバインダー(すなわち、水に溶解されたカルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC))は、7:2:1の重量比で混合された。次に、ジルコニアボールを加え、約30分間混合して、アノードスラリーを形成した。次に、スパチュラ(100μm)を使用して、前記スラリーを銅箔(上記の集電体)に均一に塗布し、次に、スラリーを塗布した銅箔を真空オーブンに入れて、約110℃で約12時間乾燥させた。その後、乾燥した銅箔を、切断機により、直径約12.8mmの実施例11のアノードに切断した。
アノード材料の準備
室温で、ボールミルを使用して、MnO2粉末(酸化マンガン)、CuO粉末(酸化銅)、NiO粉末(酸化ニッケル)、Mo酸化物粉末(元素Mを含む酸化物)を粉砕・混合して、マンガン、銅、及びニッケルを含む酸化物混合物を得た(すなわち、実施例12のアノード材料)。ここで、マンガン、銅、ニッケルの原子比は、2:1:1であり、元素MはMoであり、元素Mの原子比率は10原子%以下である。
実施例12のアノード材料と、スーパーP導電性炭素及びバインダー(すなわち、水に溶解されたカルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC))は、7:2:1の重量比で混合された。次に、ジルコニアボールを加え、約30分間混合して、アノードスラリーを形成した。次に、スパチュラ(100μm)を使用して、前記スラリーを銅箔(上記の集電体)に均一に塗布し、次に、スラリーを塗布した銅箔を真空オーブンに入れて、約110℃で約12時間乾燥させた。その後、乾燥した銅箔を、切断機により、直径約12.8mmの実施例12のアノードに切断した。
アノード材料の準備
室温で、ボールミルを使用して、NiO粉末(酸化ニッケル)、CuO粉末(酸化銅)、SnO2粉末(酸化スズ)、及びW酸化物粉末(元素Mを含む酸化物)を粉砕・混合して、ニッケル、銅及びスズを含む酸化物混合物を得た(すなわち、実施例13のアノード材料)。ニッケル、銅、スズの原子比は、1:1:2であり、元素MはWであり、元素Mの原子比率は10原子%以下である。
実施例13のアノード材料と、スーパーP導電性炭素及びバインダー(すなわち、水に溶解されたカルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC))は、7:2:1の重量比で混合された。次に、ジルコニアボールを加え、約30分間混合して、アノードスラリーを形成した。次に、スパチュラ(100μm)を使用して、前記スラリーを銅箔(上記の集電体)に均一に塗布し、次に、スラリーを塗布した銅箔を真空オーブンに入れて、約110℃で約12時間乾燥させた。その後、乾燥した銅箔を、切断機により、直径約12.8mmの実施例13のアノードに切断した。
アノード材料の準備
室温で、ボールミルを使用して、NiO粉末(ニッケルを含む前駆体)、CuO粉末(銅を含む前駆体)、SnO2粉末(スズを含む前駆体)、W酸化物粉末(元素Mを含む前駆体)を粉砕し、得られた粉末を混合し、プレスして直径約1cmのグリーンペレットにした。グリーンペレットを高温炉に入れて、前述の式(15)で表されるニッケル-銅-スズ酸化物のバルク材料を得た(すなわち、実施例14のアノード材料)。ここで、x15は6であり、元素MはWであり、元素Mの原子比率は10原子%以下であり、ニッケル-銅-スズ酸化物の平均粒子径は、約0.1μm~約10μmの範囲である。
実施例14の粉砕して細かくされたアノード材料と、スーパーP導電性炭素及びバインダー(すなわち、水に溶解されたカルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC))は、7:2:1の重量比で混合された。次に、ジルコニアボールを加え、約30分間混合して、アノードスラリーを形成した。次に、スパチュラ(100μm)を使用して、前記スラリーを銅箔(上記の集電体)に均一に塗布し、次に、スラリーを塗布した銅箔を真空オーブンに入れて、約110℃で約12時間乾燥させた。その後、乾燥した銅箔を、切断機により、直径約12.8mmの実施例14のアノードに切断した。
二次電池の準備
比較例1の二次電池は、実施例1と同様の作製手順で準備した。比較例1の二次電池と実施例1の二次電池との相違は、主に、実施例1の二次電池では、作用電極が実施例1のアノードであり;比較例1の二次電池では、作用電極の材料がCo2SnO4である。
二次電池の準備
比較例2の二次電池は、実施例1と同様の作製手順で準備した。比較例2の二次電池と実施例1の二次電池との相違は、主に、実施例1の二次電池では、作用電極が実施例1のアノードであり;比較例2の二次電池では、作用電極の材料がCoOである。
二次電池の準備
比較例3の二次電池は、実施例1と同様の作製手順で準備した。比較例3の二次電池と実施例1の二次電池との相違は、主に、実施例1の二次電池では、作用電極が実施例1のアノードであり;比較例3の二次電池では、作用電極の材料がCuOである。
二次電池の準備
比較例4の二次電池は、実施例1と同様の作製手順で準備した。比較例4の二次電池と実施例1の二次電池との相違は、主に、実施例1の二次電池では、作用電極が実施例1のアノードであり;比較例4の二次電池では、作用電極の材料がSnO2である。
二次電池の準備
比較例5の二次電池は、実施例1と同様の作製手順で準備した。比較例5の二次電池と実施例1の二次電池との相違は、主に、実施例1の二次電池では、作用電極が実施例1のアノードであり;比較例5の二次電池では、作用電極の材料がSiO2である。
二次電池の準備
比較例6の二次電池は、実施例1と同様の作製手順で準備した。比較例6の二次電池と実施例1の二次電池との相違は、主に、実施例1の二次電池では、作用電極が実施例1のアノードであり;比較例6の二次電池では、作用電極の材料がFe2O3である。
二次電池の準備
比較例7の二次電池は、実施例1と同様の作製手順で準備した。比較例7の二次電池と実施例1の二次電池との相違は、主に、実施例1の二次電池では、作用電極が実施例1のアノードであり;比較例7の二次電池では、作用電極の材料がMnOである。
二次電池の準備
比較例8の二次電池は、実施例1と同様の作製手順で準備した。比較例8の二次電池と実施例1の二次電池との相違は、主に、実施例1の二次電池では、作用電極が実施例1のアノードであり;比較例8の二次電池では、作用電極の材料がMnO2である。
二次電池の準備
比較例9の二次電池は、実施例1と同様の作製手順で準備した。比較例9の二次電池と実施例1の二次電池との相違は、主に、実施例1の二次電池では、作用電極が実施例1のアノードであり;比較例9の二次電池では、作用電極の材料がNiOである。
実施例1~14の二次電池及び比較例1~9の二次電池のそれぞれについて、電圧0.01V~3V、約15℃~約30℃の環境下で、電池サイクル寿命容量試験を行った。測定結果を図2~15に示す。
102:アノード
102a、104a:集電体
102b:アノード材料層
104:カソード
104b:カソード材料層
106:セパレータ
108:電解質
110:収容領域
112:パッケージ構造体
Claims (5)
- 下記式(1)~(3)のいずれかで表されるコバルト-銅-スズ酸化物を含む二次電池用アノード材料:
Co5Cu1Sn3MOx1 式(1)、
Co2Cu1Sn1MOx2 式(2)、
Co1Cu1Sn1MOx3 式(3)、
ここで、x1は8、9又は14であり、x2は4、6又は8であり、x3は3、4又は5であり、Mは、Ni、Cr、Mn、Zn、Al、Ti、In、Mo及びWからなる群から選択される少なくとも一つの元素であり、Mの原子比率が、式(1)、式(2)又は式(3)で表されるコバルト-銅-スズ酸化物中の金属元素の全原子数に対して10原子%以下である。 - 式(1)、式(2)又は式(3)で表されるコバルト-銅-スズ酸化物が、スピネル構造、ペロブスカイト構造、塩化ナトリウム構造、又はカルコパイライト(Chalcopyrite)構造を有する、請求項1に記載の二次電池用アノード材料。
- 集電体;及び
前記集電体上に配置され、請求項1に記載の二次電池用アノード材料を含むアノード材料層を含む、二次電池用アノード。 - カソード;
前記カソードとは別に配置されたアノードであって、請求項3に記載の二次電池用アノードであるアノード;
前記カソードと前記アノードとの間に設けられた電解質;及び
前記カソード、前記アノード、及び前記電解質をパッキングするパッケージ構造体、とを含む二次電池。 - 前記カソードと前記アノードとの間に配置されたセパレータをさらに含み、
前記セパレータ、前記カソード及び前記アノードは、貯蔵システムの収容領域を画定し、
前記電解質は前記収容領域に配置される、請求項4に記載の二次電池。
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