电池用活性物质及其制造方法、非水电解质电池及电池组技术

本发明专利技术提供一种锂的嵌入脱嵌性能优良、锂的嵌入脱嵌的电位高并且导电性高的电池用活性物质。本发明专利技术的电池用活性物质的特征是，由锂钛复合氧化物相与不定比氧化钛相的混相构成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池用活性物质、电池用活性物质的制造方法、非水电解 质电池及电池组。
技术介绍
利用锂离子在负极一正极之间的移动来进行充放电的非水电解质电池 作为高能量密度的电池正被积极地进行研究开发。对于该非水电解质电池，根据其用途不同希望有各种各样的特性。例如，在数码相机的电源用途中，估计会有约3C放电的使用，在混合动力 电动汽车等车载用途中，估计会有约IOC放电以上的使用。为此，这些用 途的非水电解质电池尤其希望具有大电流特性。市售的非水电解质电池中，作为正极活性物质使用锂过渡金属复合氧 化物，作为负极活性物质使用炭物质。锂过渡金属复合氧化物中的过渡金 属通常来说使用Co、 Mn、 Ni等。最近，进行了在负极活性物质中使用与炭物质相比、锂的嵌入脱嵌的 电位更高的锂钛复合氧化物的研究。另外，锂钛复合氧化物由于伴随着充 放电产生的体积变化少，因此具有该锂钛复合氧化物作为负极活性物质的 非水电解质电池显示出优良的循环特性。在锂钛复合氧化物中，尖晶石型钛酸锂循环特性优良，有望用作长寿命的电池用活性物质。但是，由于尖 晶石型钛酸锂的电子传导性和锂离子传导性低，因此与在负极活性物质中 使用了炭物质的电池相比，大电流特性降低。基于此种情况，专利文献l中公开了如下的做法，S口，向作为负极活 性物质的锂钛复合氧化物中，添加炭黑等炭物质作为用于弥补电子传导性 的导电剂，来改善大电流特性。专利文献2中公开了如下的做法，g卩，将 锂钛复合氧化物微粒化而縮短锂离子的扩散通路，来改善大电流特性。另一方面，在作为本申请人的申请的专利文献3中，公开了如下的做 法，即，在作为负极活性物质的锂钛复合氧化物中添加显示出导电性的不 定比氧化钛，从而提高高温循环特性。专利文献1 日本特开平9—199179号公报专利文献2 日本特开2002 — 100354号公报专利文献3 日本特开2005—332684号公报本专利技术人等探明，在上述的专利文献1 3中有如下所示的问题。被用作导电剂的炭物质在作为锂钛复合氧化物的作用电位的1 2V (vs Li/Li+)下无法形成稳定的覆盖膜。其结果是，如果像专利文献1那 样添加大量的炭物质，则炭物质就会与电解液过度地反应而产生气体，使 得电解液枯竭，同时电池发生变形，电池性能降低。在像专利文献2那样使用了微粒化的锂钛复合氧化物的情况下，由于 需要大量地添加用于形成将它们相连的导电通路的炭物质，因此会产生大 量的气体。另外，在将含有锂钛复合氧化物的微粒的料浆涂布于集流体上， 干燥，形成含活性物质层而制作负极之时，需要向料桨中添加大量的粘合 剂以将微粒在含活性物质层中固定化。其结果是，不仅料浆发生高粘度化 而使得向集流体上的涂布变得困难，而且粘合剂本身也成为电子或离子的 扩散的阻碍物，大电流特性降低。另一方面，像专利文献3那样显示出导电性的不定比氧化钛可以避免 专利文献l中所述的作为导电剂添加的炭物质的问题。但是，具备了含有 锂钛复合氧化物及该不定比氧化钛的负极的非水电解质电池虽然可以改善 高温循环特性，但是不一定会显示出优良的大电流特性。这是因为，由于 锂钛复合氧化物粉末和不定比氧化钛粉末分别为粒状，因此各自会形成点 接触。另外，还和不定比氧化钛与炭物质相比更难以获得微粉有关。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供锂的嵌入脱嵌性能优良、锂的嵌入脱嵌的电 位高并且导电性高的电池用活性物质及其制造方法。本专利技术的目的还在于，提供具备含有上述电池用活性物质作为负极活 性物质的负极、大电流特性优良的非水电解质电池及将多个该电池连接而成的电池组。