[发明专利]电池用活性物质、非水电解质电池、电池组及电池用活性物质的制造方法

说明书

与相关申请的交叉参照

本申请基于在2013年3月26日提出的日本专利申请No.2013-064841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、使用了该电池用活性物质的非水电解质电池、电池组及电池用活性物质的制造方法。

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研究开发。对非水电解质电池期待混合动力汽车或电动汽车的电源、手机基站的不间断电源等用途。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。例如能够快速充放电的非水电解质电池不仅可实现充电时间的大幅度缩短，而且还可使混合动力汽车等的动力性能的提高和动力的再生能源的高效回收成为可能。

为了使得快速充放电变为可能，需要电子及锂离子能够在正极与负极之间迅速地移动。

首先，开发了使用了碳系负极的电池。但是，使用了碳系负极的电池在反复进行快速充放电时，具有在电极上发生金属锂的枝晶析出、因内部短路导致发热或着火的危险。

因此，开发了在负极中使用金属复合氧化物代替碳质物的电池。特别是负极中使用钛氧化物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，负极中使用了钛氧化物的电池具有能量密度低的问题。

具体地说，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，二氧化钛（锐钛矿型）的理论容量为165mAh/g左右，即便是Li₄Ti₅O₁₂等锂钛复合氧化物的理论容量，也就为180mAh/g左右。另一方面，通常的石墨系电极材料的理论容量为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。

附图说明

图1为表示单斜晶型TiNb₂O₇的晶体结构的示意图。

图2为从其他方向观察图1的晶体结构的示意图。

图3为第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为示意地表示第2实施方式的另一扁平型非水电解质电池的部分缺失立体图。

图6为图5的B部的放大截面图。

图7为第3实施方式的电池组的分解立体图。

图8为表示图7的电池组的电路的框图。

具体实施方式

根据实施方式，电池用活性物质含有单斜晶型复合氧化物。单斜晶型复合氧化物用通式LixM1M22O（7±δ）（这里，M1为选自Ti、Zr、Si及Sn中的至少1种元素，M2为选自Nb、V、Ta、Bi及Mo中的至少1种元素，0≤x≤5、0≤δ≤0.3）表示，具有属于空间群C2/m（International tables Vol.A No.12）的对称性，所述M2及M1中的一方的元素不均匀地存在（maldistributed）于晶体中的2a位点及4i位点的各占有位点。

（第1实施方式）

第1实施方式的电池用活性物质含有单斜晶型复合氧化物，该单斜晶型复合氧化物用通式LixM1M22O（7±δ）（这里，M1为选自Ti、Zr、Si及Sn中的至少1种元素，M2为选自Nb、V、Ta、Bi及Mo中的至少1种元素，0≤x≤5、0≤δ≤0.3）表示，具有属于空间群C2/m（国际表（International tables）Vol.A No.12，特征轴（unique axis）b，晶胞选取（cell choice）1）详细标记C12/m1的对称性，所述M2及M1中的一方的元素不均匀地存在于晶体中的2a位点及4i位点的各占有位点。