フッ素含有グラファイト化合物の合成、構造とリチウム電池への応用

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04650700
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 中島 剛 京都大学, 工学部, 助教授 (50026233)
• キーワード: グラファイト / インターカレーション / フッ素 / フッ化物

研究概要

1.高濃度フッ素-ブラファイト層間化合物の合成、構造と化学結合
グラファイトの酸化剤としてMoF_6を少量溶解した無水液体HF中に天然黒鉛粉末を分散し、これにフッ素ガスを吹き込んで高フッ素濃度の層間化合物を合成した。生成物は第1ステージのC_<2.0>F〜C_<2.4>F、c軸方向の周期距離5.2〜6.6A、炭素平面内格子定数2.468〜2.473Aであった。XPS測定ではF_<15>スペクトルは687.0〜687.1eVに、C_<15>スペクトルは284.6eVの他にC-F結合を示すピークが287.7〜288.0eVに現れた。またIR吸収スペクトルでは1120cm^<-1>にC-F結合による強い吸収が観察され、これらのデータはC-F結合が半共有性であることを示している。
2.酸化フッ化バナジウム-グラファイト層間化合物の合成と構造
酸化バナジウムをフッ素化し、揮発性のVOF_3をフッ素ガス中でグラファイトと反応させることによって、酸化フッ化バナジウムの層間化合物を合成した。ステージ2から15までの層間化合物が合成され、挿入種の平均組成はVOF_4であった。IR吸収スペクトルではVOF_3ガスの吸収位置に近い760、1040cm^<-1>に強い吸収が観察され、挿入されたVOF_4はVOF_3と過剰のフッ素から成ることがわかった。またXPSスペクトルにもV-F結合とV=O結合を示すピークが観察された。第2ステージ化合物のX線回折、電子線回折測定より、層間化合物は単斜晶形構造をとることがわかった。パイログラファイトをホストとした化合物の伝導度はステージ4〜5で最大となり、1X10^5S・cm^<-1>であった。
3.原子間力顕微鏡によるフッ素-グラファイト層間化合物の局所構造解析
フレーク状天然黒鉛をホストとして合成した第1ステージのフッ素-グラファイト層間化合物をテープで剥離し、局所構造を解析した。多くの領域ではフッ素は無秩序に存在しているが、斜方晶系構造をとる領域が点在することが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] Tsuyoshi Nakajima: "Surface free energy and chemical bonding of fluorine-graphite intercalation compound" J.Fluorine Chemistry. 57. 83-91 (1992)
• [文献書誌] Tsuyoshi Nakajima: "Synthesis,structure and electrical conductivity of vanadium oxide fluoride-graphite intercalation compound" Eur.J.Solid State Inorg.Chem.29. 919-928 (1992)
• [文献書誌] Tsuyoshi Nakajima: "Synthesis,structure and application of fluorine-graphite intercalation compound" Tanso. 155. 393-397 (1992)
• [文献書誌] Norihito Ikemiya: "Surface structure of fluorine-graphite intercalation compounds observed by atomic force microscopy" Surface Science Letters. 274. 524-528 (1992)
• [文献書誌] Henri Groult: "Structure and electrochemical properties of C_xF and C_x(VF_5)_yF graphite intercalation compounds" J.Fluorine Chemistry. 62. 119-129 (1993)
• [文献書誌] 中島剛: "フッ素化酸化グラファイトの放電特性" 電気化学. 61. 594-599 (1993)
• [文献書誌] 中島剛: "フッ化バナジウム-グラファイト層間化合物の反射率測定と電気化学的挙動" 電気化学. 61. 644-648 (1993)
• [文献書誌] Tsuyoshi Nakajima: "Fluorine intercalation in graphite in molten salt and anhydrous liquid hydrogen fluoride" Denki Kagaku. 61. 738-741 (1993)
• [文献書誌] Khalil Amine: "A new stage-2 graphite intercalation compound:C_2F with nestled fluorine atoms" Carbon. 31. 553-556 (1993)
• [文献書誌] C.Daulan: "STM studies of fluorine-intercalated graphite" J.Solid State Chem.107. 27-33 (1993)
• [文献書誌] 池宮範人: "原子間力顕微鏡によるフッ素-黒鉛層間化合物の界面構造の解析" 日本金属学会誌. 57. 1174-1179 (1993)
• [文献書誌] 松尾吉晃: "フッ化物イオン伝導体を用いたフッ素-グラファイト層間化合物の電気化学的合成" 炭素. 160. 272-278 (1993)