非水电解质电池、电池包及车辆制造技术

本发明专利技术的实施方式涉及非水电解质电池、电池包及车辆。提供高温储藏性能和大电流性能优异的非水电解质电池、包含非水电解质电池的电池包、包含电池包的车辆。根据实施方式，提供一种包含正极、负极和非水电解质的非水电解质电池。正极包含正极活性物质二次粒子和被覆层。正极活性物质二次粒子的平均二次粒径为3μm以上且25μm以下。被覆层将正极活性物质二次粒子的表面的至少一部分被覆。此外，被覆层包含锂钛氧化物，且厚度为3nm以上且30nm以下。正极与负极的最短距离为12μm以下。

Non water electrolyte batteries, battery packs and vehicles

The method of implementation of the invention relates to a non water electrolyte battery, a battery pack and a vehicle. A non water electrolyte battery with excellent high temperature storage performance and high current performance, a battery pack containing a non water electrolyte battery, and a vehicle containing a battery pack. According to the implementation, a non water electrolyte battery containing positive, negative and non water electrolytes is provided. The positive electrode contains the positive active substance two particles and the cladding layer. The average two particle size of the two particle of the positive active substance is over 3 mu m and below 25 mu m. The coating layer covers at least part of the surface of the two particle of the positive active substance. In addition, the coated layer contains lithium titanium oxide with a thickness of more than 3nm and less than 30nm. The shortest distance between the cathode and the negative is below 12 m.

