活性物质、电极、二次电池、电池包及车辆制造技术

本发明专利技术的实施方式涉及活性物质、电极、二次电池、电池包及车辆。提供能够实现可显示高的输入输出性能的二次电池的活性物质、包含该活性物质的二次电池、具备该二次电池的电池包及搭载有该电池包的车辆。根据实施方式，提供一种活性物质，其包含具有斜方晶型晶体结构、且通式Li2+wNa2‑xM1yTi6‑zM2zO14+δ所表示的复合氧化物的粒子。复合氧化物的粒子具有50nm以上且90nm以下的平均微晶直径及0.1μm以上且0.6μm以下的平均一次粒径。M1为选自由Cs及K构成的组中的至少1种。M2为选自由Zr、Sn、V、Nb、Ta、Mo、W、Fe、Y、Co、Mn及Al构成的组中的至少1种。w为0≤w≤4，x为0＜x＜2，y为0≤y＜2，z为0＜z＜6，δ为‑0.5≤δ≤0.5。

【技术实现步骤摘要】
活性物质、电极、二次电池、电池包及车辆
本专利技术的实施方式涉及活性物质、电极、二次电池、电池包及车辆。
技术介绍
近年来，作为高能量密度电池，锂离子二次电池或非水电解质二次电池等二次电池的研究开发一直在广泛开展。二次电池作为混合动力汽车、电动汽车、手机基地的无停电电源用等的电源而受到期待。因此，二次电池除了被要求高能量密度以外，还被要求快速充放电特性、长期可靠性那样的其它特性也优异。例如能够快速充放电的二次电池不仅充电时间被大幅缩短，还能够实现混合动力汽车等的动力性能的提高或动力的再生能量的有效的回收。为了能够进行快速充放电，电子及锂离子必须能够在正极与负极之间快速地迁移。然而，若使用了碳系负极的电池反复进行快速充放电，则在电极上产生金属锂的枝晶析出，有可能因内部短路而产生发热、起火。于是，开发了在负极中使用金属复合氧化物来代替碳质物的电池。特别是在负极中使用了钛氧化物的电池具有能够进行稳定的快速充放电、且与碳系负极相比寿命也长的特性。作为负极活性物质代表性的钛氧化物即Li4Ti5O12的电位相对于锂的氧化还原电位为约1.5V(vs.Li/Li+)。另一方面，Li2Na2Ti6O14的电位以平均计低至约1.3V(vs.Li/Li+)，在与正极组合时能够期待高的电压。此外，通过进行元素置换而制成Li2Na2-xTi6-xMxO14(M＝Fe、Co、Mn、Al、Zr、Sn、V、Nb、Ta、Mo)，可以在晶体结构中的Na位点设置空位，Li的插入/脱嵌位点增加而复合氧化物的容量增大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的课题是提供能够实现可显示高的输入输出性能的二次电池的活性物质、包含该活性物质的电极及二次电池、具备该二次电池的电池包及搭载有该电池包的车辆。根据实施方式，提供一种活性物质，其包含具有斜方晶型晶体结构、且以通式Li2+wNa2-xM1yTi6-zM2zO14+δ表示的复合氧化物的粒子。复合氧化物的粒子具有50nm以上且90nm以下的平均微晶直径及0.1μm以上且0.6μm以下的平均一次粒径。M1为选自由Cs及K构成的组中的至少1种。M2为选自由Zr、Sn、V、Nb、Ta、Mo、W、Fe、Y、Co、Mn及Al构成的组中的至少1种。w为0≤w≤4，x为0＜x＜2，y为0≤y＜2，z为0＜z＜6，δ为-0.5≤δ≤0.5。根据其他的实施方式，提供一种电极。电极包含实施方式所述的活性物质。根据另外的实施方式，提供一种二次电池，其包含负极、正极和电解质。负极为实施方式所述的电极。进一步根据其他的实施方式，提供一种电池包。电池包具备实施方式所述的二次电池。进一步根据另外的实施方式，提供一种车辆。在车辆中搭载有实施方式所述的电池包。根据上述构成的活性物质，能够提供能够实现可显示高的输入输出性能的二次电池、包含该活性物质的电极及二次电池、具备该二次电池的电池包及搭载有该电池包的车辆。附图说明图1是表示复合氧化物Li2Na2Ti6O14的充放电曲线及复合氧化物Li2Na1.75Ti5.75Nb0.25O14的充放电曲线的图表。图2是具有空间群Fmmm的对称性的复合氧化物的一个例子即Li2Na1.75Ti5.75Nb0.25O14的晶体结构图。图3是概略地表示实施方式所述的二次电池的一个例子的剖面图。图4是将图3中所示的二次电池的A部放大的剖面图。图5是示意地表示实施方式所述的二次电池的其他例子的局部剖面立体图。图6是将图5中所示的二次电池的B部放大的剖面图。图7是概略地表示实施方式所述的组电池的一个例子的立体图。图8是概略地表示第4实施方式所述的电池包的一个例子的分解立体图。图9是表示图8中所示的电池包的电路的一个例子的方框图。图10是概略地表示实施方式所述的车辆的一个例子的剖面图。图11是概略地表示实施方式所述的车辆的其他例子的图。图12是实施例A-4、A-11、A-13及比较例A-2的产物的X射线衍射图。图13是表示实施例A-4及比较例A-4的电化学测定电池的通过电化学测定而得到的初次充放电曲线的图表。