活性材料、非水电解质电池和电池组制造技术

根据一个实施方案，提供了一种活性材料。所述活性材料包括具有斜方晶结构的复合氧化物。该复合氧化物由通式Ti2(Nb1-xTax)2O9(0≤x≤1)表示。该复合氧化物的铌和/或钽的平均化合价为4.95或更多。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】 相关申请的交叉引用 本申请基于和要求于2014年9月16日提交的日本专利申请No. 2014-188241的 优先权的效益，其全部内容通过援引加本文。
本文所描述的实施方案大致设及活性材料、非水电解质电池和电池组。
技术介绍
最近，例如裡离子二次电池的非水电解质电池作为具有高能量密度的电池已被积 极地开发。非水电解质电池预期被用作例如混合动力汽车或电动汽车的车辆的电源或用于 移动电话基站的不间断电源。因此，非水电解质电池被期望具有其它性能，例如快速充电和 放电性能和长期的可靠性。 例如，实现快速充电和放电的非水电解质电池不仅明显地缩短充电时间，而且使 得可改进与动力有关的性能W及可从混合动力汽车等的动力有效地回收再生能量。 为了实现快速充电和放电，电子和裡离子有必要能够在正电极和负电极之间快速 地迁移。当在负电极中使用碳基材料的电池经过反复的快速充电和/或放电时，电极上可 能发生金属裡的枝晶沉淀。枝晶造成内部短路，运可能会导致热量产生和并造成火灾。 鉴于此，在负电极中使用金属复合氧化物代替碳质材料的电池已被开发。特别是， 在使用铁氧化物作为负电极活性材料的电池中，快速充电和放电可W稳定地执行。运种电 池也比使用碳质材料的那些具有更长的寿命。 然而，铁氧化物比碳质材料具有更高的相对于金属裡（更贵）的电势。此外，铁氧 化物具有每单位重量更低的容量。因此，在负电极使用铁氧化物的电池存在问题，即电池具 有低能量密度。 例如，使用铁氧化物的电极的电极电势基于金属裡约为1. 5V。该电势比使用碳基 负电极的电极的电势更高（贵）。当裡被电化学地吸收和释放时，由于氧化还原反应，铁氧 化物的电势在TI3+和Ti4+之间。因此，铁氧化物的电势电化学地受到限制。而且，存在的 事实是，由于电极电势高至约1. 5V，因此裡离子的迅速吸收和释放可稳定地进行。因此，基 本上难W降低电极的电势W提高能量密度。 而且，对于电池的每单位重量的容量，具有锐铁矿结构的二氧化铁的理论容量是 大约165mAh/g，W及例如LiJisO。的裡-铁复合氧化物的理论容量是大约180mAh/g。另一 方面，一般的石墨基电极材料的理论容量不小于385mAh/g。因此，铁氧化物的容量密度比碳 基负电极的显著降低。运是由于因为在晶体结构和裡中只有少量的裡吸收部位容易在结构 中被稳定而使基本容量减少。
技术实现思路
根据一个实施方案，提供了一种活性材料。该活性材料包括具有斜方晶结构的复 合氧化物。该复合氧化物由通式Tiz(NbixTax)2化(0《X《I)表示。该复合氧化物的妮和 /或粗的平均化合价为4. 95或更多。 根据一个实施方案，可W提供电池用活性物质，所述活性物质能够实现非水电解 质电池，所述非水电解质电池可具有优异的快速充电和放电性能和高能量密度。【附图说明】 图1是显示可被包含在根据第一实施方案的活性材料中的具有斜方晶结构的复 合氧化物TizNbz化的晶体结构的示意图； 图2是根据第二实施方案的非水电解质电池的一个实例的截面示意图； 阳015] 图3是图2中的部分A的放大截面图。 图4是示意地显示根据第二实施方案的非水电解质电池的另一实例的局部切割 立体图； 阳017] 图5是图4中的部分B的放大截面图； 图6是根据第=实施方案的电池组的一个实例的分解立体图；W及 图7是表示图6的电池组的电路的框图。【具体实施方式】 实施方案通过参考附图在W下进行解释。在运情况下，所有实施方案共有的结构 均由相同的符号表示，重复的解释将省略。而且，各图是用于解释实施方案W及用于促进实 施方案的理解的典型视图。虽然存在在形状、尺寸和比例上与实际装置不同的部分，但是考 虑到W下解释和已知的技术，运些结构设计可W适当地变化。 (第一实施方案） 根据第一实施方案，提供活性材料。该活性材料包括具有斜方晶结构的复合氧化 物。该复合氧化物由通式Tiz(佩1Jax)2化(0《X《1)表示。该复合氧化物的妮和/或粗 的平均化合价为4. 95或更多。[002引由通式Tiz(佩1Jax)209(0《X《1)表示的具有斜方晶结构的复合氧化物可W具 有大约1.5V的裡吸附电势（VSLizin。因此，根据第一实施方案的活性材料可W获得非 水电解质电池，所述非水电解质电池可W稳定地反复地显示快速充电和放电特性。 此外，由通式Tiz(佩1xTax) 2化(0《X《1)表示的具有斜方晶结构的复合氧化物可 W获得非水电解质电池，所述非水电解质电池可W不仅稳定地和反复地显示快速充电和放 电特性，而且因为下述原因而具有高的能量密度。 作为具有由通式Tiz(佩1Jax)2化(0《X《1)表示的斜方晶结构的复合氧化物的 实例，具有斜方晶结构的复合氧化物TizNbz化的晶体结构的示意图在图1显示。 如在图1中所显示的那样，具有斜方晶结构的复合氧化物112佩2〇9的晶体结构100 包含金属离子101和氧化物离子102,其构成骨架结构部分103。请注意，在每一个金属 离子101中，Nb和Ti的离子W1:1的Nb/Ti的比例被随机地设置。在斜方晶复合氧化物 TizNbz化的晶体结构100中，骨架结构部分103被=维交替地设置。因此，在斜方晶复合氧 化物TizNbz化的晶体结构100中，空隙104存在于骨架结构103之间。空隙104可W用作 裡离子的基质化OSt)。如在图1中所显示的那样，该空隙104可W占据整个晶体结构100 的大部分。此外，空隙104可稳定地保持在结构中，即使当裡离子被吸收时。在图1中，区域105和106是具有裡离子可扩散通过的=维空隙通道的部分。空 隙具有有利于裡离子传导的通道结构。裡离子可W在区域105和106之间通过。因此，斜 方晶复合氧化物TizNbzOg使在晶体结构100中的裡能够=维地扩散。[00測因此，斜方晶复合氧化物TizNbzOg的晶体结构100具有如上所述立维通道结构，由 此晶体结构具有大空间，裡离子可等效地吸收进入到所述大空间中并结构稳定。而且，具有 斜方晶结构的复合氧化物TizNbzOg包括=维通道，所述=维通道使在晶体结构100中的裡 能够很容易地扩散，由此使裡离子可W有效地被吸收入到空隙中并从该空隙中释放，所述 空隙起裡的基质作用，裡的吸收和释放空间被有效地扩大。根据第一实施方案的活性材料 包括复合氧化物，W使可W提供能具有高容量和优异倍率性能的非水电解质电池。 注意，图1中所显示的晶体结构100具有属于空间群Pnmmm(第59号）或化(第 31号）的对称性，所述空间群在晶体学国际表中提到。而且，本文中的平面指数是在基于 KTisNb化的原子坐标来执行指数标定的情况下的那些，KTi3佩〇9是具有与包括在根据第一 实施方案和在A.D.Wadsley的《ActaCryst》（17,PP623 (1964))中所描述的活性材料中的 复合氧化物的结构类似结构的化合物。平面指数也由上述空间群来确定。 而且，包括在根据本实施方案的活性材料中的由通式Tiz(佩1xTax) 2化(0《X《1) 所表示的具有斜方晶结构的复合氧化物不仅包含是四价阳离子的Ti而且包含是五价阳离 子的Nb和/或Ta。如在W下所描述的那样，另外一个原因是在于根据本实施方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
活性材料，其包括：具有斜方晶结构的复合氧化物，该复合氧化物由通式Ti2(Nb1‑xTax)2O9(0≤x≤1)表示，并且铌和/或钽的平均化合价为4.95或更多。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：原田康宏，吉间一臣，高见则雄，稻垣浩贵，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP