活性物质、非水电解质电池、电池包及车辆制造技术

本发明专利技术提供活性物质、非水电解质电池、电池包及车辆。根据实施方式，提供活性物质。活性物质含有以通式Li

Active material, nonaqueous electrolyte battery, battery pack and vehicle

The present invention provides active material, nonaqueous electrolyte battery, battery pack and vehicle. The active substance is provided according to the embodiment. The active substance contains the formula Li

【技术实现步骤摘要】
活性物质、非水电解质电池、电池包及车辆
实施方式涉及活性物质、非水电解质电池、电池包及车辆。
技术介绍
近年来，作为高能量密度电池，锂离子二次电池等非水电解质电池的研究开发如火如荼。非水电解质电池作为混合动力汽车或电动汽车等车辆、移动基站的不间断电源用等电源备受期待。另外，非水电解质电池作为昼夜耗电量的均衡化或智能电网等用途的固定型电源用电池也备受关注。因此，非水电解质电池除了要求高能量密度之外，还要求快速充放电性能、长期可靠性等其他特性也优异。例如，能够快速充放电的非水电解质电池具有充电时间非常短的优点。另外，这种非水电解质电池在混合动力汽车中还可以提高动力性能。进而，这种非水电解质电池还可以有效地将动力的再生能量回收。为了能够进行快速充放电，需要电子和锂离子能够在正极与负极之间迅速地移动。但是，使用了碳系负极的电池在反复进行快速充放电时，有金属锂的树枝状结晶析出在电极上的情况。树枝状结晶有导致内部短路、结果引起发热和/或着火的危险。因此，开发了代替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，使用了钛氧化物作为负极活性物质的电池具有可进行稳定的快速充放电、寿命也比碳系负极长的特性。但是，钛氧化物与碳质物相比，相对于金属锂的电位更高，即更贵。而且，钛氧化物的每单位重量的容量低。因此，负极使用了钛氧化物的电池具有能量密度低的问题。特别是，作为负极材料使用相对于金属锂的电位高的材料时，与使用了碳质物的电池相比，电压减小。因而，当将这种材料应用于电动汽车等车辆或大规模蓄电系统等需要高电压的系统中时，具有电池的串联数增大的问题。例如，钛氧化物的电极电位以金属锂基准计为约1.5V，比碳系负极的电位更高(贵)。钛氧化物的电位是因电化学地对锂进行嵌入和脱嵌时的Ti3+与Ti4+之间的氧化还原反应所致，因而受到电化学方面的制约。因而，为了提高能量密度而降低电极电位实际上是困难的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供能够实现具有高能量密度、并兼具高的快速充放电性能和优异的寿命性能的非水电解质电池的活性物质、使用了该活性物质的非水电解质电池、具备该非水电解质电池的电池包及搭载有该电池包的车辆。根据第1实施方式，提供含有复合氧化物的活性物质。该复合氧化物以通式LixM14-yTi10-zM22+zO27+δ表示。这里，M1含有选自Na、K、Cs中的至少1种。M2含有选自Zr、Sn、V、Nb、Ta、Mo、W、Fe、Co、Mn、Ni、Al中的至少1种。x满足0≤x＜18。y满足0＜y＜4。z满足0＜z＜4。δ满足-0.3≤δ≤0.3。根据第2实施方式，提供非水电解质电池。该非水电解质电池包含含有第1实施方式的活性物质的负极、正极、和非水电解质。根据第3实施方式，提供电池包。该电池包具备第2实施方式的非水电解质电池。另外，根据实施方式，提供搭载有该电池包的车辆。根据上述构成的活性物质，能够实现具有高能量密度、且兼具高的快速充放电性能和优异的寿命性能的非水电解质电池、电池包及车辆。附图说明图1是表示Li2Na2Ti6O14及Na3Ti9Nb3O27的充放电曲线的曲线图。图2是表示Na3Ti9Nb3O27的结晶结构的示意图。图3是第2实施方式的扁平型非水电解质电池的截面图。图4是图3的A部的放大截面图。图5是示意地表示第2实施方式的另一个扁平型非水电解质电池的部分缺失立体图。图6是图5的B部的放大截面图。图7是第3实施方式的电池包的分解立体图。图8是表示图7的电池包的电路的模块图。图9是表示搭载了实施方式的电池包的车辆的示意图。具体实施方式以下参照附图说明实施方式。其中，实施方式中共同的构成带有相同的符号且省略重复的说明。另外，各图是用于促进实施方式的说明及其理解的示意图，其形状或尺寸、比例等与实际的装置有不同的方面，但这些也可参照以下的说明和公知的技术适当地进行设计变更。(第1实施方式)根据第1实施方式，提供含有具有单斜晶型结晶结构的复合氧化物的电池用活性物质。该复合氧化物以通式LixM14-yTi10-zM22+zO27+δ表示。这里，M1是选自Na、K、Cs中的至少1种元素。M2是选自Zr、Sn、V、Nb、Ta、Mo、W、Fe、Co、Mn、Ni、Al中的至少1种元素。x处于0≤x＜18的范围内。y处于0＜y＜4的范围内。z处于0＜z＜4的范围内。δ处于-0.3≤δ≤0.3的范围内。第1实施方式的电池用活性物质所含的复合氧化物可对应于在以通式LixM14Ti10M22O27+δ表示的具有单斜晶型结晶结构的复合氧化物中、在M1位点的一部分中导入空孔位点、并用M2元素将Ti位点的至少一部分置换了的置换氧化物。通过改变结晶结构中的M1元素的种类或量，可以改变相对于金属锂的氧化还原电位的电位。另外，通过在M1位点上制作空孔，易于使Li离子嵌入脱嵌，可以进一步提高充放电容量。进而，通过改变结晶结构中的M2元素的种类或置换Ti位点的M2元素的置换量，可以改变Li离子的充放电容量。第1实施方式的电池用活性物质可以相对于金属锂的氧化还原电位具有0.5V～1.45V(vs.Li/Li+，相对于Li/Li+)的范围内的锂嵌入的平均电位。由此，负极含有第1实施方式的电池用活性物质的非水电解质电池相比较于负极含有例如锂嵌入电位为1.55V(vs.Li/Li+)的钛复合氧化物的非水电解质电池，可以显示更高的电池电压。另外，第1实施方式的电池用活性物质在1.0V～1.45V(vs.Li/Li+)的电位范围内可以对许多的Li离子进行嵌入及脱嵌。以下一边参照图1一边对第1实施方式的电池用活性物质在低于1.55V的电位下能够显示高容量的理由进行说明。图1示出了对电极使用金属锂而制成半电池时的复合氧化物Li2Na2Ti6O14的充放电曲线(虚线)及复合氧化物Na3Ti9Nb3O27的充放电曲线(实线)。实线的充放电曲线(放电/Li脱嵌曲线50及充电/Li嵌入曲线51)表示具有单斜晶型结晶结构的复合氧化物Na3Ti9Nb3O27的电位变化，该复合氧化物是第1实施方式的电池用活性物质能够含有的复合氧化物。另一方面，虚线的充放电曲线(放电/Li脱嵌曲线40及充电/Li嵌入曲线41)表示复合氧化物Li2Na2Ti6O14的电位变化，该复合氧化物是以通式Li2+wNa2Ti6O14+δ所示的具有单斜晶型结晶结构的复合氧化物。另外，复合氧化物Na3Ti9Nb3O27是在复合氧化物Na4Ti10Nb2O27的结晶结构中将Na位点的一部分制成空孔、并用Nb将Ti位点的一部分置换所获得的复合氧化物。如图1所示，任一种复合氧化物在平均电压为1.25V～1.45V(vs.Li/Li+)的范围内均可将Li离子嵌入脱嵌。但是，复合氧化物Li2Na2Ti6O14的充放电容量低达95mAh/g左右。另一方面，如图1所示，复合氧化物Na3Ti9Nb3O27的电池容量可以显示高达150mAh/g的值。第1实施方式的电池用活性物质能够含有的复合氧化物在1.55V(vs.Li/Li+)以下的工作电位下能够对许多的Li离子嵌入脱嵌的原因在于，结晶结构中具有大的隧道结构。接着，对该复合氧化物在结晶结构中具有大的隧道结构的理由进行说明。第1实施方式的电池用活性物质能够含有的复合氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活性物质，其含有复合氧化物，所述复合氧化物以通式Li

【技术特征摘要】
2015.09.16 JP 2015-1829151.一种活性物质，其含有复合氧化物，所述复合氧化物以通式LixM14-yTi10-zM22+zO27+δ表示，式中，M1含有选自Na、K、Cs中的至少1个，M2含有选自Zr、Sn、V、Nb、Ta、Mo、W、Fe、Co、Mn、Ni、Al中的至少1个，且满足0≤x＜18、0＜y＜4、0＜z＜4、-0.3≤δ≤0.3。2.根据权利要求1所述的活性物质，其中，所述复合氧化物具有属于空间群C2、Cm、C2/m中的至少1种的单斜晶型结晶结构，a轴、b轴、c轴的晶格常数分别满足3.根据权利要求1所述的活性物质，其中，所述复合氧化物中，M2所含元素的总价数大于+5价。4.根据权利要求1所述的活性物质，其中，所述复合氧化物是在具有以通式LixM14Ti10M22O27+δ表示的单斜晶型结晶结构中、在M1位点的一部分导入空孔位点、Ti位点的至少一部分被M2元素置换了的置换氧化物。5.根据权利要求1～3中任一项...

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