[發(fā)明專利]電極、二次電池、電池組和車輛

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811040718.8
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN110299534B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設計）人: 原田康宏;高見則雄;巖崎拓哉;伊勢一樹;吉間一臣
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝;東芝基礎設施系統(tǒng)株式會社
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/131;H01M10/0525
• 代理公司: 中國貿(mào)促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 何楊

本發(fā)明提供能夠實現(xiàn)可以顯示高能量密度以及優(yōu)異的急速充放電性能和長壽命特性的二次電池的電極、具備該電極的二次電池、具備該二次電池的電池組和搭載了該電池組的車輛。根據(jù)1個實施方式，提供電極。該電極具備包含活性物質的活性物質含有層。活性物質包含含有鈮鈦復合氧化物的多個一次粒子。對于多個一次粒子中的100個一次粒子分別按照下述式(1)算出凹凸形狀系數(shù)FU，所算出的凹凸形狀系數(shù)FU的平均值為0.70以上。式(1)中，l為各一次粒子的投影截面中的外周長，a為所述各一次粒子的投影截面中的截面積。100個一次粒子具有由采用激光衍射散射法得到的多個一次粒子的粒度分布圖表所確定的平均粒徑的值的0.2倍～4倍的粒徑。

技術領域

本發(fā)明的實施方式涉及電極、二次電池、電池組和車輛。

背景技術

近年來，作為高能量密度電池，鋰離子二次電池這樣的非水電解質二次電池等二次電池的研究開發(fā)在積極地進行。期待著非水電解質二次電池等二次電池用作用于混合動力電動汽車、電動汽車等車輛、移動電話基地臺的無停電電源等的電源。因此，對二次電池而言，除了高能量密度以外，也要求急速充放電性能、長期可靠性這樣的其他性能也優(yōu)異。例如，可進行急速充放電的二次電池不僅使充電時間大幅地縮短，而且也可提高混合動力電動汽車等車輛的動力性能，可進行動力的再生能量的有效率的回收。

為了使急速充放電成為可能，需要電子和鋰離子能夠在正極與負極之間迅速地移動。但是，就使用了碳系負極的電池而言，如果反復進行急速充放電，則在電極上發(fā)生金屬鋰的樹枝狀結晶析出，有可能發(fā)生內(nèi)部短路引起的發(fā)熱、著火。

因此，開發(fā)了代替碳質物而將金屬復合氧化物用于負極的電池。其中，將鈦氧化物用于負極的電池具有如下特性：可進行穩(wěn)定的急速充放電，與使用了碳系負極的情形相比壽命也長。

但是，鈦氧化物與碳質物相比，相對于金屬鋰的電位高，即貴。而且，鈦氧化物的單位重量的容量低。因此，將鈦氧化物用于負極的電池存在能量密度低的問題。

例如，鈦氧化物的電極電位以金屬鋰為基準，約為1.5V(vs.Li/Li⁺)，比碳系負極的電位高(貴)。鈦氧化物的電位由于起因于將鋰電化學地嵌入/脫嵌時的Ti³⁺與Ti⁴⁺之間的氧化還原反應，因此在電化學上受到制約。另外，也存在如下事實：在1.5V(vs.Li/Li⁺)左右的高電極電位下可穩(wěn)定地進行鋰離子的急速充放電。因此，以往，為了提高能量密度而降低電極電位是困難的。

另一方面，關于每單位重量的容量，二氧化鈦(銳鈦礦結構)的理論容量為165mAh/g左右，Li₄Ti₅O₁₂這樣的尖晶石型鋰鈦復合氧化物的理論容量也為180mAh/g左右。另一方面，一般的石墨系電極材料的理論容量為385mAh/g以上。因而，鈦氧化物的容量密度與碳系負極的容量密度相比，顯著地低。其原因在于，在鈦氧化物的結晶結構中吸留鋰的位點少；在結構中鋰容易穩(wěn)定化，因此實質上的容量降低。

鑒于以上內(nèi)容，研究了含有Ti和Nb的新的電極材料。期待著這樣的鈮鈦復合氧化物材料具有高充放電容量。特別地，由TiNb₂O₇表示的復合氧化物具有超過380mAh/g的高理論容量，但TiNb₂O₇的電極中的實用的容量低達260mAh/g左右，存在充放電的壽命短的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的課題在于提供能夠實現(xiàn)可以顯示出高能量密度以及優(yōu)異的急速充放電性能和長壽命特性的二次電池的電極、具備該電極的二次電池、具備該二次電池的電池組和搭載了該電池組的車輛。

根據(jù)第1實施方式，提供電極。該電極具備包含活性物質的活性物質含有層。活性物質包含含有鈮鈦復合氧化物的多個一次粒子。對于多個一次粒子中的100個一次粒子分別按照下述式(1)算出凹凸形狀系數(shù)FU，所算出的凹凸形狀系數(shù)FU的平均值(FU_ave)為0.70以上。