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电极、非电解质电池、电池包及车辆

阅读:864发布:2024-01-19

专利汇可以提供电极、非电解质电池、电池包及车辆专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且实施方式涉及 电极 、非 水 电 解质 电池 、电池包及车辆。本 发明 的课题是提供能够得到优异的寿命特性的电极。根据实施方式,提供一种电极(3)。电极(3)具备含活性物质层(3b)。含活性物质层(3b)包含具有斜方晶型的 晶体结构 的含Na的铌 钛 复合 氧 化物。含活性物质层(3b)满足I2/I1≥1。I1为在关于含活性物质层(3b)的通过 X射线 光 电子 能谱法得到的 X射线 光电子 能谱 中在289~292eV的结合能范围内出现的峰P1的强度。I2为在含活性物质层(3b)的X射线光电子能谱中在283~285eV的结合能范围内出现的峰P2的强度。,下面是电极、非电解质电池、电池包及车辆专利的具体信息内容。

1.一种电极,其具备包含具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌复合化物的含活性物质层,
所述含活性物质层满足I2/I1≥1,I1为在关于所述含活性物质层的通过X射线电子能谱法得到的X射线光电子能谱中在289~292eV的结合能范围内出现的峰P1的强度,I2为在所述X射线光电子能谱中在283~285eV的结合能范围内出现的峰P2的强度。
2.根据权利要求1所述的电极,其中,所述含Na的铌钛复合氧化物以通式Li2+vNa2-wM1xTi6-y-zNbyM2zO14+δ表示,
在所述通式中,v、w、x、y、z及δ分别在0≤v≤4、0所述M1为选自由Cs、K、Mg、Sr、Ba及Ca构成的组中的至少1种金属元素,
所述M2为选自由Zr、Sn、V、Ta、Mo、W、Fe、Co、Mn及Al构成的组中的至少1种金属元素。
3.根据权利要求1或2所述的电极,其中,所述含活性物质层满足1≤I2/I1≤5。
4.根据权利要求1或2所述的电极,其中,所述含活性物质层满足1≤I2/I1≤3。
5.一种非电解质电池,其具备:
具有含负极活性物质层的负极,所述含负极活性物质层包含具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物,
正极,和
非水电解质;
所述含负极活性物质层满足I2/I1≥1,I1为在关于所述含负极活性物质层的通过X射线光电子能谱法得到的X射线光电子能谱中在289~292eV的结合能范围内出现的峰P1的强度,I2为在所述X射线光电子能谱中在283~285eV的结合能范围内出现的峰P2的强度。
6.根据权利要求5所述的非水电解质电池,其中,所述含Na的铌钛复合氧化物以通式Li2+vNa2-wM1xTi6-y-zNbyM2zO14+δ表示,
在所述通式中,v、w、x、y、z及δ分别在0≤v≤4、0所述M1为选自由Cs、K、Mg、Sr、Ba及Ca构成的组中的至少1种金属元素,
所述M2为选自由Zr、Sn、V、Ta、Mo、W、Fe、Co、Mn及Al构成的组中的至少1种金属元素。
7.根据权利要求5或6所述的非水电解质电池,其中,所述含负极活性物质层满足1≤I2/I1≤5。
8.根据权利要求5或6所述的非水电解质电池,其中,所述含负极活性物质层满足1≤I2/I1≤3。
9.根据权利要求5~8中任1项所述的非水电解质电池,其中,所述非水电解质包含酸亚乙酯。
10.一种电池包,其具备权利要求5~9中任1项所述的非水电解质电池。
11.根据权利要求10所述的电池包,其中,进一步具备:
通电用的外部端子、和
保护电路
12.根据权利要求10或11所述的电池包,其具备多个所述非水电解质电池,所述非水电解质电池以串联、并联、或将串联及并联组合的方式电连接。
13.一种车辆,其搭载有权利要求10~12中任1项所述的电池包。
14.根据权利要求13所述的车辆,其包含将所述车辆的动能转换成再生能量的机构。

说明书全文

电极、非电解质电池、电池包及车辆

技术领域

[0001] 本发明的实施方式涉及电极、非水电解质电池、电池包及车辆。

背景技术

[0002] 通过锂离子在负极和正极中移动而进行充放电的非水电解质电池作为高能量密度电池而进行了广泛研究。
[0003] 该非水电解质电池除了作为小型电子设备用电源的利用以外,还被期待作为车载用途或固定用途等中大型电源的利用。在那样的中大型用途中,非水电解质电池被要求寿命特性、高的安全性。进而,非水电解质电池还需要高的输入输出特性。
[0004] 作为具有寿命特性和高的安全性的非水电解质电池的一个例子,已知有在负极中使用了具有尖晶石型的晶体结构酸锂的非水电解质电池。具有尖晶石型的晶体结构的钛酸锂的锂嵌入脱嵌电位高达1.55V(vs.Li/Li+)左右。因此,负极中使用了具有尖晶石型的晶体结构的钛酸锂的非水电解质电池的电池电压低。此外,具有尖晶石型的晶体结构的钛酸锂具有下述特征:在锂嵌入及脱嵌电位范围内,伴随充电状态的变化,电位的变化非常小。即,尖晶石型钛酸锂的充放电曲线在锂嵌入及脱嵌电位范围内包含电位的平坦部。
[0005] 在这样的非水电解质电池中,要求寿命特性的进一步改善。

发明内容

[0006] 发明所要解决的问题
[0007] 本发明的目的是:提供能够得到优异的寿命特性的电极、能够显示优异的寿命特性的非水电解质电池、具备该非水电解质电池的电池包、及具备该电池包的车辆。
[0008] 用于解决问题的手段
[0009] 根据实施方式,提供一种电极。该电极具备含活性物质层。含活性物质层包含具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合化物。含活性物质层满足I2/I1≥1。I1是在关于含活性物质层的通过X射线光电子能谱法(X-ray Photoelectron Spectroscopy:XPS)得到的X射线光电子能谱(XPS光谱)中,在289~292eV的结合能范围内出现的峰P1的强度。I2是在含活性物质层的X射线光电子能谱中在283~285eV的结合能范围内出现的峰P2的强度。
[0010] 根据实施方式,提供一种非水电解质电池。该非水电解质电池具备负极、正极和非水电解质。负极具备含负极活性物质层。含负极活性物质层包含具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物。含负极活性物质层满足I2/I1≥1。I1是在关于含负极活性物质层的通过X射线光电子能谱法(X-ray Photoelectron Spectroscopy:XPS)得到的X射线光电子能谱(XPS光谱)中在289~292eV的结合能范围内出现的峰P1的强度。I2是在含负极活性物质层的X射线光电子能谱中在283~285eV的结合能范围内出现的峰P2的强度。
[0011] 根据实施方式,提供一种电池包。该电池包具备实施方式所述的非水电解质电池。
[0012] 根据实施方式,提供一种车辆。该车辆搭载有实施方式所述的电池包。
[0013] 根据1个实施方式,能够提供可得到优异的寿命特性的电极。附图说明
[0014] 图1是实施方式所述的一个例子的非水电解质电池所具备的负极的表面及参考例的电池所具备的负极的表面各自的XPS光谱的一部分。
[0015] 图2是表示实施方式所述的非水电解质电池的一个例子的剖视图。
[0016] 图3是图2的A部的放大剖视图。
[0017] 图4是示意性地表示实施方式所述的非水电解质电池的其他例子的局部切口立体图。
[0018] 图5是图4的B部的放大剖视图。
[0019] 图6是表示实施方式所述的电池包的一个例子的分解立体图。
[0020] 图7是表示图6的电池包的电路的方框图
[0021] 图8是实施方式所述的车辆的一个例子的概略剖视图。
[0022] 图9是表示实施方式所述的其他例子的车辆的构成的图。
[0023] 图10A是表示实施例1的非水电解质电池的制作步骤的一部分的概略图。
[0024] 图10B是表示实施例1的非水电解质电池的制作步骤的一部分的概略图。
[0025] 图10C是表示实施例1的非水电解质电池的制作步骤的一部分的概略图。
[0026] 图10D是表示实施例1的非水电解质电池的制作步骤的一部分的概略图。
[0027] 图10E是表示实施例1的非水电解质电池的制作步骤的一部分的概略图。
[0028] 图10F是表示实施例1的非水电解质电池的制作步骤的一部分的概略图。
[0029] 图11是实施例1及比较例1各自的非水电解质电池所具备的负极的表面各自的XPS光谱的一部分。
[0030] (符号的说明)
[0031] 1及11电极组、2及12外包装构件、2a、2b及2c热封部、2A及2B切取线、3及14负极、3a及14a负极集电体、3b及14b含负极活性物质层、4及15隔膜、5及13正极、5a及13a正极集电体、5b及13b含正极活性物质层、6及16负极端子、7及17正极端子、8液状非水电解质、10非水电解质电池、20及42电池包、22粘接胶带、23组电池、24印制电路布线基板、25热敏电阻、26保护电路、27通电用端子、28正极侧引线、29正极侧连接器、30负极侧引线、31负极侧连接器、32及33布线、34a正侧布线、34b负侧布线、35用于电压检测的布线、36保护片材、37收纳容器、38盖、41及300车辆、301车辆用电源、310通信总线、311电池管理装置、312a、312b及312c电池包、314a、314b及314c组电池、313a、313b及313c组电池监视装置、316正极端子、
317负极端子、331布线、333开关装置、340变换器、345驱动电机、370外部端子、380车辆ECU。

具体实施方式

[0032] 以下,参照附图对实施方式进行说明。再者,贯通实施方式对于通用的构成标记同一符号,并将重复的说明省略。此外,各图是用于促进实施方式的说明和其理解的示意图,其形状及尺寸、比例等有与实际装置不同的地方,但这些可参酌以下的说明和公知的技术适宜地进行设计变更。
[0033] (第1实施方式)
[0034] 根据第1实施方式,提供一种电极及非水电解质电池。该非水电解质电池具备作为负极的该电极、正极和非水电解质。负极具备含负极活性物质层。含负极活性物质层包含具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物。含负极活性物质层满足I2/I1≥1。I1是在关于含负极活性物质层的通过X射线光电子能谱法得到的X射线光电子能谱中在289~292eV的结合能范围内出现的峰P1的强度。I2是在含负极活性物质层的X射线光电子能谱中在283~285eV的结合能范围内出现的峰P2的强度。
[0035] 第1实施方式所述的非水电解质电池的负极所包含的具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物是含钛的氧化物中能够以低的电位嵌入或脱嵌Li的复合氧化物。例如,具有斜方晶型的晶体结构且以通式Li2+vNa2-wM1xTi6-y-zNbyM2zO14+δ表示的含Na的铌钛复合氧化物能够显示1.2~1.4V(vs.Li/Li+)的范围内的锂嵌入及脱嵌电位、即工作电位。在上述通式中,M1为选自由Cs、K、Mg、Sr、Ba及Ca构成的组中的至少1种,M2为选自由Zr、Sn、V、Ta、Mo、W、Fe、Co、Mn及Al构成的组中的至少1种,0≤v≤4、0
[0036] 此外,例如具有斜方晶型的晶体结构且由上述通式所表示的含Na的铌钛复合氧化物在上述工作电位范围内,伴随着充电状态的变化,能够显示大的电位变化。
[0037] 因此,在负极中使用具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物的非水电解质电池与在负极中使用钛酸锂的非水电解质电池相比,能够显示高的电池电压,并且能够基于电位的变化而容易地把握充电状态。
[0038] 然而,发明人们进行了深入研究,结果获知,斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物由于反应性高,所以具有容易与非水电解质发生副反应的问题。并且获知,使用了斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的非水电解质电池以该副反应为原因,存在寿命特性差的问题。为了解决该问题进行了深入研究,结果发明人们实现了第1实施方式所述的非水电解质电池。
[0039] 第1实施方式所述的非水电解质电池具备包含具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物且在利用X射线光电子能谱法(X-ray Photoelectron Spectroscopy:XPS)得到的X射线光电子能谱(XPS光谱)中强度比I2/I1为1以上的含负极活性物质层。这样的非水电解质电池能够在含负极活性物质层上充分地形成包含C-C部分和/或CHα部分(其中α为1以上且3以下)的被膜。其详细的理由以下参照图1进行说明。在这样的第1实施方式所述的非水电解质电池中,虽然含负极活性物质层包含具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物,但形成于含负极活性物质层的表面上的被膜能够防止含Na的铌钛复合氧化物与非水电解质的副反应。其结果是,第1实施方式所述的非水电解质电池能够显示优异的寿命特性。
[0040] 接着,参照图1对在第1实施方式所述的非水电解质电池中在含负极活性物质层的表面形成有充分的被膜的理由进行说明。
[0041] 图1表示第1实施方式所述的一个例子的非水电解质电池所具备的负极的表面及参考例的电池所具备的负极的表面各自的XPS光谱的一部分。
[0042] 图1中以实线表示的光谱(1)为关于第1实施方式所述的第1例的非水电解质电池所具备的负极的表面的C1s轨道的XPS光谱。此外,图1中以虚线表示的光谱(2)为关于除了没有进行以下详细说明的老化处理以外、与第1例的非水电解质电池同样地操作而制作的参考例1的非水电解质电池中包含的负极的表面的C1s轨道的XPS光谱。并且,图1中以点线表示的光谱(3)为关于除了变更非水电解质的组成以外、与第1例的非水电解质电池同样地操作而制作的参考例2的非水电解质电池中包含的负极的表面的C1s轨道的XPS光谱。在参考例2中,供于老化的电池单元中包含的非水电解质不包含酸亚乙酯。
[0043] 在图1中所示的3个光谱(1)~(3)中,在289~292eV的结合能范围内具有峰顶的峰P1在关于组装入电池中之前的负极的表面的XPS光谱中也出现。因而,峰P1可以说是来源于含负极活性物质层的构成材料、具体而言导电剂及粘结剂的峰。
[0044] 若将图1中所示的3个光谱(1)~(3)进行比较,则获知关于峰P1的强度I1,关于第1实施方式所述的第1例的电池的光谱(1)的强度I1最小。另一方面,获知峰P1在关于参考例1及2的电池的光谱(2)及(3)中,显示同样的强度。
[0045] 另一方面,在图1中所示的3个光谱(1)~(3)中,在283~285eV的结合能范围内具有峰顶的峰P2显示与峰P1不同的行为。具体而言,如由图1表明的那样,光谱(1)中的峰P2的强度I2比光谱(2)及(3)的强度I2大。此外获知,关于峰P2的强度I2,关于没有进行老化的参考例1的电池的光谱(2)的强度I2最小。由该事实获知,峰P2为来源于通过以下详细说明的老化而产生的物质的峰。
[0046] 汇总而言,由峰P1的行为认为,在显示XPS光谱(1)的负极中,由于在含负极活性物质层的表面形成有某些物质、即表面被膜,所以来源于含负极活性物质层的构成材料的峰P1的强度I1小。此外,由峰P2的行为获知,形成于显示XPS光谱(1)的负极的含负极活性物质层的表面上的表面被膜为通过以下详细说明的老化而产生的物质。
[0047] 另外,峰P1可归属于构成COO部分和/或CO32-部分的C。此外,峰P2可归属于构成C-C部分和/或CHα部分(其中α为1以上且3以下)的C。
[0048] 进而,在光谱(3)的284~286eV的结合能区域中显示峰顶的峰P3与峰P2同样地可归属于构成C-C部分和/或CHα部分的C。认为峰P3由于没有通过老化而充分地形成被膜,所以与峰P2相比在高能量区域中具有峰顶。
[0049] 并且,在光谱(2)中显著的峰P4在286~287eV的结合能区域中显示峰顶。该峰P4可归属于构成C-O部分和/或C-N部分的C。
[0050] 形成于含负极活性物质层的表面上的被膜能够抑制含负极活性物质层所包含的含Na的铌钛复合氧化物与非水电解质的副反应。
[0051] 强度比I2/I1为来源于表面被膜的成分的峰P2的强度相对于来源于含负极活性物质层的构成材料的成分的峰P1的强度的比。该强度比I2/I1为1以上的第1实施方式所述的非水电解质电池如之前说明的那样,在含负极活性物质层的表面上形成有充分的被膜,能够抑制含负极活性物质层所包含的含Na的铌钛复合氧化物与非水电解质的副反应。其结果是,第1实施方式所述的非水电解质电池能够显示优异的寿命特性。
[0052] 另一方面,在强度比I2/I1低于1的非水电解质电池中,没有在含负极活性物质层的表面上形成充分的被膜。这样的非水电解质电池由于无法充分地抑制含负极活性物质层所包含的含Na的铌钛复合氧化物与非水电解质的副反应,所以无法显示优异的寿命特性。
[0053] 强度比I2/I1优选为5以下。强度比I2/I1为1以上且5以下时,更适度地形成被膜。强度比I2/I1更优选为1以上且3以下。
[0054] 另外,例如具有尖晶石型的晶体结构的钛酸锂(例如,Li4Ti5O12)与具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物相比,与非水电解质的反应性低。因此,具备不包含具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物、但取而代之包含具有尖晶石型的晶体结构的钛酸锂的负极的非水电解质电池无法期待由将强度比I2/I1设定为1以上带来的寿命特性的提高。认为这是由于:钛酸锂由于工作电位高于具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物,所以难以在负极的表面形成被膜。进而,钛酸锂不管强度比I2/I1的值如何,都能够显示优异的循环特性。
[0055] 以下,对第1实施方式所述的非水电解质电池更详细地进行说明。
[0056] 第1实施方式所述的非水电解质电池具备负极、正极和非水电解质。
[0057] 负极具备含负极活性物质层。负极也可以进一步具备负极集电体。负极集电体可以具有彼此朝着相反的方向的2个表面。负极集电体例如为带状。含负极活性物质层可以担载于负极集电体的两个表面或一个表面上。负极集电体也可以包含没有担载含负极活性物质层的部分。该部分例如可以作为负极极起作用。或者,负极也可以包含与负极集电体分开的负极极耳。
[0058] 含负极活性物质层可以包含负极活性物质。具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物可以作为负极活性物质、或作为负极活性物质的一部分包含于含负极活性物质层中。含负极活性物质层可以进一步包含导电剂及粘结剂。
[0059] 含负极活性物质层可以构成负极的表面。即,负极的X射线光电子能谱也可以说是含负极活性物质层的表面的X射线光电子能谱。
[0060] 如之前说明的那样,在第1实施方式所述的非水电解质电池中,处于在含负极活性物质层的表面上形成有被膜的状态。但是,该被膜与含负极活性物质层的厚度相比非常薄,不用说通过肉眼,即使通过例如扫描型电子显微镜,也难以将其存在作为图像确认。然而,若通过含负极活性物质层的X射线光电子能谱得到的强度比I2/I1为1以上,则通过之前说明的理由,可以说在含负极活性物质层的表面上充分地形成有被膜。此外,可以由XPS的结果进行被膜的存在的确认及其来源的推定,但难以确认被膜的组成自身。
[0061] 正极可以具备正极集电体和含正极活性物质层。正极集电体可以具有彼此朝着相反的方向的2个表面。正极集电体例如为带状。含正极活性物质层可以担载于正极集电体的两个表面或一个表面上。正极集电体也可以包含没有担载含正极活性物质层的部分。该部分例如可以作为正极极耳起作用。或者,正极也可以包含与正极集电体分开的正极极耳。含正极活性物质层例如可以包含正极活性物质、导电剂及粘结剂。
[0062] 第1实施方式所述的非水电解质电池也可以进一步具备隔膜、外包装构件、正极端子及负极端子。
[0063] 正极及负极可以在中间夹着隔膜而构成电极组。非水电解质可以保持在电极组中。电极组可以采取各种形态。例如,电极组也可以为堆叠(stack)型。堆叠型的电极组例如可以通过使多个正极与多个负极以在正极与负极之间夹着隔膜的状态彼此层叠而得到。或者,电极组也可以是卷绕型。卷绕型的电极组例如可以通过将在正极与负极之间夹着隔膜并将它们层叠而得到的层叠体卷绕来得到。卷绕体也可以供于加压。电极组也可以具有除以上的结构以外的结构。
[0064] 外包装构件可以容纳电极组及非水电解质。正极端子可以与正极电连接。负极端子可以与负极电连接。
[0065] 以下,对正极、负极、非水电解质、隔膜、外包装构件、正极端子及负极端子进行详细说明。
[0066] 1)正极
[0067] 正极集电体优选为箔、或包含选自Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及Si中的至少1种元素的铝合金箔。
[0068] 铝箔及铝合金箔的厚度例如为20μm以下,更优选为15μm以下。铝箔的纯度优选为99质量%以上。作为铝合金,优选包含镁、锌、、等元素的合金。另一方面,、镍、铬等过渡金属的含量优选为1%以下。
[0069] 作为正极活性物质,可以使用选自例如能够嵌入脱嵌锂的二氧化锰(MnO2)、氧化铁、氧化铜及氧化镍、以及锂锰复合氧化物(例如LixMn2-yMyO4或LixMn1-yMyO2)、锂镍复合氧化物(例如LixNi1-xMyO2)、锂钴复合氧化物(例如LixCo1-yMyO2)、锂镍钴复合氧化物(例如LixNi1-y-zCoyMzO2)、锂锰钴复合氧化物(例如LixMn1-y-zCoyMzO2)、锂镍钴锰复合氧化物(例如,LixNi1-y-zCoyMnzO2)、锂镍钴铝复合氧化物(例如,LixNi1-y-zCoyAlzO2)、具有尖晶石型的晶体结构的锂锰镍复合氧化物(例如LixMn2-yNiyO4)、具有橄榄石型的晶体结构的锂磷酸化物(例如,LixFePO4、LixMnPO4、LixMn1-yFeyPO4、LixCoPO4、LixMn1-y-zFeyMzPO4)、硫酸铁(Fe2(SO4)3)、及氧化物(例如V2O5)中的至少1种。上述中,优选0
[0070] 它们中,优选使用选自锂锰复合氧化物(LixMn2-yMyO4)、锂钴复合氧化物(LixCo1-yMyO2)、锂镍钴复合氧化物(例如LixNi1-y-zCoyMzO2)、锂锰钴复合氧化物(例如LixMn1-y-zCoyMzO2)、锂镍钴锰复合氧化物(例如,LixNi1-y-zCoyMnzO2)、及具有橄榄石结构的锂磷酸化物(例如,LixFePO4、LixMnPO4、LixMn1-yFeyPO4、LixCoPO4、LixMn1-y-zFeyMzPO4)中的至少1种。上述中,优选0
[0071] 包含锂钴复合氧化物的正极由于能够显示优异的速率特性,所以优选。此外,包含锂镍钴锰复合氧化物的正极由于能够实现高能量密度、能够显示更优异的寿命特性,所以优选。此外,包含尖晶石型锂锰复合氧化物的正极由于能够实现优异的寿命特性及优异的速率特性,所以优选。并且,包含橄榄石型锂锰铁复合磷酸化合物的正极由于能够实现优异的寿命特性、特别是高温下的优异的寿命特性,所以优选。
[0072] 正极活性物质例如可以具有粒子的形状。正极活性物质的粒子可以是一次粒子,或者也可以包含一次粒子凝聚而成的二次粒子。正极活性物质的粒子也可以是一次粒子与二次粒子的混合物。一次粒子的平均一次粒径优选为10nm以上且10μm以下,更优选为50nm以上且5μm以下。二次粒子的平均二次粒径优选为500nm以上且50μm以下,更优选为1μm以上且20μm以下。
[0073] 导电剂是为了提高集电性能、且抑制活性物质与集电体的接触电阻而根据需要配合的。导电剂的例子中包含乙炔黑、科琴黑、石墨和/或焦炭等碳质物。作为导电剂,可以单独使用这些碳质物中的1种,也可以将多种碳质物组合使用。
[0074] 粘结剂可以具有使活性物质、导电剂及集电体粘结的作用。作为粘结剂,可以使用例如选自由聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVdF)、纤维素系化合物、例如羧甲基纤维素钠(CMC的Na盐)、氟系橡胶、丁苯橡胶、丙烯酸树脂或其共聚物、聚丙烯酸及聚丙烯腈构成的组中的至少1种,但并不限定于它们。
[0075] 正极活性物质、导电剂以及粘结剂优选分别以80质量%以上且95质量%以下、3质量%以上且18质量%以下、及2质量%以上且17质量%以下的比例配合。导电剂通过设定为3质量%以上的量,能够发挥上述的效果。导电剂通过设定为18质量%以下的量,能够降低高温保存下的导电剂表面中的非水电解质的分解。粘结剂通过设定为2质量%以上的量,可得到充分的电极强度。粘结剂通过设定为17质量%以下的量,能够使正极中的绝缘材料即粘结剂的配合量减少,减少内部电阻。
[0076] 正极例如可以如以下那样制作。首先,准备上述的正极活性物质、导电剂及粘结剂。接着,使它们悬浮于适当的溶剂中,将该悬浮液涂布于铝箔等集电体的一面或两面上,使其干燥。通过将使悬浮液干燥后的集电体加压,得到正极。所得到的正极例如为带状的电极。正极也可以通过将正极活性物质、导电剂及粘结剂形成为颗粒状而制成含正极活性物质层,并将其形成于集电体上来制作。
[0077] 2)负极
[0078] 负极集电体优选为铝箔或包含选自Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及Si中的至少1种元素的铝合金箔。
[0079] 铝箔及铝合金箔的厚度为20μm以下,更优选为15μm以下。铝箔的纯度优选为99质量%以上。作为铝合金,优选包含镁、锌、硅等元素的合金。另一方面,铁、铜、镍、铬等过渡金属的含量优选设定为1质量%以下。
[0080] 如之前叙述的那样,具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物可以作为负极活性物质、或作为负极活性物质的一部分包含于含负极活性物质层中。即,负极活性物质也可以包含除具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物以外的其他负极活性物质。其他负极活性物质在后面叙述。
[0081] 具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物优选占含负极活性物质层所包含的负极活性物质的质量的70质量%以上,更优选占80%以上。负极活性物质进一步优选不包含除具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物以外的其他负极活性物质。
[0082] 具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物例如可以以通式Li2+vNa2-wM1xTi6-y-zNbyM2zO14+δ表示。
[0083] 在上述通式中,下标v根据斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的充电状态而在0≤v<4内变化。另外,斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物在放电状态下,可以采取0≤v≤0.2的值。
[0084] 在上述通式中,下标w采取大于0且低于2的值。下标w为斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物中的Na的量的指标。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过其所包含的Na的量,可以调整Li的嵌入及脱嵌电位。即,通过变更上述通式中的下标w的值,可以适当变更斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的工作电位。
[0085] 在上述通式中,M1为选自由Cs、K、Mg、Sr、Ba及Ca构成的组中的至少1种。M1可以是选自由Cs、K、Mg、Sr、Ba及Ca构成的组中的1种,或者也可以是它们中的2种以上的组合。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过包含Cs,能够实现更优异的循环特性。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过包含K,能够实现更优异的循环特性。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过包含Mg,能够实现优异的循环特性。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过包含Sr,能够实现更优异的速率特性。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过包含Ba,能够实现更优异的速率特性。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过包含Ca,能够实现更优异的速率特性。M1更优选包含Sr或Ba中的至少1种。
[0086] 在上述通式中,下标x例如可以采取0≤x<2的值。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物若按照下标x成为0≤x<2的方式包含M1,则变得容易成为单相的结晶相。进而,在这样的复合氧化物中,固体内的Li扩散性充分,可得到充分的输入输出特性。下标x优选采取0.05以上且0.2以下的值。下标x在该范围内的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物能够显示更优异的速率特性。或者,斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物也可以不包含M1。
[0087] 在上述通式中,下标y可以采取0
[0088] 在上述通式中,M2为选自由Zr、Sn、V、Ta、Mo、W、Fe、Co、Mn及Al构成的组中的至少1种。M2可以是选自由Zr、Sn、V、Ta、Mo、W、Fe、Co、Mn及Al构成的组中的1种,或者也可以是它们中的2种以上的组合。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过包含Zr,能够实现更优异的循环特性。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过包含Sn,能够实现更优异的速率特性。V及Ta能够显示与Nb同样的物理性质及化学性质。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过包含Mo,能够实现更优异的速率特性。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过包含W,能够实现更优异的速率特性。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过包含Fe,能够实现更优异的循环特性。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过包含Co,能够实现更优异的循环特性。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过包含Mn,能够实现更优异的循环特性。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过包含Al,能够实现更优异的速率特性。M2更优选包含选自由Al、Zr、Sn及V构成的组中的至少1种。在其他优选的方式中,M2为选自由Sn、V、Ta、Mo、W、Fe、Co及Mn构成的组中的至少1种。或者,斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物也可以不包含M2。
