活性物质、非水电解质电池、电池包和车辆制造技术

本发明专利技术提供一种能够实现可显示高的充放电容量、高的电池电压和优良的寿命特性的非水电解质电池的电池用活性物质。根据一个实施方式，提供一种含有具有单斜晶型的晶体结构的复合氧化物的电池用活性物质。该复合氧化物由通式Li

Active material, nonaqueous electrolyte battery, battery pack and vehicle

The present invention provides an active substance for a battery that can display a high charge and discharge capacity, a high battery voltage, and an excellent life characteristic of a nonaqueous electrolyte cell. According to one embodiment, an active substance for a battery comprising a composite crystal having a monoclinic crystal structure is provided. The composite oxide consists of general formula Li

【技术实现步骤摘要】
活性物质、非水电解质电池、电池包和车辆
本专利技术的实施方式涉及电池用活性物质、非水电解质电池、电池包和车辆。
技术介绍
近年来，作为高能量密度电池，锂离子二次电池等非水电解质电池的研究开发被广泛进行。非水电解质电池作为用于混合动力汽车、电动车、手机基站的无停电电源等的电源而受到期待。因此，非水电解质电池除了高能量密度以外，还要求具有优良的快速充放电特性、长期可靠性等其它特性。例如，能够快速充放电的非水电解质电池不仅能够大幅缩短充电时间，还能够提高混合动力汽车等的动力性能和高效地回收动力的再生能量。为了能够快速充放电，必须使电子和锂离子能够在正极和负极之间迅速移动。可是，使用了碳系负极的电池在反复进行快速充放电时，电极上会发生金属锂的枝晶析出，有可能因内部短路而引起发热和起火。因此，开发了使用金属复合氧化物代替碳质物来作为负极的电池。特别是，使用含钛氧化物作为负极的电池具有能够进行稳定的快速充放电，寿命也比碳系负极长的特性。可是，含有含钛氧化物的电极与含有碳质物的电极相比，相对于金属锂的工作电位高，即贵。而且，钛复合氧化物的每单位重量的容量较低。因此，使用钛氧化物作为负极的电池存在着能量密度较低的问题。特别是，当使用了在比金属锂更高的电位下进行锂的嵌入和脱嵌的材料作为负极材料时，由于与以往的使用了碳质物的电池相比电压变小，所以当适用于电动车和大规模电力储藏系统等需要高电压的系统时，存在着电池的串联数变多的问题。含有含钛氧化物的负极的工作电位以金属锂为基准计为约1.5V，比碳系负极的电位高(贵)。钛氧化物的电位由于是起因于电化学地嵌入和脱嵌锂时的Ti3+与Ti4+之间的氧化还原反应，所以在电化学方面受到制约。因此，为了提高能量密度而降低电极电位在以往是困难的。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第4237659号公报专利文献2：日本特开2014-103032号公报专利文献3：日本特开2013-8493号公报非专利文献非专利文献1：Electrochemistrycommunications11(2009)pp.1251-1254
技术实现思路
专利技术要解决的课题本专利技术的目的是提供一种能够实现可显示高的充放电容量、高的电池电压和优良的寿命特性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、和具备该非水电解质电池的电池包。用于解决课题的手段根据第1实施方式，提供一种电池用活性物质，其含有具有单斜晶型的晶体结构的复合氧化物。该复合氧化物由通式LiwNa4-xM1yTi6-zM2zO14+δ表示。其中，M1是选自由Rb、Cs、K和H构成的组中的至少1种元素。M2是选自由Zr、Sn、V、Nb、Ta、Mo、W、Fe、Co、Mn和Al构成的组中的至少1种金属元素。w在0≤w＜12的范围内。x在0＜x＜4的范围内。y在0≤y＜2的范围内。z在0＜z＜6的范围内。δ在-0.3≤δ≤0.3的范围内。根据第2实施方式，提供一种非水电解质电池。该非水电解质电池含有：包含第1实施方式的电池用活性物质的负极、正极、和非水电解质。根据第3实施方式，提供一种电池包。该电池包具有第2实施方式的非水电解质电池。根据第4实施方式，提供一种车辆。该车辆具有第3实施方式的电池包。根据1个实施方式，可以提供一种能够实现可显示高的充放电容量、高的电池电压和优良的寿命特性的非水电解质电池的电池用活性物质。附图说明图1是作为具有属于空间群C2/m的对称性的复合氧化物的一个例子的Na3Ti5NbO14的晶体结构图。