本发明专利技术提供一种具有一维孔道结构，且由化学组成式Ｈ↓［２］Ｔｉ↓［１２］Ｏ↓［２５］表示的新型化合物，及该化合物的制造方法，本发明专利技术还提供一种有望具有长期优异的充放电循环，且容量高的锂二次电池，该锂二次电池包含下述电极作为构部件，所述电极通过将所述新型钛氧化物作为活性物质而制成。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种新型钛氧化物及其制造方法，以及包含作为构成部件的 电极的锂二次电池，所述电极包含所述钛氧化物作为活性物质。
技术介绍
目前，在日本，移动电话、笔记本电脑等便携式电子机器中装载的二次 电池的绝大部分为锂二次电池。此外，由于预计在今后将实现利用锂二次电 池作为集成化、电力负荷均衡化体系等的大型电池，因此该电池的重要性日益提高。上述锂二次电池都包括以下主要构成要素含有可以可逆地吸收、；汰出 锂的材料的正极和负极，以及含有非水电解液的隔板或固体电解质。上述的构成要素中，正在研究的电极用活性物质，例如可以举出，锂钴 氧化物(LiCo02)、锂锰氧化物(LiMn204)、锂钛氧化物(0^5012)等氧化物类， 金属锂、锂合金、锡合金等金属类，以及石墨、MCMB(中间相碳微球)等碳 类材料。对于上述这些材料，利用它们各自活性物质中的锂含量引起的化学势的 差异，来决定电池的电压，特别地，通过组合使用这些材料，可以形成较大 的电位差，这是能量密度优异的锂二次电池所具有的特征。特别是，在将锂钴氧化物LiCo02活性物质和碳材料作为电极的组合中， 由于其电压可以接近4V，此外，充放电容量(可从电极脱离、或插入电极的 锂量)大，安全性高，因此该电极材料的组合被广泛地应用于现有的锂二次 电池中。另 一方面，对含有尖晶石型的锂锰氧化物(LiMri204)活性物质和尖晶石 型的锂钛氧化物(1^4715012)活性物质的电极的组合而言，由于该电极组合容 易平稳地进行锂的吸收、脱离反应，此外，伴随反应导致的晶格体积的变化 更小，因此可知该组合能够制成在长期充放电循环方面优异的锂二次电池，且已经实现实用化。可以预计，在今后，必须要利用锂二次电池或电容器等化学电池作为汽 车用电源或大容量备用电源、紧急用途电源等大型且寿命长的电源，因此， 必须利用上述氧化物活性物质的组合，以得到更高性能(高容量)的电极活性物质。其中，对于钛氧化物类活性物质而言，当对电极使用锂金属时，产生约为1 2V左右的电压，因此，目前正在研究，具有各种晶体结构的材料作为 负极用材料时，钛氧化物类活性物质用作电极活性物质的可能性。其中，具有钛酸青铜型晶体结构的二氧化钛(本说明书中，将"具有钛酸 青铜型晶体结构的二氧化钬"简称为"Ti02(B)，，)活性物质作为电极材料，正受 到人们的关注，这是因为该材料可以实现与尖晶石型锂钛氧化物同等平稳的 对锂的吸收、脱离反应，且可以比尖晶石型材料具有更高容量(参考专利文 献l、非专利文献l)。其中，&11307为初始原料制造Ti02(B)的方法已很清楚，即通过在空 气中于280匸以上加热所述11211307，可以合成以Ti02(B)为主成分的产物。此外，具有纳米线、纳米管等纳米级形状的Ti02(B)活性物质，其作为 可具有初期放电容量超过300mAh/g的电极材料而受到关注(参考非专利文 献2)。但是，这些具有纳米尺寸粒径的材料，由于在初期的插入反应中插入的 锂离子的一部分无法脱离，因此其不可逆容量较大，初期充放电效率(=充电 容量(锂脱离量)+放电容量(锂插入量))在73%左右，所以在高容量类的锂二次 电池中用作负极材料，会出现问题。另一方面，还报导了在以H2丁i307作为初始原料，在直到生成TiO"B) 为止的热处理过程中，存在着准稳定相(参考非专利文献3)。其中，报导了在空气中在14(TC下热处理1个月，该过程中存在具有 H2Ti6013的化学组成，且具有Na2Ti6013的骨架结构的相，但在温度高于 150°C，且直到生成Ti02(B)的28(TC为止的温度范围内，对于其中存在何种 的相仍然未知。此外，也没有公开在150。C 280。C的范围内，通过对112丁1307进行加热 制成的晶体相是否适合作为电极活性物质使用。 专利文献1:日本特愿2006-299477号非专矛J文南史1 : L.Brohan, R,Marchand， Solid State Ionics, 9-10, 419-424(1983)非专利文献 2 : A.R.Armstrong, G.Armstrong， J.Canales， R.Garcia， P.GBmce, Advanced Materials, 17， 862-865(2005)非专利文献3: T.P.Feist， RK.Davies， J,Solid State Chem., 101， 275-295 (1992)
技术实现思路
专利技术要解决的问题为解决上述的现有问题，本专利技术提供一种作为具有优异的长期充放电循 环，且有望具有高容量的锂二次电池的电极材料的重要的新型钛氧化物及其 制造方法，以及含有作为构成部件的电极的锂二次电池，所述电极利用所述 钛氧化物作为活性物质。解决问题的方法
本专利技术者经潜心研究的结果发现，利用H2丁i307作为初始原料，在空气中于150。C以上且低于280。C的温度范围内，生成了新化合物H2Ti12025，并 且确定了该新化合物的化学组成、晶体结构以及制造方法，进一步，制作了 含有下述电极作为构成部件的锂二次电池，其中，该电极利用112^12025作 为活性物质，并确认了该电池具有高容量的初期充放电特性，从而完成了本 专利技术。即，本专利技术提供一种如下所示的新型钛氧化物H2Ti，2025及其制造方法，以及含有下述电极作为构成部件的锂二次电池，所述电极利用所述钛氧化物 作为活性物质。1. 一种化合物，其具有以通式1121112025表示的化学组成。2. —种化合物，其具有以通式H2Ti，2025表示的化学组成，就该化合物晶体结构的特征而言，其具有 一维孔道(tunnel)结构。3. —种化合物，其具有以通式H2Ti,2025表示的化学组成，就该化合物晶体结构的特征而言，其具有一维孔道结构，且该晶体结构为单斜晶系、空 间群为P2/m、晶胞参数a-14.8卜14.83A、 b=3.88~3.90A、 c=9.85~9.88A、 (3=110 112o。4. 一种用于锂二次电池的活性物质，其由具有通式112^12025表示的化学组成的化合物制成。5. —种制造上述1~3所述的化合物的方法，该方法包括以下步骤以 142丁1307为初始原料，在空气或真空中于150。C以上且低于280。C的温度范围 内对所述初始原料进行热处理，从而合成所述化合物。6. 上述5所述的制造化合物的方法，其中，所述^丁;307通过以下步骤 合成在空气中于600。C以上的高温下对钠化合物和氧化钛的混合物进行处 理，生成钠钛氧化物Na2Tb07多晶体，再在空气中，于室温条件下用酸性溶 液与该Na2Ti307多晶体进行质子交换反应，从而合成H2Ti307。7. —种制造上述4所述的用于锂二次电池的活性物质的方法，该方法 包括以下步骤以H2丁i307为初始原料，在空气或真空中于150。C以上且^f氐 于2S0。C的温度范围内对所述初始原料进行热处理，从而合成所述活性物质。8. 上述7所述的制造用于锂二次电池的活性物质的方法，其中，所述 H2Tb07通过以下步骤合成在空气中于600。C以上的高温下处理钠化合物和 氧化钛的混合物，生成钠钛氧化物Na2Tb07多晶体，再在空气中，于室温条 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种化合物，其具有以通式Ｈ↓［２］Ｔｉ↓［１２］Ｏ↓［２５］表示的化学组成。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：秋本顺二，本岛伦人，早川博，高桥靖彦，井手本康，
申请(专利权)人：独立行政法人产业技术总合研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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