[发明专利]非水电解质电池及组电池

说明书

技术领域

本文描述的实施方案一般涉及非水电解质电池和组电池(pack battery)。

背景技术

设置有包含钛氧化物作为活性材料的负极的非水电解质电池能够得到稳定且急速的充电/放电。该电池具有比设置有包含碳类型活性材料的负极的电池更长的寿命。但是，相对于金属锂，钛氧化物具有比含碳材料更高的(较高的)电位和更低的单位重量容量。为此，包含钛氧化物作为活性材料的非水电解质电池具有更低的能量密度。

钛氧化物的电位在电化学上是有限的，这是由于当锂电化学性地插入/脱附时，钛氧化物的电位由Ti³⁺和Ti⁴⁺之间的氧化还原反应产生。此外，存在这样的事实，急速的锂离子充电/放电可在高达1.5V的电极电位下稳定地实现。因此，通过将负极电位向更低的电位侧迁移而改进能量密度基本上是困难的。

对于钛氧化物的理论容量，二氧化钛(锐钛矿结构)的理论容量为约165mAh/g，而由式Li₄Ti₅O₁₂表示的尖晶石型锂-钛复合氧化物的理论容量为约170mAh/g。相比之下，碳(石墨)型电极材料的理论容量为385mAh/g或更大。如上所述，钛氧化物的容量密度显著低于碳类型的负极的容量密度。其原因是在钛氧化物的晶体结构中吸收锂的当量位点小，并且在该结构中锂易于稳定，造成显著的容量下降。

鉴于以上情况，近年来，比以上的钛酸化合物具有更高理论容量的单斜晶二氧化钛已吸引了大量关注(参见R.Marchand,L.Brohan,M.Tournoux,Material Research Bulletin15,1129[1980])。在单斜晶二氧化钛中可插入/脱附的每个钛离子的锂离子数量的最大值为1.0。由此，单斜晶二氧化钛具有高达约330mAh/g的理论容量。

例如，JP-A2008-034368(KOKAI)公开了锂离子储存电池，其使用具有青铜型结构的钛氧化物TiO₂作为负极活性材料。此外，JP-A2008-117625(KOKAI)公开了使用具有钛酸青铜型晶体结构的二氧化钛作为负极活性材料的锂二次电池。

但在使用单斜晶二氧化钛作为负极活性材料的情况下，电池的性能明显劣化，导致较短的寿命。

鉴于此，JP-A2011-048947(KOKAI)公开了通过形成负极材料层而得到的负极，所述负极材料层包含例如在集电体上通过使用碱金属阳离子和作为粘合剂的氟树脂对具有钛酸青铜型晶体结构的二氧化钛表面改性而得到的活性材料。通过使用该负极，可改进电池寿命。

但是，当使用碱金属阳离子对二氧化钛表面进行改性时，二氧化钛的pH会大于约8。为此，当通过将氟树脂与经改性二氧化钛共混而制备浆料，再将浆料涂覆至集电体的至少一个表面上，然后干燥而形成负极层来制备负极时，在pH大于约8的碱性条件下，会发生氟树脂的脱氟化氢反应，从而使得浆料发生胶凝化。由此，在负极层和集电体之间的粘结强度下降，导致非水电解质电池的寿命降低。

发明内容

本发明的目的是提供循环寿命改进的非水电解质电池，和设置有所述非水电解质电池的组电池。

根据本发明的第一方面，提供了非水电解质电池，其包括：外封装物(package)，容纳在所述外封装物中的正极，与所述正极间隔开、并容纳在所述外封装物中的负极，和在所述外封装物中填充的非水电解质；

其中所述负极设置有集电体，并且在所述集电体的至少一个表面上形成负极层；并且

所述负极层包含作为活性材料的具有单斜晶二氧化钛晶体结构的钛氧化物化合物和非氟树脂，并且所述钛氧化物化合物使用选自碱金属阳离子的至少一种离子改性。

根据本发明的第二方面，提供了组电池，所述组电池包括所述非水电解质电池。

附图说明

图1所示为单斜晶二氧化钛晶体结构的典型示图。

图2所示为根据第一实施方案的扁平型非水电解质电池的截面图；

图3所示为图2中的部分A的放大截面图。

图4所示为根据第二实施方案的组电池的分解透视图；并且

图5所示为图4的组电池电路的方块示意图。

具体实施方式

以下将说明根据实施方案的非水电解质电池和组电池。

(第一实施方案)