ナノ構造材料を対象とした新しい合成法

図 4. 水相図。凍結乾燥プロセスは矢印で示されています。

図 5. 凍結乾燥によって調製された LiFePO4/C ナノ複合材料。 [パロマレスら(2007)]

これらの凍結乾燥材料の炭素質コーティングは非常に均一ですが、LiFePO4 化合物をベースとした正極の製造に使用される導電性炭素添加剤のごく一部しか置き換えられないことが実証されています [Palomares, V. et al. (2009b)]。その場で生成された炭素の詳細な特性評価により、その高い比表面積にもかかわらず、高い無秩序性が示され、良好な電気化学的性能にとって好ましくなく、これらのカソードで導電性添加剤として機能するのに十分な導電性を有していないことが示された。

膨潤したミセルとマイクロエマルジョンは、化学組成とサイズ分布が制御された個別のナノ粒子をもたらす別の合成方法を構成します [Li, M. et al. （1999年）]。この合成方法では、界面活性剤および共界面活性剤分子の配列によって制限された限られた体積内で、水性媒体中で化学反応が実行されます。

この技術の多用途性により、リチウムイオン電池用のさまざまな電極材料の調製に使用できます。得られた固体生成物は、制御されたサイズと形状を示し、合成中に界面活性剤分子によって他の粒子から分離されるため、十分に分散されたままである［Aragón, MJ et al. （2010年）]。逆ミセル法によりナノ粒子を得るには 3 つの異なるプロセスがあります。 1 つ目は、水溶液中に必要な試薬を含むさまざまなエマルジョンを混合することで構成され、液滴のペアの合体により、限られた体積内で固体が形成されます。

2 つ目は、試薬の 1 つが油相と界面活性剤分子層を通って拡散することによる反応です。最後の方法では、制御されたサイズの標的化合物を得るために、個々の液滴内での熱分解が必要です。 LiCoO2 正極材料は最後のプロセスで準備されており、140 mAh・g-1 を提供します。ミセルの熱分解は、エマルジョンを 180 ℃の灯油などの高温有機溶媒に接触させることによって達成されました。LiMn2O4 も同じ方法で得られ、良好な電気化学的性能を備えた直径 200 nm の粒子が得られました。

棒状の LiFePO4/C 複合カソードも、油相として Tween#80 界面活性剤を含む灯油を使用し、得られた前駆体を N2 雰囲気中 650°C でアニールする逆ミセル法によって合成されています [Hwang, BJ.ら。 （2009年）]。この複合材料の形態は、小さな一次ナノ粒子からなる棒状の多孔質集合体で構成されていました。この特別な一次粒子の配置により、サイクリング中の体積変化への適応性が向上し、集電体との電気的接続が向上し、電子輸送が効率的に行われます。この複合材料の定電流サイクルは、この棒状複合材料について非常に良好な結果を示し、C/30および5Cでそれぞれ150および95 mAh・g-1の比容量を示しました。