图14是表示实施例A-4及比较例A-4的电化学测定电池的通过电化学测定而得到的10C放电速率曲线的图表。图15是表示实施例E的非水电解质电池的充放电曲线的图表。(符号说明)1：卷绕型电极组、2：外包装构件、3：负极、3a：负极集电体、3b：负极活性物质含有层、4：隔膜、5：正极、5a：正极集电体、5b：正极活性物质含有层、6：负极端子、7：正极端子、11：层叠型电极组、12：外包装构件、13：正极、13a：正极集电体、13b：正极活性物质含有层、14：负极、14a：负极集电体、14b：负极活性物质含有层、16：负极端子、17：正极端子、21：汇流条(busbar，也可以称为母线)、22：正极侧引线、23：负极侧引线、24：粘接胶带、31：容纳容器、32：盖、33：保护片材、34：印制电路布线基板、35：布线、40：车辆本体、41：车辆用电源、42：电控制装置、43：外部端子、44：变换器、45：驱动马达、50：放电曲线、51：充电曲线、52：放电曲线、60：放电曲线、61：充电曲线、62：放电曲线、70：放电曲线、71：充电曲线、80：放电曲线、81：充电曲线、90：充电曲线、91：放电曲线、100：二次电池、200：组电池、200a：组电池、200b：组电池、200c：组电池、300：电池包、300a：电池包、300b：电池包、300c：电池包、301a：组电池监视装置、301b：组电池监视装置、301c：组电池监视装置、341：正极侧连接器、342：负极侧连接器、343：热敏电阻、344：保护电路、345：布线、346：布线、347：通电用的外部端子、348a：正极侧布线、348b：负极侧布线、400：车辆、411：电池管理装置、412：通信总线(communicationbus)、413：正极端子、414：负极端子、415：开关装置、L1：连接线、L2：连接线、W：驱动轮。具体实施方式从晶体结构的观点出发，Li2Na2-xTi6-xMxO14存在下述问题：由于孔道结构中的Li-Li扩散距离近，所以复合氧化物内的锂离子扩散电阻高，特别是在高充电状态下输入输出性能低。作为用于改善的方法之一，可列举出将复合氧化物的粒子制成小粒径、高微晶直径。通过高微晶直径化，能够降低晶界并且确保锂离子的扩散位点。此外，通过小粒径化可以缩小粒子内的锂离子的扩散距离。但是在以往的合成法中存在下述问题：伴随着小粒径化而微晶直径降低，粒子内的锂离子的扩散电阻变大。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而适当地进行设计变更。(第1实施方式)根据第1实施方式，提供包含具有斜方晶型晶体结构的复合氧化物的粒子的活性物质。该复合氧化物以通式Li2+wNa2-xM1yTi6-zM2zO14+δ表示。其中，M1为选自由Cs及K构成的组中的至少1种。M2为选自由Zr、Sn、V、Nb、Ta、Mo、W、Fe、Y、Co、Mn及Al构成的组中的至少1种。M1可以是1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种活性物质，其包含具有斜方晶型晶体结构、以通式Li2+wNa2‑xM1yTi6‑zM2zO14+δ表示、且具有50nm以上且90nm以下的平均微晶直径及0.1μm以上且0.6μm以下的平均一次粒径的复合氧化物的粒子，其中，所述M1为选自由Cs及K构成的组中的至少1种，所述M2为选自由Zr、Sn、V、Nb、Ta、Mo、W、Fe、Y、Co、Mn及Al构成的组中的至少1种，w为0≤w≤4，x为0＜x＜2，y为0≤y＜2，z为0＜z＜6，δ为‑0.5≤δ≤0.5。

【技术特征摘要】
2017.03.24 JP 2017-0584001.一种活性物质，其包含具有斜方晶型晶体结构、以通式Li2+wNa2-xM1yTi6-zM2zO14+δ表示、且具有50nm以上且90nm以下的平均微晶直径及0.1μm以上且0.6μm以下的平均一次粒径的复合氧化物的粒子，其中，所述M1为选自由Cs及K构成的组中的至少1种，所述M2为选自由Zr、Sn、V、Nb、Ta、Mo、W、Fe、Y、Co、Mn及Al构成的组中的至少1种，w为0≤w≤4，x为0＜x＜2，y为0≤y＜2，z为0＜z＜6，δ为-0.5≤δ≤0.5。2.根据权利要求1所述的活性物质，其中，所述M2为选自由3价的阳离子即Fe、Y、Co、Mn及Al、4价的阳离子即Zr及Sn、5价的阳离子即V、Nb及Ta、以及6价的阳离子即Mo及W构成的组中的至少1种阳离子。3.根据权利要求1或2所述的活性物质，其中，所述斜方晶型的晶体结构属于空间群Fmmm，所述M2为选自由5价的阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：手岛史裕，原田康宏，伊势一树，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