非水电解质电池及电池系统技术方案

根据一个实施方式，提供一种非水电解质电池。该非水电解质电池具备包含正极层的正极、包含负极层的负极和非水电解质电池。正极层含有用通式LiMn2‑XMXO4表示的锰复合氧化物。x在0.22≤x≤0.7的范围内，M为选自Mg、Ti、Cr、Fe、Co、Zn、Al及Ga中的至少1种元素。负极层含有钛酸锂Li4Ti5O12。正极层(62)的细孔比表面积为2m2/g以上且低于5m2/g。正极层的单位细孔表面积的正极的容量相对于负极层的单位细孔表面积的负极的容量的比在1以上且低于2.4的范围内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施方式涉及非水电解质电池及电池系统。
技术介绍
通过使Li离子在负极与正极之间移动而进行充放电的锂离子二次电池已被引入智能手机及笔记本电脑等电子设备、电动汽车(EV)及混合动力汽车(HEV)以及太阳能发电等定置型发电系统用的大型蓄电设备用途中。锂离子二次电池例如可通过下述方法来制作：夹着隔膜地层叠正极及负极而形成电极组或通过卷绕如此形成的层叠体而得到电极组，将得到的上述电极组收纳在作为材料包含铝或铝合金的容器中，向该容器中注入通过将含锂的电解盐溶解于非水溶剂中而调制的电解液来制作。特别是，以怠速停车系统及以其后的发动机起动为目的、将锂离子二次电池与铅蓄电池并用使用的系统正在开发及出售。在设想这样的用途时，希望锂离子二次电池具有能够尽量降低铅蓄电池负载的特性。具体地讲，优选为使用电压范围接近铅蓄电池的使用电压范围、并且输出及再生优异的电池。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2010-232187号公报专利文献2：日本特开2005-222956号公报专利文献3：日本特开2009-110767号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题本专利技术的目的在于，提供一种能够显示优异的与铅蓄电池的电压互换性、优异的输出特性及优异的充放电循环特性的非水电解质电池和具备该非水电解质电池的电池系统。用于解决问题的手段根据第1实施方式，提供一种非水电解质电池。该非水电解质电池具备正极、负极和非水电解质电池。正极包含正极层。正极层含有用通式LiMn2-XMXO4表示的锰复合氧化物。在该通式中，x在0.22≤x≤0.7的范围内，M为选自Mg、Ti、Cr、Fe、Co、Zn、Al及Ga中的至少1种元素。负极包含负极层。负极层含有钛酸锂Li4Ti5O12。正极层的通过利用N2吸附的BET法得到的细孔比表面积为2m2/g以上且低于5m2/g。正极层的单位细孔表面积的正极的容量相对于负极层的通过利用N2吸附的BET法得到的单位细孔表面积的负极的容量的比在1以上且低于2.4的范围内。根据第2实施方式，提供一种电池系统。该电池系统具备第1电池和第2电池。第1电池包含铅蓄电池。第2电池包含第1实施方式涉及的非水电解质电池。附图说明图1是第1实施方式涉及的非水电解质电池的一个例子的概略切口立体图。图2是图1所示的A部的概略剖视图。图3是图1所示的非水电解质电池具备的正极的概略俯视图。图4是第1实施方式涉及的非水电解质电池可具备的电极组的一个例子的概略剖视图。图5是第2实施方式涉及的电池系统的概略电路图。具体实施方式以下，参照附图对实施方式进行说明。再者，贯穿实施方式对于共同的构成标注同一符号，并将重复的说明省略。此外，各图是用于促进实施方式的说明和其理解的示意图，其形状及尺寸、比例等有与实际装置不同的地方，但这些可参酌以下的说明和公知的技术适宜地进行设计变更。(第1实施方式)根据第1实施方式可提供一种非水电解质电池。该非水电解质电池具备正极、负极和非水电解质电池。正极包含正极层。正极层含有用通式LiMn2-XMXO4表示的锂锰复合氧化物。在该通式中，x在0.22≤x≤0.7的范围内，M为选自Mg、Ti、Cr、Fe、Co、Zn、Al及Ga中的至少1种元素。负极包含负极层。负极层含有钛酸锂Li4Ti5O12。正极层的通过利用N2吸附的BET法得到的细孔比表面积为2m2/g以上且低于5m2/g。正极层的单位细孔表面积的正极的容量相对于负极层的通过利用N2吸附的BET法得到的单位细孔表面积的负极的容量的比在1以上且低于2.4的范围内。如前面说明那样，非水电解质电池在与铅蓄电池并用时，优选为使用电压范围接近铅蓄电池的使用电压范围、并且输出及再生优异的电池。作为使非水电解质电池接近铅蓄电池的使用电压范围的方法之一，可列举出使用锂锰复合氧化物作为正极活性物质，使用锂钛复合氧化物作为负极活性物质。另外，在串联连接电池时，对于提高与铅蓄电池的电压互换性，使含有锂锰复合氧化物的正极和含有锂钛复合氧化物的负极的容量尽量地为同等程度是有效的。