电池活性材料和电池制造技术

本发明专利技术提供了一种电池活性材料，其包含由式Y

Batteries, active materials, and batteries

The present invention provides a battery active material comprising a formula Y

【技术实现步骤摘要】
电池活性材料和电池通过引用并入2012年12月18日提交的日本专利申请第2012-275393号的公开内容，包括说明书、附图和摘要在内，以全文引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及一种电池活性材料，其可用作例如锂电池中的负电极活性材料。本专利技术还涉及一种使用所述活性材料的电池。
技术介绍
锂电池由于其高的电动势和高的能量密度而被广泛用于信息相关装置和通讯装置中。同样，在汽车领域中，电动车辆和混合动力车辆正在迅速发展以解决环境问题和资源问题，并且锂电池作为此类车辆的电源正在研究之中。锂电池通常具有包含正电极活性材料的正电极活性材料层、包含负电极活性材料的负电极活性材料层以及形成在正电极活性材料层和负电极活性材料层之间的电解质层。碳材料(例如，石墨)已被用作锂电池中的负电极活性材料。另一方面，期望具有高的热稳定性的活性材料以进一步改善电池安全性。在这点上，国际专利申请公开第2011/118302号(WO2011/118302)描述了一种包含作为第III族元素的元素M、元素钛(Ti)、氧(O)和硫(S)并且包含M2Ti2O5S2晶相的电池活性材料作为具有高的热稳定性的电池活性材料。为获得高的电池性能，期望高容量电池活性材料。
技术实现思路
本专利技术提供一种高容量电池活性材料。根据本专利技术的一个方面，电池活性材料包含由式Y2-xScxTi2O5S2(其中0<x<2)表示并且具有Ruddlesden-Popper结构的晶相。根据本专利技术的上述方面，通过用钪(Sc)替代具有Ruddlesden-Popper结构的Y2Ti2O5S2晶相中的一部分钇(Y)，可获得高容量电池活性材料。在上述方面中，x可满足关系0<x≤0.4。所述电池活性材料可为负电极活性材料。根据本专利技术的另一个方面，电池包括包含正电极活性材料的正电极活性材料层、包含负电极活性材料的负电极活性材料层以及形成在正电极活性材料层和负电极活性材料层之间的电解质层，其中所述正电极活性材料或所述负电极活性材料为上述电池活性材料。根据上述方面，通过使用上述电池活性材料，可获得高容量电池。在本专利技术的上述方面中，可以获得高容量电池活性材料。附图说明本专利技术的示例性实施方案的特征、优点以及技术和工业重要性将在下文结合附图描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的要素，且其中：图1示出了根据本专利技术的电池的一个实例的示意性截面视图；图2A和2B为示出了实施例1和3中制备活性材料的方法的流程图；图3示出了对实施例1和2及对比例1至6中获得的活性材料的X-射线衍射(XRD)测量的结果；图4A和4B为示出对采用实施例1和2及对比例1至3中获得的活性材料的试验电池的充放电特性的评价结果以及对实施例1和2及对比例1至6中获得的活性材料的XRD测量的结果的图；图5为示出对采用实施例1中获得的活性材料的试验电池的充放电特性的评价结果的图；和图6为示出对采用对比例2中获得的活性材料的试验电池的充放电特性的评价结果的图。具体实施方式下面将详细描述根据本专利技术的电池活性材料和电池。A.电池活性材料首先将描述根据本专利技术的电池活性材料。根据本专利技术的电池活性材料包含由式Y2-xScxTi2O5S2(其中0<x<2)表示并且具有Ruddlesden-Popper结构的晶相。根据本专利技术，通过用钪(Sc)替代具有Ruddlesden-Popper结构的Y2Ti2O5S2晶相中的一部分钇(Y)，可获得高容量电池活性材料。因为根据本专利技术的电池活性材料具有低电位，因而其可用作例如负电极活性材料。此外，因为根据本专利技术的电池活性材料包含元素氧并且表现出氧化物的行为，因而根据本专利技术的电池活性材料具有热稳定性优异的优点。WO2011／118302描述了一种包含M2Ti2O5S2晶相(其中M为第III族元素)的电池活性材料。此外，WO2011／118302在一个实施例中描述了Y2Ti2O5S2晶相。然而，因为钇具有非常大的原子量，因而电池活性材料的式子量(formulaweight)变大。因此，每单位重量的理论容量低。在本专利技术中，可通过用原子量比钇低并因此比钇轻的钪替代Y2Ti2O5S2晶相中的一部分钇来增大每单位重量的理论容量。另外，如随后描述的参考实施例中将提及的，本专利技术人已取得新的发现，换句话说，本专利技术人已发现，在进入M位点的离子的离子半径与活性材料的电位之间存在固定的相关性。具体而言，他们已发现，随着进入M位点的离子的离子半径减小，电池活性材料的电位趋于减小。因此，通过用离子半径比钇小的钪替代Y2Ti2O5S2晶相中的一部分钇，较低的电位得以实现。在本专利技术的实施例中，可以实际确认这一点。认为之所以实际获得较低电位的原因在于通过加入钪而改变了晶体结构。根据本专利技术的电池活性材料包含具有Ruddlesden-Popper结构的Y2-xScxTi2O5S2晶相。在本说明书中，该晶相可被简称为Y2-xScxTi2O5S2晶相。可通过X-射线衍射(XRD)分析确认Y2-xScxTi2O5S2晶相的存在。另外，认为Y2-xScxTi2O5S2晶相对应于具有有缺陷的Ruddlesden-Popper结构的晶相。通常，Ruddlesden-Popper结构具有由通式An+1BnC3n+1(其中n为整数)表示的组成并具有层状结构，其中具有钙钛矿结构的层和具有岩盐结构的层交替设置。这里，当n＝2时，上面的通式可表示为A3B2C7。当将该A3B2C7与本专利技术中的Y2-xScxTi2O5S2比较时，(Y+Sc)位于A位点处，钛(Ti)位于B位点处，而氧(O)和硫(S)位于C位点处。此外，当(Y+Sc)的三个原子位于A位点处时，这对应于完美的Ruddlesden-Popper结构，但在本专利技术中仅(Y+Sc)的两个原子位于A位点处。因此，认为在该A位点处存在缺陷，金属离子(例如，锂离子)在缺陷位点处嵌入／脱出，活性材料的功能清楚地显现出来。此外，认为Y2-xScxTi2O5S2晶相与金属离子(例如，锂离子)之间的反应如下发生，并且Y2-xScxTi2O5S2晶相起到嵌入／脱出型活性材料的作用。Y2-xScxTi2O5S2晶相中的钇和钪通常是三价的。Y2-xScxTi2O5S2晶相中x的值不受特别限制，只要其大于0并且小于2即可。x的值优选等于或大于0.05，更优选等于或大于0.1。x的值优选等于或小于1，更优选等于或小于0.5，甚至更优选等于或小于0.4。优选根据本专利技术的电池活性材料应具有高比例的Y2-xScxTi2O5S2晶相，更具体而言，应主要包含Y2-xScxTi2O5S2晶相。在这种情况下，可提供具有较高容量的电池活性材料。表述“主要包含Y2-xScxTi2O5S2晶相”指Y2-xScxTi2O5S2晶相占电池活性材料中包含的晶相的最高比例。电池活性材料中包含的Y2-xScxTi2O5S2晶相的比例优选等于或大于50摩尔％，更优选等于或大于60摩尔％，甚至更优选等于或大于70摩尔％。根据本专利技术的电池活性材料可仅由Y2-xScxTi2O5S2晶相构成(单相活性材料)。电池活性材料中包含的Y2-xScxTi2O5S2晶相的比例可例如通过制造其中金属锂充当对电极的电池并测量其容量来确定。或者，电池活性材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池活性材料，其特征在于，所述电池活性材料包含由式Y

【技术特征摘要】
2012.12.18 JP 2012-2753931.一种电池活性材料，其特征在于，所述电池活性材料包含由式Y2-xScxTi2O5S2表示并且具有Ruddlesden-Popper结构的晶相，其中0＜x＜2。2.根据权利要求1所述的电池活性材料，其中x满足关系0＜x≤0.4。3.根据权利要求1或2...

【专利技术属性】
技术研发人员：当寺盛健志，大木荣干，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP