[发明专利]电池电极、制备所述电池电极的方法、非水电解质电池、电池组、和活性材料

说明书

技术领域

本说明书中所述的实施方案一般而言涉及电池电极、制备所述电池电极的方法、非水电解质电池、电池组、和活性材料。 

背景技术

使用钛氧化物作为负极的非水电解质电池能够稳定且快速地充电/放电，并且还比使用碳类型负极的电池有更长的寿命。然而，相对金属锂，钛氧化物比含碳材料有更高的电势。此外，钛氧化物单位重量的容量低。因此，使用钛氧化物作为负极的电池能量密度低。 

具有锐钛矿结构的二氧化钛的理论容量为大约165mAh/g，而具有尖晶石结构如Li₄Ti₅O₁₂的锂-钛复合氧化物的理论容量为大约170mAh/g。相反的是，石墨类型电极材料的理论容量为385mAh/g或更高。钛氧化物的容量密度明显低于以上所述的碳类型负极材料的容量密度。这是由于在钛氧化物晶体结构中锂的吸收部位数量少、并且锂易于在结构中被稳定，从而使其真实容量降低。 

由于这一点，具有单斜晶系二氧化钛晶体结构的钛氧化物化合物最近引起了注意。单斜晶系二氧化钛每个钛离子可以最高释放/吸收1.0个锂离子，因此，具有单斜晶系二氧化钛晶体结构的二氧化钛化合物具有约330mAh/g的理论容量，这明显高于其它钛氧化物化合物的容量。 

然而，具有单斜晶系二氧化钛晶体结构的钛氧化物化合物在用作电极材料时电池的性能明显劣化，会引起如降低的循环寿命等问题。 

附图说明

图1所示为单斜晶系二氧化钛晶体结构的典型视图； 

图2所示为在第二实施方案的第一方法中制备电极的方法的流程图； 

图3所示为根据图2所示流程图制备的电极中的粒子的典型截面图； 

图4所示为在第二实施方案的第二方法中制备电极的方法的流程图； 

图5所示为根据图4所示流程图制备的电极中的粒子的典型截面图； 

图6所示为第三实施方案的扁平式非水电解质电池的截面图； 

图7所示为图6的A部分的放大的截面图； 

图8所示为第四实施方案的电池组的分解透视图； 

图9所示为图8的电池组的电周期框图；以及 

图10所示为实施例和比较例中制备的每个被测电池的容量保留比的图表。 

具体实施方式

通常，根据多个实施方案，提供了循环寿命得到改善的非水电解质电池、用于电池中的电池电极、制备所述电池电极的方法、电池组和用于这些电极和电池组中的活性材料。 

根据一个实施方案，提供了电池电极，所述电池电极包括具有单斜晶系二氧化钛晶体结构的钛氧化物化合物和碱性聚合物。 

根据另一个实施方案，提供了制备电极的方法，该方法包括使碱金属钛酸盐化合物与酸反应，以便用质子交换碱金属阳离子，从而形成质子化钛酸盐化合物；对质子化钛酸盐化合物进行加热，产生具有单斜晶系二氧化钛晶体结构的钛氧化物化合物粒子；以及使碱性聚合物存在于钛氧化物化合物粒子的表面上。 

根据其它的实施方案，提供了非水电解质电池，所述非水电解质电池包括作为负极的上述电池电极、正极和非水电解质。 

根据其它的实施方案，提供了包括非水电解质电池的电池组。 

根据其它的实施方案，提供了活性材料，所述活性材料包括具有单斜晶系二氧化钛晶体结构的钛氧化物化合物粒子，和用于涂敷钛氧化物化合物粒子的至少一部分表面的碱性聚合物。 

图1所示为单斜晶系二氧化钛晶体结构的典型视图。在此，单斜晶系二氧化钛是指TiO₂(B)。此外，具有单斜晶系二氧化钛晶体结构的钛氧化物化合物也称为具有TiO₂(B)结构的钛氧化物化合物。 

TiO₂(B)晶体结构主要属于空间群C2/m，并具有如图1示例的隧道结构，但是因为插入物的量和杂原子物种的类型，其会产生晶体结构的应变，虽然有属于不同的空间群的情况。TiO₂(B)晶体结构的详细内容在R.Marchand，L.Brohan，M.Tournoux，Material Research Bulletin 15，1129(1980)中有说明。 

如图1所示，钛离子1和氧化物离子2构成了骨架结构部分3。这些骨架结构部分3互相组合，形成连续的结构。空洞部分4存在于骨架结构部分3之间。空洞部分4可以用作杂原子物种插入(或嵌入)的寄主部位。