电池用活性物质、非水电解质电池及电池包制造技术

根据实施方式，提供一种包含含有铌及钛的复合氧化物的电池用活性物质。该活性物质中的铌的摩尔数MNb相对于钛的摩尔数MTi的比MNb/MTi满足下述式(I)及(II)中的任一者，0.5≤MNb/MTi＜2?(I)、2＜MNb/MTi＜5?(II)。

【技术实现步骤摘要】

本实施方式涉及电池用活性物质、非水电解质电池及电池包。
技术介绍
非水电解质电池可作为混合动力汽车或电动汽车的电源使用，并可作为固定用蓄电池使用。为了这种用途，非水电解质电池必须具有快速充放电性能及长期可靠性等特性。但是，将碳质物用作负极活性物质的现有电池的快速充放电性能是不充分的。于是，开发了将金属复合氧化物用作负极活性物质的电池。其中，使用了含有钛的复合氧化物的电池具有优异的快速充放电性能，并且还具有寿命长的优点。可快速充放电的情况下，可以大幅缩短电池的充电时间。另外，能够提高混合动力汽车的动力性能，还能够有效地回收动力的再生能量。因此，可谋求快速充放电性能的进一步改善。另一方面，含有钛的复合氧化物与碳质物相比，其相对于金属锂的电位高。另外，与碳质物相比，其单位重量的容量低。因此，使用了含有钛的复合氧化物的电池与使用碳质物的电池相比，存在能量密度低的问题
技术实现思路
·本专利技术提供一种电池用活性物质，其包含含有铌及钛的复合氧化物，所述活性物质中的铌的摩尔数Mffl3相对于钛的摩尔数MTi的比]ν/Μπ满足下述式(I)及(II)中的任一者。0.5 ≤ Μ^/ΜΤ < 2(I)2 < Μ^/ΜΤ < 5(II)本专利技术还提供一种非水电解质电池，其包括:包含上述的电池用活性物质的负极、正极、以及非水电解质。本专利技术还提供一种电池包，其包含上述的非水电解质电池。附图说明图1是表示Nb2TiO7的晶体结构的示意图。图2是从另一方向观察的图1的晶体结构的示意图。图3是第二实施方式的扁平型非水电解质电池的剖视图。图4是图3的A部放大剖视图。图5是第二实施方式的另一扁平型非水电解质电池的部分剖切立体图。图6是图5的B部放大剖视图。图7是第三实施方式的电池包的分解立体图。图8是表示图7的电池包的电路的方块图。图9是表示合成例及比较例的电化学方面的测定结果的曲线图。图10是将图9的局部放大后的曲线图。具体实施例方式按照一个实施方式提供包含含有铌及钛的复合氧化物的电池用活性物质。该活性物质中的铌的摩尔数Mffl3相对于钛的摩尔数MTi的比]ν/Μπ满足下述式(I)及(II)中的任一者O0.5 ^ MmMn < 2(I)2 < Mffl3W 5(II)(第一实施方式)在第一实施方式中，提供一种包含含有铌及钛的复合氧化物的电池用活性物质。该电池用活性物质具有粒子形状，典型的是制成粉末使用。该电池用活性物质能够在非水电解质二次电池中使用， 典型的是在负极中使用。在活性物质中，铌的摩尔数Mffl3相对于钛的摩尔数MTi的比MNb/Mn满足下述式(I)及(II)中的任一者。0.5Μ^/ΜΤ < 2(I)2 < Mffl3W 5(II)本实施方式的活性物质主要由含有铌及钛的复合氧化物构成。该活性物质也可以只包含含有铌及钛的复合氧化物。或者，该活性物质除含有铌及钛的复合氧化物之外，也可以含有例如二氧化钛等钛氧化物。活性物质含钛氧化物的情况下，比值由活性物质整体所包含的铌及钛的摩尔数来算出。含有铌及钛的复合氧化物主要具有单斜晶系的晶体结构。作为其例子，将Nb2TiO7的晶体结构的示意图示于图1及2中。如图1所示，Nb2TiO7的晶体结构中，金属离子101和氧化物离子102构成骨架结构103。另外，在金属离子101中，Nb离子和Ti离子以Nb: Ti = 2: I的比随机地配置。该骨架结构103被三维地交替配置，在骨架结构103彼此之间存在空隙104。该空隙104可变成嵌入锂离子的位点。在区域105及区域106中，锂离子可向方向和方向这两个方向移动。因此，区域105及区域106作为锂离子的二维通道发挥作用。如图2所示，在Nb2TiO7的晶体结构中，在方向存在隧道(tunnel)状的空隙(隧道107)。