【技术实现步骤摘要】
非水电解质电池、电池包及车辆
本专利技术的实施方式涉及非水电解质电池、电池包及车辆。
技术介绍
将锂金属、锂合金、锂化合物或碳质物用于负极的非水电解质电池作为高能量密度电池而受到期待，正在积极地开展研究开发。迄今为止，具备包含LiCoO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2或LiMn2O4作为活性物质的正极和包含将锂嵌入·脱嵌的碳质物的负极的锂离子电池被广泛实用化。此外，进行了在负极中代替碳质物的金属氧化物或合金的研究。在搭载于汽车、电车等车辆上时，从高温环境下(例如60℃以上)的循环性能、高输出的长期可靠性、安全性出发，对负极的构成材料要求化学稳定性、电化学稳定性、强度、耐腐蚀性优异的材料。进而，在寒冷地区也要求高的性能，要求低温环境下(例如-40℃)的高输出性能、长寿命性能。另一方面，作为电解质，从安全性能提高的观点出发，开展了固体电解质、不挥发性、不燃性电解液的开发，但由于伴随放电倍率性能、低温性能或长寿命性能的下降，所以尚未被实用化。若依据以上的课题，则难以将现状的锂离子电池作为铅蓄电池的代替而搭载于汽车的发动机室中来使用。为了将锂离子电池搭载于车辆上，期望至少提高高温耐久性。为了改善正极性能，作为正极活性物质，作为橄榄石晶体结构的含锂磷的金属化合物，磷酸铁锂(例如LixFePO4)或磷酸锰锂(例如LixMnPO4)受到注目且热稳定性得到改善。此外，为了电池电阻降低和体积能量密度增加，研究了通过将隔膜的厚度减薄至10μm以下来缩短正极与负极间的距离，但由于担心自放电率增加、高温耐久性的下降、内部短路，因而难以实用化。
技术实现思路
实施方式的目的是提供高温储藏性能和大电流性能优异的非水电解质电池、包含该非水电解质电池的电池包、包含该电池包的车辆。根据实施方式，提供一种非水电解质电池，其包含正极、负极和非水电解质。正极包含正极活性物质二次粒子和被覆层。正极活性物质二次粒子的平均二次粒径为3μm以上且25μm以下。被覆层将正极活性物质二次粒子的表面的至少一部分被覆。此外，被覆层包含锂钛氧化物，且厚度为3nm以上且30nm以下。正极与负极的最短距离为12μm以下。根据其他的实施方式，提供一种电池包，其包含实施方式所述的非水电解质电池。根据其他的实施方式，提供一种车辆，其包含实施方式所述的电池包。根据上述构成的实施方式的非水电解质电池，能够提高高温储藏性能和大电流性能。附图说明图1是实施方式的非水电解质电池的局部切除截面图。图2是有关图1的非水电解质电池的侧面图。图3是实施方式的非水电解质电池的局部切除立体图。图4是图3的B部的放大截面图。图5是用于说明正极与负极的极间距离的示意图。图6是表示实施方式所述的非水电解质电池的其他例子的截面图。图7是表示实施方式的组电池的一个例子的立体图。图8是实施方式的电池包的分解立体图。图9是表示图8的电池包的电路的方框图。图10是表示实施方式的车辆的例子的示意图。图11是表示实施例16的电池中的正极、固体电解质层及负极的扫描电子显微镜(SEM：ScanningElectronMicroscope)照片。[符号的说明]1…电极组、2、31…容器、6…正极引线、7…负极引线、10、33…封口板、12…外包装部件、21…组电池、221～225…非水电解质二次电池、23…引线、3…正极、3a…正极集电体、3b、37…正极活性物质含有层、4…负极、4a…负极集电体、4b、38…负极活性物质含有层、34…正极端子、35…负极端子、5、39…隔膜或电解质层、32…双极结构的电极体、51…单元单体电池、53…组电池、54…印制电路布线基板、55…热敏电阻、56…保护电路、57…通电用的外部端子、67…收纳容器、68…盖、71…车辆、72…电池包。具体实施方式(第1实施方式)根据第1实施方式，提供一种包含正极、负极和非水电解质的非水电解质电池。正极包含正极活性物质二次粒子和被覆层。正极活性物质二次粒子的平均二次粒径为3μm以上且25μm以下。被覆层将正极活性物质二次粒子的表面的至少一部分被覆。此外，被覆层包含锂钛氧化物，且厚度为3nm以上且30nm以下。正极与负极的最短距离为12μm以下。其中，正极与负极的最短距离是指正极活性物质含有层与负极活性物质含有层间的距离中的最小的距离。正极活性物质含有层和负极活性物质含有层的表面不是平滑的表面，具有反映活性物质粒子的形状的表面粗糙度。通过将正极活性物质含有层与负极活性物质含有层最接近的部位的距离设定为12μm以下，能够降低电池电阻，同时能够提高电池的体积能量密度。更优选的范围为10μm以下。进一步优选的范围为8μm以下、5μm以下。另外，若该距离过小，则即使有被覆层，正极活性物质的劣化也加速，或者变得容易发生内部短路。因此，距离优选设定为3μm以上。优选为3μm以上且8μm以下。正极与负极的最短距离为12μm以下的非水电解质电池能够降低电池电阻，同时能够提高电池的体积能量密度。此外，通过在平均二次粒径为3μm以上且25μm以下的正极活性物质二次粒子的表面的至少一部分上形成包含锂钛氧化物、且厚度为3nm以上且30nm以下的被覆层，能够抑制高温储藏时的自放电，同时能够抑制正极活性物质的劣化。它们的结果是，能够提供高温储藏性能及大电流性能优异的非水电解质电池。因此，在汽车等车辆中使用的情况下，能够不需要对电池实施空气冷却或水冷却而将电池温度尽可能保持恒定，并且能够抑制电池包的体积或重量的增加、成本上升。作为正极活性物质二次粒子，优选包含选自由锂锰复合氧化物、锂镍钴锰复合氧化物、锂镍铝复合氧化物及橄榄石结构的磷酸化合物组成的组中的至少1种。这是由于被覆层抑制上述种类的正极活性物质的劣化的效果高。此外，在作为正极活性物质二次粒子使用包含Mn和/或Fe的正极活性物质二次粒子时，被覆层抑制高温下的Mn及Fe从正极活性物质中溶出的效果高。因此，由于能够抑制Mn及Fe在负极上析出，所以能够提高高温下的循环寿命。作为被覆层的锂钛氧化物，若使用化学式：Li4+σTi5O12(-0.5≤σ≤0.5)所表示的锂钛氧化物，则被覆层的锂离子的扩散速度变快。另外，上述化学式所表示的锂钛氧化物中，通过锂离子的嵌入脱嵌反应，σ的值可以在-0.5≤σ≤0.5的范围内发生变化。被覆层中的锂钛氧化物由于在正极活性物质嵌入脱嵌锂离子的电位下实质上没有进行锂离子的嵌入脱嵌反应，所以σ可以为0。因而，被覆层具有锂离子传导性，但电子传导性低。通过负极包含含钛的金属氧化物作为活性物质，能够使非水电解质电池的低温性能良好。若在负极活性物质中使用碳材料，则由于在低温下金属锂在负极上析出，所以有可能低温下的充放电循环寿命变低。通过含钛的金属氧化物包含选自由锂钛复合氧化物、钛氧化物、铌钛复合氧化物及钠铌钛复合氧化物组成的组中的至少1种，能够实现高温储藏性能及大电流性能优异、进而低温性能也优异的非水电解质电池。以下，对正极、负极及非水电解质进行说明。(1)正极正极包含正极集电体和担载于集电体的单面或两面上的正极活性物质含有层。正极活性物质含有层根据需要包含导电剂及粘结剂。对于正极活性物质，可使用能够将锂或锂离子嵌入脱嵌的含锂的过渡金属氧化物。此外，使用的种类可以设定为1种或2种以上。正极活性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水电解质电池，其包含正极、负极和非水电解质，所述正极包含平均二次粒径为3μm以上且25μm以下的正极活性物质二次粒子、和厚度为3nm以上且30nm以下的被覆层，所述被覆层将所述正极活性物质二次粒子的表面的至少一部分被覆，且包含锂钛氧化物，所述正极与所述负极的最短距离为12μm以下。

【技术特征摘要】
2016.09.16 JP 2016-1820091.一种非水电解质电池，其包含正极、负极和非水电解质，所述正极包含平均二次粒径为3μm以上且25μm以下的正极活性物质二次粒子、和厚度为3nm以上且30nm以下的被覆层，所述被覆层将所述正极活性物质二次粒子的表面的至少一部分被覆，且包含锂钛氧化物，所述正极与所述负极的最短距离为12μm以下。2.根据权利要求1所述的非水电解质电池，其中，所述正极活性物质二次粒子包含选自由锂锰复合氧化物、锂镍钴锰复合氧化物、锂镍铝复合氧化物及橄榄石结构的磷酸化合物组成的组中的至少1种。3.根据权利要求1所述的非水电解质电池，其中，所述正极活性物质二次粒子包含Mn和/或Fe。4.根据权利要求1～3中任1项所述的非水电解质电池，其中，所述锂钛氧化物由化学式：Li4+σTi5O12表示，其中-0.5≤σ≤0.5。5.根据权利要求1～4中任1项所述的非水电解质电池，其中，所述负极包含含钛的金...

【专利技术属性】
技术研发人员：高见则雄，并木佑介，伊势一树，原田康宏，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本,JP