리튬 이온 2 차 바카라 필승법 용 새로운 음성 전극 재료 개발

바카라 커뮤니티 (Nomaguchi Ari 회장) (이하 "AIST")고급 제조 프로세스 연구 부서[Research Division Director Murayama Nobumitsu] Akimoto Junji, Crystal Control Process Research Group의 책임자,측정 프론티어 리서치 부서[Research Division Director Akimune Yoshio] Nano-Mobility Analysis Research Group의 연구 그룹 인 Goto Yoshito는 Ishihara Sangyo Co, Ltd [Oda Kenzo] (이하 "Ishihara Sangyo"라고 언급)와 공동으로 될 것입니다리튬 이온 2 차 바카라 필승법₂ti₁₂O₂₅

이 재료는 리튬이 구성 요소로 리튬을 포함하지 않으며 현재 산화물 기반 음성 전극 재료입니다리튬 티타 네이트li₄ti₅O₁₂산화물 중량 당 (리튬 기준 약 155V)충전 및 배출 용량약 225 mAh/g의 대량 용량이 가능하며 리튬 티타 네이트 (175mAh/g)를 초과합니다 또한, 그곳에 함유 된 수소는 수소 결합을 통해 골격 구조를 형성하기 때문에, 충전 및 배출 동안 리튬의 삽입 및 제거 반응에 의해 영향을받지 않는 안정적인 구조를 갖는다 또한 리튬은 구성 요소로 포함되지 않기 때문에 비용 측면에서 유리합니다 이로 인해 전기 자동차 및 하이브리드 자동차와 같은 전기 자동차의 리튬 이온 2 차 바카라 필승법의 용량이 높고 수명이 길고 더 낮은 비용이 발생할 것으로 예상됩니다

그림 1 이번에 개발 된 새로운 티타늄 산화 음성 전극 재료 (H2ti12O25) 및 전류 리튬 티탄 네이트 음성 전극 재료 (Li4ti5O12)의 전하/방전 곡선 (카운터 폴 : 금속 리튬, 전류 밀도 50 ma/g)

리튬 이온 2 차 바카라 필승법가 비싸다에너지 밀도9865_10044

차량 내 리튬 이온 2 차 바카라 필승법는 입력/출력 특성 및 에너지 밀도를 개선 할뿐만 아니라 안전성 및 수명을 보장해야하며, 이러한 관점에서 볼 때 음성 전극에 산화물 기반 재료를 사용하는 것으로 간주되고 있습니다 그러나, 현재 재료 인 리튬 티타 네이트가 사용되는 경우 바카라 필승법는 에너지 밀도가 낮은 문제가 있습니다 따라서, 고 에너지 밀도를 보장하고 전류 재료의 고전압과 동일한 고전압을 갖기 위해, 대안적인 산화물 기반 음성 전극 재료를 고용량으로 개발하는 것이 좋았다

AIST는 지금까지 저온 합성 과정 중 하나였습니다소프트 화학 합성 방법그리고 그들의 구조 및 물리적 특성 평가 그중 새로운 티타늄 산화 티타늄 H₂ti₁₂O₂₅를 발견했습니다 그리고 리튬-이온 2 차 바카라 필승법 전극 재료에 대한 합성 방법 및 적용을 조사했다

한편, Ishihara Sangyo는 일본에서 가장 큰 Titania (Titanium Oxide) 제조업체이며 주요 사용 안료 외에도 전자 재료, 화장품, 전도성 재료 및 광촉매와 같은 응용 분야에 적합한 다양한 티타니아 관련 재료를 개발하고 제조합니다 이 중 우리는 티타니아 제조 기술을 사용하고 사용자를 개발하는 새로운 재료로 리튬 티탄을 개발해 왔습니다

이번에 AIST와 Ishihara Sangyo는 수소의 화학적 결합 상태를 명확히하기 위해 특허 실용 응용 프로그램 (2008-2010)에 대한 공동 연구를 수행하여 2 차 바카라 필승법의 음성 전극 재료로 평가하고 전기 화학적 평가를 수행 할뿐만 아니라 산업 제조 기술을 개발했습니다

현재, 흑연 탄소 재료는 리튬 이온 2 차 바카라 필승법에 가장 일반적으로 사용되는 네거티브 전극 재료입니다 탄소 재료의 전압은 리튬을 기준으로 약 02V로 낮고 리튬 코발 테이트를 사용하여 양의 전극이 바카라 필승법의 고전압 (약 37V)을 허용하여 높은 에너지 밀도를 달성합니다 반면, 수명과 같은 신뢰성의 관점에서, 네거티브 전극으로서 탄소 재료로 만든 바카라 필승법는 60 ℃ 이상의 고온 환경에서 장기간 사용하면 용량이 감소한다는 문제가있다 대조적으로, 리튬 티타 네이트 Li₄ti₅O₁₂음성 전극 활성 물질로 사용되며, 이는 매우 안전하고 수명이 길어질 수 있기 때문에 차세대 높은 전위 음성 전극 재료로 간주됩니다 그러나, 이러한 산화 티타늄에 대한 리튬 기반 전압은 약 155V에서 높으며, 이는 고전압을 제공 할 수 없으며, 이는 리튬 이온 2 차 바카라 필승법의 특징이다 더욱이, 리튬 티타 네이트는 리튬의 삽입/탈착 반응에 기여하지 않는 구성 요소로 리튬을 함유하여 미래에 큰 리튬 이온 2 차 바카라 필승법의 광범위한 사용이 극적으로 증가하여 비용이 증가 할 것이라는 우려가있다

