[发明专利]活性材料、非水电解质电池和电池组

说明书

相关申请的交叉参考

本申请是基于并要求2013年7月8日提交的现有日本专利申请2013-142497号的优先权，通过参考将其全部内容并入本文中。

技术领域

本文所述的实施方案一般涉及活性材料、非水电解质电池和电池组。

背景技术

通过将吸收和释放锂离子的石墨材料或含碳材料用于负极而制备的非水电解质电池已被商业化作为便携式设备的高能量密度电池。近年来，已经实际使用含Ni的锂金属氧化物如LiNi_aCo_bAl_1-a-bO₂或LiNi_aCo_bMn_1-a-bO₂作为正极活性材料来代替LiCoO₂或LiMn₂O₄以改进电池的能量密度。

另一方面，在诸如汽车或火车等车辆中安装电池的情况下，鉴于在高温环境中的储存性能、循环性能和长期高功率可靠性，需要正极和负极由在化学和电化学稳定性、机械强度和耐腐蚀性方面优异的材料形成。此外，需要正极和负极由在寒冷气候中具有高性能、在低温环境(-40℃)中具有高输出性能以及具有长寿命性能的材料形成。另一方面，从提高安全性的观点来看，已经开发了非挥发性和不燃性电解质溶液作为非水电解质；然而，由于其伴随着输出性能、低温性能和长寿命性能的降低，它尚未投入实际使用。

如上所述，为了将锂离子电池安装在车辆上，目的在于实现高温耐久性、循环寿命、安全性和输出性能。

当使用钛基氧化物如TiO₂或Li₄Ti₅O₁₂代替石墨材料或含碳材料作为负极时，电池的寿命性能和安全性得到改进。然而，能量密度降低。电池的能量密度降低是由于钛基氧化物(相对于Li)的负极电位高达约1.5V，电池电压降低，并且负极的容量较小。因此，为了增大电池的容量，有必要使用具有高容量并且输出性能和寿命性能优异的钛基氧化物。

发明内容

实施方案的目的是提供一种具有高容量并且大电流放电性能和循环寿命性能优异的活性材料、包括所述活性材料的非水电解质电池以及包括所述活性材料的电池组。

根据一个实施方案，提供包括单斜晶系的铌钛复合氧化物粒子和碳材料层的活性材料。所述单斜晶系的铌钛复合氧化物粒子可以吸收和释放Li离子或Na离子并满足下式(1)。所述碳材料层覆盖所述铌钛复合氧化物粒子的表面的至少一部分并满足下式(2)：

0.5≤(α/β)≤2     (1)

0≤(γ/σ)≤0.1     (2)

其中α表示铌钛复合氧化物粒子的Nb的摩尔数，β表示铌钛复合氧化物粒子的Ti的摩尔数，γ表示碳材料层中的氢原子数目，并且σ表示碳材料层中的碳原子数目。

根据实施方案，提供一种非水电解质电池，其包括：正极；包含所述实施方案的活性材料的负极；以及非水电解质。

根据实施方案，提供一种包括根据所述实施方案的非水电解质电池的电池组。

根据实施方案，提供一种具有高容量并且大电流放电性能和循环寿命性能优异的活性材料、包括所述活性材料的非水电解质电池，以及包括所述活性材料的电池组。

附图说明

图1是一个实施方案的非水电解质电池的局部剖切横截面图；

图2是图1的电池的侧视图；以及

图3是示出一个实施方案的电池组所用的电池模块的实施例的透视图。

具体实施方式

(第一实施方案)

根据第一实施方案，提供包括单斜晶系的铌钛复合氧化物粒子和碳材料层的活性材料。所述单斜晶系的铌钛复合氧化物粒子可以吸收和释放Li离子或Na离子并满足下式(1)。所述碳材料层覆盖所述铌钛复合氧化物粒子的表面的至少一部分并满足下式(2)：

0.5≤(α/β)≤2     (1)

0≤(γ/σ)≤0.1     (2)

其中α表示铌钛复合氧化物粒子的Nb的摩尔数，β表示铌钛复合氧化物粒子的Ti的摩尔数，γ表示碳材料层中的氢原子数目，并且σ表示碳材料层中的碳原子数目。