活性物质、非水电解质电池、组电池、电池包和汽车制造技术

根据实施方式，提供一种活性物质、非水电解质电池、组电池、电池包和汽车。所述活性物质包含含钛复合氧化物相与氧化钛相的混合相。含钛复合氧化物具有属于空间群Cmca或空间群Fmmm的晶体结构。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用：本申请基于2015年3月13日提交的日本专利申请No.2015-050758，并主张其优先权，在此引用该申请的全部内容作为参考。
本专利技术的实施方式涉及电池用活性物质、非水电解质电池、组电池、电池包和汽车。
技术介绍
近年来，由于电子领域的快速的技术发展，电子设备的小型化和轻量化也不断发展。其结果是，电子设备的可移动化和无绳化不断进行，对于作为其驱动源的二次电源，也迫切要求小型化、轻量化和高能量密度化。为了满足上述要求，开发了具有高的能量密度的锂二次电池。另外，最近，还开发了外包装材使用了铝层压薄膜的超薄型和轻量二次电池，而且实现了商品化。使用了上述的铝层压外包装材的二次电池由于伴随充放电而发生的电极的体积膨胀和收缩，电池厚度会变化。因该原因而引起电池变形、或电极间变宽而使电池的电阻变大，其结果是存在电池特性下降的问题。作为能够回避上述问题的材料体系，开发了负极活性物质中利用了钛酸锂的电池。酸锂几乎没有伴随着充放电的钛体积变化，其结果是，电池厚度的变化极小。通过在负极活性物质中利用该化合物，解决了上述的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的课题是提供一种可以实现能够显示优良的输入输出特性和寿命特性的非水电解质电池的活性物质、能够显示优良的输入输出特性和寿命特性的非水电解质电池、具备该非水电解质电池的组电池、具备前面的非水电解质电池的电池包、和具备该电池包的汽车。根据第1实施方式，提供一种活性物质。该活性物质包含含钛复合氧化
物相与氧化钛相的混合相。含钛复合氧化物具有属于空间群Cmca或空间群Fmmm的晶体结构。根据第2实施方式，提供一种非水电解质电池。该非水电解质电池具备正极、负极和非水电解质。负极含有负极活性物质。负极活性物质含有第1实施方式的活性物质。根据第3实施方式，提供一种组电池。该组电池具备多个第2实施方式的非水电解质电池。多个非水电解质电池相互以串联和/或并联的方式连接。根据第4实施方式，提供一种电池包。该电池包具备第2实施方式的非水电解质电池。根据第5实施方式，提供一种具备第4实施方式的电池包的汽车。电池包配置于汽车的发动机室内。根据上述构成的活性物质，可以实现能够显示优良的输入输出特性和寿命特性的非水电解质电池。附图说明图1是表示第2实施方式的一个例子的非水电解质电池的概略截面图。图2是图1的非水电解质电池的A部的放大截面图。图3是表示第3实施方式的组电池的一个例子的概略立体图。图4是表示第4实施方式的一个例子的电池包的分解立体图。图5是表示图4的电池包的电路的方框图。图6是表示第5实施方式的一个例子的汽车的概略截面图。图7是表示实施例3和比较例1的各自的电池用活性物质的XRD图案。具体实施方式以下，参照附图对实施方式进行说明。另外，对实施方式中共同的构成标注相同的符号，并省略重复的说明。此外，各图是有助于实施方式的说明和其理解的示意图，其形状或尺寸、比例等与实际的装置有不同的地方，但它们可以通过参考以下的说明和公知的技术来适当地进行设计变更。(第1实施方式)根据第1实施方式，提供一种电池用活性物质。该电池用活性物质是含
钛复合氧化物相与氧化钛相的混合相。含钛复合氧化物具有属于空间群Cmca或空间群Fmmm的晶体结构。作为钛酸锂，锂的嵌入脱嵌反应是在约1.55V(vs.Li/Li+)下进行。因此，例如负极使用了钛酸锂、正极使用了LiMn2O4的非水电解质电池的平均电压达到2.5V左右。该电压与被广泛商用化的锂离子二次电池即含有碳负极和LiMn2O4正极的二次电池的平均电压3.9V相比更低。即，使用具备含有钛酸锂的负极和含有LiMn2O4的正极的非水电解质电池，要构成能显示与含有碳负极和LiMn2O4正极的二次电池相同的平均电压的组电池或电池包，与使用含有碳负极和LiMn2O4正极的二次电池时相比，就需要增加串联连接数(单电池(cell)个数)。本专利技术人们等鉴于上述问题，为了实现单电池的高电压化，摸索了一种电池用活性物质，该电池用活性物质能够在比钛酸锂低的电位下进行锂的嵌入脱嵌反应、并且可以实现能够兼备与使用钛酸锂的情况同等的良好的输入输出特性和寿命特性的非水电解质电池。