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公開番号2025112534
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-01
出願番号2024006818
出願日2024-01-19
発明の名称二次電池用負極材料、二次電池用負極および二次電池
出願人国立大学法人鳥取大学,日本新金属株式会社
代理人個人,個人
主分類H01M 4/48 20100101AFI20250725BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】より優れた機能を有する二次電池用負極材料を提供する。
【解決手段】酸化タングステンおよび酸化モリブデンからなる群より選択される少なくとも1つの金属酸化物を含んで成る、二次電池用負極材料。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
酸化タングステンおよび酸化モリブデンからなる群より選択される少なくとも１つの金属酸化物を含んで成る、二次電池用負極材料。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
前記酸化タングステンが、ＷＯ
Ｘ
（Ｘは、２以上３以下である）である、請求項１に記載の二次電池用負極材料。
【請求項３】
前記酸化タングステンが、ＷＯ
２
、ＷＯ
２．７２
、およびＷＯ
３
からなる群より選択される少なくとも１つの酸化タングステンである、請求項１または２に記載の二次電池用負極材料。
【請求項４】
前記酸化モリブデンが、ＭｏＯ
Ｙ
（Ｙは、２以上３以下である）である、請求項１に記載の二次電池用負極材料。
【請求項５】
前記酸化モリブデンが、ＭｏＯ
２
およびＭｏＯ
３
であるからなる群より選択される少なくとも１つの酸化モリブデンである、請求項１または４に記載の二次電池用負極材料。
【請求項６】
前記金属酸化物の結晶子サイズが、２０ｎｍより大きく９０ｎｍ以下である、請求項１または２に記載の二次電池用負極材料。
【請求項７】
前記金属酸化物の比表面積が０．５ｍ
２
／ｇ以上１００ｍ
２
／ｇ以下である、請求項１に記載の二次電池用負極材料。
【請求項８】
前記金属酸化物は、一次粒子が凝集してなる球状の二次粒子として含まれ、
前記二次粒子の体積中位径Ｄ
５０
が５０ｎｍ以上５０μｍ以下である、請求項１に記載の二次電池用負極材料。
【請求項９】
請求項１に記載の二次電池用負極材料を含んで成る、二次電池用負極。
【請求項１０】
非水系リチウム電池用、非水系ナトリウム電池用、またはリチウム固体電池用である、請求項９に記載の二次電池用負極。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、二次電池用負極材料、二次電池用負極および二次電池に関する。
続きを表示（約 4,000 文字）【背景技術】
【０００２】
代表的な非水系二次電池であるリチウムイオン二次電池は高電圧、高容量を有することから、携帯電話やノートパソコン等の小型電子機器だけでなく、電気自動車やハイブリッド自動車等の自動車用電源や電力貯蔵用の定置用大型電源として広く使用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、酸化チタンを含む負極活物質を含む電極を備える電池が開示されています。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２２－１４１３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、鋭意検討した結果、特許文献１に記載の負極を備えた電池に、その機能をさらに向上させる余地があることを見出した。
【０００６】
本開示は、かかる課題に鑑みて為されたものである。すなわち、本開示の主たる目的は、より優れた機能を有する二次電池用負極材料を提供することにある。本開示の別の目的は、そのような二次電池用負極材料を含む二次電池用負極ならびに該二次電池用負極を備える二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、特定の金属酸化物を負極材料として用いることで、さらなる容量およびサイクル特性の向上が可能なことを見出して本開示を完成させたものである。
【０００８】
すなわち、本開示の一実施形態に係る二次電池用負極材料は、
酸化タングステンおよび酸化モリブデンからなる群より選択される少なくとも１つの金属酸化物を含んで成る。
また、別の実施形態に係る二次電池用負極は、
上記二次電池用負極材料を含んで成る。
また、さらに別の実施形態に係る二次電池は、上記二次電池用負極を含んで成る。
【発明の効果】
【０００９】
本開示は、より優れた機能を有する二次電池用負極を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、ルチル型結晶構造を示す平面図である。
図２は、固体電解質リチウムイオン電池の負極の作製方法を説明する図である。
図３は、非水系リチウムイオン電池の外観を示す模式図である。
図４は、非水系リチウムイオン電池の分解斜視図である。
図５は、固体電解質リチウムイオン電池の作製方法を説明する図である。
図６は、合成例１で得られた粉末のＸ線回折（ＸＲＤ）スペクトルを示すグラフである。
図７は、歪んだルチル型結晶構造を示す図である。
図８は、合成例２で得られた粉末のＸ線回折スペクトルを示すグラフである。
図９は、合成例３で得られた粉末のＸ線回折スペクトルを示すグラフである。
図１０は、歪んだ酸化レニウム（ＲｅＯ
３
）型結晶構造を示す図である。
図１１は、合成例３で得られた粉末の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
図１２は、合成例４で得られた粉末のＸ線回折スペクトルを示すグラフである。
図１３は、合成例４で得られた粉末の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
図１４は、合成例５で得られた粉末のＸ線回折スペクトルを示すグラフである。
図１５は、合成例６で得られた粉末のＸ線回折スペクトルを示すグラフである。
図１６は、電位範囲０．７５～１．５Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ
＋
／Ｌｉ）で充放電させた場合のＷＯ
２
／ＬｉＦＳＡ／ＰＣ系の非水系リチウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図１７は、電位範囲０．５～１．５Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ
＋
／Ｌｉ）で充放電させた場合のＷＯ
２
／ＬｉＦＳＡ／ＰＣ系の非水系リチウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図１８は、電位範囲０．３～３．０Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ
＋
／Ｌｉ）で充放電させた場合のＷＯ
２
／ＬｉＦＳＡ／ＰＣ系の非水系リチウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図１９は、合成例１の粉末の粒度分布を示グラフである。
図２０は、ＷＯ
２
／ＬｉＰＦ
６
／ＰＣ＋ＤＭＣ＋ＥＭＣ＋ＦＥＣ系の非水系リチウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図２１は、ＷＯ
ｘ
／ＬｉＰＦ
６
／ＰＣ＋ＤＭＣ＋ＥＭＣ＋ＦＥＣ系の非水系リチウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図２２は、ＷＯ
３
（Ｇ）／ＬｉＰＦ
６
／ＰＣ＋ＤＭＣ＋ＥＭＣ＋ＦＥＣ系の非水系リチウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図２３は、ＷＯ
３
（Ｙ）／ＬｉＰＦ
６
／（ＰＣ＋ＤＭＣ＋ＥＭＣ＋ＦＥＣ）系の非水系リチウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図２４は、酸化タングステン／ＬｉＰＦ
６
／（ＰＣ＋ＤＭＣ＋ＥＭＣ＋ＦＥＣ）系の非水系リチウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図２５は、ＭоＯ
２
／ＬｉＰＦ
６
／（ＰＣ＋ＤＭＣ＋ＥＭＣ＋ＦＥＣ）系の非水系リチウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図２６は、ＭоＯ
３
／ＬｉＰＦ
６
／（ＰＣ＋ＤＭＣ＋ＥＭＣ＋ＦＥＣ）系の非水系リチウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図２７は、酸化モリブデン／ＬｉＰＦ
６
／（ＰＣ＋ＤＭＣ＋ＥＭＣ＋ＦＥＣ）系の非水系ナトリウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図２８は、非水系リチウムイオン電池における放電容量と充放電サイクル数との関係を示す図である。
図２９は、ＷＯ
２
／ＮａＰＦ
６
／ＥＣ＋ＤＭＣ＋ＦＥＣ系の非水系ナトリウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図３０は、ＷＯ
２。７２
／ＮａＰＦ
６
／ＥＣ＋ＤＭＣ＋ＦＥＣ系の非水系ナトリウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図３１は、ＷＯ
３
（Ｇ）／ＮａＰＦ
６
／ＥＣ＋ＤＭＣ＋ＦＥＣ系の非水系ナトリウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図３２は、ＷＯ
３
（Ｙ）／ＮａＰＦ
６
／ＥＣ＋ＤＭＣ＋ＦＥＣ系の非水系ナトリウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図３３は、酸化タングステン／ＮａＰＦ
６
／ＥＣ＋ＤＭＣ＋ＦＥＣ）系の非水系ナトリウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図３４は、ＭоＯ
２
／ＮａＰＦ
６
／ＥＣ＋ＤＭＣ＋ＦＥＣ系の非水系ナトリウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図３５は、ＭоＯ
３
／ＮａＰＦ
６
／ＥＣ＋ＤＭＣ＋ＦＥＣ系の非水系ナトリウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図３６は、酸化モリブデン／ＮａＰＦ
６
／ＥＣ＋ＤＭＣ＋ＦＥＣ）系の非水系ナトリウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図３７は、非水系ナトリウムイオン電池における放電容量と充放電サイクル数との関係を示す図である。
図３８は、固体電解質リチウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図３９は、プレサイクル処理下（電流密度：０Ｃ（プレサイクル処理なし）、０．２５Ｃ、０．１Ｃ、０．０２５Ｃ）におけるＭｎＯ
２
／ＬｉＰＦ
６
／（ＥＣ＋ＤＭＣ＋ＥＭＣ＋ＦＥＣ）系の非水系リチウムイオン電池の充放電曲線（充放電回数：１回）を示す図である。
図４０は、プレサイクル処理がなされない場合のＭоＯ
２
／ＬｉＰＦ
６
／（ＥＣ＋ＤＭＣ＋ＥＭＣ＋ＦＥＣ）系の非水系リチウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図４１は、プレサイクル処理（０．２５Ｃ（２０９ｍＡ／ｇ）、１回）下におけるＭоＯ
２
／ＬｉＰＦ
６
／（ＥＣ＋ＤＭＣ＋ＥＭＣ＋ＦＥＣ）系の非水系リチウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図４２は、プレサイクル処理（０．１Ｃ（８３．６ｍＡ／ｇ）、１回）下におけるＭоＯ
２
／ＬｉＰＦ
６
／（ＥＣ＋ＤＭＣ＋ＥＭＣ＋ＦＥＣ）系の非水系リチウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図４３は、プレサイクル処理（０．０２５Ｃ（２０．９ｍＡ／ｇ）、１回）下におけるＭоＯ
２
／ＬｉＰＦ
６
／（ＥＣ＋ＤＭＣ＋ＥＭＣ＋ＦＥＣ）系の非水系リチウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。
図４４は、プレサイクル処理下における非水系リチウムイオン電池における放電容量と充放電サイクル数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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