此外，锂钛复合氧化物由于能够在比锂的还原电位高的工作电位下进行锂离子的嵌入及脱嵌，因而能够抑制伴随快速充电的锂枝晶的析出。其结果是，即使重复快速充电也能防止电池性能及安全性的下降。结果是，负极含有锂钛复合氧化物的非水电解质电池能够显示优异的速率特性。因此，这样的非水电解质电池例如在装入汽车中时，能够高效率地再生由制动产生的能量。另一方面，作为提高输出特性的方法，例如可列举出增加正极层的细孔比表面积的方法。作为增加细孔比表面积的手段，例如可列举出使用粒径小的锂锰复合氧化物、将用于形成电极层的浆料充分分散及将活性物质粒子破碎等。但是，含有细孔比表面积大的锂锰复合氧化物的正极层由于与电解液的接触面积大，所以容易产生锰元素的溶出反应。具备这样的正极的非水电解质电池具有下述缺点：如果重复循环则容量容易减少。此外，如果为了提高电池电压而使正极及负极的容量接近，则正极容量的减小立即成为电池容量的减小，因此还有电池寿命容易缩短的缺陷。对于这些问题，第1实施方式涉及的非水电解质电池因以下的理由而能够显示优异的与铅蓄电池的电压互换性、优异的输出特性及优异的充放电循环特性。首先，第1实施方式涉及的非水电解质电池的正极层含有用通式LiMn2-XMXO4表示的锂锰复合氧化物。锂锰复合氧化物如果在正极中使用，则能够作为正极活性物质发挥作用。用通式LiMn2-XMXO4表示的锂锰复合氧化物以x的值达到0.22～0.7的范围内的方式含有元素M。该元素M为选自Mg、Ti、Cr、Fe、Co、Zn、Al及Ga中的至少1种元素。通过将元素M配置在锂锰复合氧化物的晶体结构内，锂锰复合氧化物能够含有稳定化的晶体结构。因此，用上述通式表示的锂锰复合氧化物使由伴随充放电的锂离子的嵌入及脱嵌导致的晶体结构的变化减小。其结果是，具备含有这样的锂锰复合氧化物的正极的第1实施方式涉及的非水电解质电池能够显示良好的充放电循环特性。而且，第1实施方式涉及的非水电解质电池能够更高效率地进行能量的再生。此外，用通式LiMn2-XMXO4表示的锂锰复合氧化物由于晶体结构的晶格常数变大，所以在大电流放电时，能够显示锂离子的优异的接收性。其结果是，第1实施方式涉及的非水电解质电池能够显示高输出特性。另外，第1实施方式涉及的非水电解质电池的正极层的通过利用N2吸附的BET法得到的细孔比表面积为2m2/g以上且低于5m2/g。由此，正极能够具有大的反应界面，能够显示良好的输入输出特性。此外，通过增大反应界面，能够缩短从活性物质内部到电解液的锂离子的扩散距离。其结果是，第1实施方式涉及的非水电解质电池能够抑制继续充放电时的过电压的增加，能够提高反应效率。另一方面，如前面说明过的那样，对于第1实施方式涉及的非水电解质电池具备的正极，由于用通式LiMn2-XMXO4表示的锂锰复合氧化物以x的值在0.22～0.7的范围内的方式含有元素M，所以能够含有稳定化的晶体结构。因此，即使增大正极的反应界面，也能够抑制来自锂锰复合氧化物的锰溶出，其结果是，能够显示优异的充放电循环特性。而且，通过使正极层的细孔比表面积在上述范围内，且正极层的单位细孔表面积的正极的容量相对于负极层的单位细孔表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水电解质电池，其特征在于，其具备：正极，其为包含正极层的正极，所述正极层含有用通式LiMn2‑XMXO4表示的锂锰复合氧化物，在所述通式中，x在0.22≤x≤0.7的范围内，M为选自Mg、Ti、Cr、Fe、Co、Zn、Al及Ga中的至少1种元素，负极，其为包含负极层的负极，所述负极层含有钛酸锂Li4Ti5O12，和非水电解质；所述正极层的通过利用N2吸附的BET法得到的细孔比表面积为2m2/g以上且低于5m2/g；所述正极层的单位细孔表面积的所述正极的容量相对于所述负极层的通过利用N2吸附的BET法得到的单位细孔表面积的所述负极的容量的比在1以上且低于2.4的范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种非水电解质电池，其特征在于，其具备：正极，其为包含正极层的正极，所述正极层含有用通式LiMn2-XMXO4表示的锂锰复合氧化物，在所述通式中，x在0.22≤x≤0.7的范围内，M为选自Mg、Ti、Cr、Fe、Co、Zn、Al及Ga中的至少1种元素，负极，其为包含负极层的负极，所述负极层含有钛酸锂Li4Ti5O12，和非水电解质；所述正极层的通过利用N2吸附的BET法得到的细孔比表面积为2m2/g以上且低于5m2/g；所述正极层的单位细孔表面积的所述正极的容量相对于所述负极层的通过利用N2吸附的BET法得到的单位细孔表面积的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：山本大，吉川辉，栗山博道，村司泰章，猿渡秀乡，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP