[发明专利]电池用活性物质、非水电解质电池及电池包

说明书

本发明提供一种可以实现输入输出特性及循环特性优异的非水电解质电池的电池用活性物质。一个实施方式的电池用活性物质(300)包含含有芯相(301)和壳相(302)的粒子。壳相(302)将芯相(301)的至少一部分包围。芯相(301)含有第1单斜晶型铌钛复合氧化物。壳相(302)含有第2单斜晶型铌钛复合氧化物。芯相(301)中所含有的钛的氧化数大于壳相(302)中所含有的钛的氧化数，或者芯相(301)中所含有的铌的氧化数大于壳相(302)中所含有的铌的氧化数。

技术领域

本发明的实施方式涉及电池用活性物质、非水电解质电池及电池包。

背景技术

近年来，作为高能量密度电池，开发出了锂离子二次电池这样的非水电解质电池。非水电解质电池作为混合动力汽车、电动车等的车辆用电源、大型蓄电用电源而受到期待。特别是对于车辆用用途，非水电解质电池还被要求具有快速充放电性能及长期可靠性这样的其他的特性。能够快速充放电的非水电解质电池具有充电时间大幅缩短的优点，另外，在混合动力汽车中可以提高动力性能，此外，还可以有效地回收动力的再生能源。

快速充放电可以通过使电子和锂离子在正极与负极之间迅速移动来实现。使用了碳系负极的电池如果反复进行快速充放电，则有时在电极上析出金属锂的树枝状结晶。树枝状结晶会引发内部短路，其结果是，有可能产生放热或着火。

因而，开发出了代替碳质物而使用金属复合氧化物作为负极活性物质的电池。特别是，将钛氧化物用作负极活性物质的电池具有能够实现稳定的快速充放电、且寿命也比碳系负极长的特性。

然而，钛氧化物与碳质物相比，相对于金属锂的电位高，即电位贵。而且，钛氧化物的单位重量的容量低。由此，使用了钛氧化物的电池存在有能量密度低的问题。

例如，钛氧化物的电极电位以金属锂为基准计为约1.5V，比碳系负极的电位还高，即电位贵。钛氧化物的电位由于是起因于以电化学的方式嵌入和脱嵌锂时的在Ti³⁺和Ti⁴⁺之间的氧化还原反应，所以在电化学上受到制约。另外，还存在有在1.5V左右的高电极电位下锂离子的快速充放电能稳定地进行的事实。因此，通过降低电极电位来提高能量密度实质上是困难的。

另一方面，对于每单位重量的容量，Li₄Ti₅O₁₂那样的锂钛复合氧化物的理论容量是175mAh/g左右。然而，一般的石墨系电极材料的理论容量是372mAh/g。像这样，钛氧化物的容量密度与碳系负极的容量密度相比，显著较低。这是由下述原因引起的：在钛氧化物的晶体结构中嵌入锂的位点较少、或者由于在结构中锂容易稳定化因而实质的容量下降。

鉴于以上情况，一直在研究含有Ti和Nb的新的电极材料。特别是以 TiNb₂O₇表示的复合氧化物由于在Li嵌入时发生Ti从4价变为3价、Nb 从5价变为3价的电荷补偿，因此理论容量为387mAh/g。像这样以TiNb₂O₇表示的复合氧化物可以显示出高容量，因此受到关注。

然而，铌钛复合氧化物TiNb₂O₇在没有嵌入Li的状态下电子导电性低。由此，对于含有铌钛复合氧化物TiNb₂O₇的非水电解质电池，低SOC区域中的过电压变大，其结果是，存在有电池的输入输出特性下降的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013－164934号公报

发明内容

发明所要解决的问题

本发明的目的在于，提供可以实现输入输出特性及循环特性优异的非水电解质电池的电池用活性物质、含有该电池用活性物质的非水电解质电池及具备该非水电解质电池的电池包。