[0089] 在上述通式中,下标z例如可以采取0≤z<3的值。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过按照下标z的值变成低于3的方式包含M2,变得容易成为单相的结晶相。进而,在这样的复合氧化物中,固体内的Li扩散性充分,可得到充分的输入输出特性。下标z优选采取0.1以上且0.3以下的值。下标z的值在该范围内的上述通式所表示的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物能够显示更优异的速率特性。
[0090] 下标δ例如可以采取-0.5≤δ≤0.5的值。下标δ的值在该范围内的上述通式所表示的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物能够显示优异的充放电循环特性。此外,这样的复合氧化物可以采取单相的结晶相的状态,能够抑制杂质的生成量。下标δ优选采取-0.1≤δ≤0.1的值。下标δ的值在该范围内的上述通式所表示的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物能够显示更优异的速率特性及更优异的循环特性。
[0091] 上述通式中的下标v、w、x、y、z及δ可以采取之前说明的范围内的值,但该通式所表示的复合氧化物为了能够显示电荷的中性,各下标的值可以组合选择。
[0092] 斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物例如可以具有粒子的形状。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粒子可以是一次粒子,或者也可以是作为一次粒子的凝聚体的二次粒子。或者,斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粒子也可以是一次粒子与二次粒子的混合物。进而,斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粒子也可以在表面附着有碳。碳可以附着于一次粒子的表面,也可以附着于二次粒子的表面。或者,斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粒子也可以包含在表面附着有碳的一次粒子凝聚而成的二次粒子。这样的二次粒子由于在一次粒子间存在碳,所以能够显示优异的导电性。包含这样的二次粒子的形态由于含负极活性物质层能够显示更低的电阻,所以优选。
[0093] 斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粒子的平均一次粒径优选为0.5μm以上且3μm以下,更优选为0.9μm以上且2μm以下。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粒子的平均二次粒径优选为5μm以上且20μm以下,更优选为8μm以上且12μm以下。这些优选的粒径为不包含碳的粒子的粒径。关于包含碳的粒子,平均一次粒径优选为0.8μm以上且3μm以下,更优选为1μm以上且2μm以下。平均二次粒径优选为5μm以上且25μm以下,更优选为8μm以上且15μm以下。
[0094] 斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粒子为一次粒子与二次粒子的混合物时,平均粒径优选为3μm以上且10μm以下,更优选为4μm以上且7μm以下。
[0095] 另外,含负极活性物质层中包含的粒子的平均一次粒径越小,则越能够减小含负极活性物质层中的细孔直径。关于二次粒子也同样,含负极活性物质层中包含的粒子的平均二次粒径越小,则越能够减小含负极活性物质层中的细孔直径。此外,通过调整一次粒子和/或二次粒子的粒度分布,能够调整含负极活性物质层的空隙率。例如,通过使含负极活性物质层中包含具有1μm左右的平均粒径的粒子和具有10μm左右的平均粒径的粒子,具有较小的粒径的粒子能够将具有较大的粒径的粒子所形成的空隙填埋。由此,能够降低含负极活性物质层的空隙率。从上述观点出发,含负极活性物质层中包含的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物优选为一次粒子与二次粒子的混合物。在这样的优选的方式的电极中,由于含负极活性物质层包含小的一次粒子和大的二次粒子,所以含负极活性物质层能够具有更小的空隙率,同时能够进一步实现斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粒子彼此的更高的接触性。
[0096] 作为除具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物以外的其他负极活性物质,可以使用例如钛氧化物。作为钛氧化物,只要是能够嵌入脱嵌锂的钛氧化物则没有特别限定,可以使用例如尖晶石型钛酸锂、斜方锰矿型钛酸锂、具有除除斜方晶型以外的晶体结构或不包含Na的铌钛复合氧化物、含钛的金属复合氧化物、氧化铌及其复合氧化物、具有单斜晶系的晶体结构的二氧化钛(TiO2(B))、以及锐钛矿型二氧化钛等。
[0097] 作为尖晶石型钛酸锂,可列举出Li4+x1Ti5O12(x1通过充放电反应而在-1≤x1≤3的范围内变化)等。作为斜方锰矿型钛酸锂,可列举出Li2+y1Ti3O7(y1通过充放电反应而在-1≤y1≤3的范围内变化)等。作为TiO2(B)及锐钛矿型二氧化钛,可列举出Li1+z1TiO2(z1通过充放电反应而在-1≤z1≤0的范围内变化)等。
[0098] 具有除斜方晶型以外的晶体结构或不包含Na的铌钛复合氧化物的例子中包含例如Lix2Ti1-y2Mαy2Nb2-z2Mβz2O7所表示的化合物组。其中,x2为通过充放电反应而在0≤x2≤5的范围内变化的值。此外,Mα为选自由Zr、Si及Sn构成的组中的至少1种,Mβ为选自由V、Ta及Bi构成的组中的至少1种,y2为满足0≤y2<1的值,z2为满足0≤z2≤2的值。该化合物组包含例如具有单斜晶型的晶体结构的铌钛复合氧化物(例如,Lix2TiNb2O7(0≤x≤5))。在上述通式中,Mα可以是选自由Zr、Si及Sn构成的组中的1种,或者也可以是选自由Zr、Si及Sn构成的组中的2种以上的组合。此外,Mβ可以是选自由V、Ta及Bi构成的组中的1种,或者也可以是选自由V、Ta及Bi构成的组中的2种以上的组合。
[0099] 作为含钛的金属复合氧化物,可列举出含有Ti和选自由P、V、Sn、Cu、Ni及Fe构成的组中的至少1种元素的金属复合氧化物等。作为含有Ti和选自由P、V、Sn、Cu、Ni及Fe构成的组中的至少1种元素的金属复合氧化物,可列举出例如TiO2-P2O5、TiO2-V2O5、TiO2-P2O5-SnO2、TiO2-P2O5-MeO(Me为选自由Cu、Ni及Fe构成的组中的至少1种元素)等。
[0100] 作为含钛的金属复合氧化物的其他例子,进一步可列举出具有Li2Na2Ti6O14或Li2SrTi6O14所表示的组成的复合氧化物。
[0101] 这样的金属复合氧化物优选为结晶性低、且结晶相与非晶相共存、或非晶相单独存在的微观结构。通过为微观结构,能够使循环性能进一步提高。
[0102] 以上说明的其他负极活性物质也可以与具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物同样地具有粒子的形状。粒子可以是一次粒子,也可以是二次粒子,或者还可以是一次粒子与二次粒子的混合物。关于包含具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物和除此以外的负极活性物质的负极活性物质的粒子,一次粒子的平均一次粒径优选为10nm以上且10μm以下,更优选为50nm以上且5μm以下。二次粒子的平均二次粒径优选为
500nm以上且50μm以下,更优选为1μm以上且20μm以下。
[0103] 导电剂能够显示提高集电性能、此外抑制活性物质与集电体的接触电阻的作用。导电剂的例子中包含乙炔黑、碳黑、石墨、碳纳米纤维、碳纳米管、及焦炭那样的碳质物。它们中,优选石墨及碳纳米纤维。石墨及碳纳米纤维与乙炔黑或碳黑相比,容易进入斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粒子间,能够使含电极活性物质层的空隙更小。此外,作为导电剂,更优选使用长宽比大的碳材料粒子。这里的碳材料粒子可以是包含碳材料的粒子,或者也可以是包含碳材料的纤维。优选的长宽比为15以上,更优选为50以上。长宽比大的碳材料粒子能够赋予含负极活性物质层厚度方向的导电性,能够实现更高的输入输出特性。作为导电剂,可以单独使用之前示出的碳质物中的1种,或者也可以使用多种碳质物。
[0104] 粘结剂可以具有使活性物质、导电剂及集电体粘结的作用。作为粘结剂,可以使用例如选自由聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVdF)、纤维素系化合物、例如羧甲基纤维素钠(CMC的Na盐)、氟系橡胶、丁苯橡胶、丙烯酸树脂或其共聚物、聚丙烯酸及聚丙烯腈构成的组中的至少1种,但并不限定于它们。
[0105] 在含负极活性物质层中,负极活性物质、导电剂及粘结剂优选分别以70质量%以上且96质量%以下、2质量%以上且28质量%以下、及2质量%以上且28质量%以下的比例配合。负极活性物质优选以85质量%以上且93质量%以下的量包含。通过以2质量%以上的量包含导电剂,在含负极活性物质层中能够提供充分的集电性能,由此能够实现优异的大电流特性。此外,通过以2质量%以上的量包含粘结剂,在含负极活性物质层与负极集电体之间能够提供优异的粘结性,由此,能够实现优异的循环特性。从高容量化的观点出发,导电剂及粘结剂分别优选为28质量%以下的量。负极活性物质、导电剂及粘结剂更优选分别以85质量%以上且96质量%以下、2质量%以上且13质量%以下、及2质量%以上且13质量%以下的比例配合。
[0106] 含负极活性物质层的密度优选为2.4g/cm3以上且2.7g/cm3以下,更优选为2.5g/cm3以上且2.6g/cm3以下。含负极活性物质层的密度在优选的范围内的电极中斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粒子彼此的接触更充分,因此,含负极活性物质层能够显示更优异的电子导电性。此外,能够更充分地确保非水电解质所浸渗的空间。
[0107] 负极可以通过例如使用按以下的步骤制作的负极中间构件来制作电池单元,并将该电池单元如后面段落中说明的那样供于老化来制造。
[0108] 负极中间构件可以通过例如以下的步骤来制造。首先,准备上述的负极活性物质、导电剂及粘结剂。具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物的合成方法在后面段落中进行说明。接着,使它们悬浮于适当的溶剂中。此时,若搅拌速度变得过高,则有可能二次粒子崩解,所以搅拌速度优选较低。将该悬浮液涂布于铝箔等集电体的一面或两面上,使涂膜干燥。接着,将干燥后的涂膜连集电体一起加压。这样,能够得到包含负极集电体和担载于负极集电体上的含负极活性物质层的负极中间构件。所得到的负极中间构件例如为带状。负极也可以通过将负极活性物质、导电剂及粘结剂形成为颗粒状而制成含负极活性物质层,并将其形成于集电体上来制作。
[0109] 3)非水电解质
[0110] 非水电解质也可以是例如通过将电解质溶解于有机溶剂中而制备的液状非水电解质、或将液状电解质与高分子材料复合化而得到的凝胶状非水电解质。非水电解质也可以包含添加剂。
[0111] 液状非水电解质优选将电解质以0.5摩尔/L以上且2.5摩尔/L以下的浓度溶解于有机溶剂中。
[0112] 电解质的例子中包含高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、双(三氟甲磺酰)亚胺锂[LiN(CF3SO2)2]那样的锂盐、或它们的混合物。电解质优选为在高电位下也难以氧化的物质,最优选为LiPF6。
[0113] 有机溶剂的例子中包含碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚乙烯酯那样的环状碳酸酯,碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(MEC)那样的链状碳酸酯,四氢呋喃(THF)、2-甲基四氢呋喃(2MeTHF)、二氧杂环戊烷(DOX)那样的环状醚,二甲氧基乙烷(DME)、二乙氧基乙烷(DEE)那样的链状醚,乙腈(AN)、及环丁砜(SL)。这些有机溶剂可以单独使用或以混合溶剂的形态使用。
[0114] 有机溶剂优选为将选自由碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(MEC)构成的组中的至少2种以上混合而得到的混合溶剂。环状碳酸酯由于锂盐的解离度高,所以优选,链状碳酸酯由于电解液的粘度低而锂容易扩散,因此优选。通过设定为混合溶剂,能够兼顾这些特性,所以优选。
[0115] 有机溶剂优选包含碳酸亚乙酯(EC)。有机溶剂优选相对于有机溶剂的体积以1体积%以上的比例包含碳酸亚乙酯,更优选以5体积%以上的比例包含。在其他优选的方式中,有机溶剂优选相对于有机溶剂的体积以1体积%以上且80体积%以下的比例包含碳酸亚乙酯,更优选以5体积%以上且50体积%以下的比例包含。
[0116] 高分子材料的例子中包含聚偏氟乙烯(PVdF)、聚丙烯腈(PAN)、聚环氧乙烷(PEO)。
[0117] 或者,非水电解质也可以使用含有锂离子的常温熔融盐(离子性熔体)、高分子固体电解质、无机固体电解质等。
[0118] 常温熔融盐(离子性熔体)是指在由有机物阳离子与阴离子的组合构成的有机盐中在常温(15~25℃)下可以作为液体存在的化合物。常温熔融盐中包含以单体的形态作为液体存在的常温熔融盐、通过与电解质混合而成为液体的常温熔融盐、通过溶解于有机溶剂中而成为液体的常温熔融盐。一般来讲,非水电解质电池中使用的常温熔融盐的熔点为25℃以下。此外,有机物阳离子一般具有季铵骨架。
[0119] 高分子固体电解质通过将电解质溶解于高分子材料中并固体化而制备。
[0120] 无机固体电解质为具有锂离子传导性的固体物质。
[0121] 另外,通过以下详细说明的电池单元的老化,非水电解质的成分的一部分可以分解。因此,通过老化而完成的非水电解质电池所包含的非水电解质与在包含于电池单元中之前制备的非水电解质有时组成不同。
[0122] 4)隔膜
[0123] 隔膜配置在正极与负极之间。
[0124] 隔膜可以使用例如包含选自由聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、纤维素及聚偏氟乙烯(PVdF)构成的组中的至少1种的多孔质膜或合成树脂无纺布。或者,可以使用在多孔质膜上涂布有无机化合物的隔膜。
[0125] 5)外包装构件
[0126] 作为外包装构件,可以使用例如层压膜或金属制容器。
[0127] 外包装构件的形状可列举出扁平型(薄型)、方型、圆筒型、硬币型、纽扣型、片材型及层叠型等。外包装构件也可以具有与电池尺寸相应的大小。外包装构件具有例如装载于便携用电子设备等上的小型电池、装载于两轮至四轮的汽车等上的大型电池中使用的尺寸。
[0128] 层压膜使用在树脂膜间夹有金属层的多层膜。层压膜的厚度优选为0.2mm以下。为了轻量化,金属层优选铝箔或铝合金箔。树脂膜可以使用例如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等高分子材料。层压膜可以通过热熔融粘合进行密封而成形为外包装构件的形状。
[0129] 金属制容器的壁厚优选为0.5mm以下,更优选为0.2mm以下。
[0130] 金属制容器例如由铝或铝合金等形成。铝合金优选包含镁、锌、硅等元素。合金中包含铁、铜、镍、铬等过渡金属时,其含量优选设定为100ppm以下。由此,能够使高温环境下的长期可靠性及放热性飞跃地提高。
[0131] 6)正极端子
[0132] 正极端子例如可以由具备相对于锂的氧化还原电位在3V~4.5V(vsLi/Li+)的电位下的电稳定性和导电性的材料形成。具体而言,可列举出包含Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、Si等元素的铝合金、铝。为了降低接触电阻,优选与正极集电体同样的材料。
[0133] 7)负极端子
[0134] 负极端子例如可以由具备相对于锂的氧化还原电位在0.4V~3V(vsLi/Li+)的电位下的电稳定性和导电性的材料形成。具体而言,可列举出包含Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、Si等元素的铝合金、铝。为了降低接触电阻,优选与负极集电体同样的材料。
[0135] [具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物的合成方法]
[0136] 具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物例如可以通过以下的步骤来合成。
[0137] 在合成具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物时,若将原料的混合比设定为各元素以目标组合物的化学计量量包含的比,则不仅可合成单相的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物,而且还可合成TiO2等杂质。认为这是由于:锂及钠通过热处理气化而损耗。特别是锂由其损耗带来的对电池特性的影响大。
[0138] 作为解决该问题的一个方法,可列举出使作为原料混合的锂等的量多于化学计量比。然而,在这样的方法中,即使进行热处理,也有可能残留无助于合成的锂。无助于合成的剩余的锂没有被摄入目标组合物的结晶相中,有可能作为杂质存在于粒子表面。若剩余的锂作为杂质存在于粒子表面,则有可能因该锂而产生粒子表面中的电解质分解反应,电极与电解质的界面电阻变大。
[0139] 针对该问题,如以下说明的那样通过在热处理后将存在于活性物质粒子表面的剩余的锂除去,能够抑制上述非水电解质分解反应。通过该副反应的抑制而寿命特性提高,此外,由于能够减小电阻,所以速率特性也提高。
[0140] 以上,叙述了使原料的混合比多于目标组合物的化学计量比的情况,但原料的混合比也可以与目标组合物的化学计量比相同。在该情况下,也由于在热处理后,可以存在没有被摄入目标组合物的结晶相中的锂,所以通过这样的锂被除去而寿命特性提高。
[0141] 斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物例如可以通过固相法来合成。或者,也可以通过溶胶凝胶法或水热法等湿式的合成方法来合成。根据湿式合成,与固相法相比能够容易地得到微粒。
[0142] 以下,对利用固相法的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的合成方法的一个例子进行说明。
[0143] 首先,对照目标组成,准备Ti源、Li源、Na源、Nb源、金属元素M1源及金属元素M2源中所需的原料。这些原料例如可以为氧化物或盐等化合物。上述的盐优选为碳酸盐及硝酸盐那样的在较低温度下分解而产生氧化物的盐。
[0144] 接着,将准备的原料以适合的化学计量比混合而得到混合物。例如,在合成以组成式Li2Na1.7Ti5.7Nb0.3O14表示且具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物的情况下,将氧化钛TiO2、碳酸锂Li2CO3、碳酸钠Na2CO3和氢氧化铌Nb(V)(OH)5按照混合物中的Li:Na:Ti:Nb的摩尔比成为2:1.7:5.7:0.3的方式混合。但是,Li及Na由于有可能如上述那样通过热处理而损耗,所以也可以多于目标组成的化学计量比地混合。特别是Li,由于担心在热处理中损耗,所以也可以多于目标组成的化学计量比地混合。
[0145] 在原料的混合时,优选在将这些原料充分地粉碎后进行混合。通过将充分地粉碎了的原料混合,原料彼此变得容易反应,能够抑制杂质的生成。
[0146] 接着,将通过之前的混合而得到的混合物在大气气氛中、800℃以上且1000℃以下的温度下、历时1小时以上且24小时以下的时间进行热处理。低于800℃时,有可能没有充分地结晶化。若超过1000℃,则晶粒生长过度进行,有可能成为粗大粒子,所以不优选。此外,若热处理时间低于1小时,则有可能没有充分地结晶化。由于若使热处理时间长于24小时,则晶粒生长过度进行,有可能成为粗大粒子,所以不优选。
[0147] 该热处理优选在850℃以上且950℃以下的温度下、历时2小时以上且5小时以下的时间而进行。这样,能够得到斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物。此外,也可以在将所得到的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物回收后进行退火处理。
[0148] 例如,在组成式Li2Na1.7Ti5.7Nb0.3O14所表示的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的情况下,可以通过将如之前那样将原料混合而得到的混合物在大气气氛中、900℃下历时3小时进行热处理而得到。
[0149] 接着,将通过热处理得到的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物供于例如使用了水溶液的利用湿式球磨机的粉碎,将活性物质粒子表面洗涤。通过该洗涤,能够将附着在活性物质粒子表面的剩余的锂冲洗掉。作为水溶液,例如可以使用酸性水溶液。酸性水溶液例如为包含盐酸及硫酸等的水溶液。也可以使用水来代替水溶液。由于因粒子表面的剩余的锂而pH上升,所以为了充分地洗涤,优选使用酸性水溶液。
[0150] 上述洗涤也可以通过不使用水溶液的利用干式磨机的粉碎来进行。此外,上述洗涤可以通过将斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物浸渍在水溶液中而不粉碎地进行。
[0151] 接着,将洗涤后的活性物质粒子供于再热处理。通过再热处理,活性物质粒子的表面附近的组成可被结晶化。再热处理的温度例如为500℃以上且900℃以下,优选为600℃以上且700℃以下。再热处理的温度低于500℃时,有可能粒子表面的结晶性不足。若再热处理的温度超过900℃,则有可能晶粒生长。
[0152] 通过以上的步骤,能够合成具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物的例子。
[0153] [制造方法]
[0154] 第1实施方式所述的非水电解质电池例如可以通过以下的方法来制造。
[0155] 首先,通过之前说明的步骤,分别制作正极及负极中间构件。接着,使用所制作的正极及负极中间构件和隔膜来制作电极组。接着,将电极组的正极与正极端子电连接。另一方面,将电极组的负极与负极端子电连接。
[0156] 接着,将电极组容纳于外包装构件内。接着,将非水电解质容纳于外包装构件内。这样,使非水电解质保持在电极组中。接着,将外包装构件封闭,将电极组和非水电解质密封在外包装构件内。这样,得到电池单元。
[0157] 将该电池单元供于包含第1老化及第2老化的老化。第1老化在第2老化之前进行。第1老化中的温度低于第2老化的温度。此外,供于第1老化的电池单元的电池电压低于供于第2老化的电池单元的电池电压。
[0158] 具体而言,第1老化的温度优选为35℃以上且95℃以下,更优选在50℃以上且70℃的范围内。此外,第1老化优选历时0.5小时以上且48小时以内进行,更优选历时5小时以上且24小时以内进行。此外,供于第1老化的电池单元的电池电压优选在1.8V以上且2.65V以下,更优选在2.4V以上且2.6V以下。
[0159] 第2老化的温度优选为40℃以上且120℃以下,更优选为70℃以上且100℃以下。此外,第2老化优选历时1小时以上且48小时以内进行,更优选历时5小时以上且24小时以内进行。此外,供于第2老化的电池单元的电池电压优选为2.7V以上且3.0V以下,更优选为2.7V以上且2.9V以下。但是,如之前叙述的那样,第2老化的温度高于第1老化温度。此外,供于第2老化的电池单元的电池电压高于供于第1老化的电池单元的电池电压。
[0160] 第1老化优选对于处于能够释放内部气体的状态的电池单元进行。或者,也可以在第1老化和/或第2老化之后,进行电池单元内的排气。
[0161] 供于第1老化的电池单元的电池电压如以下那样操作进行调整。首先,通过之前说明的步骤制作电池单元。接着,将制作的电池单元以5C以下的恒电流充电至电池电压达到规定的电压。这样,可以准备用于供于第1老化的电池单元。
[0162] 此外,供于第2老化的电池单元的SOC如以下那样操作进行调整。在第1老化及任意的排气结束后,将电池单元以恒电流放电至电池电压达到1.8V。接着,将电池单元以5C以下的恒电流充电至电池电压达到规定的电压。
[0163] 通过将电池单元供于以上说明的第1及第2老化,虽然理由不清楚,但能够在负极中间构件所包含的含负极活性物质层的表面形成被膜,含负极活性物质层变得满足之前说明的I2/I1≥1。即,通过将电池单元供于以上说明的第1及第2老化,可以得到第1实施方式所述的非水电解质电池。作为具体例子,在本说明书的后面段落中示出实施例。
[0164] 另一方面,在仅进行第1老化的情况下或仅进行第2老化的情况下,如比较例中示出例子的那样,I2/I1变得低于1。此外,在进行第2老化后进行第1老化的情况下,也如比较例中示出例子的那样,I2/I1变得低于1。
[0165] 进而,即使进行第1老化及第2老化,例如根据非水电解质的组成,也如比较例中示出例子的那样,I2/I1变得低于1。然而,虽然变得重复,但根据在实施例中列举出具体例子的步骤,能够得到第1实施方式所述的非水电解质电池。
[0166] 若是第1老化及第2老化之后,则也可以进行进一步的老化。
[0167] [各种分析方法]
[0168] 以下,对非水电解质电池所具备的负极中包含的含负极活性物质层的分析方法、负极活性物质中包含的活性物质的分析方法进行说明。
[0169] (测定试样的准备)
[0170] 首先,通过以下的步骤准备测定试样。
[0171] 准备分析对象的非水电解质电池。分析对象的电池设定为具有标称容量的80%以上的容量的电池。
[0172] 接着,将非水电解质电池设定为放电状态。例如,非水电解质电池通过以5C以下的恒电流放电至电池电压达到1.8V,能够设定为放电状态。
[0173] 接着,将非水电解质电池搬送至填充有氩的手套箱内,在这里解体。接着,从解体的电池中取出负极。将取出的负极用例如碳酸乙甲酯(EMC)洗涤。通过该洗涤,能够将附着于负极的表面的Li盐除去。接着,使经洗涤的负极干燥。这样,能够得到作为测定试样的负极试样。
[0174] (利用XPS的含负极活性物质层的分析)
[0175] XPS测定可以按照例如以下说明的方法进行。
[0176] 作为装置,例如使用PHI公司制QuanteraSXM。对于激发X射线源,使用单结晶分光Al-Kα(1486.6eV),光电子检测度设定为45°。
[0177] 将如之前那样操作而准备的负极试样安装在XPS分析装置的试样保持器上。试样的搬入在不活泼气氛、例如氩气氛下进行。
[0178] <负极活性物质中包含的元素的定量>
[0179] 负极活性物质中包含的元素可以将电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma:ICP)发射光谱分析法、扫描型电子显微镜(Scanning Electron Microscope:SEM)观察及能量色散型X射线光谱法(Energy Dispersive X-ray Spectrometry:EDX)组合使用来进行分析。
[0180] (ICP分析步骤)
[0181] 将如之前那样操作而准备的负极试样的一部分放入适合的溶剂中并照射声波。例如,在装入玻璃烧杯中的碳酸乙甲酯中放入电极体,通过在超声波洗涤机中振动,能够将含负极活性物质层从集电体剥离。接着,通过减压干燥,使剥离的含负极活性物质层干燥。
通过将所得到的含负极活性物质层用乳钵等进行粉碎,成为包含负极活性物质、导电剂、粘合剂、被膜的成分等的粉末。通过将该粉末用酸进行溶解,能够制作包含负极活性物质的液体样品。此时,作为酸,可以使用盐酸、硝酸、硫酸、氟化氢等。通过将该液体样品供于ICP发射光谱分析,能够进行负极活性物质中包含的金属元素的定量。
[0182] (SEM-EDX分析步骤)
[0183] 将如之前那样操作而准备的负极试样通过离子铣削装置切取,得到试样截面。将切取的试样的截面通过扫描型电子显微镜进行观察。关于试样的取样,为了不与大气接触,也在氩或氮等不活泼气氛中进行。
[0184] 利用3000倍的SEM观察图像,随机地选定几个粒子。在粒子小而在3000倍下难以得出粒径的情况下也可以提高倍率。此时,按照选定的粒子的粒度分布尽可能变广的方式选定。
[0185] 接着,对于选定的各个粒子,通过扫描型电子显微镜附带的能量色散型X射线分光分析装置,进行元素分析。由此,能够确定所选定的各个粒子中包含的元素中的除Li以外的元素的种类及量。关于Li,通过之前说明的ICP发光光谱法,能够得到关于电极中包含的活性物质中的Li的含量的信息。
[0186] 通过使用以上的ICP及SEM-EDX各自的分析结果,能够获知含负极活性物质层中包含的负极活性物质的组成。此外,在负极活性物质为多种活性物质的混合物的情况下,也可以通过SEM-EDX分别获知各活性物质的元素(除Li以外)的组成,由于ICP分析结果可以视为各活性物质中包含的金属元素的合计,所以通过使用ICP及SEM-EDX各自的分析结果,能够获知各负极活性物质的组成、及负极活性物质中所占的各个活性物质的质量比例。
[0187] <利用XRD的活性物质的晶体结构的确定>
[0188] 在SEM中选定的各个粒子中包含的活性物质的晶体结构可以通过X射线衍射(X-ray Diffraction:XRD)测定进行确定。
[0189] 对于电极的XRD测定,可以通过将测定对象的电极切成与广角X射线衍射装置的保持器的面积相同的程度,直接贴附于玻璃保持器上进行测定来进行。此时,根据电极集电体的金属箔的种类而预先测定XRD,把握在哪个位置出现来源于集电体的峰。此外,导电剂或粘结剂这样的含活性物质层中可包含的材料的峰的有无也预先把握。在集电体的峰与活性物质的峰重叠的情况下,优选将活性物质从集电体剥离而进行测定。这是为了在定量地测定峰强度时,将重叠的峰分离。当然,若能够在事前把握这些,则可以将该操作省略。也可以将电极物理性地剥离,但若在溶剂中施加超声波则容易剥离。通过测定像这样操作而回收的电极,能够进行活性物质的广角X射线衍射测定。
[0190] 以CuKα射线作为射线源并在2θ=10~90°的测定范围内进行测定,能够得到X射线衍射图案。
[0191] 作为粉末X射线衍射测定的装置,使用Rigaku公司制SmartLab。测定条件如下那样设定:Cu靶;45kV 200mA;梭拉狭缝:入射及受光均为5°;步长:0.02deg;扫描速度:20deg/分钟;半导体检测器:D/teX Ultra 250;试样板保持器:平板玻璃试样板保持器(厚度为0.5mm);测定范围:10°≤2θ≤90°的范围。在使用其他的装置时,进行使用了粉末X射线衍射用标准Si粉末的测定,找到可得到与通过上述装置得到的结果同等的峰强度及峰顶位置的测定结果的条件,在该条件下进行试样的测定。
[0192] 这里取得的X射线衍射(XRD)图案必须是能够适用于特沃尔德(Rietveld)解析的图案。为了收集特沃尔德用数据,使步长成为衍射峰的最小半值宽度的1/3~1/5,按照最强度反射的峰位置处的强度成为5000cps以上的方式适当调整测定时间或X射线强度。
[0193] 将如以上那样操作而得到的XRD图案通过特沃尔德法进行解析。在特沃尔德法中,由预先推定的晶体结构模型计算衍射图案。这里的晶体结构模型的推定基于利用以上说明的EDX及以上说明的ICP的分析结果进行。通过将该计算值与实测值进行全拟合,能够精密地分析与晶体结构有关的参数(晶格常数、原子坐标及占有率等)。由此,可以调查复合氧化物的晶体结构的特征。此外,能够调查构成元素的各位点中的占有率。作为用于估计特沃尔德解析中的观测强度与计算强度的一致程度的尺度,使用拟合参数S。必须按照该S变得小于1.8的方式进行解析。此外,在决定各位点的占有率时,必须将标准偏差σj纳入考虑中。关于这里定义的拟合参数S及标准偏差σj,以“粉末X線解析の実際”(日本分析化学会X射线分析研究恳谈会编中井泉、泉富士夫编著(朝仓书店))中记载的数学式进行推定。
[0194] 通过以上说明的XRD分析,能够得到与活性物质的晶体结构有关的信息。
[0195] <活性物质的BET比表面积的测定方法>
[0196] 负极活性物质的BET比表面积可以通过例如以下说明的方法进行测定。
[0197] 首先,从如之前说明的那样准备的负极试样,通过与ICP分析同样的步骤,取出包含负极活性物质、导电剂及粘合剂等成分的粉末。接着,将该粉末在600℃下进行1小时加热,使活性物质离析。将该活性物质的粉末作为测定试样使用。
[0198] 活性物质质量设定为4g。评价用电池使用例如1/2英寸的电池。作为前处理方法,通过将该评价用电池在温度约100℃以上进行15小时的减压干燥,实施脱气处理。作为测定装置,使用例如岛津制作所-Micromeritics公司的TriStar II3020。一边使压变化一边吸附氮气,求出以相对压力作为横轴、以N2气吸附量作为纵轴的吸附等温线。假定该曲线遵循BET理论,通过应用BET的式子,能够算出活性物质的粉末的比表面积。
[0199] <负极活性物质粒子的平均一次粒径及平均二次粒径的测定方法>
[0200] 将如之前那样操作而准备的负极试样利用离子铣削装置切取,得到试样截面。将切取的试样的截面通过扫描型电子显微镜进行观察,以3000倍的倍率,得到关于活性物质粒子的图像。在所得到的视野中,将能够确认一次粒子接触的粒子群作为二次粒子。另外,关于试样的取样,也按照不与大气接触的方式,在氩或氮等不活泼气氛中进行。
[0201] 一次粒子的大小由与一次粒子对应的最小圆的直径求出。具体而言,在3000倍的倍率的SEM图像中,进行10次粒径测定,将各自中得到的最小圆的直径的平均作为一次粒径。在平均的算出中,不使用10次测定内粒径的最大值及最小值。
[0202] 二次粒径也通过与一次粒径同样的方法测定。即,求出与二次粒子对应的最小圆的直径。具体而言,在3000倍的倍率的SEM图像中,进行10次粒径测定,将各自中得到的最小圆的直径的平均作为二次粒径。在平均的算出中,不使用10次测定内粒径的最大值及最小值。
[0203] 以上,对关于负极活性物质的分析方法进行了说明,但对于正极活性物质也可以通过同样的步骤进行分析。
[0204] 接着,参照附图对本实施方式所述的非水电解质电池的几个例子进行说明。
[0205] 首先,参照图2及图3对本实施方式所述的非水电解质电池的一个例子即扁平型非水电解质电池进行说明。
[0206] 图2是表示第1实施方式所述的扁平型非水电解质电池的一个例子的截面示意图。图3是图2的A部的放大剖视图。
[0207] 图2及图3中所示的非水电解质电池10具备扁平状的卷绕电极组1。
[0208] 扁平状的卷绕电极组1如图3中所示的那样,具备负极3、隔膜4及正极5。隔膜4夹在负极3与正极5之间。这样的扁平状的卷绕电极组1可以通过将层叠负极3、隔膜4及正极5而形成的层叠物如图3中所示的那样使负极3成为外侧而卷绕成涡旋状并进行加压成型来形成。该层叠物按照在负极3与正极5之间夹着隔膜4的方式层叠。
[0209] 负极3包含负极集电体3a和含负极活性物质层3b。位于负极3的最外侧的部分具有如图3中所示的那样仅在负极集电体3a的内面侧的一面形成有含负极活性物质层3b的构成。负极3的其他的部分在负极集电体3a的两面形成有含负极活性物质层3b。
[0210] 在含负极活性物质层3b的不与集电体相接的表面形成有被膜。然而,如之前说明的那样,该被膜由于具有远远比含负极活性物质层3b的厚度小的厚度,所以在图3中没有图示。
[0211] 正极5在正极集电体5a的两面形成有含正极活性物质层5b。
[0212] 如图2中所示的那样,在卷绕电极组1的外周端附近,负极端子6与最外壳的负极3的负极集电体3a连接,正极端子7与内侧的正极5的正极集电体5a连接。
[0213] 卷绕型电极组1被收纳于由在2片树脂层之间夹有金属层的层压膜形成的袋状容器2内。
[0214] 负极端子6及正极端子7各自的一部分位于袋状容器2的外部。该状态可以通过例如将袋状容器2的周缘部夹着负极端子6及正极端子7进行热封而得到。
[0215] 液状非水电解质被收纳在袋状容器2内。液状非水电解质保持在电极组1中。液状非水电解质例如可以在袋状容器2的周缘部设置开口,通过该开口注入到袋状容器2中。该开口可以通过例如在袋状容器2的周缘部的热封时,使一部分不热熔融粘合而残留来形成。通过在非水电解质注入后将开口进行热封,能够将卷绕电极组1及液状非水电解质密封在容器2内。
[0216] 接着,参照图4及图5对第1实施方式所述的非水电解质电池的其他例子进行说明。
[0217] 图4是示意性地表示第1实施方式所述的非水电解质电池的其他例子的局部切口立体图。图5是图4的B部的截面示意图。
[0218] 图4及图5中所示的非水电解质电池10具备层叠型电极组11。如图4中所示的那样,层叠型电极组11被收纳于由在2片树脂膜之间夹有金属层的层压膜形成的外包装构件12内。如图5中所示的那样,层叠型电极组11具有在正极13与负极14之间夹着隔膜15而将它们交替地层叠而成的结构。正极13存在多片,分别具备正极集电体13a、和担载于正极集电体13a的两面上的含正极活性物质层13b。负极14存在多片,分别具备负极集电体14a、和担载于负极集电体14a的两面上的含负极活性物质层14b。在含活性物质层14b的不与集电体相接表面形成有被膜。然而,如之前说明的那样,该被膜由于具有远远比含负极活性物质层
14b的厚度小的厚度,所以在图5中没有图示。
[0219] 各负极14的负极集电体14a的一部分相对于正极13突出。负极集电体14a的突出的部分与带状的负极端子16电连接。带状的负极端子16的前端从外包装构件12被引出到外部。此外,虽然没有图示,但正极13的正极集电体13a中的位于与各负极集电体14a的突出的部分相反侧的部分相对于负极14突出。这里也没有图示,但各正极集电体13a的突出的部分与带状的正极端子17电连接。带状的正极端子17的前端位于与负极端子16相反侧,从外包装构件12的边被引出到外部。
[0220] 根据以上说明的第1实施方式,可提供电极及非水电解质电池。该非水电解质电池具备作为负极的该电极、正极和非水电解质。负极具备含负极活性物质层。含负极活性物质层包含具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物。含负极活性物质层利用X射线光电子能谱法得到的强度比I2/I1满足I2/I1≥1。该非水电解质电池能够抑制含负极活性物质层所包含的含Na的铌钛复合氧化物与非水电解质的副反应。其结果是,第1实施方式所述的电极及非水电解质电池能够显示优异的寿命特性。
[0221] (第2实施方式)
[0222] 根据第2实施方式,提供一种电池包。该电池包具备第1实施方式所述的非水电解质电池。
[0223] 本实施方式所述的电池包可以具备1个非水电解质电池,也可以具备多个的非水电解质电池。电池包中可包含的多个非水电解质电池可以以串联、并联、或将串联及并联组合的方式连接。多个非水电解质电池也可以被电连接而构成组电池。电池包也可以包含多个组电池。
[0224] 电池包可以进一步具备保护电路。保护电路是控制非水电解质电池的充放电的电路。此外,可以将使用电池包作为电源的装置(例如电子设备、汽车等)中包含的电路作为电池包的保护电路使用。
[0225] 此外,电池包也可以进一步具备通电用的外部端子。通电用的外部端子是用于将来自非水电解质电池的电流输出到外部、及用于将电流输入到非水电解质电池中的部件。换言之,在将电池包作为电源使用时,电流通过通电用的外部端子而供给到外部。此外,在将电池包进行充电时,充电电流(包含汽车的动力的再生能量)通过通电用的外部端子被供给到电池包中。
[0226] 接着,参照附图对本实施方式所述的电池包的一个例子进行说明。
[0227] 图6是表示本实施方式所述的电池包的一个例子的分解立体图。图7是表示图6中所示的电池包的电路的方框图。
[0228] 图6及图7中所示的电池包20包含具有图2及图3中所示的结构的多个扁平型单电池21。
[0229] 多个单电池21按照伸出到外部的负极端子6及正极端子7都沿相同方向配置的方式层叠,用粘接胶带22紧,由此构成组电池23。这些单电池21如图7中所示的那样彼此以串联的方式电连接。
[0230] 印制电路布线基板24与多个单电池21的负极端子6及正极端子7伸出的侧面相对地配置。在印制电路布线基板24上,搭载有图7中所示的热敏电阻25、保护电路26及向外部设备通电用的端子27。在印制电路布线基板24的与组电池23相对的面上,为了避免与组电池23的布线产生不必要的连接而安装有绝缘板(未图示)。
[0231] 正极侧引线28与位于组电池23的最下层的单电池21的正极端子7连接,其前端插入印制电路布线基板24的正极侧连接器29中而电连接。负极侧引线30与位于组电池23的最上层的单电池21的负极端子6连接,其前端插入印制电路布线基板24的负极侧连接器31中而电连接。这些连接器29及31分别通过形成于印制电路布线基板24上的布线32及33而与保护电路26连接。
[0232] 热敏电阻25检测单电池21各自的温度,并将其检测信号发送至保护电路26。保护电路26能够在规定的条件下将保护电路26与向外部设备通电用的端子27之间的正(plus)侧布线34a及负(minus)侧布线34b切断。规定的条件的例子是由热敏电阻25接收单电池21的温度为规定温度以上的信号时。此外,规定的条件的其它例子是检测到单电池21的过充电、过放电、过电流等时。该过充电等的检测对于各个单电池21或组电池23进行。在检测各个单电池21时,可以检测电池电压,也可以检测正极电位或负极电位。在后者的情况下,将作为参比电极使用的锂电极插入各个单电池21中。在图6及图7的电池包中,在单电池21上分别连接有用于电压检测的布线35,检测信号通过这些布线35被发送至保护电路26中。
[0233] 在组电池23的四侧面中的除正极端子7及负极端子6突出的侧面以外的三侧面上,分别配置有由橡胶或树脂形成的保护片材36。
[0234] 组电池23与各保护片材36及印制电路布线基板24一起被收纳于收纳容器37内。上述保护片材36配置在收纳容器37的长边方向的两个内侧面和短边方向的1个内侧面上。在与配置有保护片材36的内侧面不同的短边方向的1个内侧面上,配置有印制电路布线基板24。组电池23位于由保护片材36及印制电路布线基板24所围成的空间内。盖38被安装于收纳容器37的上表面上。
[0235] 另外,在组电池23的固定中,也可以使用热收缩带来代替粘接胶带22。这种情况下,在组电池的两侧面配置保护片材,使热收缩带绕圈后,使热收缩带热收缩而将组电池捆扎
[0236] 图6及图7中所示的电池包20具有将多个单电池21串联连接的形态,但为了增大电池容量,电池包也可以将多个单电池21以并联的方式连接。或者,电池包也可以具备将串联连接和并联连接组合而连接的多个单电池21。也可以将电池包20彼此进一步以串联或并联的方式电连接。
[0237] 此外,图6及图7中所示的电池包20具备多个单电池21,但电池包也可以具备1个单电池21。
[0238] 此外,电池包的实施方式根据用途而适当变更。本实施方式所述的电池包适宜用于在取出大电流时要求循环特性优异的用途。具体而言,例如,作为数码相机的电源、作为两轮至四轮的混合动力电动汽车、两轮至四轮的电动汽车、助力自行车等车辆的车载用电池、作为固定用电池、或作为铁道用车辆用的电池使用。特别适宜作为车载用电池使用。
[0239] 在搭载有本实施方式所述的电池包的汽车等车辆中,电池包例如为将车辆的动力的再生能量回收的电池包。
[0240] 第2实施方式所述的电池包具备第1实施方式所述的非水电解质电池。该非水电解质电池能够抑制含负极活性物质层所包含的含Na的铌钛复合氧化物与非水电解质的副反应。因此,第2实施方式所述的电池包能够显示优异的寿命特性。
[0241] (第3实施方式)
[0242] 根据第3实施方式,提供一种车辆。该车辆搭载有第2实施方式所述的电池包。
[0243] 在第3实施方式所述的车辆中,电池包例如为将车辆的动力的再生能量回收的电池包。
[0244] 作为第3实施方式所述的车辆的例子,例如可列举出两轮至四轮的混合动力电动汽车、两轮至四轮的电动汽车及助力自行车及铁道用车辆(例如电车)。
[0245] 第3实施方式所述的车辆中的电池包的搭载位置没有特别限定。例如,在将电池包搭载于汽车上时,电池包可以搭载于车辆的发动机室、车体后方或座位之下。
[0246] 接着,参照附图对第3实施方式的车辆的例子进行说明。
[0247] 图8是第3实施方式所述的一个例子的车辆的概略剖视图。
[0248] 图8中所示的车辆41为汽车。该汽车41在车体前方的发动机室内搭载有电池包42。
[0249] 接着,参照图9对第3实施方式所述的其他例子的车辆的构成进行说明。
[0250] 图9表示第3实施方式所述的其他例子的车辆的构成。图9中所示的车辆300为电动汽车。
[0251] 图9中所示的车辆300具备车辆用电源301、作为车辆用电源301的上位控制机构的车辆ECU(ECU:Electric Control Unit;电控装置)380、外部端子370、变换器340和驱动电机345。
[0252] 车辆300将车辆用电源301搭载于例如发动机室、汽车的车体后方或座位之下。然而,图9中,车辆300中的非水电解质电池的搭载部位概略地进行表示。
[0253] 车辆用电源301具备多个(例如3个)的电池包312a、312b及312c、电池管理装置(BMU:Battery Management Unit)311和通信总线310。
[0254] 3个电池包312a、312b及312c以串联的方式电连接。电池包312a具备组电池314a和组电池监视装置(VTM:Voltage Temperature Monitoring)313a。电池包312b具备组电池314b和组电池监视装置313b。电池包312c具备组电池314c和组电池监视装置313c。电池包
312a、312b、及312c能够分别独立地卸下,能够与别的电池包交换。
[0255] 组电池314a~314c各自具备以串联的方式连接的多个非水电解质电池。各非水电解质电池各自为第1实施方式所述的非水电解质电池。组电池314a~314c分别通过正极端子316及负极端子317而进行充放电。即,电池包312a、312b、及312c为第2实施方式所述的电池包。
[0256] 电池管理装置311为了收集关于车辆用电源301的维护的信息,与组电池监视装置313a~313c之间进行通信,收集车辆用电源301中包含的组电池314a~314c的非水电解质电池的电压、温度等信息。
[0257] 在电池管理装置311与组电池监视装置313a~313c之间,连接有通信总线310。通信总线310按照以多个节点(node)(电池管理装置和1个以上的组电池监视装置)共有1组通信线的方式构成。通信总线310例如为基于CAN(控制局域网络:Control Area Network)标准而构成的通信总线。
[0258] 组电池监视装置313a~313c基于来自电池管理装置311的利用通信的指令,测定构成组电池314a~314c的各个非水电解质电池的电压及温度。但是,温度可以仅对1个组电池在多个部位进行测定,也可以不测定全部的非水电解质电池的温度。
[0259] 车辆用电源301也可以具有用于通断正极端子与负极端子的连接的电磁接触器(例如图9中所示的开关装置333)。开关装置333包含在对组电池314a~314c进行充电时接通的预充电开关(未图示)、在向负荷供给电池输出时接通的主开关(未图示)。预充电开关及主开关具备继电电路(未图示),其基于供给配置在开关元件附近的线圈的信号进行接通及断开。
[0260] 变换器340将输入的直流电压转换成电机驱动用的3相交流(AC)的高电压。变换器340基于来自电池管理装置311或用于控制车辆整体动作的车辆ECU380的控制信号,控制输出电压。变换器340的3相的输出端子与驱动电机345的各3相的输入端子连接。
[0261] 驱动电机345通过由变换器340供给的电力而转动,将其转动介由例如差动齿轮单元而传递至车轴及驱动轮W。
[0262] 此外,虽然未图示,但车辆300具备在将车辆300制动时使驱动电机345转动、并将动能转换成作为电能的再生能量的再生制动机构。由再生制动机构回收的再生能量被输入至变换器340,转换成直流电流。直流电流被输入至车辆用电源301。
[0263] 在车辆用电源301的负极端子317上,介由电池管理装置311内的电流检测部(未图示)而连接有连接线L1的一个端子。连接线L1的另一个端子与变换器340的负极输入端子连接。
[0264] 在车辆用电源301的正极端子316上,介由开关装置333而连接有连接线L2的一个端子。连接线L2的另一个端子与变换器340的正极输入端子连接。
[0265] 外部端子370与电池管理装置311连接。外部端子370例如可以与外部电源连接。
[0266] 车辆ECU380对司机等的操作输入进行应答,与其它装置协调控制电池管理装置311,进行车辆全体的管理。通过通信线在电池管理装置311与车辆ECU380之间进行车辆用电源301的剩余容量等有关车辆用电源301的维护的数据传送。
[0267] 第3实施方式所述的车辆由于具备第3实施方式所述的电池包,所以能够显示优异的寿命特性。
[0268] [实施例]
[0269] 以下对实施例进行说明,但实施方式并不限定于以下记载的实施例。
[0270] (实施例1)
[0271] 实施例1中,通过以下的步骤制作实施例1的非水电解质电池。
[0272] <负极活性物质的制造>
[0273] 通过以下的步骤,合成作为斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的Li2.0Na1.5Ti5.5Nb0.5O14。
[0274] 首先,作为原料,准备氧化钛TiO2、碳酸锂Li2CO3、碳酸钠Na2CO3和氢氧化铌(V)Nb(OH)5。将这些原料按照混合物的Li:Na:Ti:Nb的摩尔比成为2.0:1.5:5.5:0.5的方式混合。在混合之前,将原料充分地粉碎。
[0275] 将混合的原料在大气气氛中、1000℃下历时10小时供于热处理。这样,得到产物的粉末。将所得到的产物的粉末在纯水中历时5小时供于湿式球磨机处理,过滤后,再次进行热处理。再热处理的条件设定为600℃、3小时。这样,得到负极活性物质的粉末。
[0276] 将所得到的负极活性物质通过之前说明的ICP、SEM-EDX及XRD进行分析。其结果是,获知所得到的负极活性物质为具有式Li2.0Na1.5Ti5.5Nb0.5O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粉末。
[0277] <负极中间构件的制作>
[0278] 将上面制作的活性物质、乙炔黑及聚偏氟乙烯(PVdF)以90质量%:5质量%:5质量%的配合比分散到N-甲基吡咯烷(NMP)中并混合,得到混合物。将该混合物使用自转公转混合器进一步搅拌,制备浆料。将该浆料涂布到由厚度为15μm的铝箔形成的集电体的两面上,使涂膜干燥。接着,将干燥后的涂膜加压,制作包含集电体、和形成于集电体上且电极密度(不包含集电体)为2.3g/cm3的含负极活性物质层的负极中间构件。
[0279] 另外,在浆料的涂布时,在集电体的一部分中残留未涂布浆料部。将该部分作为负极极耳。在该负极极耳上超声波接合负极端子。
[0280] <正极的制作>
[0281] 通过以下的步骤,合成作为尖晶石型锰酸锂的LiMn2O4。
[0282] 首先,作为原料,准备碳酸锂Li2CO3、和碳酸锰MnCO3。将这些原料按照混合物的Li:Mn的摩尔比成为1.0:2.0的方式混合。在混合之前,将原料充分地粉碎。
[0283] 将混合的原料在大气气氛中、700℃下历时10小时供于热处理。这样,得到产物的粉末。
[0284] 将所得到的产物通过之前说明的ICP、SEM-EDX及XRD进行分析。其结果是,获知所得到的负极活性物质为具有式LiMn2O4所表示的组成的尖晶石型锰酸锂的粉末。
[0285] 将上面制作的活性物质、乙炔黑及聚偏氟乙烯(PVdF)以90质量%:5质量:5质量%的配合比分散到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中并混合,得到混合物。将该混合物使用自转公转混合器进一步搅拌,制备浆料。将该浆料涂布到由厚度为15μm的铝箔构成的集电体的两面上,使涂膜干燥。接着,将干燥后的涂膜加压,制作包含集电体、和形成于集电体上且电极密度(不包含集电体)为2.9g/cm3的含正极活性物质层的正极。
[0286] 另外,在浆料的涂布时,在集电体的一部分中残留未涂布浆料部。将该部分作为正极极耳。在该正极极耳上超声波接合正极端子。
[0287] <电极组的制作>
[0288] 准备2张由厚度为25μm的聚乙烯制多孔质膜构成的隔膜。接着,将之前制作的正极、一张隔膜、之前制作的负极中间构件及另一张隔膜按此顺序层叠,得到层叠体。将该层叠体卷绕成涡旋状,得到卷绕体。接着,从卷绕体中抽出卷芯,将卷绕体在90℃下供于加热加压。这样,制作宽度为30mm、厚度为3.0mm的扁平状电极组。
[0289] <电极组向外包装构件中的容纳>
[0290] 将所得到的电极组用层压膜包裹。作为层压膜,使用在厚度为40μm的铝箔的两面上形成聚丙烯层而构成、整体的膜厚为0.1mm的膜。此时,在层压膜的1个端部中,在聚丙烯层的彼此相对的2个部分之间夹入负极端子的一部分。并且,使负极端子的另一部分露出到层压膜外。同样地,在层压膜的1个端部中,在聚丙烯层的彼此相对的2个部分之间夹入正极端子的一部分。并且,使正极端子的另一部分露出到层压膜外。
[0291] 接着,将夹入有负极端子的一部分的端部进行热封。同样地,将夹入有正极端子的一部分的端部进行热封。这样,将电极组容纳到由层压膜构成的外包装构件内。
[0292] 接着,将电极组在外包装构件中、80℃下供于24小时真空干燥。
[0293] <液状非水电解质的制备>
[0294] 作为非水溶剂,准备碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)及碳酸乙甲酯(EMC)。将它们按照EC:PC:EMC的体积比成为1:1:4的方式混合,制备混合溶剂。
[0295] 在该混合溶剂中以1.2M的浓度溶解六氟磷酸锂(LiPF6)。这样,制备液状非水电解质。
[0296] <电池单元的制作>
[0297] 在干燥氩环境下,参照图10A~图10F如以下说明的那样操作而制作电池单元。
[0298] 图10A~图10F是表示实施例1的非水电解质电池的制作步骤的一部分的概略图。
[0299] 首先,在收纳有电极组1的层压膜的外包装构件2内,如图10A中所示的那样,注入之前制备的液状非水电解质8。接着,如图10B中所示的那样,将外包装构件2的端部2a进行热封。这样,将电极组1和液状非水电解质8完全密闭在外包装构件2内。此时,如图10B中所示的那样,在热封部2a与容纳电极组1的部分之间设置距离。
[0300] 这样,制作实施例1的电池单元10’。
[0301] <老化处理>
[0302] 将所制作的实施例1的电池单元10’通过以下的步骤供于第1老化处理、接着供于第2老化处理。
[0303] 首先,将电池单元10’的电压通过之前所示的步骤调整为2.5V。将该电池单元供于第1老化处理。第1老化处理在60℃的温度环境下历时10小时而进行。接着,沿着图10B中所示的切取线2A,将外包装构件2如图10C中所示的那样切开。这样,将外包装构件2内部的气体放出。
[0304] 接着,如图10D中所示的那样,将外包装构件2的端部2b进行热封。这样,将电极组1和液状非水电解质8完全密闭在外包装构件2内。
[0305] 接着,将电池单元10’的电压通过之前所示的步骤调整为2.8V。将该电池单元10’供于第2老化处理。第2老化处理在80℃的温度环境下进行10小时。接着,沿着图10D中所示的切取线2B,将外包装构件2如图10E中所示的那样切开。这样,将外包装构件2内部的气体放出。
[0306] 接着,如图10F中所示的那样,将外包装构件2的端部2c进行热封。这样,将电极组1和液状非水电解质8完全密闭在外包装构件2内。
[0307] 这样,得到具有与上述的图2及图3中所示的一个例子的非水电解质电池10同样的结构、具体而言宽度为35mm、厚度为3.2mm、高度为65mm的实施例1的非水电解质电池10。
[0308] <试验电池的充放电循环试验>
[0309] 将实施例1的非水电解质电池10通过以下的步骤供于高温充放电循环试验。
[0310] 试验温度环境设定为60℃。充电中,将电池10以0.2C的恒电流值充电至电压达到3.0V为止,接着将电池以3.0V的恒电压进行充电。充电在电流值达到1/20C时停止。放电以
0.2C的恒电流值进行。放电在电池10的电压达到1.8V时停止。在充电与放电之间,进行相同温度环境下的1分钟的中止。将充电、中止、放电及中止设定为1个循环。将该试验中实施的循环数设定为500个循环。通过将非水电解质电池的第500循环的放电容量除以第1循环的放电容量,评价高温下的500循环后的容量维持率。该容量维持率成为电极的循环特性的指标。
[0311]
[0312] 进行上述循环试验后,通过以下的步骤进行XPS测定。作为装置,使用PHI公司制QuanteraSXM。激发X射线源使用单结晶分光Al-Kα(1486.6eV),光电子检测角度设定为45°。通过该测定,测定负极表面中的在289~292eV下出现的峰P1的强度I1和在283~285eV下出现的峰P2的强度I2。
[0313] (实施例2~22)
[0314] 实施例2~22中,将第1老化处理和/或第2老化处理的条件分别变更为以下的表1中所示的条件,除此以外通过与实施例1同样的步骤,分别制作实施例2~22的非水电解质电池。
[0315] (实施例23)
[0316] 实施例23中,作为负极活性物质,使用具有式Li2Na1.75Ti5.75Nb0.25O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物,除此以外通过与实施例1同样的步骤,制作实施例23的非水电解质电池。
[0317] 具有式Li2Na1.75Ti5.75Nb0.25O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过以下的步骤来合成。
[0318] 首先,作为原料,准备氧化钛TiO2、碳酸锂Li2CO3、碳酸钠Na2CO3和氢氧化铌(V)Nb(OH)5。将这些原料按照混合物的Li:Na:Ti:Nb的摩尔比成为2.0:1.75:5.75:0.25的方式混合。在混合之前,将原料充分地粉碎。
[0319] 将混合的原料在大气气氛中、1000℃下历时10小时供于热处理。这样,得到产物的粉末。将所得到的产物的粉末在纯水中历时5小时供于湿式球磨机处理,过滤后,再次进行热处理。再热处理的条件设定为600℃、3小时。这样,得到负极活性物质的粉末。
[0320] 将所得到的负极活性物质通过之前说明的ICP、SEM-EDX及XRD进行分析。其结果是,获知所得到的负极活性物质为具有式Li2.0Na1.75Ti5.75Nb0.25O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粉末。
[0321] 使用如以上那样操作而得到的活性物质,通过以下的步骤制作负极中间构件。
[0322] 将上面制作的活性物质、乙炔黑及聚偏氟乙烯(PVdF)以90质量%:5质量%:5质量%的配合比分散到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中并混合,得到混合物。将该混合物使用自转公转混合器进一步搅拌,制备浆料。将该浆料涂布到由厚度为15μm的铝箔构成的集电体的两面上,使涂膜干燥。接着,将干燥后的涂膜加压,制作包含集电体、和形成于集电体上且电极密度(不包含集电体)为2.3g/cm3的含负极活性物质层的负极中间构件。
[0323] 另外,在浆料的涂布时,在集电体的一部分中残留未涂布浆料部。将该部分作为负极极耳。在该负极极耳上超声波接合负极端子。
[0324] (实施例24~44)
[0325] 实施例24~44中,将第1老化处理和/或第2老化处理的条件分别变更为以下的表1或表2中所示的条件,除此以外通过与实施例23同样的步骤,分别制作实施例24~44的非水电解质电池。
[0326] (实施例45)
[0327] 实施例45中,作为负极活性物质,使用具有式Li2Na1.8Ti5.8Nb0.2O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物,除此以外通过与实施例1同样的步骤,制作实施例45的非水电解质电池。
[0328] 具有式Li2Na1.8Ti5.8Nb0.2O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过以下的步骤来合成。
[0329] 具有式Li2.0Na1.8Ti5.8Nb0.2O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过以下的步骤来合成。
[0330] 首先,作为原料,准备氧化钛TiO2、碳酸锂Li2CO3、碳酸钠Na2CO3和氢氧化铌(V)Nb(OH)5。将这些原料按照混合物的Li:Na:Ti:Nb的摩尔比成为2.0:1.8:5.8:0.2的方式混合。在混合之前,将原料充分地粉碎。
[0331] 将混合的原料在大气气氛中、1000℃下历时10小时供于热处理。这样,得到产物的粉末。将所得到的产物的粉末在纯水中历时5小时供于湿式球磨机处理,过滤后,再次进行热处理。再热处理的条件设定为600℃、3小时。这样,得到负极活性物质的粉末。
[0332] 将所得到的负极活性物质通过之前说明的ICP、SEM-EDX及XRD进行分析。其结果是,获知所得到的负极活性物质为具有式Li2.0Na1.8Ti5.8Nb0.2O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粉末。
[0333] 使用如以上那样操作而得到的活性物质,通过以下的步骤制作负极中间构件。
[0334] 将上面制作的活性物质、乙炔黑及聚偏氟乙烯(PVdF)以90质量%:5质量%:5质量%的配合比分散到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中并混合,得到混合物。将该混合物使用自转公转混合器进一步搅拌,制备浆料。将该浆料涂布到由厚度为15μm的铝箔构成的集电体的两面上,使涂膜干燥。接着,将干燥后的涂膜加压,制作包含集电体、和形成于集电体上且电极密度(不包含集电体)为2.3g/cm3的含负极活性物质层的负极中间构件。
[0335] 另外,在浆料的涂布时,在集电体的一部分中残留未涂布浆料部。将该部分作为负极极耳。在该负极极耳上超声波接合负极端子。
[0336] (实施例46)
[0337] 实施例46中,作为负极活性物质,使用具有式Li2Na1.4K0.1Ti5.5Nb0.5O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物,除此以外通过与实施例1同样的步骤,制作实施例46的非水电解质电池。
[0338] 具有式Li2Na1.4K0.1Ti5.5Nb0.5O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过以下的步骤来合成。
[0339] 首先,作为原料,准备氧化钛TiO2、碳酸锂Li2CO3、碳酸钠Na2CO3、碳酸K2CO3和氢氧化铌(V)Nb(OH)5。将这些原料按照混合物的Li:Na:K:Ti:Nb的摩尔比成为2.0:1.4:0.1:5.5:0.5的方式混合。在混合之前,将原料充分地粉碎。
[0340] 将混合的原料在大气气氛中、1000℃下历时10小时供于热处理。这样,得到产物的粉末。将所得到的产物的粉末在纯水中历时5小时供于湿式球磨机处理,过滤后,再次进行热处理。再热处理的条件设定为600℃、3小时。这样,得到负极活性物质的粉末。
[0341] 将所得到的负极活性物质通过之前说明的ICP、SEM-EDX及XRD进行分析。其结果是,获知所得到的负极活性物质为具有式Li2.0Na1.4K0.1Ti5.5Nb0.5O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粉末。
[0342] 使用如以上那样操作而得到的活性物质,通过以下的步骤制作负极中间构件。
[0343] 将上面制作的活性物质90质量%、乙炔黑5质量%及聚偏氟乙烯(PVdF)5质量%分散到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中并混合,得到混合物。将该混合物使用自转公转混合器进一步搅拌,制备浆料。将该浆料涂布到由厚度为15μm的铝箔构成的集电体的两面上,使涂膜干燥。接着,将干燥后的涂膜加压,制作包含集电体、和形成于集电体上且电极密度(不包含集电体)为2.3g/cm3的含负极活性物质层的负极中间构件。
[0344] 另外,在浆料的涂布时,在集电体的一部分中残留未涂布浆料部。将该部分作为负极极耳。在该负极极耳上超声波接合负极端子。
[0345] (实施例47)
[0346] 实施例47中,作为负极活性物质,使用具有式Li2Na1.6Ti5.5Nb0.4Zr0.1O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物,除此以外通过与实施例1同样的步骤,制作实施例47的非水电解质电池。
[0347] 具有式Li2Na1.6Ti5.5Nb0.4Zr0.1O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过以下的步骤来合成。
[0348] 首先,作为原料,准备氧化钛TiO2、碳酸锂Li2CO3、碳酸钠Na2CO3、氢氧化铌(V)Nb(OH)5和氢氧化锆Zr(OH)4。将这些原料按照混合物的Li:Na:Ti:Nb:Zr的摩尔比成为2.0:1.6:5.5:0.4:0.1的方式混合。在混合之前,将原料充分地粉碎。
[0349] 将混合的原料在大气气氛中、1000℃下历时10小时供于热处理。这样,得到产物的粉末。将所得到的产物的粉末在纯水中历时5小时供于湿式球磨机处理,过滤后,再次进行热处理。再热处理的条件设定为600℃、3小时。这样,得到负极活性物质的粉末。
[0350] 将所得到的负极活性物质通过之前说明的ICP、SEM-EDX及XRD进行分析。其结果是,获知所得到的负极活性物质为具有式Li2Na1.6Ti5.5Nb0.4Zr0.1O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粉末。
[0351] 使用如以上那样操作而得到的活性物质,通过以下的步骤制作负极中间构件。
[0352] 将上面制作的活性物质、乙炔黑及聚偏氟乙烯(PVdF)以90质量%:5质量%:5质量%的配合比分散到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中并混合,得到混合物。将该混合物使用自转公转混合器进一步搅拌,制备浆料。将该浆料涂布到由厚度为15μm的铝箔构成的集电体的两面上,使涂膜干燥。接着,将干燥后的涂膜加压,制作包含集电体、和形成于集电体上且电极密度(不包含集电体)为2.3g/cm3的含负极活性物质层的负极中间构件。
[0353] 另外,在浆料的涂布时,在集电体的一部分中残留未涂布浆料部。将该部分作为负极极耳。在该负极极耳上超声波接合负极端子。
[0354] (比较例1)
[0355] 比较例1中,除了变更液状非水电解质以外,通过与实施例1同样的步骤,制作比较例1的非水电解质电池。
[0356] 比较例1中使用的液状非水电解质通过以下的步骤制备。首先,作为非水溶剂,准备碳酸亚丙酯(PC)及碳酸乙甲酯(EMC)。将它们按照PC:EMC的体积比成为1:2的方式混合,制备混合溶剂。在该混合溶剂中,以1.2M的浓度溶解六氟磷酸锂(LiPF6)。这样,制备液状非水电解质。
[0357] (比较例2)
[0358] 比较例2中,除了将电池单元的第1老化条件及第2老化条件如以下的表2中所示的那样变更以外,通过与实施例1同样的步骤,制作比较例2的非水电解质电池。
[0359] (比较例3~6)
[0360] 比较例3~6中,除了将电池单元的老化以以下的表2中所示的条件仅进行1次以外,通过与实施例1同样的步骤,分别制作比较例3~6的非水电解质电池。
[0361] 将实施例2~47及比较例1~6的各非水电解质电池与实施例1的非水电解质电池同样地供于试验。将它们的结果示于以下的表3及4中。
[0362] 表1
[0363]
[0364] 表2
[0365]
[0366] 表3
[0367]
[0368] 表4
[0369]
[0370] (结果)
[0371] 图11中示出实施例1的非水电解质电池所具备的负极的表面的XPS光谱的一部分(实线)、及比较例1的电池所具备的负极的表面的XPS光谱的一部分(点线)。
[0372] 首先,如由图11表明的那样,实施例1的非水电解质电池所具备的负极表面的光谱具有在291eV的结合能处具有峰顶的峰P1。该峰P1的强度I1比在比较例1的非水电解质电池所具备的负极表面的光谱中在同样的结合能处出现的峰P’1的强度I’1小。此外,实施例1的非水电解质电池所具备的负极表面的光谱具有在284eV的结合能处具有峰顶的峰P2。该峰P2的强度I2比在比较例1的非水电解质电池所具备的负极表面的光谱中在同样的结合能处出现的峰P’2的强度I’2大。并且,比较例1的强度比I’2/I’1为0.95,与此相对,实施例1的强度比I2/I1为1.67。
[0373] 如表3及4中所示的那样,强度比I2/I1为1以上的实施例1~47的各非水电解质电池显示出比强度比I’2/I’1低于1的比较例1~8的各非水电解质电池更高的循环容量维持率。即,强度比I2/I1为1以上的实施例1~47的各非水电解质电池显示出比比较例1~8的各非水电解质电池更优异的寿命特性。
[0374] 比较例1进行了与实施例1同样的第1及第2老化,但在含负极活性物质层上没有形成充分的被膜。认为其原因在于电解液的组成。
[0375] 比较例2是变更实施例1中进行的第1老化和第2老化的顺序而进行的例子。由比较例2的结果获知,在将调节为高的SOC的电池单元在高的温度下供于老化,接着将调节为比之前的老化低的SOC的电池单元在比之前的老化低的温度下供于老化的情况下,强度比I2/I1变得低于1,在含负极活性物质层上没有形成充分的被膜。
[0376] 比较例3~6是仅进行1次老化的例子。由这些结果获知,即使变更条件,在仅进行1次老化的情况下,强度比I2/I1也变得低于1,在含负极活性物质层上没有形成充分的被膜。
[0377] 例如,通过使用各实施例的非水电解质电池中包含的负极重新制作的电池,也能够得到优异的寿命特性。
[0378] (实施例48)
[0379] 实施例48中,作为负极活性物质,使用具有式Li2Na0.2Ti4.2Nb1.8O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物,除此以外通过与实施例1同样的步骤,制作实施例48的非水电解质电池。
[0380] 具有式Li2Na0.2Ti4.2Nb1.8O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过以下的步骤来合成。
[0381] 首先,作为原料,准备氧化钛TiO2、碳酸锂Li2CO3、碳酸钠Na2CO3和氢氧化铌(V)Nb(OH)5。将这些原料按照混合物的Li:Na:Ti:Nb的摩尔比成为2.0:0.2:4.2:1.8的方式混合。在混合之前,将原料充分地粉碎。
[0382] 将混合的原料在大气气氛中、1000℃下历时10小时供于热处理。这样,得到产物的粉末。将所得到的产物的粉末在纯水中历时5小时供于湿式球磨机处理,过滤后,再次进行热处理。再热处理的条件设定为600℃、3小时。这样,得到负极活性物质的粉末。
[0383] 将所得到的负极活性物质通过之前说明的ICP、SEM-EDX及XRD进行分析。其结果是,获知所得到的负极活性物质为具有式Li2Na0.2Ti4.2Nb1.8O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粉末。
[0384] 使用如以上那样操作而得到的活性物质,通过以下的步骤制作负极中间构件。
[0385] 将上面制作的活性物质、乙炔黑及聚偏氟乙烯(PVdF)以90质量%:5质量%:5质量%的配合比分散到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中并混合,得到混合物。将该混合物使用自转公转混合器进一步搅拌,制备浆料。将该浆料涂布到由厚度为15μm的铝箔构成的集电体的两面上,使涂膜干燥。接着,将干燥后的涂膜加压,制作包含集电体、和形成于集电体上且电极3
密度(不包含集电体)为2.3g/cm的含负极活性物质层的负极中间构件。
[0386] 另外,在浆料的涂布时,在集电体的一部分中残留未涂布浆料部。将该部分作为负极极耳。在该负极极耳上超声波接合负极端子。
[0387] (实施例49)
[0388] 实施例49中,作为负极活性物质,使用具有式Li2Na1.3Mg0.1Ti5.5Nb0.5O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物,除此以外通过与实施例1同样的步骤,制作实施例49的非水电解质电池。
[0389] 具有式Li2Na1.3Mg0.1Ti5.5Nb0.5O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过以下的步骤来合成。
[0390] 首先,作为原料,准备氧化钛TiO2、碳酸锂Li2CO3、碳酸钠Na2CO3、氢氧化铌(V)Nb(OH)5和氧化镁MgO。将这些原料按照混合物的Li:Na:Ti:Nb:Mg的摩尔比成为2.0:1.3:5.5:0.5:0.1的方式混合。在混合之前,将原料充分地粉碎。
[0391] 将混合的原料在大气气氛中、1000℃下历时10小时供于热处理。这样,得到产物的粉末。将所得到的产物的粉末在纯水中历时5小时供于湿式球磨机处理,过滤后,再次进行热处理。再热处理的条件设定为600℃、3小时。这样,得到负极活性物质的粉末。
[0392] 将所得到的负极活性物质通过之前说明的ICP、SEM-EDX及XRD进行分析。其结果是,获知所得到的负极活性物质为具有式Li2Na1.3Mg0.1Ti5.5Nb0.5O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粉末。
[0393] 使用如以上那样操作而得到的活性物质,通过以下的步骤制作负极中间构件。
[0394] 将上面制作的活性物质、乙炔黑及聚偏氟乙烯(PVdF)以90质量%:5质量%:5质量%的配合比分散到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中并混合,得到混合物。将该混合物使用自转公转混合器进一步搅拌,制备浆料。将该浆料涂布到由厚度为15μm的铝箔构成的集电体的两面上,使涂膜干燥。接着,将干燥后的涂膜加压,制作包含集电体、和形成于集电体上且电极密度(不包含集电体)为2.3g/cm3的含负极活性物质层的负极中间构件。
[0395] 另外,在浆料的涂布时,在集电体的一部分中残留未涂布浆料部。将该部分作为负极极耳。在该负极极耳上超声波接合负极端子。
[0396] (实施例50)
[0397] 实施例50中,作为负极活性物质,使用具有式Li2Na1.3Ca0.1Ti5.5Nb0.5O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物,除此以外通过与实施例1同样的步骤,制作实施例50的非水电解质电池。
[0398] 具有式Li2Na1.3Ca0.1Ti5.5Nb0.5O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过以下的步骤来合成。
[0399] 首先,作为原料,准备氧化钛TiO2、碳酸锂Li2CO3、碳酸钠Na2CO3、氢氧化铌(V)Nb(OH)5和氧化CaO。将这些原料按照混合物的Li:Na:Ti:Nb:Ca的摩尔比成为2.0:1.3:5.5:0.5:0.1的方式混合。在混合之前,将原料充分地粉碎。
[0400] 将混合的原料在大气气氛中、1000℃下历时10小时供于热处理。这样,得到产物的粉末。将所得到的产物的粉末在纯水中历时5小时供于湿式球磨机处理,过滤后,再次进行热处理。再热处理的条件设定为600℃、3小时。这样,得到负极活性物质的粉末。
[0401] 将所得到的负极活性物质通过之前说明的ICP、SEM-EDX及XRD进行分析。其结果是,获知所得到的负极活性物质为具有式Li2Na1.3Ca0.1Ti5.5Nb0.5O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粉末。
[0402] 使用如以上那样操作而得到的活性物质,通过以下的步骤制作负极中间构件。
[0403] 将上面制作的活性物质、乙炔黑及聚偏氟乙烯(PVdF)以90质量%:5质量%:5质量%的配合比分散到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中并混合,得到混合物。将该混合物使用自转公转混合器进一步搅拌,制备浆料。将该浆料涂布到由厚度为15μm的铝箔构成的集电体的两面上,使涂膜干燥。接着,将干燥后的涂膜加压,制作包含集电体、和形成于集电体上且电极密度(不包含集电体)为2.3g/cm3的含负极活性物质层的负极中间构件。
[0404] 另外,在浆料的涂布时,在集电体的一部分中残留未涂布浆料部。将该部分作为负极极耳。在该负极极耳上超声波接合负极端子。
[0405] (实施例51)
[0406] 实施例51中,作为负极活性物质,使用具有式Li2Na1.3Sr0.1Ti5.5Nb0.5O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物,除此以外通过与实施例1同样的步骤,制作实施例51的非水电解质电池。
[0407] 具有式Li2Na1.3Sr0.1Ti5.5Nb0.5O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过以下的步骤来合成。
[0408] 首先,作为原料,准备氧化钛TiO2、碳酸锂Li2CO3、碳酸钠Na2CO3、氢氧化铌(V)Nb(OH)5和氧化锶SrO。将这些原料按照混合物的Li:Na:Ti:Nb:Sr的摩尔比成为2.0:1.3:5.5:0.5:0.1的方式混合。在混合之前,将原料充分地粉碎。
[0409] 将混合的原料在大气气氛中、1000℃下历时10小时供于热处理。这样,得到产物的粉末。将所得到的产物的粉末在纯水中历时5小时供于湿式球磨机处理,过滤后,再次进行热处理。再热处理的条件设定为600℃、3小时。这样,得到负极活性物质的粉末。
[0410] 将所得到的负极活性物质通过之前说明的ICP、SEM-EDX及XRD进行分析。其结果是,获知所得到的负极活性物质为具有式Li2Na1.3Sr0.1Ti5.5Nb0.5O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粉末。
