[发明专利]电极、二次电池、电池组和车辆

说明书

本发明提供能够实现可以显示高能量密度以及优异的急速充放电性能和长寿命特性的二次电池的电极、具备该电极的二次电池、具备该二次电池的电池组和搭载了该电池组的车辆。根据1个实施方式，提供电极。该电极具备包含活性物质的活性物质含有层。活性物质包含含有铌钛复合氧化物的多个一次粒子。对于多个一次粒子中的100个一次粒子分别按照下述式(1)算出凹凸形状系数FU，所算出的凹凸形状系数FU的平均值为0.70以上。式(1)中，l为各一次粒子的投影截面中的外周长，a为所述各一次粒子的投影截面中的截面积。100个一次粒子具有由采用激光衍射散射法得到的多个一次粒子的粒度分布图表所确定的平均粒径的值的0.2倍～4倍的粒径。

技术领域

本发明的实施方式涉及电极、二次电池、电池组和车辆。

背景技术

近年来，作为高能量密度电池，锂离子二次电池这样的非水电解质二次电池等二次电池的研究开发在积极地进行。期待着非水电解质二次电池等二次电池用作用于混合动力电动汽车、电动汽车等车辆、移动电话基地台的无停电电源等的电源。因此，对二次电池而言，除了高能量密度以外，也要求急速充放电性能、长期可靠性这样的其他性能也优异。例如，可进行急速充放电的二次电池不仅使充电时间大幅地缩短，而且也可提高混合动力电动汽车等车辆的动力性能，可进行动力的再生能量的有效率的回收。

为了使急速充放电成为可能，需要电子和锂离子能够在正极与负极之间迅速地移动。但是，就使用了碳系负极的电池而言，如果反复进行急速充放电，则在电极上发生金属锂的树枝状结晶析出，有可能发生内部短路引起的发热、着火。

因此，开发了代替碳质物而将金属复合氧化物用于负极的电池。其中，将钛氧化物用于负极的电池具有如下特性：可进行稳定的急速充放电，与使用了碳系负极的情形相比寿命也长。

但是，钛氧化物与碳质物相比，相对于金属锂的电位高，即贵。而且，钛氧化物的单位重量的容量低。因此，将钛氧化物用于负极的电池存在能量密度低的问题。

例如，钛氧化物的电极电位以金属锂为基准，约为1.5V(vs.Li/Li⁺)，比碳系负极的电位高(贵)。钛氧化物的电位由于起因于将锂电化学地嵌入/脱嵌时的Ti³⁺与Ti⁴⁺之间的氧化还原反应，因此在电化学上受到制约。另外，也存在如下事实：在1.5V(vs.Li/Li⁺)左右的高电极电位下可稳定地进行锂离子的急速充放电。因此，以往，为了提高能量密度而降低电极电位是困难的。

另一方面，关于每单位重量的容量，二氧化钛(锐钛矿结构)的理论容量为165mAh/g左右，Li₄Ti₅O₁₂这样的尖晶石型锂钛复合氧化物的理论容量也为180mAh/g左右。另一方面，一般的石墨系电极材料的理论容量为385mAh/g以上。因而，钛氧化物的容量密度与碳系负极的容量密度相比，显著地低。其原因在于，在钛氧化物的结晶结构中吸留锂的位点少；在结构中锂容易稳定化，因此实质上的容量降低。

鉴于以上内容，研究了含有Ti和Nb的新的电极材料。期待着这样的铌钛复合氧化物材料具有高充放电容量。特别地，由TiNb₂O₇表示的复合氧化物具有超过380mAh/g的高理论容量，但TiNb₂O₇的电极中的实用的容量低达260mAh/g左右，存在充放电的寿命短的问题。

发明内容

本发明要解决的课题在于提供能够实现可以显示出高能量密度以及优异的急速充放电性能和长寿命特性的二次电池的电极、具备该电极的二次电池、具备该二次电池的电池组和搭载了该电池组的车辆。

根据第1实施方式，提供电极。该电极具备包含活性物质的活性物质含有层。活性物质包含含有铌钛复合氧化物的多个一次粒子。对于多个一次粒子中的100个一次粒子分别按照下述式(1)算出凹凸形状系数FU，所算出的凹凸形状系数FU的平均值(FU_ave)为0.70以上。