根据本专利技术的第一方式，提供一种电池用活性物质，其特征是，由锂 钛复合氧化物相和不定比氧化钛相的混相构成。根据本专利技术的第二方式，提供一种电池用活性物质的制造方法，其特 征是，包括下列工序将锂原料及钛原料烧成，生成锂钛复合氧化物相和二氧化钛相的混相 粉末；及将上述混相粉末在还原性气体气氛中，以60(TC以上、IOOO'C以下的温度烧成。根据本专利技术的第三方式，提供一种电池用活性物质的制造方法，其特征是，包括下列工序将锂原料及钛原料烧成，生成锂钛复合氧化物相和二氧化钛相的混相 粉末；及将上述混相粉末在炭粉末的共存下，在不活泼气体气氛中，以600°C 以上、IOO(TC以下的温度烧成。根据本专利技术的第四方式，提供一种非水电解质电池，其特征是，具备 外包装材料；收纳于上述外包装材料中的正极；与上述正极在空间上分离地收纳于上述外包装材料内、含有由锂钛复 合氧化物相和不定比氧化钛相的混相构成的负极活性物质的负极；及 收容于上述外包装材料内的非水电解质。根据本专利技术的第五方式，提供一种电池组，其特征是，具备多个上述 非水电解质电池，将各电池串联或并联地电连接。根据本专利技术，可以提供锂的嵌入脱嵌性能优良、锂的嵌入脱嵌的电位 高并且导电性高的电池用活性物质及其制造方法。根据本专利技术，可以提供具备含有上述电池用活性物质作为负极活性物 质的负极、大电流特性优良的非水电解质电池及将多个该电池连接而成的 电池组。附图说明图1是表示实施方式的扁平型非水电解质电池的剖面图。图2是图1的A部的放大剖面图。图3是表示了两种粉末的混合状态的示意图。图4是表示由两种相的混相构成的粉末的示意图。图5是表示实施方式的电池组的分解立体图。图6是图5的电池组的方框图。图7是表示实施例1及比较例1的负极活性物质的X射线衍射谱图的图。符号说明1…巻绕电极组，2…外包装材料，3…负极，4…隔膜，5…正极，6… 负极端子，7…正极端子，21…单电池，24…印制电路基板，25…热敏电阻， 26…保护电路，37…收纳容器，41…锂钛复合氧化物相，42…不定比氧化 钛相，43…粒子(粉末)。具体实施例方式下面，对本专利技术的实施方式的电池用活性物质、电池用活性物质的制 造方法、非水电解质电池及电池组进行详细说明。实施方式的电池用活性物质由锂钛复合氧化物相和不定比氧化钛相的 混相构成。这里，所谓混相是指各相在空间上不被分离。是在一个粒子(粉末) 之中锂钛复合氧化物相和不定比氧化钛相混合存在的状态，与将各成分的 粉末单纯地混合的混合状态不同。对于该状态的区别，例如如果以负极为 例，则可以用以下的方法来识别。从负极中将集流体与负极层分离，对从负极层中去除了粘合剂成分和 炭物质之类的导电剂成分后的残部进行超声波清^fe。如果是仅将各种粉末 (锂钛复合氧化物粉末和不定比氧化钛粉末)混合了的混合状态，则各种 粉末就会独立地存在。由此，在用电子显微镜等观察的情况下，如图3所 示，可以确认仅由锂钛复合氧化物构成的粉末51和仅由不定比氧化物构成 的粉末52为独立的状态。具体来说，利用肉眼可以看到，锂钛复合氧化物为白色，不定比氧化钛为黑色。与此相对照，如果是实施方式的活性物质 那样的混相，则在用电子显微镜等观察的情况下，如图4所示，各个锂钛复合氧化物相41及不定比氧化钛相42同时存在于一个粒子(粉末)43内， 两相41、 42在空间上不能被分离，成为两相共存的状态。由于锂钛复合氧化物相通过被制成尖晶石型结构或斜方锰矿型 (Ramsdellite)结构，可以提高充放电循环寿命，因此优选。特别是，锂 钛复合氧化物相优选为Li4+wTi5012 (0《w《3)、 Li2+y本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池用活性物质，其特征是，由锂钛复合氧化物相和不定比氧化钛相的混相构成。

【技术特征摘要】
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【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：JP[日本]