电池用电极材料及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种电极材料，其是电池用电极材料，电极材料包含碳和结晶性材料，该结晶性材料由层状双氢氧化物和/或岩盐型结构的阳离子缺位金属氧化物构成，碳与阳离子缺位金属氧化物和/或层状双氢氧化物复合化。根据本发明专利技术，能够提供一种高分散有碳的、作为电池用电极材料非常有用的、碳复合阳离子缺位金属氧化物以及碳复合LDH。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电池用电极材料及其制造方法
本专利技术涉及电池用电极材料及其制造方法。
技术介绍
以水滑石为代表的层状双氢氧化物(LayeredDoubleHydroxide)(以下也称为LDH)的结晶结构如图1示意性所示，其是具有能够在氢氧化物的层与层之间进行交换的阴离子的物质组，发挥其特征而用作催化剂、吸附剂、用于提高耐热性的高分子中的分散剂等。特别是，近年来，作为电池用的电极材料也备受关注，正在进行各种研究。例如，专利文献1(日本特许第5158150号公报)中公开一种金属空气电池用空气极，其含有导电性材料、以及作为空气极催化剂的层状双氢氧化物。另外，非专利文献1(K.Tadanagaetal.,J.Mater.Chem.A,2013,1,6804-6809)中公开如下内容：层状双氢氧化物作为金属空气电池的离子传导相发挥作用。另外，还已知通过对LDH进行烧成而得到的阳离子缺位金属氧化物。该阳离子缺位金属氧化物用通式MO1+δ(式中，M包含1～6价的金属元素，δ为阳离子缺位量)表示，具有如图2示意性所示的、伴随有阳离子缺位的岩盐型的结晶结构。例如，在专利文献2(日本特开2013－149586号公报)中公开如下内容：可以将通过对LDH进行烧成而得到的复合金属氧化物用作锂二次电池等二次电池用的正极或负极。特别是，该文献中公开的复合金属氧化物与以往用于负极的理论容量较小的石墨等碳材料不同，能够提供一种利用转化反应而非嵌入反应的二次电池。应予说明，转化反应为金属氧化物在放电时被还原为金属并生成锂氧化物(Li2O)的反应。并且，根据使用转化反应的转化型二次电池用的上述电极，成本低，具有高能量密度，还能够呈现出优异的循环特性。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特许第5158150号公报专利文献2：日本特开2013－149586号公报非专利文献非专利文献1：K.Tadanagaetal.,J.Mater.Chem.A,2013,1,6804-6809
技术实现思路
LDH、阳离子缺位金属氧化物的电子传导性较低。不过，考虑通过在这些材料中混合碳而使其作为金属空气电池用正极、锂离子电池用电极发挥作用。但是，如果仅将LDH、阳离子缺位金属氧化物与碳混合，则分散性不充分，无法实现性能的充分提高。因此，期望有一种高分散有碳(例如以纳米水平与碳高度复合化)而不是与碳的单纯的混合物的、LDH、阳离子缺位金属氧化物。最近，本专利技术的专利技术人得到如下见解：在LDH的结晶结构中插入有机分子，进行烧成，由此，得到能够优选适用于锂离子二次电池等二次电池用电极的碳复合阳离子缺位金属氧化物。另外，得到如下见解：对碳复合阳离子缺位金属氧化物进行加湿处理，由此，得到能够优选适用于空气二次电池用正极材料等的碳复合LDH。即，本专利技术的专利技术人开发出高分散有碳的、作为二次电池用电极材料非常有用的、碳复合阳离子缺位金属氧化物以及碳复合LDH。因此，本专利技术的目的在于，提供一种高分散有碳的、作为电池用电极材料非常有用的、碳复合阳离子缺位金属氧化物以及碳复合LDH。根据本专利技术的一个方案，提供一种电极材料，其是电池用电极材料，其中，所述电极材料包含碳和结晶性材料，该结晶性材料由层状双氢氧化物和/或岩盐型结构的阳离子缺位金属氧化物构成，所述碳与所述层状双氢氧化物和/或所述阳离子缺位金属氧化物复合化。根据本专利技术的另一个方案，提供一种方法，其是上述电极材料的制造方法，其中，包括：准备包含有机物质的碱性水溶液的工序；在所述碱性水溶液中添加构成所述层状双氢氧化物和/或所述阳离子缺位金属氧化物的2种以上的阳离子的盐而生成沉淀的工序；在高压釜中对所述沉淀进行水热处理，形成插入有所述有机物质的所述层状双氢氧化物的工序；以及对所述插入有有机物质的层状双氢氧化物进行烧成，形成与碳复合化的所述阳离子缺位金属氧化物的工序。附图说明图1是表示层状双氢氧化物(LDH)的结晶结构的示意图。图2是表示阳离子缺位金属氧化物的结晶结构的示意图。图3是例1中制作的各种插入有有机分子的LDH的XRD测定数据。图中的＊表示LDH的层间阴离子的种类。图4是例1中测定到的各种插入有有机分子的LDH的TG－DTA测定数据。图5是例2中将插入有有机分子的LDH于400℃进行烧成得到的样品的拉曼光谱测定数据。图中的＊表示LDH的层间阴离子的种类。图6是例2中将插入有癸二酸的LDH于300～700℃的各种温度进行烧成得到的样品的XRD测定数据。图7是例2中将插入有对苯二甲酸的LDH于400及500℃进行烧成得到的样品的XRD测定数据。图8是例2中将插入有癸二酸的LDH于400℃进行烧成得到的样品的TEM观察图像。