チタン酸リチウムのソースを表示

{{Chembox
| ImageFile =Lithium titanate powder.jpg
| ImageSize =
| ImageAlt =
| IUPACName =
| OtherNames =Lithium metatitanate
|Section1={{Chembox Identifiers
| CASNo =12031-82-2
| PubChem = 160968
| SMILES = }}
|Section2={{Chembox Properties
| Formula = Li<sub>2</sub>TiO<sub>3</sub>
| MolarMass = 109.76
| Appearance = 灰白色粉末
| Density = {{Val|3.43|ul=g/cm3}} <ref name="Laan"/>
| MeltingPtC = 1533
| BoilingPt =
| Solubility = }}
|Section3={{Chembox Hazards
| MainHazards =
| FlashPt =
| AutoignitionPt = 
 }}
}}

'''チタン酸リチウム'''（チタンさんリチウム、lithium titanate、正確には'''メタチタン酸リチウム''' lithium metatitanate）は、[[リチウム]]と[[チタン]]を含む[[化合物]]の一つ。室温では灰白色の粉末としてみられ、化学式{{Chem|Li|2|TiO|3}}で表わされる。

高速充電が可能なチタン酸リチウム二次電池の[[アノード]]材料として用いられる。また、[[琺瑯|琺瑯磁器]]やチタン酸塩ベースの[[セラミックス|セラミック]]絶縁体の添加剤としても用いられる。安定性が高いため[[融剤]]として用いられることも多い<ref name="Thermograde"/>。近年、他のリチウムセラミックスと共に、メタチタン酸塩粒が核融合用の[[三重水素|トリチウム]]増殖材料として研究されている。

== 結晶 ==
{{Chem|Li|2|TiO|3}}の最も一般的な結晶系は[[単斜晶]]系である<ref name="Vijayakumar"/>。

別の安定な単斜晶系として、β-{{Chem|Li|2|TiO|3}}も知られている。 また、固溶体的な振舞いを示すγ-{{Chem|Li|2|TiO|3}}と呼ばれる相が、{{Val|1150|~|1250|ul=degC}}の温度範囲で可逆的に生じることも知られている<ref name="Kleykamp"/>。低温合成過程では、γ-{{Chem|Li|2|TiO|3}}と同型の立方晶系準安定相が生じることが知られており、α-{{Chem|Li|2|TiO|3}}と呼ばれる。この相は約{{Val|400|u=degC}}で安定なβ相に転移する<ref name="Laumann"/>。

== 焼結への利用 ==
[[焼結]]の工程では、粉体を型に詰めて[[融点]]以下にまで熱する。すると、粉体粒子の構成原子が周囲の粒子にまで拡散し、やがて固体もしくは多孔質材を形成する。

{{Chem|Li|2|TiO|3}}粉体は、高純度で良好な焼結能力をもつことが示されている<ref name="Sahu"/>。

== カソードとしての利用 ==

=== 溶融炭酸塩形燃料電池 ===
チタン酸リチウムは[[溶融炭酸塩型燃料電池]]の二重層カソードを構成する一層として用いられる。この型の燃料電池は二層構造材料を用いて高出力化、高効率化することができる<ref name="EPO"/>。

=== リチウムイオン二次電池 ===
{{Chem|Li|2|TiO|3}}は、水系バインダーおよび導電剤と共に[[リチウムイオン二次電池]]のカソードとして用いられることもある。{{Chem|Li|2|TiO|3}}により、高容量カソード導電剤{{Chem|LiMO|2}} (M=Fe, Mn, Cr, Ni) を安定化することができる。{{Chem|Li|2|TiO|3}}と ({{Chem|LiMO|2}}) を積層してカソード材料が作られる。この層状構造によりリチウムイオンが拡散可能となる。

== チタン酸リチウム二次電池 ==
{{Main|チタン酸リチウム二次電池}}
チタン酸リチウム二次電池は、リチウムイオン二次電池よりも高速充電が可能な[[二次電池]]である。リチウムイオン二次電池との相違点は、[[アノード]]に炭素ではなくチタン酸リチウムを用いることである。これにより、リチウムイオンがアノードへ出入りする際の障害となる表面電解質被膜 (Solid Electrolyte Interface, SEI) が形成されなくなるため、急速充放電した際の充電容量低下を抑えることができるという利点がある。欠点としては、リチウムイオン二次電池と比較して容量および電圧が劣ることが挙げられる。現在、チタン酸リチウム二次電池は車載用やその他の特殊用途に用いられている。

== チタン酸リチウム増殖材の合成 ==
{{Chem|Li|2|TiO|3}}粉末は、[[炭酸リチウム]]、硝酸チタン水溶液、[[クエン酸]]を混合したのち[[煆焼|焼成]]、圧縮、[[焼結]]することによって合成する方法が一般的である。こうして作られる微結晶材料は純度と活性が高く、増殖材として用いられる<ref name="Ehingen"/>。

== トリチウム増殖材 ==
計画中の[[ITER]]熱核融合実験炉などの核融合炉は燃料として[[三重水素|トリチウム]]と[[重水素|デューテリウム]]を用いる。トリチウム資源は極めて限られており、総資源量は20[[キログラム]]と推定されている。この問題を解決法の一つとして、リチウムを含有するセラミック片を、ヘリウムガス冷却固体[[増殖ブランケット]] (Helium Cooled Breeder Blanket, HCPB) と呼ばれる要素に用いることによりトリチウムを生産することができると考えられている。HCPB増殖ブランケットは、ITERの設計上鍵となる要素である。このような設計にすることで、プラズマから放出される中性子がブランケット中のリチウムと相互作用しトリチウムを生産することができる。
:<math>{}^6_3\hbox{Li}+\hbox{n}\to{}^4_2\hbox{He}+{}^3_1\hbox{H}</math>
:<math>{}^7_3\hbox{Li}+\hbox{n}\to{}^4_2\hbox{He}+{}^3_1\hbox{H}+\hbox{n}</math>

