[发明专利]二次电池、电池包及车辆

说明书

本发明的实施方式涉及二次电池、电池包及车辆。本发明的实施方式提供具有高的能量密度、充放电效率及寿命性能优异并且安全性高的二次电池、具备该二次电池的电池包、以及搭载该电池包的车辆。根据实施方式，提供一种二次电池。二次电池具备正极、负极和电解液。负极包含含有锌元素的负极集电体、和配置在负极集电体上的负极层。负极层包含含有选自由钛氧化物、锂钛氧化物、及锂钛复合氧化物组成的组中的至少一种化合物的负极活性物质。电解液包含水系溶剂和电解质。

技术领域

本发明的实施方式涉及二次电池、电池包及车辆。

背景技术

作为负极活性物质使用碳材料或锂钛氧化物、作为正极活性物质使用含有镍、钴、锰等的层状氧化物的非水电解质电池、特别是锂二次电池作为广泛的领域中的电源已经被实用化。另外，这样的非水电解质电池的形态从各种电子设备用的小型的电池到电动车用等大型的电池为止有各种各样。对于这些锂二次电池的电解液，与镍氢电池或铅蓄电池不同，使用混合有碳酸亚乙酯或碳酸甲乙酯等的非水系的有机溶剂。使用了这些溶剂的电解液与水溶液电解液相比，耐氧化性及耐还原性高，且不易引起溶剂的电解。因此，就非水系的锂二次电池而言，能够实现2V～4.5V高的电动势。

另一方面，有机溶剂大多为可燃性物质，锂二次电池的安全性与使用水溶液的二次电池相比，原理上容易变差。虽然为了提高使用了有机溶剂系的电解液的锂二次电池的安全性而采取了各种对策，但是未必可以说充分。此外，非水系的锂二次电池由于在制造工序中变得需要干燥环境，所以制造成本必然变高。除此以外，有机溶剂系的电解液由于导电性差，所以非水系的锂二次电池的内部电阻容易变高。这样的课题在电池安全性或电池成本受到重视的电动车或混合动力电动车、进而用于电力储藏的大型蓄电池用途中，成为大的缺点。

为了解决这些课题，进行了电解液的水溶液化的研究。就水溶液电解液而言，需要将实施电池的充放电的电位范围限于不引起作为溶剂而包含的水的电解反应的电位范围。例如，通过使用锂锰氧化物作为正极活性物质及使用锂钒氧化物作为负极活性物质，能够避免水溶剂的电解。通过这些组合，虽然可得到1～1.5V左右的电动势，但是难以得到作为电池充分的能量密度。

若在正极活性物质中使用锂锰氧化物、且作为负极活性物质使用LiTi₂O₄、Li₄Ti₅O₁₂等之类的锂钛氧化物，则在理论上可得到2.6～2.7V左右的电动势，从能量密度的观点出发，也可以成为有魅力的电池。就采用了这样的正负极材料的组合的非水系的锂离子电池而言，可得到优异的寿命性能，这样的电池已经被实用化。然而，在水溶液电解液中，由于锂钛氧化物的锂嵌入脱嵌的电位以锂电位基准计约为1.5V(vs.Li/Li⁺)，所以容易引起水溶液电解液的电解。特别是在负极中，负极集电体、或与负极电连接的金属制的外包装罐的表面中的由电解引起的氢产生也剧烈，因该影响而活性物质可以容易地从集电体剥离。因此，就这样的电池而言，动作不稳定，令人满意的充放电是不可能的。

发明内容

本发明所要解决的课题是提供具有高的能量密度、充放电效率及寿命性能优异、并且廉价且安全性高的锂二次电池、具备该锂二次电池的电池包、及搭载该电池包的车辆。

根据实施方式，提供一种二次电池。二次电池具备正极、负极和电解液。负极包含含有锌元素的负极集电体、和配置在负极集电体上的负极层。负极层包含含有选自由钛氧化物、锂钛氧化物、及锂钛复合氧化物组成的组中的至少一种化合物的负极活性物质。电解液包含水系溶剂和电解质。

根据另一实施方式，提供一种电池包。电池包具备实施方式的二次电池。

根据又一实施方式，提供一种车辆。在车辆中搭载有实施方式的电池包。

根据上述构成的锂二次电池，能够提供具有高的能量密度、充放电效率及寿命性能优异、并且廉价且安全性高的锂二次电池及电池包、以及搭载该电池包的车辆。