[發明專利]活性材料

有效

• 申請號: 201310524867.2
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103794772B
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 稻垣浩貴;張文;原田康宏;高見則雄
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 張海濤,于輝

相關申請的交叉引用

本申請基于2012年10月30日申請的申請號為2012-239487的在先日本專利申請的優先權，其全部內容在此通過引用并入本文。

技術領域

這里所描述的實施方案通常涉及活性材料、非水電解質電池和電池組。

背景技術

最近，非水電解質電池如鋰離子電池的研究很活躍并且其被開發成高能密度電池。非水電解質電池有望作為能源用于混合動力電動車輛、電動車輛或便攜電話的不間斷能源供給基站。為此，希望非水電解質電池除高能量密度外，還具有其它性能如快速充/放電性能和長期可靠性。例如，能夠快速充/放電的非水電解質電池不僅顯著縮短了充電時間還使提高混合動力車輛的動力性能及有效地使用可再生能源作為動力成為可能。

為了能夠快速充/放電，需要電子和鋰離子能夠在正電極和負電極之間快速遷移。當使用碳基負電極的非水電解質電池反復快速充/放電時，在電極上會出現金屬鋰的枝晶析出，產生了關于放熱及因內部短路而著火的憂慮。

鑒于此，開發了使用金屬復合氧化物替代碳材料作負電極的非水電解質電池。具體而言，利用鈦氧化物作為負電極的非水電解質電池可穩定地快速充/放電。該電池還比基于碳材料的電池具有更長的壽命。

然而，相對金屬鋰，鈦氧化物比碳材料具有更高（即更惰性）的電勢。而且，鈦氧化物的單位重量的容量較低。因此，使用鈦氧化物作為負電極的非水電解質電池具有能量密度低的問題。

發明概要

通常，根據一個實施方案，提供了用于電池的活性材料。該活性材料包括下式表示的斜方晶系氧化物：Li_xM1M2₂O₆。在此式中，0≤x≤5，M1是選自Fe和Mn中的至少一種，及M2是選自Nb、Ta、和V中的至少一種。

根據一個實施方案，提供可實現具有優異的快速充/放電性能和高能量密度的非水電解質電池的活性材料。

附圖說明

圖1是根據第二實施方案的扁平狀非水電解質電池的剖視圖；

圖2是圖1中A部分的放大剖視圖

圖3是示意性顯示根據第二實施方案的另一扁平狀非水電解質電池的部分切除的透視圖；

圖4是圖3中B區的放大剖視圖；

圖5是根據第三實施方案電池組的分解透視圖；

圖6是顯示圖5所示電池組電路的框圖；及

圖7是實施例1制備的電極的第一電荷（Li插入）曲線。

發明內容

下面將根據附圖解釋實施方案。這里，對所有實施方案通用的結構用同樣的符號表示，將省略重復解釋。同時，每個附圖都是用來解釋實施方案及有助于理解實施方案的典型視圖。然而，有些部件不同于實際器件的形狀、尺寸及比例，這些結構設計可在通過考慮下述解釋和已知技術進行適當修改。

（第一實施方案）

根據第一實施方案，提供了包含用式Li_xM1M2₂O₆表示的斜方晶系氧化物的活性材料。在此式中，0≤x≤5，M1是至少一種選自Fe和Mn中的元素，及M2是至少一種選自Nb、Ta、和V中的元素。

在式Li_xM1M2₂O₆(0≤x≤5)所示的斜方晶系氧化物中鋰離子的含量 根據充電和放電狀態而變化，每1mol氧化物的最大Li離子含量為5mol。含有該氧化物活性材料的電極能夠提高單位質量鋰離子的吸收/釋放量。因此，包含該氧化物活性材料電極的非水電解質電池能夠實現高的能量密度。

式Li_xM1M2₂O₆(0≤x≤5)所示的斜方晶系氧化物因鋰的吸收和釋放反應而具有漸變的電勢（從0.5V（相對于Li/Li⁺）至2.5V（相對于Li/Li⁺））。因此，包含斜方晶系氧化物活性材料電極的非水電解質電池能夠在比金屬鋰電結晶期間的電勢更加高的電勢下吸收和釋放鋰。非水電解質電池可以降低或消除金屬鋰的電結晶，從而實現快速充電和放電。