JPH02204312A - 金属硫化物系層間化合物の合成方法 - Google Patents

金属硫化物系層間化合物の合成方法

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JPH02204312A
JPH02204312A JP1021696A JP2169689A JPH02204312A JP H02204312 A JPH02204312 A JP H02204312A JP 1021696 A JP1021696 A JP 1021696A JP 2169689 A JP2169689 A JP 2169689A JP H02204312 A JPH02204312 A JP H02204312A
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JP
Japan
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metal
sulfide
metal sulfide
synthesizing
alkali
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JP1021696A
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Akira Sami
佐美 亮
Hidefusa Uchikawa
英興 内川
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/581Chalcogenides or intercalation compounds thereof
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は例えば電池、センサー エレクトロクロミッ
ク素子、電位記憶素子などの電気化学的デバイスに用い
る金属硫化物系層間化合物の合成方法に関するものであ
る。
[従来の技術] 従来、金属硫化物系層間化合物は、一般に層状構造を持
つ金属硫化物をホスト物質として、ここにアルカリイオ
ン等のゲスト物質を化学的、電気化学的にドープするこ
とによって得られている。
ホスト物質である金属硫化物の合成は例えば刊行物(I
norganic  5yntheses、vol、1
2.1.p15gおよびp82(1973))に示され
ているように、−殻内に硫化水素または硫化炭素雰囲気
中で金属を加熱したり、金属と硫黄とを密閉容器中で加
熱したり、金属塩化物の蒸気と硫化水素とを加熱するこ
とにより行われている。この様にして得たホスト物質の
電気化学的なドープは、ゲスト物質を溶解した溶媒中で
ホスト物質を電気化学的手法によって酸化または還元す
ることにより行われている。 またゲスト物質を化学的
にドープするには例えば刊行物(J。
Electorochem、Soc、voI 124.
9.p1387〜198g(1977))に示されてい
るように、ヨウ化リチウムのアセトニトリル溶液を用い
て直接ホスト物質と反応させることにより行われている
[発明が解決しようとする課題] しかし従来の金属硫化物ホスト物質の製造方法は本質的
に固−気相、rM−固相、気−気相反応なので均質な物
質が得にくいことに伴うイオン伝導性の不良が生じ易か
った。そのためイオン伝導性の高い金属硫化物ホスト物
質の製造方法が待ち望まれていた。さらにゲスト物質の
電気化学的ドープ法はイオンの泳動等を制御する電流密
度の設定などの操作が複雑すぎて工業化に向かず、また
化学的ドープ法は筒便なドープ法であるが均一な組成の
層間化合物を得にくシまため生成した層間化合物におけ
るゲスト物質のみかけの拡散係数が小さくなるという課
題があった。
この発明はかかる課題を解決するためになされたもので
1例えばアルカリイオン等のゲストイオンの拡散係数の
大きな金属硫化物系層間化合物の合成方法を得ることを
目的とする。
[課題を解決するための手段] この発明の金属硫化物系層間化合物の合成方法は、金属
アルコキシドおよび金属β−ジケトン型有機物の内の少
なくとも一種、アルカリ金属の硫化物およびアルカリ金
属の硫化水素化物の内の少なくとも一種、および酸を混
合して溶液とし反応させ9反応生成物をH2S雰囲気中
で焼成するものである。
[作用] この発明における金属アルコキシドおよび金属β−ジケ
トン型有機物の少なくとも一種を出発原料とする反応は
従来の気相反応とは本質的に異なる液相反応の内のゾル
−ゲル法を基本としているので、生成物である金属硫化
物系層間化合物は粒径の揃った微粒子として得られる。
このことは電子R微鏡観察によって確認した。従ってア
ルカリカチオンが層間化合物と溶媒との間を行き来する
反応の場である界面の面積が従来のものと比べて飛躍的
に増大させているために、アルカリカチオンの見かけの
拡散係数が大きくなっているものと考えられる。またこ
の発明による金属硫化物系層間化合物は、ホスト物質で
ある金属硫化物を合成すると同時にゲスト物質であるア
ルカリカチオンをドープするのでアルカリカチオンが均
一にドープされた組成になっていると推定される。これ
は従来のいかなる合成方法でも得られなかったものであ
るが、このこともアルカリカチオンの拡散係数を大きく
している主因の1つであると思われる。
なおこの発明の合成方法が有するこの様な利点は。
この発明がセラミック超微粒子の合成方法として一般に
知られているゾル−ゲル法を基本にしたものであること
に起因すると考えられる。
[実施例] この発明の金属硫化物系層間化合物の合成方法に係わる
金属アルコキシドおよび金属β−ジケトン型有機物中の
中心金属としては、一般にその硫化物が層状構造を有す
るとされている元素周期律表中■、族、■族、および■
1族に属する金属原子の内少なくとも一種のものを用い
ることが可能である。
また金属アルコキシドの構造としては第1図に示した一
般式のように金属とアルキル基とが酸素を介して結合し
ているものであるが、アルキル基はすべて同じである必
要はない。また第2図に示したような複核構造であって
もよく、その場合、複数の金属原子はそれぞれ異なるも
のであってもよい、図において、R1−R6はアルキル
基、M、Ml、M2は金属である。一方金属β−ジケト
ン型有機物は第3図に示すようなβ−ジケトン型の配位
子が中心金属に配位した構造をしており、β位の置換基
R口〜R目はアルキル基またはフェニル基であっても良
く、互いに異なるものであっても良い。また金属β−ジ
ケトン型有機物の場合は、例えば化学式(CHs CO
CHCOCH3) 2 M o O2のように。
一部が酸化物であっても良い。さらに、第4図に示すよ
うに金属アルコキシドと金属β−ジケトン型有機物との
混合体であっても良い。なお、構造式の例には配位数4
の中心金属を示したが、配位数に制限は無い。
この発明の金属硫化物系層間化合物の合成方法に係わる
酸としては、いかなる鉱酸や有機酸も用いることができ
、硫化水素などもそ9作用から考えて酸として用いるこ
とができる。
この発明の金属硫化物系層間化合物の合成方法に係わる
アルカリ金属の硫イピ物およびアルカリ金属の硫化水素
化物としては、例えば硫化ナトリウム、硫化水素ナトリ
ウム、硫化す、チウム、硫化カリウム、硫化ルビジウム
、硫化セシウムなど全てのアルカリ金属の硫化物及び硫
化水素化物の内から選ばれた少なくとも一種を用いるこ
とができる。
この発明の金属硫化物系#間化合物の合成方法に係わる
溶媒としては、無機系及び有機系の内の少なくとも一種
のものを広く用いることができる。
この発明の金属硫化物系層間化合物の合成方法に係わる
合成反応は、溶媒中でアルカリ金属の硫化物や硫化水素
化物を酸と反応させることによって上記溶媒中に硫化水
素とアルカリカチオンとを同時に発生せしめ、これらと
上記溶媒中に共存せしめた金属アルコキシドおよび金属
β−ジケトン型有機物の内の少なくとも一種との液層反
応によって、アルカリカチオンが均一にドープされた金
属硫化物系層間化合物をただ一回の反応によって合成す
るものである。
なお、この発明の実施例の金属硫化物系層間化合物の合
成方法において、金属アルコキシドおよび金属β−ジケ
トン型有機物の内の少なくとも一種の溶液に、アルカリ
金属の硫化物およびアルカリ金属の硫化水素化物の内の
少なくとも一種を混合した後、Mを混合するか、金属ア
ルコキシドおよび金属β−ジケトン型有機物の内の少な
くとも一種の溶液に、アルカリ金属の硫化物およびアル
カリ金属の硫化水素化物の内の少なくとも一種のものの
酸溶液を混合しても良い。
以下、この発明を実施例により具体的に説明する。
実施例1 金属アルコキシドとしてチタンテトライソプロポキシド
28.56.を、溶媒である無水チオフェン50cl1
3に溶解した。ここにアルカリ金属の硫化物として硫化
リチウム2.774gを溶解した後、aとして硫化水素
を流量2cm3/sinで1時間添加した。これをろ過
してチオフェンで洗った後真空乾燥してこの発明の一実
施例の金属硫化物系層間化合物の合成方法による金属硫
化物系層間化合物のLil]、aTiS2を得た。得ら
れた生成物をペレット状に成形して作用電極とし、リチ
ウムフォイルを対極と参照極。
LiCl0mのINプロピレンカーボネート溶液を電解
液として測定セルを組んだ。このセルを用いてリチウム
の見かけの拡散係数をカレントパルス法によって測定し
結果を表に示す。
実施例2 金属β−ジケトン型有機物として、WI化チタン(■)
アセチルアセトナート20.97gを溶媒である無水ア
セトニトリル50c113に溶解した。ここにアルカリ
金属の硫化物として硫化リチウム2.210gを溶解し
た後に酸として硫1’il 58.86gを添加した。
ここから反応生成物を分別#ji濃縮乾燥し、これを硫
化水素雰囲気中1000℃で6時間焼成してこの発明の
他の実施例の金属硫化物系層間化合物の合成方法による
金属硫化物系層間化合物のLis、eTiS+を得た。
これについて、実施例1と同様にしてリチウムイオンの
見かけの拡散係数を測定し結果を表に示す。
比較例 二硫化チタン(6津製薬!11) 15.681にn−
ブチルリチウムのヘキサン溶液(MERCK)を添加し
アルゴン気流中に室温で20時間放置してLi、i+、
aTiS2を調整した後、リチウムイオンの見かけの拡
散係数を実施例1と同様に測定し結果を表に示す。
表から明かのように、この発明の実施例の金属硫化物系
j[化合物の合成方法による金属硫化物系層間化合物は
従来のものと比較してリチウムの見かけの拡散係数が2
桁近く高くなることが明かとなった。
[発明の効果] 以上説明したとおり、この発明は金属アルコキシドおよ
び金属β−ジケトン型有機物の内の少なくとも一種、ア
ルカリ金属の硫化物およびアルカリ金属の硫化水素化物
の内の少なくとも一種、および酸を混合して溶液とし反
応させ、反応生成物をH2S雰囲気中で焼成することに
より、ゲストイオンの拡散係数の大きな金属硫化物系層
間化合物の合成方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は、それぞれこの発明の実施例の金
属硫化物系層間化合物の合成方法に係わる金属アルコキ
シドの構造式を示す構造図、第3図はこの発明の実施例
の金属硫化物系層間化合物の合成方法に係わる金属β−
ジケトン型有機物の構造式を示す構造図、第4図はこの
発明の実施例の金属硫化物系層間化合物の合成方法に係
わる金属アルコキシドと金属β−ジケトン型有機物の混
合体の’FRR式を示すa造園である。 図において、R+”Raはアルキル基、M、M+。 M2は金属、R口〜R目はアルキル基またはフェニル基
である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 第1図 第2図 R,〜6:アルキル基 M、Mt、M2 :金属

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 金属アルコキシドおよび金属β−ジケトン型有機物の内
    の少なくとも一種、アルカリ金属の硫化物およびアルカ
    リ金属の硫化水素化物の内の少なくとも一種、および酸
    を混合して溶液とし反応させ、反応生成物をH_2S雰
    囲気中で焼成する金属硫化物系層間化合物の合成方法。
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