[发明专利]活性材料、非水电解质电池和电池组

说明书

根据一个实施方案，提供了一种活性材料。所述活性材料包括具有斜方晶结构的复合氧化物。该复合氧化物由通式Ti₂(Nb_1‑xTa_x)₂O₉(0≤x≤1)表示。该复合氧化物的铌和/或钽的平均化合价为4.95或更多。

相关申请的交叉引用

本申请基于和要求于2014年9月16日提交的日本专利申请 No.2014-188241的优先权的效益，其全部内容通过援引加本文。

技术领域

本文所描述的实施方案大致涉及活性材料、非水电解质电池和电池组。

背景技术

最近，例如锂离子二次电池的非水电解质电池作为具有高能量密度的电池已被积极地开发。非水电解质电池预期被用作例如混合动力汽车或电动汽车的车辆的电源或用于移动电话基站的不间断电源。因此，非水电解质电池被期望具有其它性能，例如快速充电和放电性能和长期的可靠性。例如，实现快速充电和放电的非水电解质电池不仅明显地缩短充电时间，而且使得可改进与动力有关的性能以及可从混合动力汽车等的动力有效地回收再生能量。

为了实现快速充电和放电，电子和锂离子有必要能够在正电极和负电极之间快速地迁移。当在负电极中使用碳基材料的电池经过反复的快速充电和/或放电时，电极上可能发生金属锂的枝晶沉淀。枝晶造成内部短路，这可能会导致热量产生和并造成火灾。

鉴于此，在负电极中使用金属复合氧化物代替碳质材料的电池已被开发。特别是，在使用钛氧化物作为负电极活性材料的电池中，快速充电和放电可以稳定地执行。这种电池也比使用碳质材料的那些具有更长的寿命。

然而，钛氧化物比碳质材料具有更高的相对于金属锂(更贵)的电势。此外，钛氧化物具有每单位重量更低的容量。因此，在负电极使用钛氧化物的电池存在问题，即电池具有低能量密度。

例如，使用钛氧化物的电极的电极电势基于金属锂约为1.5V。该电势比使用碳基负电极的电极的电势更高(贵)。当锂被电化学地吸收和释放时，由于氧化还原反应，钛氧化物的电势在TI³⁺和Ti⁴⁺之间。因此，钛氧化物的电势电化学地受到限制。而且，存在的事实是，由于电极电势高至约1.5V，因此锂离子的迅速吸收和释放可稳定地进行。因此，基本上难以降低电极的电势以提高能量密度。

而且，对于电池的每单位重量的容量，具有锐钛矿结构的二氧化钛的理论容量是大约165mAh/g，以及例如Li₄Ti₅O₁₂的锂-钛复合氧化物的理论容量是大约180mAh/g。另一方面，一般的石墨基电极材料的理论容量不小于385mAh/g。因此，钛氧化物的容量密度比碳基负电极的显著降低。这是由于因为在晶体结构和锂中只有少量的锂吸收部位容易在结构中被稳定而使基本容量减少。

发明内容

根据一个实施方案，提供了一种活性材料。该活性材料包括具有斜方晶结构的复合氧化物。该复合氧化物由通式Ti₂(Nb_1-xTa_x)₂O₉(0≤x≤1)表示。该复合氧化物的铌和/或钽的平均化合价为4.95或更多。

根据一个实施方案，可以提供电池用活性物质，所述活性物质能够实现非水电解质电池，所述非水电解质电池可具有优异的快速充电和放电性能和高能量密度。

附图说明

图1是显示可被包含在根据第一实施方案的活性材料中的具有斜方晶结构的复合氧化物Ti₂Nb₂O₉的晶体结构的示意图；

图2是根据第二实施方案的非水电解质电池的一个实例的截面示意图；