非水电解质电池用活性物质、非水电解质电池及电池包制造技术

本发明专利技术提供一种输入输出特性及循环特性优异的非水电解质电池用活性物质、采用该活性物质的非水电解质电池及含有该电池的电池包。根据实施方式，提供一种含有单斜晶型铌-钛复合氧化物粒子的非水电解质电池用活性物质。单斜晶型铌-钛复合氧化物粒子含有金红石型氧化物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及非水电解质电池用活性物质、非水电解质电池及电池包。
技术介绍
近年来，作为高能量密度电池，一直在开发锂离子二次电池这样的非水电解质电 池。非水电解质电池作为混合动力汽车、电动汽车等车辆用电源、大型蓄电用电源受到期 待。特别是对于车辆用用途，还要求非水电解质电池具有快速充放电性能、长期可靠性这样 的其它特性。可快速充放电的非水电解质电池具有充电时间大幅度缩短的优点，此外，在混 合动力汽车中能够提高动力性能，而且能够有效地回收动力的再生能量。 快速充放电可通过使电子和锂离子在正极与负极之间快速移动来实现。采用碳系 负极的电池因重复快速充放电而有时在电极上析出金属锂的枝晶。枝晶产生内部短路，其 结果是有产生发热或着火的可能性。 因而，开发了取代碳质物而使用金属复合氧化物作为负极活性物质的电池。特别 是，使用钛氧化物作为负极活性物质的电池具有可稳定地进行快速充放电，与碳系负极相 比寿命也长的特性。 但是，钛氧化物与碳质物相比相对于金属锂的电位高（贵）。此外，钛氧化物单位 重量的容量低。因此，使用钛氧化物的电池存在能量密度低的问题。 例如，钛氧化物的电极电位按金属锂为基准计大约为I. 5V，与碳系负极的电位相 比为高（贵）电位。钛氧化物的电位因起因于电化学嵌入脱嵌锂时的Ti3+与Ti 4+之间的氧 化还原反应，而在电学上受到制约。此外，还有在1.5V左右的高的电极电位上可稳定地进 行锂离子的快速充放电的事实。所以，为提高能量密度而降低电极电位实质上是困难的。 另一方面，关于单位重量的容量，Li4Ti5O1^样的锂钛复合氧化物的理论容量为 175mAh/g左右。另一方面，普通的石墨系电极材料的理论容量为372mAh/g。所以，与碳系 负极相比钛氧化物的容量密度非常低。这是由于因在钛氧化物的晶体结构中嵌入锂的位点 少及在结构中容易使锂稳定化，从而使实质的容量降低。 鉴于上述情况，一直在研究含有Ti和Nb的新的电极材料。特别是，用TiNb2O7表 示的复合氧化物由于在嵌入锂时Ti从四价向三价补偿电荷、Nb从五价向三价补偿电荷，所 以理论容量达到387mAh/g的高容量，引人注目。 但是，TiNb2O7的未嵌入锂的状态下的活性物质的电子导电性低。因此，低 S0C(state of charge，荷电状态）区域中的过电压增大，结果使电池的输入输出特性下降。 此外，TiNb2O 7的嵌入锂时的反应为固溶体生成反应。因此，在嵌入、脱嵌锂时发生体积膨胀、 收缩，且电子导电性也低，所以显著发生由导电通路的破坏导致的循环劣化。 现有技术文献 专利文献 专利文献1 :日本特开2013-164934号公报 非专利文献 非专利文献 I :Anna Lashtabeg et al.，Ionics, 2003, 9, 220-226
技术实现思路
专利技术要解决的问题 根据实施方式，提供一种输入输出特性和循环特性优异的非水电解质电池用活性 物质、采用该活性物质的非水电解质电池及含有该电池的电池包。 用于解决问题的手段 根据实施方式，提供一种含有单斜晶型铌-钛复合氧化物粒子的非水电解质电池 用活性物质。单斜晶型铌-钛复合氧化物粒子含有金红石型氧化物。 此外，根据实施方式，提供一种含有正极、负极和非水电解质的非水电解质电池。 负极含有实施方式所涉及的非水电解质电池用活性物质。 另外，根据实施方式，提供一种含有实施方式所涉及的非水电解质电池的电池包。【附图说明】 图1是表示实施方式的非水电解质电池用活性物质的晶体结构的示意图。 图2是从与图1不同的晶轴方向看图1的晶体结构时的示意图。 