[發明專利]非水電解質電池、用于該非水電解質電池的其電極和電池組

有效

• 申請號: 201210251233.X
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN103022416A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 保科圭吾;巖崎拓哉;笹川哲也;稻垣浩貴;高見則雄
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/485;H01M10/05
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 過曉東;譚邦會

相關申請的交叉引用

本申請基于并要求享有2011年9月20日提交的申請號為2011-205304的在先日本專利申請優先權權益，其內容以全文引用的方式結合在此。

技術領域

本發明一般而言涉及非水電解質電池、電池用其電極及電池組。

背景技術

具有單斜晶系β-型結構的鈦氧化物已經開發成為用于非水電解質電池例如鋰離子二次電池的負極材料。使用具有單斜晶系β-型結構鈦氧化物的電極理論容量高達約330mAh/g。另一方面，傳統使用的采用尖晶石結構的鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)的電極理論容量為約170mAh/g。這樣，似乎使用具有單斜晶系β-型結構鈦氧化物開發的電池具有比傳統電池明顯更高的容量。然而，使用具有單斜晶系β-型結構鈦氧化物的非水電解質電池具有低的輸入-輸出特性。

附圖說明

圖1所示為根據第一實施方案的電極的示意性截面圖；

圖2所示為根據第二實施方案的非水電解質二次電池的示意性截面圖；

圖3所示為圖2中的部分A的放大剖視圖；

圖4所示為根據第三實施方案的電池組的分解透視圖；

圖5所示為圖4的電池組的電路方塊圖；

圖6所示為活性材料層的電極密度和能量密度之間的關系圖；和

圖7所示為根據實施例1和對比例1的電極的X射線衍射圖。

具體實施方式

一般而言，根據一個實施方案，提供了一種用于非水電解質電池的電極。該電池包括集電體和設置在該集電體上的活性材料層。該活性材料層包括單斜晶系β-型鈦復合氧化物。當采用Cu-Kα射線源對電極進行X射線衍射測量時，源自單斜晶系β-型鈦復合氧化物的晶體的(020)面的峰其反射強度I(020)與源自單斜晶系β-型鈦復合氧化物的晶體的(001)面的峰其反射強度I(001)之比在0.6到1.2的范圍內。

(第一實施方案)

圖1顯示了根據第一實施方案的用于非水電解質電池的電極的實例。圖1是該電極的示意性截面圖。

電極10包括集電體10a和活性材料層10b。活性材料層10b設置在集電體10a的兩個表面上。活性材料層10b含有活性材料12、導電劑14和粘結劑(未示出)。活性材料層10b可以只設置在集電體10a的一個表面上。活性材料層10b可以不包含導電劑14和粘結劑。

單斜晶系β-型鈦復合氧化物被用作活性材料12。這里，術語“單斜晶系β-型鈦復合氧化物”是指具有單斜晶系二氧化鈦晶體結構的鈦復合氧化物。所述單斜二氧化鈦的晶體結構主要屬于空間群C2/m，并具有隧道結構。單斜二氧化鈦的晶體結構詳細描述可見述于例如G.Armstrong，A.R.Armstrong，J.Canales，P.G.Bruce的Electrochem.Solid-state?Lett.，9，A139(2006)。

當采用Cu-Kα射線源以粉末X射線衍射方法(XRD)對電極10進行測量時，源自單斜晶系β-型鈦復合氧化物的晶體的(020)面的峰其反射強度I(020)與源自單斜晶系β-型鈦復合氧化物的晶體的(001)面的峰其反射強度I(001)之比在0.6-1.2的范圍內。這里，該比率稱為“比率I(020)/I(001)”。

在XRD圖中，源自晶體的(020)面的峰出現在2θ＝48.5°附近，這里，術語“2θ＝48.5°附近”是指2θ＝48.5°±0.5°。在這種情況下，2θ的范圍是從48°到49°。

在XRD圖中，源自晶體的(001)面的峰出現在2θ＝14.3°附近，這里，術語“2θ＝14.3°附近”是指2θ＝14.3°±0.5°。在這種情況下，2θ的范圍是從13.8°到14.8°。

當比率I(020)/I(001)在上述范圍內時，所述電極可顯示出優秀的輸入-輸出特性。

在單斜晶系β-型鈦復合氧化物的晶體中，鋰離子沿垂直于(020)面的方向移動。因此，(020)面有利于鋰離子的插入和釋放。這樣，可以通過增加處于平行于電極表面的狀態的(020)面來改善電極的輸入-輸出特性。當平行于電極表面的(020)面增加時，反射強度I(020)就會變大。結果，比率I(020)/I(001)就會變大。相應地，當所述比率I(020)/I(001)大的時候，電極就會顯示出好的輸入-輸出特性。