活性物质及其制造方法、非水电解质电池及电池包技术

本发明专利技术的实施方式涉及一种活性物质及其制造方法、非水电解质电池以及电池包。提供一种可以抑制电阻增加的活性物质及其制造方法、非水电解质电池及电池包。根据实施方式，提供一种含有锂钛复合氧化物的活性物质。锂钛复合氧化物含有由碳酸锂及氢氧化锂中的至少一者构成的锂化合物。锂化合物的锂量为0.017质量％～0.073质量％。

Active material and process for producing the same, non-aqueous electrolyte cell and battery pack

Embodiments of the present invention relate to an active substance and a process for producing the same, a nonaqueous electrolyte cell, and a battery pack. An active substance that can suppress an increase in resistance and a manufacturing method thereof, a nonaqueous electrolyte cell and a battery pack are provided. According to the embodiment, an active substance containing a lithium titanium composite oxide is provided. The lithium titanium oxide containing lithium compound composed of at least one lithium carbonate and lithium hydroxide in the. The lithium content of lithium compounds is 0.017, mass% to 0.073 quality%.

【技术实现步骤摘要】
活性物质及其制造方法、非水电解质电池及电池包本申请以日本专利申请2012-009235(申请日为2012年1月19日)为基础，由该申请享受优先的利益。本申请通过参照该申请，包含该申请的全部内容。
本专利技术的实施方式涉及一种活性物质及其制造方法、非水电解质电池及电池包。
技术介绍
使锂离子在负极和正极中移动来进行充放电的非水电解质电池作为高能量密度电池正在积极地进行研究开发。该非水电解质电池根据其用途而期望具有各种特性。例如，在数码相机的电源用途中，预计约3C放电的使用，在混合动力汽车等车载用途中，预计约10C放电以上的使用。因此，对这些用途的非水电解质电池，期望以大电流重复充放电时的优异的充放电循环寿命。目前，使用锂过渡金属复合氧化物作为正极活性物质、使用碳质物作为负极活性物质的非水电解质电池正在被商用化。锂过渡金属复合氧化物一般使用Co、Mn、Ni等作为过渡金属。近年来，将Li嵌入脱嵌电位比碳质物更高的锂钛氧化物用作负极活性物质的非水电解质电池已经被实用化。锂钛氧化物由充放电引起的体积变化少，因此，与碳质物相比，循环性能优异。其中，尖晶石型钛酸锂特别有前途。尖晶石型钛酸锂由于充放电时的体积变化少，因此，通过用作负极活性物质，可以实现体积变化小、难以产生由电极膨胀引起的短路或容量降低的非水电解质电池。但是，将钛酸锂用作负极活性物质的非水电解质电池要求电池电阻的改善。
技术实现思路
实施方式的目的在于，提供一种可以抑制电阻增加的活性物质及其制造方法、非水电解质电池以及电池包。根据实施方式，提供一种含有锂钛复合氧化物的活性物质。锂钛复合氧化物含有由碳酸锂及氢氧化锂中的至少一者构成的锂化合物。锂化合物的锂量为0.017质量％～0.073质量％。根据实施方式，提供一种非水电解质电池，其具备正极、含有实施方式中的活性物质的负极以及非水电解质。根据实施方式，提供一种电池包，其包含含有实施方式中的活性物质的非水电解质电池。根据实施方式的活性物质，可以抑制电阻增加。附图说明图1是钛氧化物的表面的示意图。图2是键合有羟基的钛氧化物的表面的示意图。图3是第二实施方式的非水电解质电池的剖面示意图。图4是由图3的A所示的圆围成的部分的放大剖面示意图。图5是示意性地表示第二实施方式的非水电解质电池的部分剖切立体图。图6是图5的B部的放大剖面图。图7是第三实施方式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块图。具体实施方式下面，对实施方式参照附图进行说明。此外，在整个实施方式中对共同的构成标注相同的符号，并省略重复的说明。另外，各图是用于促进实施方式的说明及其理解的示意图，其形状及尺寸、比例等具有与实际的装置不同的地方，但这些可以参照下面的说明和公知的技术适当地进行设计变更。(第一实施方式)根据第一实施方式，提供一种含有锂钛复合氧化物的活性物质。锂钛复合氧化物含有由碳酸锂及氢氧化锂中的至少一者构成的锂化合物。锂化合物的锂量为0.017质量％～0.073质量％。专利技术人等进行了潜心研究，结果查明了非水电解质电池的电阻增加的原因。图1是将锂钛复合氧化物的粒子表面的晶体结构进行了放大的示意图。在锂钛复合氧化物的粒子表面(晶体表面)41上，原子的规则键合被切断。在图1中用虚线表示原子的键合被切断后的状态。粒子表面41的原子与粒子内部的原子相比不稳定，粒子表面41的Ti4+离子成为不饱和的状态。该不饱和键与空气中的水分进行化学键合而成为羟基，其结果，形成图2所示的晶体结构。另一方面，关于锂钛复合氧化物中的锂，在烧成后微量残存的未反应锂成分以碳酸锂或氢氧化锂的形式存在。氢氧化锂与大气中的二氧化碳反应而变化为碳酸锂。因此，锂钛复合氧化物含有碳酸锂或氢氧化锂、或者含有碳酸锂及氢氧化锂这两者。使用锂钛复合氧化物作为活性物质的情况，吸附于锂钛复合氧化物的水分及表面羟基与电解液中的锂盐(LiPF6等)反应，生成游离酸(氢氟酸)。该量比使用碳质物作为活性物质的情况更多，其结果，游离酸与残存于锂钛复合氧化物的碳酸锂反应(水解)，产生二氧化碳。查明了该二氧化碳诱发电池的膨胀，使电池性能降低。还得知：特别是在制造车辆用等大的电池时，该产生气体容易残留在电极间，使电池性能、尤其是速率性能或输出性能显著地降低。专利技术人等发现：在含有由碳酸锂及氢氧化锂中的至少一者构成的锂化合物的锂钛复合氧化物中，通过使锂化合物的锂量为0.073质量％以下，可以减少气体产生量，并可以减小电池膨胀。虽然对于减小电池膨胀而言锂量少是有利的，但是，将锂量设定为小于0.017质量％时，电池电阻变大，因此，电池的速率性能及输出性能降低。其是由以下的理由引起的。为了减少锂量，需要使锂化合物量减少。为了使锂化合物以锂量小于0.017质量％的方式减少，需要对锂钛复合氧化物实施酸处理，通过该酸处理，锂钛复合氧化物的结晶性降低。其结果，电池电阻变大，电池的放电容量、速率性能及输出性能降低。因此，优选使锂化合物的锂量为0.017质量％～0.073质量％。通过使锂化合物的锂量为0.017质量％～0.053质量％，可以进一步减小电池膨胀。锂化合物的锂量(X,Y)按照以下的(Ⅰ)式算出。锂量(X,Y)＝N×(M1/M2)(Ⅰ)在此，N为锂钛复合氧化物的锂化合物含量(质量％)，M1为每1摩尔锂化合物的Li质量，M2为1摩尔锂化合物的质量。例如可以列举出锂钛复合氧化物中所含的碳酸锂(Li2CO3)量N为1.00质量％的情况。由于Li、C和O的原子量分别为6.939、12.01115、15.9994，因此，碳酸锂的分子量M2为73.88735。碳酸锂的每1摩尔的Li质量M1由6.939×2算出，为13.878。碳酸锂中所含的锂量X(质量％)按照(Ⅰ)式、由1.00×(6.939×2)/73.88735算出，为X＝0.188质量％。由于Li、H和O的原子量分别为6.939、1.00797、15.9994，因此，氢氧化锂(LiOH)的分子量M2为23.94637。锂钛复合氧化物中所含的氢氧化锂量N为1.00质量％的情况，氢氧化锂中所含的锂量Y(质量％)按照(Ⅰ)式，由1.00×6.939/23.94637算出，为Y＝0.290质量％。在锂钛复合氧化物中含有碳酸锂及氢氧化锂这两者的情况，X和Y的总计是求出的锂量。另外，在锂钛复合氧化物中仅含有碳酸锂的情况，X是求出的锂量，在锂钛复合氧化物中仅含有氢氧化锂的情况，Y是求出的锂量。锂钛复合氧化物优选含有锂钛氧化物相、和将锂钛氧化物的构成要素的一部分用不同种元素置换而得到的含有锂钛的氧化物相中的任一种。为了得到优异的大电流性能和循环性能，优选将锂钛复合氧化物设定为以锂钛氧化物相作为主要的构成相。主要的构成相是在锂钛复合氧化物中存在比率最高的构成相。构成相的存在比率可以用以下说明的方法来确认。对锂钛复合氧化物粒子实施X射线衍射测定，由得到的X射线衍射图案鉴定复合氧化物的构成相。通过将鉴定的构成相的主峰的强度比进行比较，可以对锂钛复合氧化物的主要的构成相进行特定。例如，尖晶石型的锂钛复合氧化物(Li4+xTi5O12(x为0≤x≤3))的情况，作为杂质相，有可能含有锐钛矿型TiO2、金红石型TiO2、Li2TiO3等。对这种物质实施使用了Cu-Kα的X射线衍射测定时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负极活性物质，其是包含锂钛复合氧化物粒子的活性物质，其中，所述锂钛复合氧化物粒子含有由氢氧化锂、或由碳酸锂及氢氧化锂构成的锂化合物，所述锂化合物的锂量为0.017质量％～0.073质量％，所述锂钛复合氧化物粒子具有一次粒子单独存在的形态、一次粒子凝聚而成的二次粒子的形态、或这些形态混合存在的形态，所述锂化合物的锂量按照以下的式子算出，锂量＝N×(M1/M2)在此，N为所述锂钛复合氧化物粒子的所述锂化合物的含量，单位为质量％，M1为每1摩尔所述锂化合物的Li质量，M2为1摩尔所述锂化合物的质量。

【技术特征摘要】
2012.01.19 JP 2012-0092351.一种负极活性物质，其是包含锂钛复合氧化物粒子的活性物质，其中，所述锂钛复合氧化物粒子含有由氢氧化锂、或由碳酸锂及氢氧化锂构成的锂化合物，所述锂化合物的锂量为0.017质量％～0.073质量％，所述锂钛复合氧化物粒子具有一次粒子单独存在的形态、一次粒子凝聚而成的二次粒子的形态、或这些形态混合存在的形态，所述锂化合物的锂量按照以下的式子算出，锂量＝N×(M1/M2)在此，N为所述锂钛复合氧化物粒子的所述锂化合物的含量，单位为质量％，M1为每1摩尔所述锂化合物的Li质量，M2为1摩尔所述锂化合物的质量。2.一种负极活性物质，其是包含锂钛复合氧化物粒子的活性物质，其中，所述锂钛复合氧化物粒子含有由碳酸锂及氢氧化锂构成的锂化合物，所述锂化合物的锂量为0.017质量％～0.073质量％，所述锂化合物的锂量按照以下的式子算出，所述碳酸锂的锂量比所述氢氧化锂的锂量多，锂量＝N×(M1/M2...

【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