具体实施方式电池用电极材料本专利技术涉及用于电池的电极材料。作为认为本专利技术的电极材料能够适用的电池的优选例，可以举出：锂离子二次电池、金属空气电池(例如金属空气二次电池)、碱性燃料电池以及锌二次电池。作为锌二次电池的例子，可以举出：镍锌二次电池、氧化银锌二次电池、氧化锰锌二次电池、锌空气二次电池。特别优选的锌二次电池为镍锌二次电池及锌空气二次电池。本专利技术的电极材料包含碳和结晶性材料。结晶性材料由层状双氢氧化物和/或岩盐型结构的阳离子缺位金属氧化物构成。层状双氢氧化物典型地具有通式：Ma+1－xMb+x(OH)2An－(a－2+x(－a+b))/n·mH2O(式中，Ma+为a价的阳离子，M3+为b价的阳离子，An－为n价的阴离子，a为1～6，b为1～6，n为1以上的整数，x为0.1～0.4，m为0以上)的基本组成。另一方面，阳离子缺位金属氧化物典型地具有岩盐型结构的MO1+δ(式中，M包含a价的金属元素及b价的金属元素，a为1～6，b为1～6，δ为阳离子缺位量)的基本组成。利用层状双氢氧化物的烧成而得到阳离子缺位金属氧化物。并且，碳与阳离子缺位金属氧化物和/或层状双氢氧化物复合化。即，提供高分散有碳的(例如以纳米水平与碳高度复合化的)、作为电池用电极材料非常有用的、碳复合阳离子缺位金属氧化物及碳复合LDH。在LDH的结晶结构中插入有机分子，进行烧成，由此，使碳高度分散于阳离子缺位金属氧化物，这是在与碳的单纯的混合中无法实现的。这样得到的碳复合阳离子缺位金属氧化物能够优选适用于锂离子二次电池等的电池用电极。另外，对碳复合阳离子缺位金属氧化物进行加湿处理，由此，使碳高度分散于LDH。这样得到的碳复合LDH能够优选适用于空气电池用正极材料等。如上所述，碳与阳离子缺位金属氧化物和/或层状双氢氧化物复合化。特别优选结晶性材料以纳米级分散于碳。例如，优选结晶性材料为直径5～10nm的粒子状且结晶性材料的粒子被碳包围的构成。可以通过拉曼光谱测定来确认碳的存在形态。优选的碳的存在形态中，在对结晶性材料进行拉曼光谱测定的情况下，源自于碳的峰的至少一个作为相当于石墨的峰被观察到是典型方案。根据本专利技术的优选方案，结晶性材料由层状双氢氧化物构成。层状双氢氧化物具有空气极催化活性、氢氧化物离子传导性，不过，通过与碳复合化来实现空气极催化活性的提高。这是因为：通过作为电子传导体的碳和离子传导性的层状双氢氧化物混合而使得反应场面积变大。因此，由该方案得到的电极材料能够特别优选适用于金属空气电池、碱性燃料电池以及锌二次电池的正极或空气极。层状双氢氧化物典型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极材料，其是电池用电极材料，其中，所述电极材料包含碳和结晶性材料，该结晶性材料由层状双氢氧化物和/或岩盐型结构的阳离子缺位金属氧化物构成，所述碳与所述层状双氢氧化物和/或所述阳离子缺位金属氧化物复合化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.25 JP 2016-0621821.一种电极材料，其是电池用电极材料，其中，所述电极材料包含碳和结晶性材料，该结晶性材料由层状双氢氧化物和/或岩盐型结构的阳离子缺位金属氧化物构成，所述碳与所述层状双氢氧化物和/或所述阳离子缺位金属氧化物复合化。2.根据权利要求1所述的电极材料，其中，所述结晶性材料由所述层状双氢氧化物构成。3.根据权利要求1所述的电极材料，其中，所述结晶性材料由所述阳离子缺位金属氧化物构成。4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的电极材料，其中，所述结晶性材料以纳米级分散于所述碳。5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的电极材料，其中，所述结晶性材料为直径5～10nm的粒子状，所述结晶性材料的粒子被所述碳包围。6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的电极材料，其中，在进行拉曼光谱测定的情况下，源自于所述碳的峰的至少一个作为相当于石墨的峰被观察到。7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的电极材料，其中，所述电池从由锂离子二次电池、金属空气电池、碱性燃料电池以及锌二次电池构成的组中选择。8.一种方法，其是权利要求1～7中的任意一项所述的电极材料的制造方法，其中，包括：准备包含有机物质的碱性水溶液的工序；在所述碱性水溶液中添加能够构成所述层状双氢氧化物和/或所述阳离子缺位金属氧化物的2种以上的阳离子的盐而生成沉淀的工序；在高压釜中对所述沉淀进行水热处理，形成插入有所述有机物质的所述层状双氢氧化物的工序；以及对所述插入有有机物质的层状双氢氧化物进行烧成，形成与碳复合化的所述阳离子缺位金属氧化物的工序。9.根据权利要求8所述的方法，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：园山范之，服部达哉，鬼头贤信，
申请(专利权)人：国立大学法人名古屋工业大学，日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP