[0001] 本发明涉及一种电极材料及含有该电极材料的电极。

[0002] 目前，作为锂电池的电极使用储存、释放锂的碳材料等，但因为氧化还原电位低于电解液的还原电位，所以，有可能会使电解液分解。因此，正在研究氧化还原电位高于电解液的还原电位的钛酸锂，但钛酸锂存在输出特性低的问题。因而，本申请人等对将钛酸锂制成纳米粒子来提高输出特性的技术提出了申请(参考专利文献1)。

[0003] 现有技术文献

[0004] 专利文献

[0005] 专利文献1：特开2008-270795号公报

[0006] 非专利文献

[0007] 非专利文献1：Science Vol.306，p.1362-1364(2004)

[0008] 非专利文献2：Chemical Physics Letters 403，p.320-323(2005)

[0009] 非专利文献3：Journal of Physical Chemistry B2004，108，p.18395-18397发明内容

[0010] 发明所要解决的课题

[0011] 但是，在专利文献1所述的包含钛酸锂纳米粒子与科琴黑(KB)的碳材料中，由于碳的含有率的最佳范围为30～50wt％，因此，不能降低含碳率、提高容量特性。

[0012] 本发明是为了解决如上所述的现有技术的问题而提出的，其目的在于，提供一种可以降低碳材料含有率，提高容量特性的电极材料及含有该电极材料的电极。

[0013] 用于解决课题的手段

[0014] 本发明人等为了解决上述课题而反复进行了潜心研究，结果确认，通过在使用本申请人等以前的专利申请的说明书中记载的机械力化学反应的同时使用比表面积为2
600～2600m/g的碳纳米管(以下称为SGCNT)作为碳材料，可以得到降低碳材料含有率，提高容量特性的电极材料。

[0015] (碳材料)

[0016] 作为构成本发明的电极材料的碳材料，优选使用SGCNT。需要说明的是，在本发明2
中，着眼于上述SGCNT的理由如下。即，由于比表面积为500m/g以下的碳纳米管利用牢固
2
的范德华力形成捆(束)而微凝聚，因而难以高度分散，但比表面积为600～2600m/g这样大的碳纳米管(SGCNT)几乎不会因范德华力形成捆(束)而微凝聚，因而可以期待高度分散。

[0017] 如本发明的电极材料中使用的SGCNT那样具有大的比表面积的碳纳米管可使电化学电容器的静电容量更高、且能量密度更高，故优选。碳纳米管可以为单层、双层、三层以上的多层，也可以将这些混合。

[0018] 目前，电化学电容器的电极所使用的碳纳米管的比表面积高达500m2/g左右，但作2
为本发明的电极材料，为了实现所期待的目的，使用比表面积为600m/g以上非常大的碳纳米管。对于碳纳米管的如此大的比表面积，可以通过选择性使用碳纳米管之间不会形成捆的碳纳米管或者即使形成也非常少的碳纳米管来实现。

[0019] 这种情况下，没有捆或捆非常少的碳纳米管例如可以通过采用上述非专利文献12
和非专利文献2等所述的方法来得到。另外，也可以对比表面积为数百m/g左右的市售HiPco(Carbon Nanotechnologies社制)采用实施例如非专利文献3中记载的那样的解开捆结构的手段的方法来得到。需要说明的是，本发明中使用的SGCNT为单层时，优选直径为
2～4nm、长度为0.1～10mm、纯度为80～99.98％的SGCNT。为双层以上时，优选直径为
4～10nm、长度为0.1～10mm、纯度为80～99.98％的SGCNT。

[0020] 另外，作为用于本发明的电极材料的SGCNT，优选使用除了具备上述那样大的比表面积之外还具有半导体性的SGCNT。其理由为，在制成将SGCNT用于两极的电容器时，对该电容器施加高电压时，可得到高容量。

[0021] 另外，作为用于本发明的电极材料的SGCNT，优选密度为0.2～1.5g/cm3的SGCNT。这是因为当密度比该范围过低时，机械上变脆，不能得到足够的机械强度，每单位体积的容量密度变低。另外还因为当密度比该范围过高时，由于没有电解液进入的空间，其结果容量密度减少。

[0022] (金属盐)

[0023] 作为构成本发明的电极材料的金属盐，优选金属醇盐，除此之外还可以列举氯化物盐、硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐等。另外，作为所述金属醇盐，优选钛醇盐，除此之外，优选金-5 -1 -1属醇盐的水解反应的反应速度常数为10 mol sec 以上的金属醇盐。作为这样的金属，可以列举锡、锆，铯等。

[0024] (反应抑制剂)

[0025] 在应用上述专利文献1记载的机械力化学反应的规定的金属醇盐中，添加与该金属醇盐形成络合物的规定的化合物作为反应抑制剂，由此可以抑制过度促进化学反应。

[0026] 因此，在本发明中，在金属醇盐中添加与其形成络合物的醋酸等规定的化合物而形成络合物，由此可抑制、控制反应，其中，相对于该金属醇盐1摩尔，规定的化合物的添加量为1～3摩尔。需要说明的是，根据该反应生成的物质为金属与氧化物的复合体的纳米粒子、例如作为钛酸锂的前体的锂与氧化钛的复合体的纳米粒子，通过对其进行焙烧，可得到钛酸锂的结晶。

[0027] 需要说明的是，作为可以与金属醇盐形成络合物的物质，除了醋酸以外，还可以列举：柠檬酸、草酸、甲酸、乳酸、酒石酸、富马酸、琥珀酸、丙酸、乙酰丙酸等羧酸；EDTA等氨基多羧酸；三乙醇胺等氨基醇为代表的络合剂。

[0028] (机械力化学反应)

[0029] 需要说明的是，本发明中所用的反应方法为与本申请人等以前的专利申请的上述专利文献1所示的方法相同的机械力化学反应，在化学反应的过程中，在旋转的反应器内中对反应物施加剪切应力和离心力使化学反应得到促进。

[0030] 认为在该反应方法中，通过对反应物同时施加剪切应力和离心力两种机械能，可将该能量转化为化学能，可以以目前没有的速度使化学反应得到促进。

[0031] 而且，促进这样的化学反应可通过如下方法来实现，即，在包含外筒与内筒的同心圆筒、内筒的侧面具备贯通孔且外筒的开口部配置挡板而形成的反应器中，利用内筒旋转形成的离心力使内筒中的反应物通过内筒的贯通孔移动至外筒的内壁面，在外筒的内壁面生成含有反应物的薄膜，同时对该薄膜施加剪切应力和离心力。需要说明的是，所述薄膜的-2厚度优选为5mm以下，对所述反应器的内筒中的反应物施加的离心力优选为1500N(kgms )以上。

[0032] 即，将上述金属醇盐、上述反应抑制剂及SGCNT投入反应器的内筒中，旋转内筒将这些物质混合、分散。进一步边使内筒旋转边加入水使其进行水解、缩合反应，生成金属氧化物，同时将该金属氧化物与SGCNT在分散状态下混合。反应结束的同时，可以得到使金属氧化物纳米粒子高度分散担载的SGCNT。

[0033] 需要说明的是，在本发明中，也可以同时进行上述分散与水解、缩合反应。另外，在焙烧工序中，通过在3分钟以内由室温快速加热至900℃，可以防止金属氧化物凝聚，因而，可形成粒径小的结晶性纳米粒子。

[0034] (对于电极的应用)

[0035] 将利用本发明得到的使金属氧化物纳米粒子高度分散担载的碳与粘合剂混合、成型，可以制成电化学元件的电极、即电能储存用电极，该电极显示出高输出特性、高容量特性。

[0036] 在此，可以使用该电极的电化学元件为使用含有锂离子的电解液的电化学电容器、电池。即，本发明的电极可以进行锂离子的吸留、解吸，作为负极进行工作。因而，通过使用含有锂离子的电解液，使用活性炭、吸留、解吸锂离子的氧化物或碳等作为对电极，可以构成电化学电容器、电池。

[0037] 发明效果

[0038] 根据本发明，可以提供一种能降低碳材料含有率，提高容量特性的电极材料及含有该电极材料的电极。