[发明专利]用于电池的电极,非水电解质电池和电池组

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求享有2011年9月16日提交、申请号为2011-203009的在先日本专利申请的优先权权益，其内容以全文引用的方式结合在此。 

技术领域

本发明一般而言涉及用于电池的电极、非水电解质电池和电池组。 

背景技术

含钛的氧化物已经发展成为用于非水电解质电池如锂离子二次电池的负极材料。采用含钛氧化物的电池能够稳定地进行快速充电和放电。此外，相比于采用碳材料作为负极材料的电池，它的寿命更长。然而，采用含钛的氧化物的电池存在能量密度较低的问题。 

采用含钛的氧化物的电池能量密度较低，原因之一是包括含钛的氧化物的电极比包括碳材料的电极具有更高的电势。例如，包括含钛氧化物的电极在约1.5V(相对于Li/Li⁺)会引起锂离子的插入/释放。术语“V(相对于Li/Li⁺)”表示相对于金属锂的电势。 

如果负极电势降低，电池的能量密度就会提高。然而，由于以下原因使得这本质上困难。 

当锂离子插入或从含钛氧化物释放时，氧化物中的钛会被还原或氧化。在此情况下，钛从Ti⁴⁺变为Ti³⁺或反之。电极的电势产生于钛的氧化-还原反应。这样，电极的电势受电化学的限制。此外，事实是，由于电势在1.5V(相对于Li/Li⁺)左右，包括含钛氧化物的电极能够稳定的进行快速充电和放电。因此，难以降低电极的电势。 

采用含钛氧化物的电池能量密度较低的另一个原因是，包括含钛氧化物的电极的单位质量的容量低于包括碳材料的电极的容量。例如，具有锐钛矿结构的二氧化钛的理论容量为约165mAh/g。具有尖晶石结构的锂钛 复合氧化物(Li₄Ti₅O₁₂)的理论容量为约170mAh/g。相反，碳材料例如石墨的理论容量为385mAh/g或更高。 

含钛氧化物的容量较低的原因之一是其中没有太多的部位使锂离子插入到晶体结构中。另一个原因是锂离子在晶体结构中容易稳定下来。 

近来，单斜晶系二氧化钛已引起了人们的注意。单斜晶系二氧化钛的理论容量达到约330mAh/g。然而，单斜晶系二氧化钛的有效容量却显著低于其理论容量。 

附图说明

图1是根据第一实施方案的用于电池的电极的截面图； 

图2是显示了单斜晶系二氧化钛的晶体结构的典型图； 

图3是显示了确定颗粒的长轴和短轴的步骤的示意图； 

图4是根据第二实施方案的非水电解质二次电池的截面图； 

图5是图4中部分A的放大剖视图； 

图6是根据第二实施方案的另一个非水电解质二次电池的部分透视图； 

图7是图6中部分B的放大剖视图； 

图8是根据第三实施方案的电池组的分解透视图； 

图9是图8的电池组的电路框图； 

图10是各实施方案中电化学测量结果的图表。 

具体实施方式

通常，根据一个实施方案，提供了一种用于电池的电极。该电池包括集电体和设置在该集电体上的活性材料层。该活性材料层包括单斜晶系二氧化钛化合物的第一粉末以及单斜晶系二氧化钛化合物的第二粉末。该第一粉末具有短轴平均尺寸在0.5μm至5μm的初级颗粒和长轴平均尺寸在0.5μm至20μm的初级颗粒。该第二粉末具有短轴平均尺寸在0.01μm至0.3μm的初级颗粒和长轴平均尺寸在0.5μm至1μm的初级颗粒。 

以下将参考附图来说明实施方案。同样的附图标记表示这些实施方案中的公共部件，并且不再重复重叠的描述。每个附图都是为了便于实施方 案的描述及其理解的示意图。其中的形状、尺寸和比例不同于实际的器件。然而，通过考虑以下的说明书和已知技术，它们能够被恰当地设计和修改。 

(第一实施方案) 

图1显示了根据第一实施方案的用于电池的电极的示意图。图1是该电极的截面图。 

电极60包括活性材料层61(也称为“电极层”)和集电体62。该活性材料层61设置在集电体62的两个表面上。活性材料层61含有活性材料63、导电剂64和粘结剂(未示出)。活性材料层61可以只设置在集电体62的一个表面上。活性材料层61可以不包含导电剂64和粘结剂。