[发明专利]电极用氧化钛系化合物以及使用其的锂二次电池有效

专利信息
申请号: 201110044952.X 申请日: 2011-02-24
公开(公告)号: CN102169989A 公开(公告)日: 2011-08-31
发明(设计)人: 中原清;桥本展幸;关敏正 申请(专利权)人: 钛工业株式会社
主分类号: H01M4/485 分类号: H01M4/485;H01M4/131;H01M10/052
代理公司: 北京林达刘知识产权代理事务所(普通合伙) 11277 代理人: 刘新宇;李茂家
地址: 日本*** 国省代码: 日本;JP
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摘要:
搜索关键词: 电极 氧化 化合物 以及 使用 二次 电池
【说明书】:

技术领域

本发明涉及作为锂二次电池的活性物质有用的新型钛系复合氧化物以及使用其的锂二次电池。

背景技术

锂二次电池由于其能量密度高而作为手机、笔记本用的电源不断发展,随着近年来IT技术的进步带来的便携终端机器的小型化、轻量化,逐渐要求作为其电源的电池也进一步小型化、高容量化。此外,有效利用其较高的能量密度,而将其作为电动汽车用电源、混合动力汽车用电源、电力存储用电源已开始受到关注。

以前,锂电池的负极材料通常为炭系负极,使用其的锂二次电池具有放电时的电压大且能量密度高的特征。但是,由于负极的电位低,若进行快速充电,则锂金属析出而引起内部短路的危险性增加,进而有由于内部短路而导致着火的危险性。因此,正在研究:虽然能量密度降低但通过使用电位高的负极而使得内部短路时的发热减少,进而通过抑制电解液的分解从而安全性高且寿命长的锂电池。其中,以锂基准计,Li4Ti5O12具有1.5V的电位,在充放电时没有体积变化且循环特性极其良好,因此,使用了Li4Ti5O12的纽扣电池已经实用化。

然而,Li4Ti5O12的理论容量为175mAh/g,其电容比通常用作负极材料的炭小,约为其一半,而且使用了Li4Ti5O12的锂二次电池也存在能量密度变小的缺点。因此,从安全性、长寿命的观点考虑,期望以锂基准计具有1.0~1.5V的电压、电容大的负极材料。

在这种情况下,以层状结构的K2Ti4O9、Na2Ti3O7作为起始原料进行质子交换及加热脱水而得到的氧化钛被称作青铜结构氧化钛或TiO2(B),其具有层状或隧道结构(tunnel structure),因而作为电极材料受到关注。

例如,发现通过将青铜结构的氧化钛化合物纳米颗粒化可以得到高达200mAh/g以上的充放电容量(非专利文献1),但这样的化合物的堆积密度低,比表面积大,因此可见电极的填充性变低、涂膜与集电体的粘接性劣化的倾向,作为活性物质不能说是优异的。另一方面,通过固相法经由K2Ti4O9、Na2Ti3O7而得到的微米尺寸的青铜结构的氧化钛可减小比表面积,颗粒骨架坚固,因此循环特性良好,但存在充放电容量小的问题。(专利文献1、2)

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1:A.R.Armstrong et al.,ADVANCEDMATERIALS,2005,17,No.7

专利文献

专利文献1:日本特开2008-34368号公报

专利文献2:日本特开2008-117625号公报

发明内容

发明要解决的问题

如上所述,现有的锂二次电池的电容仍然不够充分,期望电容大、且能够维持其容量的负极材料。

因此,本发明的目的在于,制造能使使用了钛系负极材料的锂二次电池的电容变大、循环稳定性变好的钛系化合物,并提供使用了该钛系化合物的锂二次电池。

用于解决问题的方案

本发明人等为了实现上述目的而反复进行了深入研究,结果发现,得到含有铌和/或磷且具有隧道结构或层状结构的钛系复合氧化物,将其作为电池电极使用的锂二次电池安全性优异,显示高充放电容量和优异的循环稳定性,从而完成了本发明。

即,本发明提供化学式为Ti(1-x)MxOy的钛系复合氧化物及其制造方法,其中,M为Nb或P元素、或者这两种元素的任意比例的组合,x为0<x<0.17,y为1.8≤y≤2.1,当M为Nb和P元素的组合时,x为Nb与P之和;以及由将上述钛系复合氧化物用作活性物质的电极构成的锂二次电池。

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