非水电解质电池、电池组和车辆制造技术

本发明专利技术涉及非水电解质电池、电池组和车辆。本发明专利技术的一种非水电解质电池包括外壳（２）、容纳在外壳内并且包含正电极活性材料的正电极（５）、容纳在外壳（２）内并且包含单斜晶体β型钛复合氧化物的负电极（３）和填充在外壳（２）内的非水电解质。负电极（３）的电势梯度的绝对值大于正电极（５）的电势梯度的绝对值。其中负电极和正电极（３，５）的电势梯度的每一个是从由正电极（５）和负电极（３）的每个电势上绘出的开路电势曲线达到充满电状态时的电势变化获得的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非水电解质电池、包括多个非水电解质电池的电池组和载有电池 组的车辆。
技术介绍
对于非水电解质电池正形成充满热情的研究与开发，非水电解质电池是通过锂离 子在作为高能量密度电池的负电极和正电极之间的运动而进行充电和放电的。这些非水电 解质电池期望具有各种对应于它们的用途的特性。当它们用于混合动力电动车辆的汽车 应用或在用于电子设备的紧急情况下时，这些电池希望具有在高温环境下的较好的循环特 性。在平常的非水电解质电池中，目前，正电极活性材料是锂过渡金属复合氧化物并且负电 极活性材料是含碳材料。近年来，已经研究使用具有Li吸附/解吸潜能(即大约1. 55V vs Li/Li+)的尖晶 石型钛酸锂复合氧化物代替含碳材料(参见JP-A 9-199178 (KOKAI))，作为非水电解质电 池的负电极活性材料。尖晶石型钛酸锂复合氧化物在充电/放电循环特性方面是优良的， 因为它们在充电/放电时的体积变化最小。然而，因为尖晶石型钛酸锂复合氧化物具有低于含碳材料的175mA/g的理论容 量，所以包括复合氧化物的电池的容量会降低。因此，单斜β型钛复合氧化物作为可以允 诺高容量的钛系统负电极物质而引起了关注。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种非水电解质电池，它通过使用具有较好耐过量充电 的单斜β型钛复合氧化物而在过量充电和过量充电循环中具有改善的稳定性。本专利技术的另一个目的是提供一种包括多个上述非水电解质电池的电池组。本专利技术的另一个目的是提供一种载有上述电池组的车辆。依照本专利技术的第一方面，提供了一种非水电解质电池，包括外壳；容纳在外壳内并且包含正电极活性材料的正电极；容纳在外壳内并且包含单斜晶体β型钛复合氧化物的负电极；和填充在外壳中的非水电解质，其中负电极的电势梯度的绝对值大于正电极的电势梯度的绝对值，在此，负电极 和正电极的电势梯度中的每一个均从由正电极和负电极的电势绘出的开路电势曲线达到 充满电状态时的电势的变化获得。依照本专利技术的第二方面，提供了一种电池组，包括多个彼此串联、并联或串并联的 上述非水电解质电池。依照本专利技术的第三方面，提供了一种包括上述电池组的车辆。附图说明图1是显示依照一个实施例的非水电解质电池的实例的典型剖视图；图2是图1的A部分的放大剖视图；图3是通常显示依照一个实施例的另一种非水电解质电池的部分断裂透视图；图4是图3的B部分的放大剖视图；图5是显示具有用于依照一个实施例的非水电解质电池中的层状结构的电极组 的透视图；图6是依照一个实施例的电池组的分解透视图；图7是显示依照一个实施例的电池组的电路的框图；图8是显示依照一个实施例的串连混合动力车辆的典型视图；图9是显示依照一个实施例的并联混合动力车辆的典型视图；图10是显示依照一个实施例的串_并联混合动力车辆的典型视图；图11是显示依照一个实施例的车辆的典型视图；图12是显示依照一个实施例的混合动力摩托车的典型视图；图13是显示依照一个实施例的电动动力摩托车的典型视图；图14是显示负电极和正电极的电势梯度，其中，负电极和正电极的电势的梯度中 的每一个均从在正电极和负电极的开路电势(OCP)曲线达到充满电状态时的电势变化获 得；并且图15是当典型单斜晶体β型钛复合氧化物(TiO2(B))的反电极是锂时的充电曲 线(在插入锂时)。本专利技术的详细说明下面将详细描述本专利技术。依照本专利技术的非水电解质电池包括外壳；容纳在外壳内并且包括正电极活性材 料的正电极；容纳在外壳内并且包括单斜晶体β型钛复合氧化物的负电极；和填充在外壳 中的非水电解质。