[发明专利]非水电解质电池、用于该非水电解质电池的活性物质、其制造方法、钛酸碱金属化合物的制造方法以及电池包

说明书

技术领域

本发明涉及非水电解质电池。

背景技术

使用钛氧化物作为负极的电池可以稳定地快速充放电，与碳系负极相比，寿命也更长。但是，钛氧化物与炭质物相比，相对于金属锂的电位高(贵)。而且，钛氧化物的单位重量的容量低。因此，使用钛氧化物作为负极的电池的能量密度低。

例如，钛氧化物的电极电位以金属锂基准计为约1.5V，与碳系负极的电位相比较高(贵)。钛氧化物的电位由于起因于在以电化学方式嵌入脱嵌锂时的Ti³⁺与Ti⁴⁺之间的氧化还原反应，因此其在电化学方面受到制约。另外，还具有下述事实：在为1.5V左右的高电极电位下，锂离子的快速充放电可以稳定地进行。因此，降低电极电位来提高能量密度的方法实质上是困难的。

另外，二氧化钛(锐钛矿型)的理论容量为165mAh/g左右，像Li₄Ti₅O₁₂这样的尖晶石型锂钛复合氧化物的理论容量也为170mAh/g左右。另一方面，一般的石墨系电极材料的理论容量是385mAh/g以上。因此，钛氧化物的容量密度与碳系负极的容量密度相比，显著较低。这是由下述原因引起的，即，在钛氧化物的晶体结构中嵌入锂的等价的位点较少、以及由于在结构中锂容易稳定化因而实质的容量下降。

因此，本发明着眼于具有约330mAh/g的比其他钛氧化合物高的理论容量的单斜晶系的二氧化钛(参照非专利文献1)。在单斜晶系的二氧化钛中，每1个钛离子中能够嵌入脱嵌的锂离子的数量最大为1.0。因此，具有约330mAh/g的高理论容量。但是，如专利文献1和2中记载的那样，单斜晶系的二氧化钛的实际容量比理论量显著低。

在专利文献1中，公开了一种锂离子蓄电池，其使用了青铜型结构的氧化钛TiO₂作为负极活性物质。但是，专利文献1中记载的锂离子蓄电池的实质的容量为约200mAh/g(例如0029段和图4)。

在专利文献2中，公开了一种锂二次电池，其使用了具有钛酸青铜型的晶体结构的二氧化钛作为活性物质。但是，专利文献2中记载的锂二次电池(硬币形电池)中，单位重量的活性物质的初期嵌入和脱嵌容量为160～170mAh/g(例如0053和0057段)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-34368号

专利文献2：日本特开2008-117625号

非专利文献

非专利文献1：R.Marchand，L.Brohan，M.Tournoux，Material Research Bulletin 15，1129(1980)

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于提供一种有效容量高的非水电解质电池用负极活性物质、其制造方法、可以用于其中的钛酸碱金属化合物的制造方法。还提供一种具备包含该负极活性物质的负极的非水电解质电池和电池包。

解决问题的手段

根据本发明的第1形态，提供一种非水电解质电池用负极活性物质，其特征在于，其包含具有单斜晶系二氧化钛的晶体结构的氧化钛化合物，而且，该氧化钛化合物的使用通过以Cu-Kα作为射线源的粉末X射线衍射法测定的(110)面的峰的半值幅而算出的微晶尺寸为5nm～25nm。

根据本发明的第2形态，提供一种非水电解质电池用负极活性物质的制造方法，其特征在于，其包括下述工序：得到各向异性生长的钛酸碱金属化合物的工序；通过使酸与所述钛酸碱金属化合物反应而对碱金属阳离子进行质子交换，得到质子交换体的工序；以及通过将所述质子交换体在300℃～500℃的温度下进行加热处理，得到具有单斜晶系二氧化钛的晶体结构的氧化钛化合物的工序，所述氧化钛化合物的使用通过以Cu-Kα作为射线源的粉末X射线衍射法测定的(110)面的峰的半值幅而算出的微晶尺寸为5nm～25nm。

根据本发明的另一方面，提供一种钛酸碱金属化合物的制造方法，其特征在于，其包括下述工序：将原料物质熔融而得到熔融物的工序；将所述熔融物在一个方向骤冷，得到各向异性生长的晶体的工序；以及将所述晶体在850℃～1200℃的温度下进行加热处理，得到钛酸碱金属化合物的工序。