[0411] 使用如以上那样操作而得到的活性物质,通过以下的步骤制作负极中间构件。
[0412] 将上面制作的活性物质、乙炔黑及聚偏氟乙烯(PVdF)以90质量%:5质量%:5质量%的配合比分散到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中并混合,得到混合物。将该混合物使用自转公转混合器进一步搅拌,制备浆料。将该浆料涂布到由厚度为15μm的铝箔构成的集电体的两面上,使涂膜干燥。接着,将干燥后的涂膜加压,制作包含集电体、和形成于集电体上且电极密度(不包含集电体)为2.3g/cm3的含负极活性物质层的负极中间构件。
[0413] 另外,在浆料的涂布时,在集电体的一部分中残留未涂布浆料部。将该部分作为负极极耳。在该负极极耳上超声波接合负极端子。
[0414] (实施例52)
[0415] 实施例52中,作为负极活性物质,使用具有式Li2Na1.7Ti5.5Nb0.4Al0.1O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物,除此以外通过与实施例1同样的步骤,制作实施例52的非水电解质电池。
[0416] 具有式Li2Na1.7Ti5.5Nb0.4Al0.1O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过以下的步骤来合成。
[0417] 首先,作为原料,准备氧化钛TiO2、碳酸锂Li2CO3、碳酸钠Na2CO3、氢氧化铌(V)Nb(OH)5和氢氧化铝Al(OH)3。将这些原料按照混合物的Li:Na:Ti:Nb:Al的摩尔比成为2.0:1.7:5.5:0.4:0.1的方式混合。在混合之前,将原料充分地粉碎。
[0418] 将混合的原料在大气气氛中、1000℃下历时10小时供于热处理。这样,得到产物的粉末。将所得到的产物的粉末在纯水中历时5小时供于湿式球磨机处理,过滤后,再次进行热处理。再热处理的条件设定为600℃、3小时。这样,得到负极活性物质的粉末。
[0419] 将所得到的负极活性物质通过之前说明的ICP、SEM-EDX及XRD进行分析。其结果是,获知所得到的负极活性物质为具有式Li2Na1.7Ti5.5Nb0.4Al0.1O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粉末。
[0420] 使用如以上那样操作而得到的活性物质,通过以下的步骤制作负极中间构件。
[0421] 将上面制作的活性物质、乙炔黑及聚偏氟乙烯(PVdF)以90质量%:5质量%:5质量%的配合比分散到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中并混合,得到混合物。将该混合物使用自转公转混合器进一步搅拌,制备浆料。将该浆料涂布到由厚度为15μm的铝箔构成的集电体的两面上,使涂膜干燥。接着,将干燥后的涂膜加压,制作包含集电体、和形成于集电体上且电极密度(不包含集电体)为2.3g/cm3的含负极活性物质层的负极中间构件。
[0422] 另外,在浆料的涂布时,在集电体的一部分中残留未涂布浆料部。将该部分作为负极极耳。在该负极极耳上超声波接合负极端子。
[0423] (实施例53)
[0424] 实施例53中,作为负极活性物质,使用具有式Li2Na1.4Ti5.5Nb0.4Mo0.1O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物,除此以外通过与实施例1同样的步骤,制作实施例53的非水电解质电池。
[0425] 具有式Li2Na1.4Ti5.5Nb0.4Mo0.1O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物通过以下的步骤来合成。
[0426] 首先,作为原料,准备氧化钛TiO2、碳酸锂Li2CO3、碳酸钠Na2CO3、氢氧化铌(V)Nb(OH)5和氧化钼MoO2。将这些原料按照混合物的Li:Na:Ti:Nb:Mo的摩尔比成为2.0:1.4:5.5:0.4:0.1的方式混合。在混合之前,将原料充分地粉碎。
[0427] 将混合的原料在大气气氛中、1000℃下历时10小时供于热处理。这样,得到产物的粉末。将所得到的产物的粉末在纯水中历时5小时供于湿式球磨机处理,过滤后,再次进行热处理。再热处理的条件设定为600℃、3小时。这样,得到负极活性物质的粉末。
[0428] 将所得到的负极活性物质通过之前说明的ICP、SEM-EDX及XRD进行分析。其结果是,获知所得到的负极活性物质为具有式Li2Na1.4Ti5.5Nb0.4Mo0.1O14所表示的组成的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粉末。
[0429] 使用如以上那样操作而得到的活性物质,通过以下的步骤制作负极中间构件。
[0430] 将上面制作的活性物质、乙炔黑及聚偏氟乙烯(PVdF)以90质量%:5质量%:5质量%的配合比分散到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中并混合,得到混合物。将该混合物使用自转公转混合器进一步搅拌,制备浆料。将该浆料涂布到由厚度为15μm的铝箔构成的集电体的两面上,使涂膜干燥。接着,将干燥后的涂膜加压,制作包含集电体、和形成于集电体上且电极密度(不包含集电体)为2.3g/cm3的含负极活性物质层的负极中间构件。
[0431] 另外,在浆料的涂布时,在集电体的一部分中残留未涂布浆料部。将该部分作为负极极耳。在该负极极耳上超声波接合负极端子。
[0432] (实施例54)
[0433] 实施例54中,除了变更使用的负极活性物质以外,通过与实施例1同样的步骤,制作实施例54的非水电解质电池。
[0434] 实施例54中,作为负极活性物质,使用与实施例1中使用的同样的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粉末与具有式Nb2TiO7所表示的组成的铌钛复合氧化物的粉末的混合粉末。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粉末与铌钛复合氧化物的粉末的重量比设定为70:30。
[0435] 具有式Nb2TiO7所表示的组成的铌钛复合氧化物通过以下的步骤来合成。
[0436] 首先,作为原料,准备氧化钛TiO2和氧化铌Nb2O5。将这些原料按照混合物的Nb:Ti的摩尔比成为2.0:1.0的方式混合。在混合之前,将原料充分地粉碎。
[0437] 将混合的原料在大气气氛中、在1350℃下历时30小时而供于热处理。这样,得到产物的粉末。
[0438] 将所得到的产物的粉末通过之前说明的ICP、SEM-EDX及XRD进行分析。其结果是,获知所得到的产物的粉末为具有式Nb2TiO7所表示的组成的铌钛复合氧化物的粉末。
[0439] 使用如以上那样操作而准备的混合粉末,通过以下的步骤制作负极中间构件。
[0440] 将混合粉末、乙炔黑及聚偏氟乙烯(PVdF)以90质量%:5质量%:5质量%的配合比分散到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中并混合,得到混合物。将该混合物使用自转公转混合器进一步搅拌,制备浆料。将该浆料涂布到由厚度为15μm的铝箔构成的集电体的两面上,使涂膜干燥。接着,将干燥后的涂膜加压,制作包含集电体、和形成于集电体上且电极密度(不包含集电体)为2.3g/cm3的含负极活性物质层的负极中间构件。
[0441] 另外,在浆料的涂布时,在集电体的一部分中残留未涂布浆料部。将该部分作为负极极耳。在该负极极耳上超声波接合负极端子。
[0442] (实施例55)
[0443] 实施例55中,除了变更使用的负极活性物质以外,通过与实施例1同样的步骤,制作实施例55的非水电解质电池。
[0444] 实施例55中,作为负极活性物质,使用与实施例1中使用的同样的斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粉末与具有式Li4Ti5O12所表示的组成的钛酸锂的粉末的混合物。斜方晶型含Na的铌钛复合氧化物的粉末与钛酸锂的粉末的重量比设定为70:30。
[0445] 具有式Li4Ti5O12所表示的组成的钛酸锂通过以下的步骤来合成。
[0446] 首先,作为原料,准备氧化钛TiO2和碳酸锂Li2CO3。将这些原料按照混合物的Li:Ti的摩尔比成为4.0:5.0的方式混合。在混合之前,将原料充分地粉碎。
[0447] 将混合的原料在大气气氛中、在800℃下历时12小时供于热处理。这样,得到产物的粉末。
[0448] 将所得到的产物的粉末通过之前说明的ICP、SEM-EDX及XRD进行分析。其结果是,获知所得到的产物的粉末为具有式Li4Ti5O12所表示的组成的钛酸锂的粉末。
[0449] 使用如以上那样操作而准备的混合粉末,通过以下的步骤制作负极中间构件。
[0450] 将混合粉末、乙炔黑及聚偏氟乙烯(PVdF)以90质量%:5质量%:5质量%的配合比分散到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中并混合,得到混合物。将该混合物使用自转公转混合器进一步搅拌,制备浆料。将该浆料涂布到由厚度为15μm的铝箔构成的集电体的两面上,使涂膜干燥。接着,将干燥后的涂膜加压,制作包含集电体、和形成于集电体上且电极密度(不包含集电体)为2.3g/cm3的含负极活性物质层的负极中间构件。
[0451] 另外,在浆料的涂布时,在集电体的一部分中残留未涂布浆料部。将该部分作为负极极耳。在该负极极耳上超声波接合负极端子。
[0452] 以下的表5中示出实施例48~55的各非水电解质电池的负极活性物质的组成及老化条件。另外,实施例48~55各自的老化条件设定为与实施例1的老化条件同样。此外,将实施例48~55的各非水电解质电池与实施例1的非水电解质电池同样地供于试验。将它们的结果示于以下的表6中。
[0453] 表5
[0454]
[0455] 表6
[0456]
[0457] 由表3~5中所示的结果获知,强度比I2/I1为1以上的实施例48~55的各非水电解质电池与实施例1~47的电池同样地,与强度比I’2/I’1低于1的比较例1~8的各非水电解质电池相比显示高的循环容量维持率。也就是说,强度比I2/I1为1以上的实施例48~55的各非水电解质电池与比较例1~8的各非水电解质电池相比显示更优异的寿命特性。
[0458] 此外,由表1~3、5及6获知,即使具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物的组成发生变化,实施例1~53的各非水电解质电池也显示出优异的寿命特性。并且,由表1、3、5及6获知,含负极活性物质层包含除具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物以外的负极活性物质的实施例54及55的各非水电解质电池与实施例1~53的非水电解质电池同样地显示出优异的寿命特性。
[0459] 根据以上说明的至少1个实施方式及实施例,提供一种非水电解质电池。该非水电解质电池具备负极、正极和非水电解质。负极具备含负极活性物质层。含负极活性物质层包含具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物。含负极活性物质层利用X射线光电子能谱法得到的比I2/I1满足I2/I1≥1。该非水电解质电池能够抑制含负极活性物质层所包含的含Na的铌钛复合氧化物与非水电解质的副反应。其结果是,该非水电解质电池能够显示优异的寿命特性。
[0460] 另外,可以将上述的实施方式归纳为以下的技术方案。
[0461] [技术方案1]
[0462] 一种电极,其具备包含具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物的含活性物质层,
[0463] 所述含活性物质层满足I2/I1≥1,I1为在关于所述含活性物质层的通过X射线光电子能谱法得到的X射线光电子能谱中在289~292eV的结合能范围内出现的峰P1的强度,I2为在所述X射线光电子能谱中在283~285eV的结合能范围内出现的峰P2的强度。
[0464] [技术方案2]
[0465] 根据上述技术方案1,其中,上述含Na的铌钛复合氧化物以通式Li2+vNa2-wM1xTi6-y-zNbyM2zO14+δ表示,
[0466] 在上述通式中,v、w、x、y、z及δ分别在0≤v≤4、0
[0467] 上述M1为选自由Cs、K、Mg、Sr、Ba及Ca构成的组中的至少1种金属元素,[0468] 上述M2为选自由Zr、Sn、V、Ta、Mo、W、Fe、Co、Mn及Al构成的组中的至少1种金属元素。
[0469] [技术方案3]
[0470] 根据上述技术方案1或2,其中,上述含活性物质层满足1≤I2/I1≤5。
[0471] [技术方案4]
[0472] 根据上述技术方案1或2,其中,上述含活性物质层满足1≤I2/I1≤3。
[0473] [技术方案5]
[0474] 一种非水电解质电池,其具备:
[0475] 具有含负极活性物质层的负极,所述含负极活性物质层包含具有斜方晶型的晶体结构的含Na的铌钛复合氧化物,
[0476] 正极,和
[0477] 非水电解质;
[0478] 所述含负极活性物质层满足I2/I1≥1,I1为在关于所述含负极活性物质层的通过X射线光电子能谱法得到的X射线光电子能谱中在289~292eV的结合能范围内出现的峰P1的强度,I2为在所述X射线光电子能谱中在283~285eV的结合能范围内出现的峰P2的强度。
[0479] [技术方案6]
[0480] 根据上述技术方案5,其中,上述含Na的铌钛复合氧化物以通式Li2+vNa2-wM1xTi6-y-zNbyM2zO14+δ表示,
[0481] 在上述通式中,v、w、x、y、z及δ分别在0≤v≤4、0
[0482] 上述M1为选自由Cs、K、Mg、Sr、Ba及Ca构成的组中的至少1种金属元素,[0483] 上述M2为选自由Zr、Sn、V、Ta、Mo、W、Fe、Co、Mn及Al构成的组中的至少1种金属元素。
[0484] [技术方案7]
[0485] 根据上述技术方案5或6,其中,上述含负极活性物质层满足1≤I2/I1≤5。
[0486] [技术方案8]
[0487] 根据上述技术方案5或6,其中,上述含负极活性物质层满足1≤I2/I1≤3。
[0488] [技术方案9]
[0489] 根据上述技术方案5~8中的任一项,上述非水电解质包含碳酸亚乙酯。
[0490] [技术方案10]
[0491] 一种电池包,其具备上述技术方案5~9中任一项所述的非水电解质电池。
[0492] [技术方案11]
[0493] 根据上述技术方案10,其中,进一步具备:
[0494] 通电用的外部端子、和
[0495] 保护电路。
[0496] [技术方案12]
[0497] 根据上述技术方案10或11,其中,
[0498] 具备多个上述非水电解质电池,
[0499] 上述非水电解质电池以串联、并联、或将串联及并联组合的方式电连接。
[0500] [技术方案13]
[0501] 一种车辆,其搭载有上述技术方案10~12中任一项所述的电池包。
[0502] [技术方案14]
[0503] 根据上述技术方案13,其中,包含将上述车辆的动能转换成再生能量的机构。
[0504] 对本发明的几个实施方式进行了说明,但这些实施方式是作为例子提示出的,并不意图限定发明的范围。这些新颖的实施方式可以以其它各种方式实施,在不脱离发明的主旨的范围内,可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变形包含于发明的范围、主旨中,同时包含于权利要求书中记载的发明和其均等的范围内。
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