在非水电解质电池中，负电极的电势梯度的绝对值大于正电极的，其中， 负电极和正电极的电势的梯度中的每一个均从在正电极和负电极的电势绘出的开路电势 曲线达到充满电状态时的电势的变化获得。包括包含碳作为活性材料的负电极的非水电解质电池设计成负电极的容量大于 正电极的容量。这是为了抑制锂金属在负电极上的析出，而这会降低性能。另一方面，当相同的设计应用到使用单斜β型钛复合氧化物作为负电极活性材 料和锂过渡金属复合氧化物作为正电极活性材料的非水电解质电池时，电池的循环特性会 降低。而且，在过量充电时的性能会进一步降低。特别地，在设计成负电极的容量大于正电极的容量的非水电解质电池中，当比较 负电极的电势梯度与正电极的电势梯度时，其中负电极和正电极的电势梯度中的每一个均 从在正电极和负电极的每个电势绘出的开路电势曲线达到充满电状态时的电势的变化获 得，正电极的电势梯度的绝对值大于负电极的电势梯度的绝对值。如果这种电池被过量充 电，负电极的电势就会跟随正电极的电势的梯度，这样负电极电势降就减小并且正电极电 势升就是占优势的。单斜β型钛复合氧化物在过量充电状态具有高结构稳定性并且因此对过量充电循环恶化具有抵抗力。与此相反，以LiNiO2和Li (Ni, Co, Mn)O2的层状化合物为特点的正 电极活性材料在过量充电状态下具有差的结构稳定性。这会带来结构变化，如果在电池过 量充电时正电极的电势升是占优势的，这会导致过量充电循环特性的显著降低。从该观点看，负电极的电势梯度的绝对值大于正电极的，如图14中所示，其中负 电极和正电极的电势梯度中的每一个均从在正电极和负电极的电势绘出的开路电势曲线 达到充满电状态时的电势的变化获得。这有助于在正电极电势升连同负电极电势梯度的量 值的降低，并且当电池处于过量充电状态中时，负电极的电势降就是占优势的。如上所述， 作为负电极活性材料的单斜β型钛复合氧化物即使在过量充电状态中也具有高结构稳定 性并且对过量充电循环恶化有抵抗力，并且因此可以提高过量充电循环性能。同时，可以提 高对于过量充电的安全性。可以通过下面的方法建立OCP曲线。进入放电状态的电池在惰性气体气氛例如氩 气氛中迅速地分解以从电极组的中心切割负电极和正电极这样两个电极就具有相同的区 域(例如20mmX20mm)。当活性材料层应用到切割电极中集电器的每个表面时，这些表面 之一上的活性材料层被剥离并且所生成的切割电极用作用于测量的电极。金属锂用作参考 电极并且玻璃滤器(或聚乙烯多孔薄膜)用作分离器。通过在碳酸次乙酯和碳酸二乙酯 (体积比为1 2)的混合溶剂中溶解IM的LiPF6获得的非水电解质溶液用作电解质。切 割负电极和正电极通过分离器彼此重叠这样这些电极的活性材料层就彼此相对地布置并 且参考电极(金属锂)布置成制造三极型玻璃比色槽。非水电解质溶液被制成通过例如真 空浸渍充分地渗入分离器和电极。电池以恒定电流(例如0. 1C)充电一个固定时间(例如， 5%的电极容量)并且在被充电以测量开路电势(OCP)之后坚持6个小时。这些操作是在 25°C的环境温度下进行的。OCP曲线可以通过重复该操作而获得。电势是在对电池充满电 的过程的末期以电极容量的为增量测量的。在此，术语“1C”意味着在一个小时内结束电池的放电所需的电流值并且为了方便 电池的额定容量的值可以替换为IC的电流值。因此，0. IC意味着在额定容量在10个小时 内结束放电所需的电流值。 术语“充满电状态”与BATTERY ASSOCIATION OF JAPAN确定的标准之一的 "Evaluation of Safety of Lithium Secondary 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水电解质电池，其特征在于，包括：外壳；容纳在外壳内并且包含正电极活性材料的正电极；容纳在外壳内并且包含单斜晶体β型钛复合氧化物的负电极；和填充在外壳中的非水电解质，其中负电极的电势梯度的绝对值大于正电极的电势梯度的绝对值，在此，负电极和正电极的电势梯度中的每一个均从由正电极和负电极的电势绘出的开路电势曲线达到充满电状态时的电势的变化获得。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：稻垣浩贵，原田康宏，保科圭吾，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]