[发明专利]电池用活性物质、非水电解质电池及电池包

说明书

技术领域

本发明所公开的形态一般而言涉及电池用活性物质、采用其的非水电解质电池及电池包。

背景技术

近年来，开发了采用锂离子的非水电解质二次电池。采用锂离子的非水电解质二次电池具有高能量密度，期待作为混合动力汽车、电动汽车、手机基站的无停电电源用等的电源。因此，对于该非水电解质二次电池还要求快速充放电特性、长期可靠性这样的其它特性。例如，可快速充放电的非水电解质二次电池能大幅度缩短充电时间，而且还能提高混合动力汽车等的动力性能及有效地回收动力的再生能量。

为了能快速充放电，需要电子及锂离子能够在正极和负极间迅速移动。对于采用碳系材料作为负极的电池，如果重复进行快速充放电，则在电极上产生金属锂的树枝状析出，有可能产生内部短路造成的发热或着火。

因而，开发了采用金属复合氧化物代替碳系材料作为负极的电池。特别是，采用钛系氧化物作为负极的电池可进行稳定的快速充放电，与采用碳系材料作为负极的电池相比寿命也长。

但是，钛系氧化物与碳系材料相比，相对于金属锂的电位高(贵)。而且，钛系氧化物单位重量的容量低。因此，采用钛系氧化物作为负极的电池的能量密度低。

例如，采用钛氧化物的电极的锂离子嵌入脱嵌电位按金属锂为基准计为约1.5V，与采用碳系材料的电极相比较高(贵)。在锂离子在钛系氧化物中嵌入/脱嵌时，钛被氧化或还原，在Ti³⁺和Ti⁴⁺之间变化。采用钛系氧化物的电极的电位起因于该钛的氧化还原反应，因而在电化学上被制约。此外，这样的电极因电位为1.5V左右，事实上快速充放电也可稳定地进行。所以，为提高能量密度而使电极电位降低实质上是困难的。

锐钛矿型的二氧化钛的理论容量为165mAh/g左右。Li₄Ti₅O₁₂这样的锂钛复合氧化物的理论容量为180mAh/g左右。另一方面，石墨等碳系材料的理论容量为385mAh/g以上。这样，钛系氧化物的容量密度与碳系材料的容量密度相比非常低。认为这是因为：在钛系氧化物的晶体结构中嵌入锂的位点少，及因结构中锂容易稳定化而使实际的容量降低。

发明内容

通常，按照一种形态提供一种包含用式Li_xTi_1-yM1_yNb_2-zM2_zO_7+δ(0≤x≤5、0≤y≤1、0≤z≤2、-0.3≤δ≤0.3)表示的单斜晶系复合氧化物的电池用活性物质。式中，所述M1为选自Zr、Si及Sn中的至少一种，所述M2为选自V、Ta及Bi中的至少一种。

按照另一形态，提供一种非水电解质电池，其包括：包含上述电池用活性物质的负极、正极和非水电解质。

按照又一形态，提供一种电池包，其包括上述非水电解质电池。

附图说明

图1是表示单斜晶系TiNb₂O₇的晶体结构的示意图。

图2是从另一方向看图1的晶体结构的示意图。

图3是第2实施方式的扁平形非水电解质电池的剖视图。

图4是图3的A部的放大剖视图。

图5是第2实施方式的另一扁平形非水电解质电池的部分凹口立体图。

图6是图5的B部的放大剖视图。

图7是第3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是实施例1中合成的单斜晶系复合氧化物的粉末X射线衍射图。

图10是实施例2中合成的单斜晶系复合氧化物的粉末X射线衍射图。

图11是比较例中合成的复合氧化物的粉末X射线衍射图。

图12是实施例1、2及比较例得到的初次充放电曲线。

具体实施方式

(第1实施方式)

第1实施方式的电池用活性物质能够在非水电解质二次电池中使用。该活性物质含有用式Li_xTi_1-yM1_yNb_2-zM2_zO_7+δ(0≤x≤5、0≤y≤1、0≤z≤2、-0.3≤δ≤0.3)表示的单斜晶系复合氧化物。式中，所述M1为选自Zr、Si及Sn中的至少一种，所述M2为选自V、Ta及Bi中的至少一种。