该隧道107成为锂离子的方向的移动路径。隧道107连接区域105和区域106，因此锂离子可以在区域105和区域106中往来。这样，以Nb2TiO7为代表的含有铌及钛的复合氧化物的晶体结构中，可嵌入锂离子的空间大且结构稳定。此外，具有可以使锂离子迅速扩散的二维通道和连接它们的方向的路径。由于这些原因，该晶体结构可嵌入锂离子的空间实质上很大，且锂离子的嵌入脱嵌性高。另外，如上所述的含有铌及钛的复合氧化物不限定于此，但主要具有空间群C2/m的对称性。另外，优选至少其一部分具有M.Gasperin, Journalof Solid State Chemistry53，ppl44-147(1984)中记载的具有原子坐标的晶体结构。在本实施方式的活性物质中，通过使比值在上述范围内，如后述那样，可以提高快速充放电性能和能量密度。比值优选1.0 1.99的范围或2.0l 5.0的范围，更优选1.8 1.9的范围或2.1 3.0的范围。活性物质中的比值MNb/MTi能够通过电感耦合等离子体(ICP)分析方法进行测定。作为电极材料包含于电池中的活性物质可以如下进行测定。首先，从金属箔等电极基板中将包含活性物质的层(例如，后述的活性物质层)剥离。例如，可以通过在溶剂中对电极基板照射超声波而将活性物质层剥离。接着，将活性物质层在大气中进行短时间加热(例如在500°C下、I小时)。通过加热，除去粘结剂及导电剂等其他成分。另一方面，构成活性物质的元素的摩尔比在加热后也不发生变化。使加热后的残渣在酸中溶解，制备测定试料。将该测定试料供于ICP分析。如上所述，含有铌及钛的复合氧化物的晶体结构中，可嵌入锂离子的空间实质上较大，且锂离子的嵌入脱嵌性高。因此，通过使用包含这种复合氧化物的活性物质，能够提供具有高容量和优异的快速充放电性能(放电速率性能)的电池。此外，根据本实施方式，在活性物质中的比值MNb/MTi小于2的情况下，含有铌及钛的复合氧化物可以形成其晶格中的一部分铌被钛置换而成的固溶体。活性物质也可以主要由这种固溶体构成。活性物质中的比值MNb/MTi小于2的情况下，有时过剩的钛也会以二氧化钛的形式析出。在该情况下，活性物质包含由上述的固溶体构成的第一相以及由二氧化钛构成的第二相。或者，活性物质也可以包含:含有Nb2TiO7作为含铌及钛的复合氧化物且由Nb2TiO7构成的第一相、以及由二氧化钛构成的第二相。析出的二氧化钛具有金红石型及锐钛矿型等晶体结构。对于活性物质中包含由二氧化钛构成的第二相与否，可以通过粉末X射线衍射法(XRD)进行检测。二氧化钛嵌入锂离子时，从4价还原为3价。这种二氧化钛与含有铌及钛的复合氧化物共存，由此提高了活性物质的导电性。另外，上述那样的固溶体由于生成为了保持电荷中性而含有的氧缺乏或电子空穴等，因此 提高了导电性。另一方面，根据本实施方式，活性物质中的比值MNb/MTi大于2的情况下，复合氧化物的一部分钛位点被铌置换。由于铌进入钛位点，用于保持电荷中性的一部分钛被还原，因此，复合氧化物的导电性在维持晶体结构不变的状态下提高。由此，提高了活性物质的导电性。这样，根据本实施方式，除了将比值MNb/MTi设定为2以外，还包含不能保持电荷中性的晶体，由此提高了活性物质的导电性。通过使用这种具有高的导电性的活性物质，可以提高电池的快速充放电性能。比值为1.8 1.99的范围或2.01 3.0的范本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池用活性物质，其包含含有铌及钛的复合氧化物，所述活性物质中的铌的摩尔数MNb相对于钛的摩尔数MTi的比MNb/MTi满足下述式(I)及(II)中的任一者，0.5≤MNb/MTi＜2????????(I)2＜MNb/MTi＜5??????????(II)。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：原田康宏，高见则雄，稻垣浩贵，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：