图2是从其它的方向看图1的晶体结构的示意图。图3是第2实施方式的一个例子的非水电解质电池的截面图。图4是图3的A部的放大截面图。图5是示意地表示第2实施方式的另一非水电解质电池的局部剖切立体图。图6是图5的B部的放大截面图。图7是第3实施方式的一个例子的电池包的分解立体图。图8是表示图7的电池包的电路的方块图。图9是表示具有第3实施方式的一个例子的电池包的一个例子的汽车的概略截面图。具体实施方式以下，参照附图对实施方式进行说明。另外，对实施方式中共同的构成标注相同的符号，并省略重复的说明。此外，各图是促进实施方式的说明和其理解的示意图，其形状或尺寸、比例等与实际的装置有不同的地方，但它们可以通过参考以下的说明和公知的技术来适当地进行设计变更。(第1实施方式)根据第1实施方式，提供一种电池用活性物质，其含有具有单斜晶型的晶体结构的复合氧化物。该复合氧化物由通式LiwNa4-xM1yTi6-zM2zO14+δ表示。其中，M1是选自由Rb、Cs、K和H构成的组中的至少1种元素。M2是选自由Zr、Sn、V、Nb、Ta、Mo、W、Fe、Co、Mn和Al构成的组中的至少1种金属元素。w在0≤w＜12的范围内。x在0＜x＜4的范围内。y在0≤y＜2的范围内。z在0＜z＜6的范围内。δ在-0.3≤δ≤0.3的范围内。首先，含有具有单斜晶型的晶体结构的复合氧化物LiwNa4-xM1yTi6-zM2zO14+δ的电池用活性物质由于以下说明的理由，能够实现可显示高的充放电容量的非水电解质电池。图1和图2是表示作为具有单斜晶型的晶体结构的复合氧化物的一个例子的复合氧化物Na3Ti5NbO14的晶体结构图。具体地，图1和图2中所示的具有单斜晶型的晶体结构的复合氧化物Na3Ti5NbO14具有属于空间群C2/m的对称性。此外，图1和图2中记载了Ti、Nb和O的各自的配置，但未记载Na的配置。如图1所示，在复合氧化物Na3Ti5NbO14的单斜晶型的晶体结构中，金属离子101和氧化物离子102构成了骨架结构部分103。此外，在金属离子101上，Nb离子和Ti离子以Nb：Ti＝1：5的比无规配置。该骨架结构部分103三维地交替配置，从而在各个骨架结构部分103之间存在空隙部分104。在该空隙部分104中有可能无规地共存钠和锂。该空隙部分104如图1所示，相对于晶体结构100整体可以占据较大部分。而且，该空隙部分104即使嵌入锂离子也能够保持稳定的结构。图1中，区域105和区域106是在[100]方向和[010]方向上具有二维的沟道的部分。另外，分别如图2所示，复合氧化物Na3Ti5NbO14的单斜晶型的晶体结构中在[001]方向上存在空隙部分107。该空隙部分107具有有利于锂离子的导电的孔道结构，成为连接区域105和区域106的[001]方向的导电路径。由于该导电路径的存在，锂离子能够在区域105和区域106之间往来。这样，单斜晶型复合氧化物Na3Ti5NbO14的晶体结构使得锂离子的等价的嵌入空间大而且结构稳定。进而，单斜晶型复合氧化物Na3Ti5NbO14由于在其晶体结构中存在具有锂离子可迅速扩散的二维沟道的区域和连接它们的[001]方向的导电路径，所以锂离子往嵌入空间的嵌入脱嵌性提高的同时，锂离子的嵌入脱嵌空间有实效地增加。由此，充放电时的锂离子的可逆性提高，能够提供高的充放电容量。具有单斜晶型的晶体结构且能够由通式LiwNa4-xM1yTi6-zM2zO14+δ表示的其它的复合氧化物也可以具有与图1和图2中记载的单斜晶型复合氧化物Na3Ti5NbO14的晶体结构同样的晶体结构。因此，含有这样的复合氧化物的第1实施方式的电池用活性物质也本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活性物质，其含有具有单斜晶型的晶体结构、且由通式Li

【技术特征摘要】
2015.09.09 JP 2015-1777221.一种活性物质，其含有具有单斜晶型的晶体结构、且由通式LiwNa4-xM1yTi6-zM2zO14+δ表示的复合氧化物，其中，所述M1是选自由Rb、Cs、K和H构成的组中的至少1种元素，所述M2是选自由Zr、Sn、V、Nb、Ta、Mo、W、Fe、Co、Mn和Al构成的组中的至少1种金属元素，w在0≤w＜12的范围内，x在0＜x＜4的范围内，y在0≤y＜2的范围内，z在0＜z＜6的范围内，δ在-0.3≤δ≤0.3的范围内。2.根据权利要求1所述的活性物质，其中，所述金属元素M2是选自由3价的Fe、Co、Mn和Al、4价的Zr和Sn、5价的V、Nb和Ta、以及6价的Mo和W构成的组中的至少1种。3.根据权利要求1或2所述的活性物质，其中，所述复合氧化物的所述晶体结构具有属于空间群C2/m、C2或Cm的任一种的对称性。4.根据权利要求1～3中任一项所述的活性物质，其中，下标x的值大于下标y的值。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：原田康宏，高见则雄，吉间一臣，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本,JP