[發(fā)明專利]活性物質(zhì)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811451982.0
• 申請日: 2014-09-12
• 公開（公告）號: CN110085812A
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 稻垣浩貴;原田康宏;吉田賴司;伊勢一樹;高見則雄
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社東芝
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 吳倩

根據(jù)一個實(shí)施方案，提供了活性物質(zhì)。所述活性物質(zhì)包括次級粒子和碳材料相，所述碳材料相形成在所述次級粒子的每個的至少一部分表面上。次級粒子的每個都由團(tuán)聚的活性材料初級粒子構(gòu)成。活性材料的初級粒子包括表示為Li_xM_(1?y)Nb_yNb₂O_(7+δ)的鈮復(fù)合氧化物，其中M為選自Ti和Zr中的至少一個，并且x、y和δ分別滿足0≤x≤6，0≤y≤1，和?1≤δ≤1。所述次級粒子的壓縮破裂強(qiáng)度為10MPa或更高。

本申請是2014年9月12日遞交的申請?zhí)枮?01410465397.1、名稱為“活性物質(zhì)”的申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本說明書中所述的實(shí)施方案通常涉及活性物質(zhì)、活性物質(zhì)的制造方法、非水電解質(zhì)電池、電池組以及機(jī)動車。

背景技術(shù)

最近，已經(jīng)開發(fā)出諸如鋰離子二次電池的非水電解質(zhì)電池，作為具有高能量密度的電池。非水電解質(zhì)電池可望用作車輛的電源，例如混合動力車輛或電動車，或者用于電存儲的大規(guī)模電源。進(jìn)一步，非水電解質(zhì)電池還可望用作移動電話基站的不間斷電源。因此，要求非水電解質(zhì)電池具有其它性能，例如快速充電和放電性能以及長期可靠性。能夠快速充電及放電的非水電解質(zhì)電池不但可明顯縮短充電時(shí)間，而且可以改善有關(guān)混合動力汽車的驅(qū)動力及高效恢復(fù)其再生能量的性能。

為了能夠快速充電及放電，必須使電子和鋰離子能夠在正極和負(fù)極之間快速遷移。當(dāng)負(fù)極中使用碳基材料的電池經(jīng)歷反復(fù)快速充電及放電時(shí)，會在電極上發(fā)生金屬鋰的枝狀沉淀。枝狀體會導(dǎo)致內(nèi)部短路，這會引起發(fā)熱和燃燒。

由此，使用金屬復(fù)合氧化物作為負(fù)極活性材料代替含碳材料的電池已經(jīng)得到開發(fā)。尤其是，在使用鈦氧化物作為負(fù)極活性材料的電池中，可以穩(wěn)定地進(jìn)行快速充電及放電。這類電池還比使用含碳材料的電池有更長的壽命。

然而，鈦氧化物具有比含碳材料更高的(更貴的nobler)相對于金屬鋰的電勢。進(jìn)一步，鈦氧化物單位重量的容量更低。因此，使用鈦氧化物形成的電池存在能量密度低的問題。

例如，使用鈦氧化物的電極的電勢基于金屬鋰為約1.5V，比使用含碳材料的負(fù)極的電勢更高(即更貴)。當(dāng)鋰在電化學(xué)上吸收及釋放時(shí)，鈦氧化物的電勢起因于Ti³⁺與Ti⁴⁺之間的氧化還原反應(yīng)。因此，它在電化學(xué)上是受限的。進(jìn)一步，事實(shí)在于鋰離子的快速吸收及釋放可在高達(dá)約1.5V的電極電勢下穩(wěn)定地進(jìn)行。因此，本質(zhì)上難以降低所述電極的電勢以改善能量密度。

至于單位重量的電池容量，諸如Li₄Ti₅O₁₂的鋰鈦復(fù)合氧化物的理論容量為約175mAh/g。另一方面，一般的石墨基電極材料的理論容量為372mAh/g。因此，鈦氧化物的容量密度顯著低于碳基負(fù)極材料的容量密度。這是由于實(shí)際容量的降低，因?yàn)榫w結(jié)構(gòu)中只有少量的鋰吸收中心，并且鋰易于在所述結(jié)構(gòu)中被穩(wěn)定。

鑒于上述情況，對一種含Ti和Nb的新電極材料進(jìn)行了研究。尤其是關(guān)注了表示為TiNb₂O₇的復(fù)合氧化物，原因在于其能夠得到大容量。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)一個實(shí)施方案，提供了活性物質(zhì)。所述活性物質(zhì)包括次級粒子和碳材料相，所述碳材料相形成在所述次級粒子的每個的至少一部分表面上。次級粒子的每個都由團(tuán)聚的活性材料初級粒子構(gòu)成。活性材料的初級粒子包括表示為Li_xM_(1-y)Nb_yNb₂O_(7+δ)的鈮復(fù)合氧化物，其中M為選自Ti和Zr中的至少一個，并且x、y和δ分別滿足0≤x≤6,0≤y≤1,和-1≤δ≤1。次級粒子的壓縮破裂強(qiáng)度為10MPa或更高。

根據(jù)一個實(shí)施方案，可以提供活性物質(zhì)，所述活性物質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)具有高容量、以及優(yōu)異的高電流性能和循環(huán)性能的非水電解質(zhì)電池。