【手続補正書】
【提出日】平成17年7月20日(2005.7.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  結晶性の酸化バナジウムを含んでなる粒子の集合体であって、それら粒子の主軸に沿って測定した大きさが、それら粒子の少くとも約９５パーセントがそれぞれ約１０００ｎｍ以下である、粒子の集合体。
【請求項２】  非晶質の酸化バナジウムを含んでなる粒子の集合体であって、それら粒子の主軸に沿って測定した大きさが、それら粒子の少くとも約９５パーセントがそれぞれ約１０００ｎｍ以下であり、約５ｎｍから約１５０ｎｍの平均直径を有する、粒子の集合体。
【請求項３】  約５ｎｍから約１００ｎｍの平均直径を有する、請求項１または２に記載の粒子の集合体。
【請求項４】  酸化バナジウムのナノ粒子の９５パーセントが、平均直径の約５０パーセントより大きく、平均直径の約１５０パーセントより小さい直径を有する、請求項１、２または３に記載の粒子の集合体。
【請求項５】  バナジウム前駆体、酸化剤および放射線吸収用ガスを含んでいる分子流を反応チャンバー中で熱分解する工程を含んでいて、その熱分解が、レーザ・ビームから吸収される熱で駆動されることを特徴とする、酸化バナジウムのナノ粒子を製造する方法。
【請求項６】  酸化バナジウムのナノ粒子を他の形の酸化バナジウムに転化させるための方法であって、酸化バナジウムのナノ粒子を、酸化性雰囲気もしくは不活性雰囲気中で、その酸化バナジウムのナノ粒子と他の形の酸化バナジウムの両方の融点より少くとも約３００℃低い温度で加熱する工程を含む方法。
【請求項７】  製造されるべき酸化バナジウム粒子より酸素／バナジウム比の小さい酸化バナジウムの粒子を、酸化性雰囲気中で、加熱されるべき酸化バナジウム粒子および製造されるべき酸化バナジウム生成物粒子の両方の融点より少くとも約３００℃低い温度で加熱する工程を含む、酸化バナジウム粒子を製造する方法。
【請求項８】  非晶質のＶ2Ｏ5 を、その非晶質のＶ2Ｏ5 および結晶性のＶ2Ｏ5 の両方の融点より少くとも約３００℃低い温度で加熱する工程を含む、結晶性Ｖ2Ｏ5 を製造する方法。
【請求項９】  前記温度が約６０℃と約８００℃の間である、請求項６、７または８に記載の方法。
【請求項１０】  酸化バナジウムのナノ粒子が、約５ｎｍから約１５０ｎｍの平均直径を有する、請求項６、７、８または９に記載の方法。
【請求項１１】  約１０００ｎｍ未満の平均直径を有する酸化バナジウムの粒子およびバインダーを含んでいる陰極組成物。
【請求項１２】  陽極、平均直径約１０００ｎｍ未満の酸化バナジウム粒子とバインダ−を含んでいる陰極、および陽極と陰極の間に置かれた分離板素子を有する電池。
【請求項１３】  リチウムイオンを含む電解質をさらに有する、請求項１２に記載の電池。
【請求項１４】  陽極、電解質、陰極、および陽極と陰極の間に置かれた分離板素子を含んでいる電池であって、電解質はリチウムイオンを含んでいて、そして陰極は層間挿入タイプの電気活性材料のナノ粒子およびバインダを含んでいて、陰極中のその電気活性材料は電池の放電時に約９００Ｗｈ/ｋｇ以上のエネルギー密度を示す、電池。
【請求項１５】  陰極中の電気活性材料が約９５０Ｗｈ/ｋｇから約１２００Ｗｈ/ｋｇのエネルギー密度を示す、請求項１４に記載の電池。
【請求項１６】  電気活性材料のナノ粒子が酸化バナジウムを含む、請求項１４または１５に記載の電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
この酸化性の雰囲気は、Ｏ2 、Ｏ3 、ＣＯ、ＣＯ2 もしくは、それらの混合物を含んでなる。この酸化性の雰囲気には、その分圧により約１％の酸化性のガスから約９９％の酸化性のガスが含まれる。出発時の酸化バナジウム粒子は、望ましくは、約５ｎｍから約１０００ｎｍ、そしてより望ましくは、約５ｎｍから約１５０ｎｍの平均粒径を有する。生成酸化バナジウム粒子は、等方晶系Ｖ2Ｏ5
結晶もしくは２‐ＤＶ2Ｏ5 結晶を含んでなる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
粒子の大きさが小さいと、所定重量の材料での表面積が有意に増大する。この増大する表面積は、粒子が球状で凝集していないと仮定して、図１に概略的に示されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
あるいはまた、担体ガスは、適宜、赤外線吸収剤源１２４または不活性ガス源１２６から直接供給されることもある。酸化剤はガス・シリンダーである供給源１２８から供給される。バナジウム前駆体源１２０からのガスは、酸化剤源１２８、赤外線吸収剤源１２４および不活性ガス源１２６からのガスと、これらのガスを、配管１３０の単一部分で一緒にすることにより混合される。これらのガスは、反応チャンバー１０４に入る前に、それらのガスがよく混合されるように、反応チャンバー１０４から十分な距離一緒に流される。管１３０の中で一緒になったガスは、ダクト１３１を通り抜けて、反応物を反応チャンバー１０４の方向に向けるための射出ノズルの一部を形成している長方形の流路１３４に入る。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
捕集装置１０６は、捕集ノズル２３０に繋がっているカーブした導管を含んでいてもよい。このナノ粒子の浮揚性により、生成ナノ粒子は、カーブの回りをガス流について流れる。捕集装置１０６は、この生成ナノ粒子を捕集するために、ガス流中にフィルター２５２を含んでいる。テフロン（登録商標）、ガラス繊維および類似の材料などの多様な材料が、不活性で、その粒子を捕捉するのに十分微細である限りにおいて、このフィルター用に用いられる。このフィルター用に適した材料は、例えば、ACE Glass Inc.,Vineland,NJ、からのガラス繊維である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
主チャンバー３１２は、一般に、細長い反応物流入口３１６の形状と同じである。主チャンバー３１２は、微粒子状生成物、任意の未反応ガスおよび不活性ガスを除去するための、分子流に沿った出口３１８を含んでいる。環状セクション３２０、３２２が、主チャンバー３１２から延びている。環状セクション３２０、３２２は、反応チャンバー３００を通るレーザ・ビーム経路３２８を規定するための窓３２４、３２６を把持している。環状セクション３２０、３２２は、遮蔽用ガスを、環状セクション３２０、３２２に導入するための遮蔽用ガスの入り口３３０、３３２を含んでいる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
上で指摘したように、酸化バナジウム粒子の性質は、さらなる加工により改質することができる。この熱処理のための出発材料は、任意のタイプの固体の酸化バナジウム化合物でよい。適した材料は、ＶＯ、ＶＯ1.27、ＶＯ2 、Ｖ2Ｏ3 、Ｖ3Ｏ5 および非晶性Ｖ2Ｏ5 である。出発材料は、一般に、任意のサイズと形状を有する粒子である。さらに、出発材料として用いられる粒子は、一回またはそれ以上の、異なる条件下での前加熱工程にかけられる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
それらの粒径が小さいことにより、これらナノ粒子は、隣接する粒子の間で、ファンデルワールス力により、ゆるい集合体を形成する傾向がある。にも拘らず、これら粒子の透過電子顕微鏡写真で、ナノメータ・スケールの粒子が明瞭に観察できる。結晶性のナノ粒子の場合、この粒径は、普通その結晶の大きさに対応する。この粒子は、一般に、その電子顕微鏡写真で観察されるようなナノメータ・スケールの粒子に対応する表面積を有する。さらに、この粒子は、リチウムをベースにする電池における酸化バナジウムナノ粒子の利用に関しての本明細書での説明に見られるように、その小さいサイズと材料の重量当たりの大きい表面積に因り、ユニークな性質を示す。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
このナノ粒子は、サイズ均質度が高いことが望ましい。透過電子顕微鏡写真の検討から求められるように、この粒子は、一般に、その粒子の少くとも約９５パーセントが、平均直径の約４０パーセントより大きく、平均直径の約１６０パーセントより小さい直径を有するような粒度分布を有している。望ましくは、この粒子は、その粒子の少くとも約９５パーセントが、平均直径の約６０パーセントより大きく、平均直径の約１４０パーセントより小さい直径を有するような直径分布を有している。さらに、このナノ粒子は、普通、非常に高水準の純度を有している。酸化バナジウムナノ粒子は、その結晶生成過程が、格子から汚染物を排除する傾向があるので、反応物ガスより高い純度を有することが期待される。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
Ｃ．リチウム・ベース電池
図６を参照して説明すると、電池４５０は、陽極４５２、陰極４５４および陽極４５２と陰極４５４の間の分離板４５６を有する。単一の電池が、多くの陰極４５４および／または陽極を含んでいる場合もある。電解質は、下でさらに説明する多様な方法で供給される。電池４５０は、それぞれ、陽極４５２および陰極４５４に連結した集電体４５８、４６０を含んでいるのが望ましい。複数の集電体は、希望に応じて、各電極に連結されていてもよい。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
陰極４５４は、高分子バインダーなどのバインダーで結合されている酸化バナジウムナノ粒子のような電気活性ナノ粒子を含んでいる。陰極４５４で用いられるナノ粒子は、普通、任意の形状を有し、例えば、大体球状のナノ粒子あるいは細長いナノ粒子である。陰極４５４は、ＴｉＯ2 ナノ粒子のような他の電気活性ナノ粒子を含んでいてもよい。ＴｉＯ2 ナノ粒子の製造については、本明細書に引用参照されている米国特許第４，７０５，７６２号明細書に説明されている。ＴｉＯ2 ナノ粒子は、酸化バナジウムナノ粒子で見いだされた結果から類推して、リチウムをベースにする電池中で比較的大きいエネルギー密度を示すことが期待される。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
分離板素子４５６は、電気絶縁性であり、そして、少くとも或る種のタイプのイオンを透過させる。この分離板を通してのイオンの透過は、その電池の異なる区画での電気的中性を提供する。この分離板は、普通、陰極中の電気活性化合物が陽極中の電気活性化合物と接触するのを防ぐ。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０１】
電池部品の形状は、希望の最終製品、例えば、コイン電池、長方形構造あるいは円筒状電池に適合するように調整される。この電池は、一般に、集電体および／または電池の電極と電気的に接触するのに適した部分を有するケーシングを含んでいる。液状電解質が用いられる場合、このケーシングは、その電解質の漏れを防がなければならない。このケーシングは、その電池内の抵抗を減らすために、電池の素子が、お互いに近接するように維持することを助ける。一つのケース中に多数の電池セルを、直列または並列に連結して、入れることができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０７】
これら試料は、同じ放電／充電速度（即ち、その陰極が、２０時間で十分放電されるような速度）で試験され、そして、２５℃で、４.０ボルトと１.８ボルトの間で繰返された。この測定は、Arbin Instruments College Station.TX、から市販されているアービン電池測定装置、モデルＢＴ４０２３により制御された。この放電／充電曲線を記録し、放電容量と活性材料のエネルギー密度が求められた。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１９】
類似のＸ‐線回折パターンを有する代表的ナノ粒子の高倍率および低倍率のＴＥＭ写真を撮り、図１２および１３に示してある。図１２に示した粒子の直径を手動で測定し、大体の粒度分布を求めた。直径の分布を図１４に示す。得られた平均粒径は約２２ｎｍであった。そのマイクログラフ中で歪んだ領域を避けるために、明瞭な粒子境界を示す粒子だけを測定して記録した。このような方法は、結晶は配向しているので、マイクログラフの一つの映像だけでは、全ての粒子の明瞭な像を示していない可能性があるので、得られた測定結果を偏よらせることはない。これら粒子が、むしろ狭い粒径範囲に分布していることに意味がある。この場合、最大粒子と最小粒子で、約１５ｎｍ以上の差がない。これら粒子の結晶性は、下にある格子構造が見える図１３で確かめられる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４２】
この結晶性Ｖ2Ｏ5 ナノ粒子は、電池に成形された。試料Ａからの結晶性Ｖ2Ｏ5 ナノ粒子は、３９９Ａｈ／ｋｇの放電容量と、１００５Ｗｈ／ｋｇのエネルギー密度を示し、一方、試料Ｂからの結晶性Ｖ2Ｏ5 ナノ粒子は、３７０Ａｈ／ｋｇの放電容量と、９１９Ｗｈ／ｋｇのエネルギー密度を示した。結晶性Ｖ2Ｏ5 ナノ粒子は、塊状Ｖ2Ｏ5 での推定理論的最大値の２倍以上大きい値である１０００Ｗｈ／ｋｇより大きいエネルギー密度が得られることに留意すべきである。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４３】
第３の試料は、表６に示した条件を用いてレーザ熱分解により製造された。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４６】
実施例１５‐オーブンで処理したナノ粒子およびレーザ熱分解で直接製造したナノ粒子の要約
この実施例は、酸化バナジウムナノ粒子の異なるバッチで行った一連の測定を要約して示した。このナノ粒子は、直接、レーザ熱分解によるか（表７Ａ）または酸化条件下でのオーブン中での追加的加熱により調製された（表７Ｂ）。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2001510930.tif 000001