图3是表示实施方式的扁平型非水电解质电池的剖视图。 图4是图3的A部的放大剖视图。 图5是示意性地表示实施方式所涉及的其它扁平型非水电解质电池的部分缺口 立体图。 图6是图5的B部的放大剖视图。 图7是实施方式所涉及的电池包的分解立体图。 图8是表示图7的电池包的电路的方框图。 图9是表示从实施例1的活性物质得到的XRD光谱的图。 图10是表示从实施例1的TiNb2O7相得到的EDX光谱的图。 图11是表示从实施例1的金红石型TiO2得到的EDX光谱的图。 图12是表示实施例1的活性物质的通过测定波长为514. 5nm的显微拉曼光谱测 定而得到的显微拉曼光谱的图。 图13是表示实施例8的活性物质的通过测定波长为514. 5nm的显微拉曼光谱测 定而得到的显微拉曼光谱的图。【具体实施方式】 以下，参照附图对实施方式进行说明。再者，在整个实施方式中对于通用的构成标 注同一符号，并将重复的说明省略。此外，各图是用于促进专利技术的说明和其理解的示意图， 其形状或尺寸、比例等有与实际装置的不同的地方，但这些可参考以下的说明和公知的技 术适宜地进行设计变更。 (第1实施方式） 根据第1实施方式，提供一种含有单斜晶型铌-钛复合氧化物粒子的非水电解质 电池用活性物质。单斜晶型铌-钛复合氧化物粒子含有金红石型氧化物。该金红石型氧 化物如果通过在充放电初期嵌入锂来提高单斜晶型铌-钛复合氧化物粒子的电子传导性， 则不仅可改善低SOC(state of charge)区域的输入输出性能，而且还可抑制导电通路的破 坏，改善充放电循环性能，这是本专利技术者们首次发现的。 优选金红石型氧化物含有金红石型二氧化钛及金红石型铌-钛复合氧化物中的 至少1种。金红石型二氧化钛如果处于3V(v.s.Li +/Li)以下的低的电极电位则嵌入锂。可 是，因金红石型二氧化钛具有空隙窄的结构，而使锂在固体内的扩散速度慢。因此，即使使 电极电位退回锂也不能完全从金红石型二氧化钛脱嵌，而残留一部分，Ti以3价的状态残 留。因而，能够维持通过嵌入锂提高电子导电性的状态。通过在单斜晶型铌-钛复合氧化 物粒子中含有这样的金红石型二氧化钛，由于在初次充放电后也形成确保电子导电性的状 态，所以可改善速率特性及充放电循环特性。 金红石型二氧化钛含有Nb元素，即，金红石型铌-钛复合氧化物能够进一步改善 电子导电性。认为这是含有4价的Ti的金红石型二氧化钛因含有5价的Nb而损害电中性 时，形成结构缺陷，由该结构缺陷带来的影响。另一方面，对于锐钛矿型等非金红石型的二 氧化钛，Li的嵌入、脱嵌的可逆性比金红石型结构高。因此，未放电时的电子导电性低于金 红石型。 优选金红石型铌-钛复合氧化物具有用下述式（1)表示的组成比。由此，能够得 到电子导电性高的活性物质。组成比的更优选的范围为0.02彡（N/T)彡2.0。 0 < (N/T)彡 2 (1) 式中，N为Nb的摩尔数，T为Ti的摩尔数。 在金红石型铌-钛复合氧化物中，也可以将5价的Nb置换成4价的Nb。在此种情 况下，金红石型铌-钛复合氧化物可用Nk 33Tia67O4表示。尽管因 Nb元素为4价而能维持 电中性，但是Nb1.33Tia670 4的电子导电性仍高于TiNb 207。因此，能够改善活性物质的电子导 电性。 金红石型氧化物在单斜晶型铌-钛复合氧化物粒子中以哪种状态含有都可以。例 如，在金红石型氧化物为被覆粒子表面的层状物或粒状物时，能够提高电极中的粒子间的 电子传导性。在此种情况下，可以被覆活性物质粒子表层全体，也可以被覆活性物质粒子的 一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水电解质电池用活性物质，其特征在于，其包含含有金红石型氧化物的单斜晶型铌‑钛复合氧化物粒子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：伊势一树，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