[發明專利]活性材料、非水電解質電池和電池組

在審

• 申請號: 201310292480.9
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN103545495A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 稻垣浩貴;原田康宏;高見則雄
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 于輝

相關申請的交互參引

本申請基于2012年7月12日提交的日本專利申請2012-156500，并要求其優選權，在此將其全部內容通過援引加入的方式納入本文。

技術領域

本文所述的實施方案一般涉及活性材料、非水電解質電池和電池組。

背景技術

近來，已研發非水電解質電池例如鋰離子二次電池作為具有高能量密度的電池。期待將非水電解質電池用作混合動力車輛或電動汽車的動力源。此外，期待將其用作便攜式電話用基站等的不間斷電力供應。為此，希望非水電解質電池具有其它性質，例如快速的充放電性能和長期的可靠性。例如，能夠快速充/放電的非水電解質電池不但顯著地縮短充電時間，而且能夠改善混合動力車輛的動力性能，并能夠有效地恢復它們的可再生能量。

為了能夠快速充/放電，電子和鋰離子必須可在正極和負極之前快速遷移。當在負極中使用碳基材料的電池進行反復快速充/放電時，在電極上出現金屬鋰的枝狀物(dendrite)沉淀。枝狀物造成內部短路，從而可導致放熱和燃燒。

鑒于此，已研發使用金屬復合氧化物替代含碳材料作為負極活性材料的電池。特別地，在使用氧化鈦作為負極活性材料的電池中，可穩定地進行快速充/放電。該電池還具有比那些使用含碳材料的電池更長的壽命。

但是，氧化鈦比含碳材料具有更高的基于金屬鋰的電位。此外，氧化鈦具有較低的單位重量的容量。例如，使用氧化鈦的電池具有能量密度低的問題。

使用氧化鈦的電極的電位為基于金屬鋰約1.5V，并且比使用含碳材料的負極的電位更高。氧化鈦的電位是當電化學嵌入和釋放鋰時Ti³⁺和Ti⁴⁺之間發生氧化還原反應從而產生的。因此，它是電化學上受限的。此外，實際上鋰離子的快速充/放電可在高達約1.5V的電極電位下穩定地進行。因此，基本上難以降低電極電位以改善能量密度。

對于單位重量的電池容量，鋰-鈦復合氧化物例如Li₄Ti₅O₁₂的理論容量為約175mAh/g。另一方面，常規的石墨型電極材料的理論容量為372mAh/g。因此，氧化鈦的容量密度顯著低于碳型材料的容量密度。這是由于因晶體結構中僅存在少量的鋰-吸收位點并且鋰易于在結構中穩定而使實質容量（substantial?capacity）降低。

鑒于這些情況，已測試了含Ti和Nb的新電極材料。期待該材料具有高充放電容量。特別地，由TiNb₂O₇表示的復合氧化物的理論容量超過300mAh/g。但是，需要在1300-1400°C下的高溫燒結以改善復合氧化物例如TiNb₂O₇的結晶度。這帶來了例如低產率和不佳的倍率性能(rate?performance)的問題。

發明內容

根據實施方案，提供可具有極佳的倍率性能和高能量密度的活性材料、使用該活性材料的非水電解質電池和包含該非水電解質電池的電池組。

根據一個實施方案，活性材料包含由式TiNb₂O₇表示的單斜晶晶體結構。該活性材料包含元素M，其包含選自Mg、Ca、Sr、Ba、Pb和P的至少一種元素。

根據實施方案，非水電解質電池包含正極、負極和非水電解質。該負極包含所述實施方案的活性材料。

根據實施方案，電池組包含所述實施方案的非水電解質電池。

根據實施方案，提供可具有極佳的倍率性能和高能量密度的活性材料。

附圖說明

圖1是顯示單斜晶TiNb₂O₇的晶體結構的模式圖；

圖2是從另一方向觀察到的圖1晶體結構的模式圖；

圖3是根據第二實施方案的扁平形非水電解質電池的截面視圖。

圖4是圖3中A部分的放大截面視圖；

圖5是示意性顯示根據第二實施方案的另一扁平形非水電解質電池的局部剖開的透視圖；

圖6是圖5中B部分的放大截面圖；

圖7是根據第三實施方案的電池組的分解透視圖；

圖8是顯示圖7電池組的電路的框圖。

具體實施方式

以下將參照附圖描述實施方案。

(第一實施方案)