[发明专利]电池用活性物质、非水电解质电池及电池组

说明书

与相关申请的交叉参照

本申请基于在2013年3月25日提出的日本专利申请No.2013-062863要求优先权，通过参照将其纳入本发明。

技术领域

本发明的实施方式涉及电池用活性物质、非水电解质电池及电池组。

背景技术

近年来，作为高能量密度电池，正在积极地进行锂离子二次电池等非水电解质电池的开发。非水电解质电池被期待作为混合动力汽车或电动汽车的电源。另外，还被期待作为手机基站的不间断电源。因此，对非水电解质电池还要求其具有快速充放电性能、长期可靠性等其他的特性。能够快速充放电的非水电解质电池不仅具有充电时间大幅度缩短的优点，在混合动力汽车中还可提高动力性能，进而还可高效地回收动力的再生能源。

快速充放电通过使电子和锂离子在正极与负极之间迅速地移动而变为可能。使用了碳系负极的电池由于反复进行快速充放电，有时会在电极上析出金属锂的枝晶。枝晶会导致内部短路，结果有发热或着火的危险。

因此，开发了使用金属复合氧化物代替碳质物作为负极活性物质的电池。特别是使用了钛氧化物作为负极活性物质的电池具有能够进行稳定的快速充放电、寿命也比碳系负极长的特性。

但是，钛氧化物与碳质物相比，相对于金属锂的电位更高（贵）。而且，钛氧化物的每单位重量的容量较低。因此，使用了钛氧化物的电池具有能量密度低的问题。

例如，钛氧化物的电极电位以金属锂标准计为约1.5V，比碳系负极的电位更高（贵）。钛氧化物的电位由于是将锂电化学地嵌入脱嵌时的Ti³⁺与Ti⁴⁺之间的氧化还原反应所引起的，因此在电化学上受到制约。另外，就1.5V左右高的电极电位而言，还有锂离子的快速充放电可稳定地进行的事实。因此，为了提高能量密度，实质上难以降低电极电位。

对于每单位重量的容量，Li₄Ti₅O₁₂等锂钛复合氧化物的理论容量为175mAh/g左右。另一方面，通常的石墨系电极材料的理论容量为372mAh/g。因此，钛氧化物的容量密度与碳系负极的容量密度相比，显著地低。其原因在于，钛氧化物的晶体结构中嵌入锂的位点少，以及在结构中锂易于稳定化，因此实质上的容量降低。

鉴于以上情况，探讨了含有Ti或Nb的新型电极材料。这种材料期待具有高的充放电容量。特别是TiNb₂O₇所示的复合氧化物具有超过300mAh/g的高理论容量。但是，这种在1.5V vs Li/Li⁺左右的高电位下发挥作用的氧化物具有难以形成表面覆膜、在电极表面上的电解液的分解（即副反应）容易继续的问题。

附图说明

图1为表示第1实施方式的电池用活性物质中的铌复合氧化物（TiNb₂O₇）的晶体结构的示意图。

图2为从其他方向示出图1的晶体结构的示意图。

图3为表示第2实施方式的扁平型非水电解质电池的截面图。

图4为图3的A部的放大截面图。

图5为表示第3实施方式的电池组的分解立体图。

图6为表示图5的电池组的电路的框图。

图7为实施例1的铌复合氧化物（TiNb₂O₇）的X射线衍射图案。

图8为实施例1和比较例1的铌复合氧化物（TiNb₂O₇）的红外漫反射光谱（1300～1600cm^-1）。

图9为实施例1和比较例1的铌复合氧化物（TiNb₂O₇）的红外漫反射光谱（2200～2500cm^-1）。

图10为比较例1的铌复合氧化物（TiNb₂O₇）的吡啶吸附后的红外漫反射光谱。

具体实施方式

实施方式的电池用活性物质含有通式Li_xM_（1-y）Nb_yNb₂O_（7+δ）所示的铌复合氧化物。其中，M为选自Ti和Zr中的至少1种，x、y和δ是分别满足0≤x≤6、0≤y≤1和-1≤δ≤1的数。另外，电池用活性物质的pH为7.4以上且12.5以下。

以下参照附图说明实施方式。

（第1实施方式）