{{Chem|Li|2|TiO|3}}および{{Chem|Li|4|SiO|4}}は、トリチウム放出能が高く、活性が低く化学的に安定なため、トリチウム増殖材として有望である<ref name="Hanaor"/>。

== チタン酸リチウムエアロゲル ==
現在、リチウムイオン二次電池の改良のため、チタン酸リチウムエアロゲル（組成式 {{Chem|Li|4|Ti|5|O|12}}）が効率的アノード材料として研究されている<ref name="Maloney"/>。

== 出典 ==
{{Reflist|30em|refs=
<ref name="Laan">
{{cite journal | journal = Journal of Nuclear Materials | issn = 0022-3115 | volume = 271–272 | title = Properties of lithium metatitanate pebbles produced by a wet process | first1 = J.G | last1 = Laan | first2 = R.P | last2 = Muis | url = http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022311598007946 | year = 1999 | pages = 401–404 | doi = 10.1016/S0022-3115(98)00794-6 | ref = harv}}
</ref>
<ref name="Thermograde">{{cite web|url=http://www.thermograde.com/our-products/lithium-titanate/prod_16.html|title=Lithium Titanate Fact Sheet|work=Product Code: LI2TI03|publisher=Thermograde|accessdate=24 June 2010}}</ref>
<ref name=Vijayakumar>{{cite journal | author = Vijayakumar M.; Kerisit, S.; Yang, Z.; Graff, G. L.; Liu, J.; Sears, J. A.; Burton, S. D.; Rosso, K. M.; Hu, J.|title = Combined 6,7Li NMR and Molecular Dynamics Study of Li Diffusion in Li2TiO3| journal = Journal of Physical Chemistry | volume = 113 | pages = 20108–20116 | year = 2009 | doi=10.1021/jp9072125}}</ref>
<ref name="Kleykamp">{{cite journal| last1=Kleykamp| first1=H | title= Phase equilibria in the Li–Ti–O system and physical properties of Li2TiO3 | journal= Fusion Engineering and Design. |year= 2002| volume=61| pages=361–366}}</ref>
<ref name="Laumann">{{cite journal| last1=Laumann| first1=Andreas| last2=Jensen| first2=Ørnsbjerg| last3=Kirsten| first3=Marie| last4=Tyrsted | first4=Christoffer | title= In‐situ Synchrotron X‐ray Diffraction Study of the Formation of Cubic Li<sub>2</sub>TiO<sub>3</sub> Under Hydrothermal Conditions| journal= Eur. J. of Inorg. Chem.|year= 2011| volume=14| pages=2221–2226| doi=10.1002/ejic.201001133}}</ref>
<ref name="Sahu">{{Cite journal |author=Sahu, BS; Bhatacharyya, BS; Chaudhuri, CP; Mazumder, DR |year=2010 |url=https://hdl.handle.net/2080/1139 |title=Synthesis and sintering of nanosize {{chem|Li|2|TiO|3}} ceramic breeder powder prepared by autocombustion technique |hdl=2080/1139}}</ref>
<ref name="EPO">"EPO:  European Patent"  http://www.wipo.int/patentscope/search/en/detail.jsf?docId=WO1996015561&recNum=1&maxRec=&office=&prevFilter=&sortOption=&queryString=&tab=PCT+Biblio (accessed April 13, 2012).{{404|date=2024-04}}</ref>
<ref name=Ehingen>Ehingen, A. P.; Feldkirchen, M. B.; Ulm, B. R.; Plochingen, V. P. Friedrichshafen, DE "Double layer cathode for molten carbonate fuel cells and method for producing the same." US Patent 6,420,062, July 16, 2002</ref>
<ref name="Hanaor">{{cite journal| last1=Hanaor| first1=D.A.H.| last2=Kolb| first2=M.H.H.| last3=Gan| first3=Y.| last4=Kamlah| first4=M.| last5=Knitter| first5=R.| title= Solution based synthesis of mixed-phase materials in the Li<sub>2</sub>TiO<sub>3</sub>-Li<sub>4</sub>SiO<sub>4</sub> system | journal= Journal of Nuclear Materials | year=2014| volume=456| pages=151–161| url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022311514006187| doi=10.1016/j.jnucmat.2014.09.028}}</ref>
<ref name="Maloney">{{cite journal | journal = ACS Applied Materials & Interfaces | volume = 4 | issue = 5 | title = Lithium Titanate Aerogel for Advanced Lithium-Ion Batteries | first1 = Ryan P. | last1 = Maloney | first2 = Hyun Joong | last2 = Kim | first3 = Jeffrey S. | last3 = Sakamoto | url = https://doi.org/10.1021/am3002742 | year = 2012 | pages = 2318–2321 | doi = 10.1021/am3002742 | ref = harv}}
</ref>
}}

== 関連項目 ==
* [[リチウム電池]]

[[Category:リチウム塩]]
[[Category:チタン酸塩|りちうむ]]
[[Category:リチウム遷移金属複合酸化物]]
{{DEFAULTSORT:ちたんさんりちうむ}}