[发明专利]电极用氧化钛化合物和使用其的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及作为锂二次电池的活性物质有用的电极用氧化 钛化合物和使用其的锂二次电池。

背景技术

锂二次电池由于其的高能量密度而发展用作手机和笔记本 电脑用的电源，然而随着近年的IT技术的进步，与便携式终端 机器的小型、轻量化相伴，作为其电源的电池也被进一步要求 具有小型、高容量化。另外，基于其高能量密度，作为电动汽 车或混合动力电动汽车用的电源及电力储存用电源开始受到注 目。

以往，锂电池的负极材料通常为碳系负极，其特征在于， 使用其的锂二次电池在放电时的电压大、能量密度高。然而， 由于负极的电位低，因此在进行快速充电时，锂金属析出，发 生内部短路的危险性增加，此外存在由于内部短路而引起起火 的危险性。因此，如下所述的锂电池正在被研究：该锂电池通 过使用能量密度低的高电位负极而减少内部短路时的放热，此 外通过抑制电解液的分解，因而安全性高、且寿命长。其中， Li₄Ti₅O₁₂以锂基准计具有1.5V的电位，且充放电时无体积变化， 循环特性极其良好，因此使用Li₄Ti₅O₁₂的钮扣型电池正在被实 用化。

然而，Li₄Ti₅O₁₂的理论容量为175mAh/g，与通常作为负极 材料使用的碳相比，其电容较小、约为一半，因此使用Li₄Ti₅O₁₂的锂二次电池也存在能量密度小的缺点。因此，从安全性和长 寿命的观点出发，期待具有以锂基准计电压为1.0～1.5V的、电 容大的负极材料。

在这种状况下，专利文献1中示出了一种结晶结构为 Na₂Ti₃O₇的结构的A₂Ti₃O₇(其中，A为选自Na、Li、H中的1种 或2种)；另外，专利文献2中示出：具有微米级的各向同性形状 的钛酸青铜(titanate bronze)型二氧化钛作为电极材料是有用 的。然而，它们中所示出的放电容量均不足180mAh/g，无法从 本质上大大优于以往所示出的钛系负极的电容。另外，专利文 献3中示出：具有H₂Ti₁₂O₂₅特定结晶结构的隧道结构的钛氧化物 可获得220mAh/g左右的放电容量，但并未对粒径进行记载，粒 径的影响不明。而且，在其他结晶结构中，粒径的影响也不明。

锂二次电池的电容根据锂离子能够进入或脱离的颗粒表面 的大小、颗粒内部的锂离子的移动容易程度、和锂离子所容纳 的位点数目而决定。位点数目由结晶结构决定，为了对其进行 有效利用，需要增大作为出入颗粒内部的窗口的比表面积，并 缩短在颗粒内部的移动距离，作为一次粒子的大小、即表示颗 粒内部的移动距离的参数，微晶直径是有效的。

专利文献1：日本特开2007-234233号公报

专利文献2：日本特开2008-117625号公报

专利文献3：日本特开2008-255000号公报

发明内容

发明要解决的问题

如上所述，以往的锂二次电池的电容尚未充分，因此期望 一种电容大的材料，且其为结晶结构、微晶直径、比表面积和 一次粒径得到控制的负极材料。

因此，本发明的目的在于，为了增大使用钛系负极材料的 锂二次电池的电容，制造一种结晶结构、微晶直径、比表面积 和一次粒径得到控制的氧化钛化合物，以及提供使用该氧化钛 化合物的锂二次电池。

用于解决问题的方案

本发明人等为了达成上述目的进行了深入研究，结果发现： 获得了一种具有特定范围的结晶结构、且微晶直径控制为以上以下的氧化钛化合物，并将其用于电池用电极的锂二 次电池，该锂二次电池的安全性优异，且显示出高容量的充放 电容量。基于该见解从而完成了本发明。