[發明專利]活性材料、非水電解質電池和電池組

在審

• 申請號: 201410322915.4
• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN104282899A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 高見則雄;原田康宏;伊勢一樹;吉田賴司
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M10/39
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 過曉東

相關申請的交叉參考

本申請是基于并要求2013年7月8日提交的現有日本專利申請2013-142497號的優先權，通過參考將其全部內容并入本文中。

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

通過將吸收和釋放鋰離子的石墨材料或含碳材料用于負極而制備的非水電解質電池已被商業化作為便攜式設備的高能量密度電池。近年來，已經實際使用含Ni的鋰金屬氧化物如LiNi_aCo_bAl_1-a-bO₂或LiNi_aCo_bMn_1-a-bO₂作為正極活性材料來代替LiCoO₂或LiMn₂O₄以改進電池的能量密度。

另一方面，在諸如汽車或火車等車輛中安裝電池的情況下，鑒于在高溫環境中的儲存性能、循環性能和長期高功率可靠性，需要正極和負極由在化學和電化學穩定性、機械強度和耐腐蝕性方面優異的材料形成。此外，需要正極和負極由在寒冷氣候中具有高性能、在低溫環境(-40℃)中具有高輸出性能以及具有長壽命性能的材料形成。另一方面，從提高安全性的觀點來看，已經開發了非揮發性和不燃性電解質溶液作為非水電解質；然而，由于其伴隨著輸出性能、低溫性能和長壽命性能的降低，它尚未投入實際使用。

如上所述，為了將鋰離子電池安裝在車輛上，目的在于實現高溫耐久性、循環壽命、安全性和輸出性能。

當使用鈦基氧化物如TiO₂或Li₄Ti₅O₁₂代替石墨材料或含碳材料作為負極時，電池的壽命性能和安全性得到改進。然而，能量密度降低。電池的能量密度降低是由于鈦基氧化物(相對于Li)的負極電位高達約1.5V，電池電壓降低，并且負極的容量較小。因此，為了增大電池的容量，有必要使用具有高容量并且輸出性能和壽命性能優異的鈦基氧化物。

發明內容

實施方案的目的是提供一種具有高容量并且大電流放電性能和循環壽命性能優異的活性材料、包括所述活性材料的非水電解質電池以及包括所述活性材料的電池組。

根據一個實施方案，提供包括單斜晶系的鈮鈦復合氧化物粒子和碳材料層的活性材料。所述單斜晶系的鈮鈦復合氧化物粒子可以吸收和釋放Li離子或Na離子并滿足下式(1)。所述碳材料層覆蓋所述鈮鈦復合氧化物粒子的表面的至少一部分并滿足下式(2)：

0.5≤(α/β)≤2?????(1)

0≤(γ/σ)≤0.1?????(2)

其中α表示鈮鈦復合氧化物粒子的Nb的摩爾數，β表示鈮鈦復合氧化物粒子的Ti的摩爾數，γ表示碳材料層中的氫原子數目，并且σ表示碳材料層中的碳原子數目。

根據實施方案，提供一種非水電解質電池，其包括：正極；包含所述實施方案的活性材料的負極；以及非水電解質。

根據實施方案，提供一種包括根據所述實施方案的非水電解質電池的電池組。

根據實施方案，提供一種具有高容量并且大電流放電性能和循環壽命性能優異的活性材料、包括所述活性材料的非水電解質電池，以及包括所述活性材料的電池組。

附圖說明

圖1是一個實施方案的非水電解質電池的局部剖切橫截面圖；

圖2是圖1的電池的側視圖；以及

圖3是示出一個實施方案的電池組所用的電池模塊的實施例的透視圖。

具體實施方式

(第一實施方案)

根據第一實施方案，提供包括單斜晶系的鈮鈦復合氧化物粒子和碳材料層的活性材料。所述單斜晶系的鈮鈦復合氧化物粒子可以吸收和釋放Li離子或Na離子并滿足下式(1)。所述碳材料層覆蓋所述鈮鈦復合氧化物粒子的表面的至少一部分并滿足下式(2)：

0.5≤(α/β)≤2?????(1)

0≤(γ/σ)≤0.1?????(2)

其中α表示鈮鈦復合氧化物粒子的Nb的摩爾數，β表示鈮鈦復合氧化物粒子的Ti的摩爾數，γ表示碳材料層中的氫原子數目，并且σ表示碳材料層中的碳原子數目。