AIST에 의해 발견 된 새로운 티타늄 산화물₂ti₁₂O₂₅리튬 티타 네이트와 유사한 전압을 가지고 있으며, 이는 음성 전극 재료로 매우 안전 할 것으로 예상되며 리튬 티탄보다 용량이 높기 때문에 에너지 밀도가 높은 바카라 필승법를 얻을 수 있습니다 또한 리튬은 리튬 티탄과 같은 구성 요소로 리튬을 포함하지 않기 때문에 바카라 필승법 비용이 줄어들 것으로 예상됩니다

이 새로운 티타늄 옥사이드는 소프트 화학 합성 방법에 의해 합성되었으며, 이는 출발 물질의 골격 구조의 특성을 유지하면서 화학 조성을 변화시키는 방법입니다 출발 물질로서 티타 네이트 나트륨₂ti₃O₇를 사용하여, 전구체 H₂ti₃O₇| 그런 다음 약 200-300 ° C의 온도에서 가열되어 원하는 새로운 티타늄 산화 티타늄 H₂ti₁₂O₂₅| 만들 수 있습니다

그림 2는 새로운 티타늄 산화물 및¹H소프트 NMR 스펙트럼체중 감량으로 추정 된 탈수액은 H₂ti₁₂O₂₅의 화학적 조성과 일치했다 또한, 고체 NMR 스펙트럼으로부터 함유 된 수소가 수소 결합에 의해 결정 구조에 단단히 고정되어 있고 쉽게 제거되지 않는다는 것이 발견되었다 두 개의 피크가 관찰되므로 구조에는 두 가지 유형의직업 사이트가 있음이 밝혀졌습니다 또한 건식 자동 밀도 계량기를 사용하여 측정 된 밀도는 350 g/cm³및 수소 함유에도 불구하고 리튬 티탄산염 (349 g/cm³)와 거의 같은 밀도였습니다

그림 2 (a) 새로운 티타늄 산화물의 열 중량 분석 및 (b)1H 고체 NMR 스펙트럼

그림 3은 동일한 조건 하에서 테스트 된 현재의 재료 리튬 티타 네이트 (Ishihara Sangyo에 의해 제조 된 LT-017)의 결과와 함께이 새로운 티타늄 산화물의 전하/방전주기 특성을 보여줍니다 실온에서, 새로운 티타늄 산화물은 첫 번째주기에서 255 mAh/g의 전하 용량과 210 mAh/g의 배출 용량을 가졌으며, 초기 돌이킬 수없는 용량이 관찰되었지만 10 번째주기는 216 mAh/g의 전하 용량과 214 mAh/g의 배출 용량을 보여 주었다 또한, 50 사이클 후, 전하 용량은 213 mAh/g이고, 방전 용량은 212 mAh/g였으며, 이는 리튬 티타 네이트와 유사한 우수한 사이클 특성을 나타내며 200 mAh/g 이상의 높은 용량을 유지 하였다 이것은 구성 요소로서 수소를 함유하는 새로운 티타늄 산화 티타늄이 전극 재료로서 문제가되지 않음을 나타낸다 또한, 현재 재료에 비해 용량을 약 30% 증가시킬 수 있습니다

그림 3 새로운 티타늄 산화물 및 리튬 티타 네이트 (Ishihara Sangyo에 의해 제조 된 LT-017)의 실온에서의 충전 방전주기 특성 (카운터 전극 : 금속 리튬, 전류 밀도 50 ma/g)

그림 4는 이번에 개발 된 새로운 티타늄 산화물을 사용하여 리튬 이온 2 차 바카라 필승법의 결과를 보여줍니다 이 구성은 가역적 전하 및 배출을 허용하며, 개발 된 새로운 티타늄 산화 티타늄은 아무런 문제없이 음의 전극으로 기능 할 수 있음이 밝혀졌습니다

그림 4 음의 산화 티타늄을 사용하여 제작 된 리튬 이온 2 차 바카라 필승법의 전하 및 배출 특성 (긍정적 : limn2O4, 네거티브 전극 : H2ti12O25)

앞으로, 우리는 Ishihara Sangyo에서 바카라 필승법 제조업체 및 기타 산업에 이르기까지 샘플을 제공하고 실제 사용을위한 문제를 명확하게하고 화학 조성, 결정 구조 및 분말 특성을 최적화하여 주로 입력 및 출력 특성을 개선 할 계획입니다

◆ 리튬 이온 보조 바카라 필승법

이 2 차 바카라 필승법는 리튬 전이 금속 산화물로 구성되어 있으며, 리튬 코발 테이트와 같은 양의 전극 재료, 음성 전극 재료로서의 흑연 탄소 재료 및 현재 사용되는 모든 2 차 바카라 필승법의 가장 높은 작동 전압 (3-4 V)을 갖는다 리튬 이온이 충전 중에 양의 전극에서 음극으로 이동하고 방전 동안 음의 전극에서 양극 전극으로 이동할 때 바카라 필승법로 작동합니다 그것은 1990 년대 초에 실질적으로 사용되었으며, 바카라 필승법 부피 또는 무게 당 추출 할 수있는 에너지 (에너지 밀도)의 양이 다른 보조 바카라 필승법보다 훨씬 크기 때문에 휴대폰 및 랩톱과 같은 모바일 장치의 바카라 필승법로 널리 사용됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 리튬 티타 네이트

스피넬 형 크리스탈 구조가 사용되고 Li [li_1/3ti_5/3] O₄|라는 화학 구조를 가진 화합물 이 화학 조성의 두더지 당 하나의 리튬을 삽입하고 제거 할 수 있습니다 그것은 약 155V의 잠재적 평평한 부분을 가지며, 산화물 중량 당 175 mAh/g의 용량으로 가역적으로 하전 및 배출되므로 높은 잠재적 음성 전극 재료로서의 관심을 끌고 있습니다 특히, 리튬 삽입 및 탈착 반응으로 인한 격자 부피의 변화는 거의 없기 때문에, 실질적인 장점은 전극이 확장되거나 수축되지 않는다는 것입니다 한편, 구성 요소로 포함 된 리튬은 결정 구조를 구성하는 데 필수적이지만 충전 및 배출에 기여하지는 않는다[참조로 돌아 가기]

◆ 충전 및 배출 용량

2 차 바카라 필승법를 충전하거나 배출 할 때 소비하거나 추출 할 수있는 전기 (MAH 또는 AH로 표시) 양의 및 음성 전극 재료는 물질의 중량 당 전하/방전 용량으로 MAH/G 또는 AH/KG로 표현된다 The higher this value, the better the performance 리튬 이온 2 차 바카라 필승법 음성 전극 재료의 경우, 충전 용량 및 배출 용량은 가역적으로 삽입되고 음성 전극 재료로 분리 될 수있는 리튬의 양에 해당한다[참조로 돌아 가기]

◆ 에너지 밀도

바카라 필승법에서 추출 할 수있는 에너지의 양은 전압 (v) 및 용량 (AH)의 산물로 표현됩니다 부피 에너지 밀도 (WH/L)는 단위 부피에 따라 표현되며 중량 에너지 밀도 (wh/kg)는 단위 중량에 따라 표현됩니다 이 값이 높을수록 성능이 좋아집니다 바카라 필승법의 작동 전압이 낮더라도 고용량을 얻으면 동일한 에너지 밀도를 얻을 수 있습니다 일반적으로 바카라 필승법의 부피와 무게는 종종 언급되지만 전극 재료의 산화물의 성능을 참조 할 때 산화물의 중량 당 에너지 밀도로 표현됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 소프트 화학 합성 방법

이것은 무기 화합물을 합성하는 방법 중 하나이며, 출발 물질 화합물의 골격 구조의 특성을 유지하면서 화학적 조성을 변화시키는 합성 방법으로 화학적으로 정단 가능한 상인 화합물을 합성 할 수 있습니다 주로 알칼리성 전이 금속 산화물에 적용될 수 있습니다 정상적인 무기 합성은 약 1000 ° C 정도의 고온에서 수행되는 반면,이 합성 방법은 500 ° C 미만의 경증 온도 조건에서 이루어졌으며,이 합성 방법은 1980 년대부터 "연질 화학"이라고 불 렸습니다 고온 합성을 통해 얻을 수없는 결정 구조로 물질을 합성 할 수 있으며 새로운 기능성 세라믹을 설계하고 개발하는 데 유용한 방법입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 소프트 NMR 스펙트럼

고체에서 특정 원자의 핵 자기 공명(핵 자기 공명16740_16845¹H,¹³C,²⁹si,³¹P,⁶li,⁷Li와 다른 사람들은 언급 될 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 직업 사이트

결정 구조에서 특정 원자에 의해 점유 된 결정 학적 원자 위치 점령 좌석이라고도합니다 대칭은 점유장에 따라 다르기 때문에 결정 구조 분석 및 NMR과 같은 분광 기술을 사용하여 점유 현장을 식별 할 수 있습니다 해당 부위를 차지하는 원자의 통계 비율을 점유라고합니다[참조로 돌아 가기]