电化学装置制造方法及图纸

现有技术中期望实现放电容量密度大的负极活性物质。本公开提供一种电化学装置，其具备正极、电解质和含有负极活性物质的负极，所述负极活性物质含有具有属于空间群Fm3m的晶体结构、且由下述组成式(1)表示的化合物，LixTiyOz 式(1)其中，式(1)满足0.4≤x/y＜2、x/2+3y/2≤z≤x/2+2y。

Electrochemical device

In the middle of the technology, the negative active material with large discharge capacity is expected to be realized in the middle of the technology. The present invention provides an electrochemical device comprising a positive electrode, and the cathode electrolyte containing anode active material, the negative electrode active material containing belongs to the space group Fm3m crystal structure, and comprises the following component (1) compounds represented by the LixTiyOz type (1), type (1) meet 0.4 x/y < 2, x/2+3y/2 = z = x/2+2y.

【技术实现步骤摘要】
电化学装置
本公开涉及电化学装置用的负极活性物质和电化学装置。
技术介绍
专利文献1公开了一种由化学式Li4+xTi5-xO12(0＜x＜0.30)表示的尖晶石(空间群Fd3m)结构的非化学计量钛化合物。现有技术文献专利文献1：国际公开第2010/052950号
技术实现思路
专利技术所要解决的课题现有技术中，期望实现放电容量密度更大的负极活性物质和电化学装置。解决课题的手段本公开的一个技术方案中的电化学装置，具备正极、电解质和含有负极活性物质的负极，所述负极活性物质含有具有属于空间群Fm3m的晶体结构、且由下述组成式(1)表示的化合物，LixTiyOz式(1)其中，式(1)满足0.4≤x/y＜2、x/2+3y/2≤z≤x/2+2y。专利技术效果根据本公开，能够实现放电容量密度大的负极活性物质和电化学装置。附图说明图1是表示作为实施方式2中的电池的一个例子的电池10的大致结构的剖面图。图2是表示粉末X射线衍射测定结果的图。具体实施方式以下，对本公开的实施方式进行说明。(实施方式1)实施方式1中的负极活性物质，包含具有属于空间群Fm3m的晶体结构的化合物。该化合物由下述组成式(1)表示。LixTiyOz式(1)其中，式(1)满足0.4≤x/y＜2且x/2+3y/2≤z≤x/2+2y。根据以上的技术构成，能够实现放电容量密度大的锂钛氧化物系负极活性物质和使用了锂钛氧化物系负极活性物质的电化学装置(例如电池或电容器)。即，能够实现放电容量密度大的电化学装置(例如电池或电容器)。实施方式1中的负极活性物质的特征在于晶体结构以及所含有的锂、钛和氧的组成比。本专利技术人对锂钛氧化物的结构、所含有的锂、钛和氧的组成比、以及这些锂钛氧化物与锂离子的反应性进行了研究。结果发现，通过使用具有属于空间群Fm3m的晶体结构且为特定的锂、钛和氧的组成比的负极活性物质，显示出比以往更大的放电容量密度。实施方式1中的负极活性物质的晶体结构为属于空间群Fm3m的岩盐型结构，由此，例如与尖晶石型结构(空间群Fd3m)的情况相比，能够增大负极活性物质的放电容量。作为其原因，认为例如以下所述。在晶体结构不是属于空间群Fm3m的岩盐型结构的情况下，锂、钛和氧在结构内规则地排列。因此，在充放电过程中可吸藏的Li离子的量有限。例如，在尖晶石型结构(空间群Fd3m)的锂钛氧化物中，锂位于8a位点，锂和钛位于16d位点，氧位于32e位点。此时，充放电过程中能够在结构内移动的Li离子只有8a位点的Li。即，16d位点的Li在结构内被固定化，无法移动。因此，在尖晶石型结构中，Li离子的吸藏量减少。另一方面，如果负极活性物质的晶体结构为空间群Fm3m，则锂、钛和氧在结构内随机排列。因此，充放电过程中在结构内移动的Li的位点不受限定。其结果，如果是空间群Fm3m，则能够吸藏(和放出)更多的Li离子。另外，实施方式1的负极活性物质中，通过满足“0.4≤x/y”，能够增大负极活性物质的放电容量。另一方面，在“0.4＞x/y”的情况下，例如负极活性物质的晶体结构难以维持空间群Fm3m，放电容量降低。另外，实施方式1的负极活性物质中，通过满足“x/y＜2”，能够增大负极活性物质的放电容量。另一方面，在“x/y≥2”的情况下，例如Li/Ti比增大，负极活性物质的结构内能够吸藏的Li离子的量会减少。因此，放电容量降低。另外，实施方式1的负极活性物质中，通过满足“x/2+3y/2≤z”，能够增大负极活性物质的放电容量。另一方面，在“x/2+3y/2＞z”的情况下，例如负极活性物质的晶体结构难以维持空间群Fm3m，放电容量降低。另外，实施方式1的负极活性物质中，通过满足“z≤x/2+2y”，能够增大负极活性物质的放电容量。另一方面，在“z＞x/2+2y”的情况下，例如O相对于Li的比例增大。由此，在结构内，具有正电荷的Li被具有负电荷的O固定化。因此，在“z＞x/2+2y”的情况下，放电容量降低。通过采用粉末X射线分析来确定晶体结构的空间群，能够确定由组成式(1)表示的化合物。另外，所得到的由组成式(1)表示的化合物的组成，例如可以采用ICP发射光谱分析法和惰性气体熔融-红外线吸收法来确定。另外，实施方式1中的负极活性物质也可以满足0.4≤x/y≤1.6。根据以上的技术构成，能够实现放电容量密度更大的电化学装置(例如电池或电容器)。另外，实施方式1中的负极活性物质也可以满足0.4≤x/y≤0.8。根据以上的技术构成，能够实现放电容量密度更大的电化学装置(例如电池或电容器)。另外，实施方式1中的负极活性物质也可以满足z＝x/2+2y。根据以上的技术构成，能够实现放电容量密度更大的电化学装置(例如电池或电容器)。＜负极活性物质的制作方法＞实施方式1中的负极活性物质例如可以采用以下方法制作。准备含有Li的原料和含有Ti的原料。例如，作为含有Li的原料可举出Li2O、Li2O2等氧化物、Li2CO3、LiOH等盐类、尖晶石(空间群Fd3m)结构的Li4Ti5O12等锂钛氧化物等。另外，作为含有Ti的原料，可举出TiO2、TiO等氧化物、尖晶石(空间群Fd3m)结构的Li4Ti5O12等锂钛氧化物等。称量原料，使这些原料成为组成式(1)所示的摩尔比。由此，能够使组成式(1)中的“x、y和z”在组成式(1)所示的范围中变化。将称量好的原料例如采用干式法或湿式法混合，进行10小时以上机械化学反应，由此能够得到具有属于空间群Fm3m的晶体结构、且由组成式(1)表示的负极活性物质。例如，可以使用球磨机等混合装置。通过调整所使用的原料和原料混合物的混合条件，能够得到实质上由组成式(1)表示的负极活性物质。如上所述，实施方式1的一个技术方案中的负极活性物质的制造方法，包括：准备原料的工序(a)；和通过使原料进行机械化学反应而得到负极活性物质的工序(b)。此时，上述的工序(a)可以包括采用公知的方法制作作为原料的锂钛氧化物的工序。另外，上述的工序(b)中可以包括使用球磨机使原料进行机械化学反应的工序。如上所述，由组成式(1)表示的化合物可以通过利用行星球磨机使前驱体(例如Li2O、TiO2等)进行机械化学反应来合成。此时，通过调整前驱体的混合比，能够使其含有任意的锂、钛和氧原子。另一方面，采用固相法使上述前驱体反应的情况下，分解为更稳定的化合物。即，通过采用固相法使前驱体反应的制作方法等，无法得到具有属于空间群Fm3m的晶体结构、且由组成式(1)表示的负极活性物质。(实施方式2)以下，对实施方式2进行说明。另外，适当省略与上述的实施方式1重复的说明。以下，作为本公开的电化学装置的例子，对电池和电容器进行说明。实施方式2中的电池具备负极、正极和电解质。在此，负极含有上述的实施方式1中的负极活性物质。根据以上的技术构成，能够实现具有大的放电容量密度的电池。另外，在实施方式2的电池中，负极可以含有负极活性物质作为主成分。即，例如以相对于负极材料(例如负极合剂层)整体的重量比例计，负极可以含有50％以上的上述实施方式1中的负极活性物质。根据以上的技术构成，能够实现具有更大的放电容量密度的电池。另外，例如以相对于负极材料(例如负极合剂层)整体的重量比例计，负极可以含有70％以上的上述实施方式1中的负极活性物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学装置，具备正极、电解质和含有负极活性物质的负极，所述负极活性物质含有具有属于空间群Fm3m的晶体结构、且由下述组成式(1)表示的化合物，LixTiyOz    式(1)其中，式(1)满足0.4≤x/y＜2、x/2+3y/2≤z≤x/2+2y。

【技术特征摘要】
2016.05.27 JP 2016-1059851.一种电化学装置，具备正极、电解质和含有负极活性物质的负极，所述负极活性物质含有具有属于空间群Fm3m的晶体结构、且由下述组成式(1)表示的化合物，LixTiyOz式(1)其中，式(1)满足0.4≤x/y＜2、x/...

【专利技术属性】
技术研发人员：蚊野聪，坂本纯一，北条伸彦，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP