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

说明书

本发明涉及电池用活性物质的制造方法及通过该制造方法得到的电池用活性物质、非水电解质电池及电池包。该电池用活性物质的制造方法包括下述工序：在将使Ti化合物溶解得到的pH5以下的溶液和使Nb化合物溶解得到的pH5以下的溶液按照Ti与Nb的摩尔比即Nb/Ti为1≤Nb/Ti≤28的范围的方式混合后，进一步混合pH8以上的碱性溶液，从而得到含有Ti和Nb的共沉淀析出物的工序；和在烧成温度为635℃以上且1200℃以下的条件下对所述共沉淀析出物进行烧成的工序。

技术领域

本发明的实施方式涉及电池用活性物质的制造方法及通过该制造方法得到的电池用活性物质、非水电解质电池及电池包。

本申请基于2013年11月8日在日本提出申请的特愿2013-232408号及2014年9月18日在日本提出申请的特愿2014-190590号并主张优先权，在此引用其内容。

背景技术

近年来，作为具有高能量密度的电池，一直在开发锂离子二次电池这样的非水电解质电池。非水电解质电池作为混合动力汽车、电动汽车等车辆用电源及大型蓄电用电源受到期待。特别是，对于车辆用的用途，还要求非水电解质电池具有快速充放电性能、长期可靠性这样的特性。可快速充放电的非水电解质电池具有充电时间非常短的优点。此外，在搭载了可快速充放电的非水电解质电池的混合动力汽车中，能够提高动力性能。另外，为上述混合动力汽车时，能够有效地回收动力的再生能量。

快速充放电可通过使电子及锂离子在正极与负极之间快速地移动来实现。在以往的非水电解质电池中具备碳系负极，该碳系负极具有由碳质物构成的(formed of)负极活性物质。使用碳系负极的非水电解质电池有时因重复快速充放电而在负极上析出金属锂的树枝状晶体。有时树枝状晶体导致产生内部短路。

因此，为了防止金属锂的树枝状晶体的析出，一直在开发代替碳质物而使用金属复合氧化物作为负极活性物质的电池。特别是，使用钛氧化物作为负极活性物质的电池具有可稳定地进行快速充放电，与碳系负极相比寿命也长的特性。

但是，钛氧化物的相对于金属锂的电位与碳质物相比为高电位(为贵电位)。而且，单位重量的钛氧化物的电容量低。因此，在使用钛氧化物的电池中，有重量能量密度低的问题。

例如，钛氧化物的电极电位按金属锂为基准计大约为1.5V，与碳系负极的电位相比为高电位(为贵电位)。钛氧化物的电位起因于电化学上嵌入脱嵌锂时的Ti³⁺与Ti⁴⁺之间的氧化还原反应，因此在电化学上受到制约。此外，还有在1.5V左右的高的电极电位时可稳定地进行锂离子的快速充放电的事实。所以，为提高重量能量密度而使电极电位降低实质上是困难的。

关于单位重量的电容量，Li₄Ti₅O₁₂这样的锂钛复合氧化物的理论容量为175mAh/g左右。另一方面，普通的石墨系电极材料的理论容量为372mAh/g。所以，钛氧化物的容量密度与碳系负极的容量密度相比非常低。这是由于在钛氧化物的晶体结构中可嵌入锂的位点少所导致的。另外，是由于结构中锂容易稳定化，因而锂难以在正极与负极之间移动，从而实际电容量下降所导致的。

鉴于以上情况，一直在研究含有Ti和Nb的新的电极材料。特别引人注目的是，在用TiNb₂O₇表示的复合氧化物中，因在嵌入Li时Ti从四价向三价补偿电荷、Nb从五价向三价补偿电荷，而使理论容量为387mAh/g的高容量。

作为用TiNb₂O₇表示的复合氧化物的制造方法，已知有固相反应法、水热合成法、利用溶胶-凝胶法的合成方法。