活性材料制造技术

本发明专利技术涉及活性材料。根据一实施方案，提供了电池用活性材料。该活性材料包括用式LixM1M22O6所表示的斜方晶系氧化物。在此式中，0≤x≤5，M1是选自Fe和Mn中至少之一，及M2是选自Nb、Ta、和V中至少之一。

【技术实现步骤摘要】
活性材料相关申请的交叉引用本申请基于2012年10月30日申请的申请号为2012-239487的在先日本专利申请的优先权，其全部内容在此通过引用并入本文。
这里所描述的实施方案通常涉及活性材料、非水电解质电池和电池组。
技术介绍
最近，非水电解质电池如锂离子电池的研究很活跃并且其被开发成高能密度电池。非水电解质电池有望作为能源用于混合动力电动车辆、电动车辆或便携电话的不间断能源供给基站。为此，希望非水电解质电池除高能量密度外，还具有其它性能如快速充/放电性能和长期可靠性。例如，能够快速充/放电的非水电解质电池不仅显著缩短了充电时间还使提高混合动力车辆的动力性能及有效地使用可再生能源作为动力成为可能。为了能够快速充/放电，需要电子和锂离子能够在正电极和负电极之间快速迁移。当使用碳基负电极的非水电解质电池反复快速充/放电时，在电极上会出现金属锂的枝晶析出，产生了关于放热及因内部短路而着火的忧虑。鉴于此，开发了使用金属复合氧化物替代碳材料作负电极的非水电解质电池。具体而言，利用钛氧化物作为负电极的非水电解质电池可稳定地快速充/放电。该电池还比基于碳材料的电池具有更长的寿命。然而，相对金属锂，钛氧化物比碳材料具有更高（即更惰性）的电势。而且，钛氧化物的单位重量的容量较低。因此，使用钛氧化物作为负电极的非水电解质电池具有能量密度低的问题。专利技术概要通常，根据一个实施方案，提供了用于电池的活性材料。该活性材料包括下式表示的斜方晶系氧化物：LixM1M22O6。在此式中，0≤x≤5，M1是选自Fe和Mn中的至少一种，及M2是选自Nb、Ta、和V中的至少一种。根据一个实施方案，提供可实现具有优异的快速充/放电性能和高能量密度的非水电解质电池的活性材料。附图说明图1是根据第二实施方案的扁平状非水电解质电池的剖视图；图2是图1中A部分的放大剖视图图3是示意性显示根据第二实施方案的另一扁平状非水电解质电池的部分切除的透视图；图4是图3中B区的放大剖视图；图5是根据第三实施方案电池组的分解透视图；图6是显示图5所示电池组电路的框图；及图7是实施例1制备的电极的第一电荷（Li插入）曲线。
技术实现思路
下面将根据附图解释实施方案。这里，对所有实施方案通用的结构用同样的符号表示，将省略重复解释。同时，每个附图都是用来解释实施方案及有助于理解实施方案的典型视图。然而，有些部件不同于实际器件的形状、尺寸及比例，这些结构设计可在通过考虑下述解释和已知技术进行适当修改。（第一实施方案）根据第一实施方案，提供了包含用式LixM1M22O6表示的斜方晶系氧化物的活性材料。在此式中，0≤x≤5，M1是至少一种选自Fe和Mn中的元素，及M2是至少一种选自Nb、Ta、和V中的元素。在式LixM1M22O6(0≤x≤5)所示的斜方晶系氧化物中锂离子的含量根据充电和放电状态而变化，每1mol氧化物的最大Li离子含量为5mol。含有该氧化物活性材料的电极能够提高单位质量锂离子的吸收/释放量。因此，包含该氧化物活性材料电极的非水电解质电池能够实现高的能量密度。式LixM1M22O6(0≤x≤5)所示的斜方晶系氧化物因锂的吸收和释放反应而具有渐变的电势（从0.5V（相对于Li/Li+）至2.5V（相对于Li/Li+））。因此，包含斜方晶系氧化物活性材料电极的非水电解质电池能够在比金属锂电结晶期间的电势更加高的电势下吸收和释放锂。非水电解质电池可以降低或消除金属锂的电结晶，从而实现快速充电和放电。根据实施方案的活性材料中的斜方晶系氧化物更优选用LixFeNb2O6或LixFeV2O6(0≤x≤5)表示。因为LixFeNb2O6或LixFeV2O6(0≤x≤5)所示的斜方晶系氧化物具有利于锂离子传输的晶格，所以有可能提高非水电解质电池的快速充/放电性能并改善电极容量。用式LixM1M22O6(0≤x≤5)所表示的斜方晶系氧化物也可用式LixM1M22O6-δ（0≤x≤5,0≤δ≤0.3)表示。在制备斜方晶系氧化物过程中，原料或中间产物可能出现缺少氧。而且，原材料中所含不可避免的杂质及制备过程中所混入的杂质可能会存在于所制备的斜方晶系氧化物中。因此，例如由于上述不可避免的因素，根据本实施方案的活性材料可能含有组成偏离式LixM1M22O6(0≤x≤5)所示化学计量比率的斜方晶系氧化物。例如，制备斜方晶系氧化物过程中所产生的缺氧可能导致具有式LixM1M22O6-δ(0≤x≤5,0<δ≤0.3)所示组成的斜方晶系氧化物的制备。然而，即使因为上述不可避免的因素，斜方晶系氧化物的组成偏离了化学计量比，单位质量锂离子的吸收/释放量也是高的，且锂的吸收和释放反应发生在0.5V（相对于Li/Li+）至2.5V0.5V（相对于Li/Li+）的范围内。因此，含有因上述不可避免因素使组成偏离化学计量比的斜方晶系氧化物的活性材料可与含有组成如式LixM1M22O6(0≤x≤5)所示的斜方晶系氧化物的活性材料具有同样的效果。因此，根据本实施方案的活性材料包括含有因上述不可避免因素使组成偏离式LixM1M22O6(0≤x≤5)所示的化学计量比的斜方晶系氧化物的活性材料。<粒径和BET比表面积>含在本实施方案活性材料中的斜方晶系氧化物的平均粒径不受具体限制，可根据所希望的电池特性而变化。含在本实施方案活性材料中的斜方晶系氧化物的BET比表面积不受具体限制，优选为1m2/g或更大且小于50m2/g。术语“BET比表面积”表示用BET方法测定的比表面积。颗粒的比表面积通常用吸附占用面积为已知的分子在液氮温度下被吸附到粉末颗粒的面上并根据所吸附分子的数量来得到样品的比表面积的方法测量。其中，最常用的是基于低温/低湿度物理吸附惰性气体的BET方法。该方法是单层吸附Langmuir理论延伸到多层吸附的方法，也是最有名的计算固体如粉末或颗粒的比表面积的方法。对于包含有比表面积为1m2/g或更大的斜方晶系氧化物活性材料负电极的电池，负电极活性材料和电解质溶液之间的接触面积可得到足够保证，并可很容易地得到优异的放电速率特性。而且，可以降低充电时间。另外，对于含有比表面积小于50m2/g的斜方晶系氧化物活性材料的负电极，可以防止其与电解质溶液的反应性过高。因此，可以改善含有上述负电极的非水电解质电池的使用寿命特性。而且，含有比表面积小于50m2/g的斜方晶系氧化物的活性材料可以改善后面生产电极过程中含有所用活性材料浆状物的涂敷性质。<生产方法>例如，根据本实施方案的活性材料可用下述方法生产。首先，将含有至少一种选自Fe和Mn中元素即M1的氧化物或盐，和含有至少一种选自Nb、Ta、和V中元素即M2的氧化物或盐，以得到式M1M22O6所示斜方晶系氧化物的摩尔比例混合。上述盐优选为在比较低的温度下可分解成氧化物的碳酸盐和硝酸盐。下一步，将所得混合物研磨并尽可能均匀地混合，然后烧结。烧结在800–1500℃温度范围内进行共1–100小时。当将烧结温度提高到900–1300℃的温度范围时，可以得到具有低杂质相成分的活性材料。当原料粉末的粒径较小时，在较短的烧结时间内得到均相的活性材料。通过在短的烧结时间内制备的活性材料具有小的粒径及优异的结晶性。包含该活性材料的负电极非水电解质本文档来自技高网...

【技术保护点】
包含下式所示斜方晶系氧化物的活性材料：LixM1M22O6其中0≤x≤5，M1是选自Fe和Mn中至少之一，及M2是选自Nb、Ta、和V中至少之一。

【技术特征摘要】
2012.10.30 JP 2012-2394871.非水电解质电池，包含：含有活性材料的负电极；正电极；和非水电解质；其中所述活性材料包含下式所示斜方晶系氧化物：LixM1M22O6其中0≤x≤5，M1是选自Fe和Mn中至少之一，及M2是选自由Nb和Ta组成的组中至少之一。2.权利要求1的非水电解质电池，其中所述负电极还包括含单斜晶系氧化物的铌钛复合氧化物。3.权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：稻垣浩贵，张文，原田康宏，高见则雄，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP