[发明专利]钛氧化物、钛氧化物的制造方法以及使用含有钛氧化物的电极活性物质的锂二次电池

说明书

本发明提供一种钛氧化物，该钛氧化物由通式Hsubgt;2/subgt;Tisubgt;12/subgt;Osubgt;25/subgt;表示，并且在ICP发光分光分析中的锂以外的碱金属的检测量不足定量下限。钛氧化物的制造方法具有钛酸锂合成工序、钛酸锂热处理工序、锂/质子交换工序以及质子交换体热处理工序。在钛酸锂合成工序中，使含有钛化合物的钛原料中的钛化合物、与含有锂化合物的锂原料中的锂化合物一起进行晶体生长，从而得到钛酸锂。在钛酸锂热处理工序中，对在钛酸锂合成工序中得到的钛酸锂进行热处理。在锂/质子交换工序中，将在钛酸锂热处理工序中得到的热处理钛酸锂的锂与质子进行交换。在质子交换体热处理工序中，在温度200℃以上600℃以下的条件下，对在锂/质子交换工序中得到的钛酸锂的质子交换体进行热处理。

技术领域

本发明涉及充放电容量大的钛氧化物及其制造方法、含有该钛氧化物的电极活性物质、以及具有该电极活性物质的蓄电设备。

背景技术

目前，在我国，在手机、笔记本电脑等便携式电子设备上搭载的二次电池几乎都为锂二次电池。预测锂二次电池在今后将作为混合动力车、电力负荷平准化系统等的大型电池而被应用，其重要性逐渐提高。该锂二次电池均以含有能够可逆地吸收/释放锂的材料的正极和负极、以及包含非水系电解液的隔膜(separator)或固体电解质作为主要构成要素。

在这些构成要素中，被作为用于电极的活性物质而讨论的，可列举锂钴氧化物(LiCoO₂)、锂锰氧化物(LiMn₂O₄)、钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)等氧化物系材料，金属锂、锂合金、锡合金等金属系材料，以及石墨、MCMB(中间相炭微球)等碳系材料。

对于这些材料，通过基于各自的活性物质中的锂含量的化学势的差来决定电池的电压。通过正极活性物质与负极活性物质的组合能够形成较大的电位差是能量密度优异的锂二次电池的特点。特别是在具备含有锂钴氧化物(LiCoO₂)活性物质的正极、与含有碳材料的负极的锂二次电池中，能够产生接近4V的电压。此外，由于作为能够脱出/嵌入电极的锂量的充放电容量较大，进而安全性也较高，因此该锂二次电池能够被广泛使用。

另一方面，在具备含有尖晶石型的锂锰氧化物(LiMn₂O₄)活性物质的正极、以及含有尖晶石型的锂钛氧化物(Li₄Ti₅O₁₂)活性物质的负极的锂二次电池中，容易顺畅地进行锂的吸收/脱出反应。此外，该锂二次电池的伴随反应的晶格体积的变化较少，由此可知，其在长时间的充放电循环中表现优异，因而得到应用。

今后，关于锂二次电池、电容器等化学电池，预测需要汽车用电源、大容量的备用电源、紧急电源等大型且具有较长的使用寿命的电源。由此，需要组合如上的氧化物活性物质来得到更加高性能(大容量)的电极活性物质。此外，在具备含有钛氧化物系活性物质的正极与作为锂金属的负极的锂二次电池中，电压仅仅为约1～2V。因此，作为对应于含有钛氧化物系活性物质的正极的用于负极的电极活性物质，对具备各种晶体结构的材料进行了讨论。