[发明专利]活性物质、活性物质复合材料、电极、二次电池、电池组和车辆

说明书

本发明涉及活性物质、活性物质复合材料、电极、二次电池、电池组和车辆。提供充放电循环性能优异的活性物质、含有该活性物质的活性物质复合材料、电极、二次电池、电池组和车辆。根据实施方式，提供活性物质。活性物质含有粒子。粒子具有属于单斜晶型铌‑钛复合氧化物的晶体结构。(020)面的微晶粒径Dc相对于粒子的平均一次粒径Dp的比例为35％以上。

技术领域

本发明的实施方式涉及活性物质、活性物质复合材料、电极、二次电池、电池组和车辆。

背景技术

近年来，作为高能量密度电池，开发了锂离子二次电池、非水电解质二次电池等二次电池。二次电池作为混合动力车或电动车这样的车辆用电源、或大型蓄电用电源的使用备受期待。在二次电池用作车辆用电源的情况下，除了高的能量密度之外，还要求实现快速充放电性能和长期可靠性等。

快速充放电可以通过锂离子和电子在可吸留放出锂离子和电子的正极和负极之间分别经由电解质和外部电路迅速地移动从而进行。可以进行这种快速充放电的电池具有充电时间大幅度缩短的优点。另外，将可以进行这种快速充放电的电池作为车辆用电源使用时，可以提高车的动力性能，进而可以有效地回收动力的再生能量。

作为可吸留放出锂离子和电子的负极，可使用将石墨等碳质物用于负极活性物质的碳系负极。但是，具备碳系负极的电池由于重复快速充放电，有时在负极上析出金属锂的枝晶。这种金属锂的枝晶可成为内部短路的原因。因此，在具备碳系负极的电池中，重复快速充放电时，有可能产生发热或着火。

因此，正在开发具备取代碳质物而使用有金属复合氧化物作为负极活性物质的负极的电池。特别是，将作为金属复合氧化物的钛氧化物用作负极活性物质的电池与具备碳系负极的电池相比，具有如下特性：即使重复快速充放电，也不易析出金属锂的枝晶，可以进行稳定的快速充放电，寿命也长。

但是，钛氧化物与碳质物相比，相对于金属锂的电位高(贵)。而且，钛氧化物与碳质物相比，每单位质量的理论容量低。因此，具备使用钛氧化物作为负极活性物质的负极的电池与具备碳系负极的电池相比，存在能量密度低的问题。

例如，Li₄Ti₅O₁₂这样的锂钛复合氧化物的以金属锂为基准的电位为约1.5V以上。另一方面，石墨的以金属锂为基准的电位为约0.1V以上。在此，钛氧化物的以金属锂为基准的电位起因于钛氧化物电化学地吸留放出锂离子时，在3价的钛离子和4价的钛离子之间发生的氧化还原反应。即，钛氧化物的以金属锂为基准的电位为钛氧化物固有的电位，在降低该电位方面存在电化学制约。因此，降低钛氧化物的以金属锂为基准的电位从而提高能量密度实质上是困难的。另外，由于钛氧化物的相对于金属锂的电位高，因此也存在具备含有钛氧化物的负极的电池可以稳定的快速充放电的一面。

另外，Li₄Ti₅O₁₂这样的锂钛复合氧化物的每单位质量的理论容量为175mAh/g。另一方面，石墨的每单位质量的理论容量为372mAh/g。进而，与碳质物相比，钛氧化物的晶体结构中可吸留锂离子的位点少，另外，在其晶体结构中锂离子容易稳定化。因此，钛氧化物的实际容量占理论容量的比例也比碳质物的实际容量占理论容量的比例低。

如上，与具备碳系负极的电池相比，具备含有钛氧化物的负极的电池的能量密度显著地低。

鉴于以上情况，正在研究含有钛和铌的新型电极材料。特别是由TiNb₂O₇表示的单斜晶型铌-钛复合氧化物在锂离子嵌入时，四价的钛离子被还原为三价的钛离子，同时五价的铌离子被还原为三价的铌离子。因此，该单斜晶型铌-钛复合氧化物与钛氧化物相比，即使嵌入大量锂离子，也可以保持晶体结构的电中性。其结果，由TiNb₂O₇表示的单斜晶型铌-钛复合氧化物的理论容量为387mAh/g这样的高容量。

发明内容