作为其候补，发现了具有属于空间群Cmca或空间群Fmmm的晶体结构的含钛复合氧化物。作为这种含钛复合氧化物，锂的嵌入脱嵌反应大致在1.2V～1.5V(vs.Li/Li+)的电位下进行。因此，使用了含有这种含钛复合氧化物的负极的非水电解质电池显示出比含有钛酸锂的非水电解质电池更高的电池电压。另一方面，通过深入研究可知，上述含钛复合氧化物的电子导电性较差。因此，使用了含有上述含钛复合氧化物的负极的非水电解质电池的大电流特性等输入输出特性有可能变差，可能显示较差的寿命特性。本专利技术人们等鉴于上述问题进行了深入研究，结果发现，设置成使氧化钛分散于这些含钛复合氧化物中的、即具有属于空间群Cmca或空间群Fmmm的晶体结构的含钛复合氧化物相与氧化钛相的混合相状态是有效的。氧化钛在充电状态、即嵌入了锂的状态下是良导体。这是因为氧化钛嵌入锂后，钛Ti的价数从4价变为3价的缘故。进而，氧化钛由于不可逆容量较大，所以即使脱嵌锂而进行放电，也能够含有3价的钛，能够维持高的电子传导性。本专利技术人们等利用该现象发现，通过设置成作为绝缘体的具有属于空间群Cmca或空间群Fmmm的晶体结构的含钛复合氧化物相与氧化钛相
的混合相，能够解决上述的课题。该效果仅仅通过将含钛复合氧化物的粉末与氧化钛的粉末单纯地混合是不能表现的，通过将含钛复合氧化物相与氧化钛相设置成混合相状态才能表现。由此，第1实施方式的电池用活性物质装入电池、并进行初充电之后，能够显示大幅提高的电子传导性。这样，第1实施方式的电池用活性物质可以实现能够兼顾优良的大电流特性和优良的寿命特性的非水电解质电池。含钛复合氧化物也可以仅含有属于空间群Cmca或空间群Fmmm的晶体结构中的一者。或者含钛复合氧化物也可以含有属于空间群Cmca的晶体结构以及属于空间群Fmmm的晶体结构这两者。；另外，含钛复合氧化物也可以进一步含有属于除Cmca和Fmmm以外的空间群的晶体结构。这里，作为具有属于空间群Cmca的晶体结构的含钛复合氧化物，可以列举出例如由通式Li(2+x)MTi6O14表示的含钛复合氧化物。上述式中，M是选自Sr和Ba中的至少1种，x在0≤x≤6的范围内，根据充电状态而变化。另一方面，作为具有属于空间群Fmmm的晶体结构的含钛复合氧化物，可以列举出例如由通式Li(2+y)Na2Ti6O14表示的含钛复合氧化物。上述式中，y在0≤y≤6的范围内，根据充电状态而变化。另外，作为氧化钛，可以列举出例如具有属于空间群I41/amd的晶体结构的锐钛矿型二氧化钛、具有属于空间群P42/mnm的晶体结构的金红石型二氧化钛、具有属于空间群Pbca的晶体结构的板钛矿型二氧化钛、非定比氧化钛。特别是锂嵌入能力较高、不可逆容量较大的锐钛矿型二氧化钛是优选的。上述的混合相状态可以通过广角X射线衍射测定来鉴定构成相，并利用SEM－EDX或TEM－EDX通过元素映射或晶格解析等来进行确认。另外，含钛复合氧化物相与氧化钛相的混合比率可以利用广角X射线衍射测定，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活性物质，其包含具有属于空间群Cmca或空间群Fmmm的晶体结构的含钛复合氧化物相与氧化钛相的混合相。

【技术特征摘要】
2015.03.13 JP 2015-0507581.一种活性物质，其包含具有属于空间群Cmca或空间群Fmmm的晶体结构的含钛复合氧化物相与氧化钛相的混合相。2.根据权利要求1所述的活性物质，其中，对所述活性物质通过广角X射线衍射测定而得到的衍射图案含有所述含钛复合氧化物相的主峰A和所述氧化钛相的主峰B，所述主峰B的强度Y相对于所述主峰A的强度X的比Z(＝Y/X)为0.01～1.3。3.根据权利要求1或2所述的活性物质，其中，所述含钛复合氧化物具有属于所述空间群Cmca的晶体结构，所述含钛复合氧化物由通式Li(2+x)MTi6O14表示，其中M是选自Sr和Ba中的至少1种，x在0≤x≤6的范围内。4.根据权利要求1或2所述的活性物质，其中，所述含钛复合氧化物具有属于所述空间群Fmmm的晶体结构，所述含钛复合氧化物由通式Li(2+y)Na2Ti6O14表示，其中y在0≤y≤6的范围内。5.根据权利要求1或2所述的活性物质，其中，所述氧化钛是具...

【专利技术属性】
技术研发人员：稻垣浩贵，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