[发明专利]二次电池、电池组以及车辆

说明书

本发明涉及二次电池、电池组以及车辆，具体地，本发明提供充放电特性、保存特性和循环寿命性能优异的二次电池、具备该二次电池的电池组、以及具备该电池组的车辆。根据一实施方式，提供二次电池。该二次电池具备正极、包含负极活性物质含有层的负极、水系电解质、和分隔体。负极活性物质含有层包含负极活性物质粒子、以及具有锂离子传导性的固体电解质粒子。负极活性物质含有层的空隙率在0.1％～28％的范围内，负极活性物质含有层的含水量在0.01g/cm³～0.4g/cm³的范围内。

技术领域

本发明的实施方式涉及二次电池、电池组以及车辆。

背景技术

使用碳材料或锂钛氧化物作为负极活性物质且使用含有镍、钴和锰等的层状氧化物作为正极活性物质的非水电解质电池、特别是锂二次电池已经作为广泛领域中的电源被实用化。这样的非水电解质电池的形式适用于从用于各种电子设备等的小型电池到用于电动车辆等的大型电池的广泛领域。与镍氢电池或铅蓄电池不同，在这些锂二次电池的电解液中，使用了混合有碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯等的非水系有机溶剂。使用了这些溶剂的电解液与水溶液电解液相比，耐氧化性和耐还原性高，不易发生溶剂的电解。因此，对于非水系锂二次电池来说，可以实现2V～4.5V的高的电动势。

另一方面，有机溶剂大多为可燃性物质，因此从理论上来说，使用有机溶剂的二次电池的安全性容易比使用水溶液的二次电池差。为了提高使用含有有机溶剂的电解液的锂二次电池的安全性，实施了各种对策，但未必可以说是充分的。另外，由于非水系锂二次电池在制造工序中需要干燥环境，因而制造成本必然上升。除此以外，含有有机溶剂的电解液的传导性差，因而非水系锂二次电池的内部电阻容易上升。这样的问题在重视电池安全性和电池成本的电动车辆或混合动力电动车辆、以及用于蓄电的大型蓄电池用途中成为大的缺点。

为了解决这些课题，正在进行将电解液变更为水溶液的研究。对于水系电解液来说，需要将实施电池充放电的电位范围保持在不使作为溶剂含有的水发生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和使用锂钒氧化物作为负极活性物质，可以避免水的电解。对于这些组合来说，虽然能够得到1～1.5V左右的电动势，但作为电池，难以得到充分的能量密度。

在使用锂锰氧化物作为正极活性物质、使用LiTi₂O₄、Li₄Ti₅O₁₂等这样的锂钛氧化物作为负极活性物质时，理论上能够得到2.6～2.7V左右的电动势，从能量密度的观点考虑，能够成为有吸引力的电池。对于采用这样的正负极材料的组合的非水系锂二次电池而言，能够得到优异的寿命性能，这样的电池已经在实际中应用。但是，在水系电解液中，以锂电位为基准，锂钛氧化物的嵌入/脱嵌锂的电位为约1.5V(vs.Li/Li⁺)，因而容易引起水的电解。另一方面，在正极的锂锰氧化物中还存在水溶液中的阳离子发生氧化而产生气体的问题，不能满意地充电和放电。

发明内容

本发明要解决的课题是，提供充放电特性、保存特性和循环寿命性能优异的二次电池、具备该二次电池的电池组、以及具备该电池组的车辆。

根据第1实施方式，提供二次电池。该二次电池具备正极、包含负极活性物质含有层的负极、水系电解质、和分隔体。负极活性物质含有层包含负极活性物质粒子、以及具有锂离子传导性的固体电解质粒子。负极活性物质含有层的空隙率在0.1％～28％的范围内，负极活性物质含有层的含水量在0.01g/cm³～0.4g/cm³的范围内。

根据第2实施方式，提供电池组。该电池组包括第1实施方式的二次电池。

根据第3实施方式，提供车辆。该车辆包括第2实施方式的电池组。

根据上述构成，可以提供充放电特性、保存特性和循环寿命性能优异的二次电池、具备该二次电池的电池组、以及具备该电池组的车辆。

附图说明