活性物質、非水電解質電池、電池包及車輛制造技術

本發明專利技術提供活性物質、非水電解質電池、電池包及車輛。根據實施方式，提供活性物質。活性物質含有以通式Li

Active material, nonaqueous electrolyte battery, battery pack and vehicle

The present invention provides active material, nonaqueous electrolyte battery, battery pack and vehicle. The active substance is provided according to the embodiment. The active substance contains the formula Li

【技術實現步驟摘要】
活性物質、非水電解質電池、電池包及車輛
實施方式涉及活性物質、非水電解質電池、電池包及車輛。
技術介紹
近年來，作為高能量密度電池，鋰離子二次電池等非水電解質電池的研究開發如火如荼。非水電解質電池作為混合動力汽車或電動汽車等車輛、移動基站的不間斷電源用等電源備受期待。另外，非水電解質電池作為晝夜耗電量的均衡化或智能電網等用途的固定型電源用電池也備受關注。因此，非水電解質電池除了要求高能量密度之外，還要求快速充放電性能、長期可靠性等其他特性也優異。例如，能夠快速充放電的非水電解質電池具有充電時間非常短的優點。另外，這種非水電解質電池在混合動力汽車中還可以提高動力性能。進而，這種非水電解質電池還可以有效地將動力的再生能量回收。為了能夠進行快速充放電，需要電子和鋰離子能夠在正極與負極之間迅速地移動。但是，使用了碳系負極的電池在反復進行快速充放電時，有金屬鋰的樹枝狀結晶析出在電極上的情況。樹枝狀結晶有導致內部短路、結果引起發熱和/或著火的危險。因此，開發了代替碳質物而使用金屬復合氧化物作為負極活性物質的電池。特別是，使用了鈦氧化物作為負極活性物質的電池具有可進行穩定的快速充放電、壽命也比碳系負極長的特性。但是，鈦氧化物與碳質物相比，相對于金屬鋰的電位更高，即更貴。而且，鈦氧化物的每單位重量的容量低。因此，負極使用了鈦氧化物的電池具有能量密度低的問題。特別是，作為負極材料使用相對于金屬鋰的電位高的材料時，與使用了碳質物的電池相比，電壓減小。因而，當將這種材料應用于電動汽車等車輛或大規模蓄電系統等需要高電壓的系統中時，具有電池的串聯數增大的問題。例如，鈦氧化物的電極電位以金屬鋰基準計為約1.5V，比碳系負極的電位更高(貴)。鈦氧化物的電位是因電化學地對鋰進行嵌入和脫嵌時的Ti3+與Ti4+之間的氧化還原反應所致，因而受到電化學方面的制約。因而，為了提高能量密度而降低電極電位實際上是困難的。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供能夠實現具有高能量密度、并兼具高的快速充放電性能和優異的壽命性能的非水電解質電池的活性物質、使用了該活性物質的非水電解質電池、具備該非水電解質電池的電池包及搭載有該電池包的車輛。根據第1實施方式，提供含有復合氧化物的活性物質。該復合氧化物以通式LixM14-yTi10-zM22+zO27+δ表示。這里，M1含有選自Na、K、Cs中的至少1種。M2含有選自Zr、Sn、V、Nb、Ta、Mo、W、Fe、Co、Mn、Ni、Al中的至少1種。x滿足0≤x＜18。y滿足0＜y＜4。z滿足0＜z＜4。δ滿足-0.3≤δ≤0.3。根據第2實施方式，提供非水電解質電池。該非水電解質電池包含含有第1實施方式的活性物質的負極、正極、和非水電解質。根據第3實施方式，提供電池包。該電池包具備第2實施方式的非水電解質電池。另外，根據實施方式，提供搭載有該電池包的車輛。根據上述構成的活性物質，能夠實現具有高能量密度、且兼具高的快速充放電性能和優異的壽命性能的非水電解質電池、電池包及車輛。附圖說明圖1是表示Li2Na2Ti6O14及Na3Ti9Nb3O27的充放電曲線的曲線圖。圖2是表示Na3Ti9Nb3O27的結晶結構的示意圖。圖3是第2實施方式的扁平型非水電解質電池的截面圖。圖4是圖3的A部的放大截面圖。圖5是示意地表示第2實施方式的另一個扁平型非水電解質電池的部分缺失立體圖。圖6是圖5的B部的放大截面圖。圖7是第3實施方式的電池包的分解立體圖。圖8是表示圖7的電池包的電路的模塊圖。圖9是表示搭載了實施方式的電池包的車輛的示意圖。具體實施方式以下參照附圖說明實施方式。其中，實施方式中共同的構成帶有相同的符號且省略重復的說明。另外，各圖是用于促進實施方式的說明及其理解的示意圖，其形狀或尺寸、比例等與實際的裝置有不同的方面，但這些也可參照以下的說明和公知的技術適當地進行設計變更。(第1實施方式)根據第1實施方式，提供含有具有單斜晶型結晶結構的復合氧化物的電池用活性物質。該復合氧化物以通式LixM14-yTi10-zM22+zO27+δ表示。這里，M1是選自Na、K、Cs中的至少1種元素。M2是選自Zr、Sn、V、Nb、Ta、Mo、W、Fe、Co、Mn、Ni、Al中的至少1種元素。x處于0≤x＜18的范圍內。y處于0＜y＜4的范圍內。z處于0＜z＜4的范圍內。δ處于-0.3≤δ≤0.3的范圍內。第1實施方式的電池用活性物質所含的復合氧化物可對應于在以通式LixM14Ti10M22O27+δ表示的具有單斜晶型結晶結構的復合氧化物中、在M1位點的一部分中導入空孔位點、并用M2元素將Ti位點的至少一部分置換了的置換氧化物。通過改變結晶結構中的M1元素的種類或量，可以改變相對于金屬鋰的氧化還原電位的電位。另外，通過在M1位點上制作空孔，易于使Li離子嵌入脫嵌，可以進一步提高充放電容量。進而，通過改變結晶結構中的M2元素的種類或置換Ti位點的M2元素的置換量，可以改變Li離子的充放電容量。第1實施方式的電池用活性物質可以相對于金屬鋰的氧化還原電位具有0.5V～1.45V(vs.Li/Li+，相對于Li/Li+)的范圍內的鋰嵌入的平均電位。由此，負極含有第1實施方式的電池用活性物質的非水電解質電池相比較于負極含有例如鋰嵌入電位為1.55V(vs.Li/Li+)的鈦復合氧化物的非水電解質電池，可以顯示更高的電池電壓。另外，第1實施方式的電池用活性物質在1.0V～1.45V(vs.Li/Li+)的電位范圍內可以對許多的Li離子進行嵌入及脫嵌。以下一邊參照圖1一邊對第1實施方式的電池用活性物質在低于1.55V的電位下能夠顯示高容量的理由進行說明。圖1示出了對電極使用金屬鋰而制成半電池時的復合氧化物Li2Na2Ti6O14的充放電曲線(虛線)及復合氧化物Na3Ti9Nb3O27的充放電曲線(實線)。實線的充放電曲線(放電/Li脫嵌曲線50及充電/Li嵌入曲線51)表示具有單斜晶型結晶結構的復合氧化物Na3Ti9Nb3O27的電位變化，該復合氧化物是第1實施方式的電池用活性物質能夠含有的復合氧化物。另一方面，虛線的充放電曲線(放電/Li脫嵌曲線40及充電/Li嵌入曲線41)表示復合氧化物Li2Na2Ti6O14的電位變化，該復合氧化物是以通式Li2+wNa2Ti6O14+δ所示的具有單斜晶型結晶結構的復合氧化物。另外，復合氧化物Na3Ti9Nb3O27是在復合氧化物Na4Ti10Nb2O27的結晶結構中將Na位點的一部分制成空孔、并用Nb將Ti位點的一部分置換所獲得的復合氧化物。如圖1所示，任一種復合氧化物在平均電壓為1.25V～1.45V(vs.Li/Li+)的范圍內均可將Li離子嵌入脫嵌。但是，復合氧化物Li2Na2Ti6O14的充放電容量低達95mAh/g左右。另一方面，如圖1所示，復合氧化物Na3Ti9Nb3O27的電池容量可以顯示高達150mAh/g的值。第1實施方式的電池用活性物質能夠含有的復合氧化物在1.55V(vs.Li/Li+)以下的工作電位下能夠對許多的Li離子嵌入脫嵌的原因在于，結晶結構中具有大的隧道結構。接著，對該復合氧化物在結晶結構中具有大的隧道結構的理由進行說明。第1實施方式的電池用活性物質能夠含有的復合氧化物本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種活性物質，其含有復合氧化物，所述復合氧化物以通式Li

【技術特征摘要】
2015.09.16 JP 2015-1829151.一種活性物質，其含有復合氧化物，所述復合氧化物以通式LixM14-yTi10-zM22+zO27+δ表示，式中，M1含有選自Na、K、Cs中的至少1個，M2含有選自Zr、Sn、V、Nb、Ta、Mo、W、Fe、Co、Mn、Ni、Al中的至少1個，且滿足0≤x＜18、0＜y＜4、0＜z＜4、-0.3≤δ≤0.3。2.根據權利要求1所述的活性物質，其中，所述復合氧化物具有屬于空間群C2、Cm、C2/m中的至少1種的單斜晶型結晶結構，a軸、b軸、c軸的晶格常數分別滿足3.根據權利要求1所述的活性物質，其中，所述復合氧化物中，M2所含元素的總價數大于+5價。4.根據權利要求1所述的活性物質，其中，所述復合氧化物是在具有以通式LixM14Ti10M22O27+δ表示的單斜晶型結晶結構中、在M1位點的一部分導入空孔位點、Ti位點的至少一部分被M2元素置換了的置換氧化物。5.根據權利要求1～3中任一項...

【專利技術屬性】
技術研發人員：原田康宏，高見則雄，吉田賴司，
申請(專利權)人：株式會社東芝，
類型：發明
國別省市：日本,JP