非水电解质电池及电池系统技术方案

根据1个实施方式，提供具备正极、负极和非水电解质的非水电解质电池。正极包含正极活性物质层。正极活性物质层包含锂镍钴锰复合氧化物。负极包含负极活性物质层。负极活性物质层包含尖晶石型钛酸锂。非水电解质的离子传导率在25℃下为7mS/cm以上且10mS/cm以下。电容比p/n在1.4以上且1.8以下的范围内。厚度的比Tp/Tn在1.05以上且低于1.3的范围内。比Pp/Pn在0.55以上且低于0.8的范围内。

Non water electrolyte battery and battery system

The non water electrolyte batteries with positive, negative and non water electrolytes are provided in accordance with the 1 implementations. The positive electrode contains the positive active material layer. The positive active material layer contains lithium nickel cobalt manganese compound oxide. The negative electrode contains the negative active material layer. The negative active material layer contains spinel type lithium titanate. The ionic conductivity of non water electrolyte is above 7mS/cm and below 10mS/cm at 25. The capacitance is more than p/n in the range of more than 1.4 and below 1.8. The thickness is over 1.05 and less than 1.3 in the range of Tp/Tn. More than 0.55 and less than 0.8 in the range of Pp/Pn.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非水电解质电池及电池系统
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
在负极中使用了碳系的活性物质的非水电解质电池中存在在充放电末期时负极的劣化加速的问题。因此，在负极中使用了碳系的活性物质的非水电解质电池中，进行了使负极的电容相对于正极的电容过剩的设计。根据这样的设计，限定负极的使用范围，能够防止负极的劣化。但是，在按照正极及负极中的任一者的电容相对于另一者变得过剩的方式设计的电池中，由于产生剩余的电容，所以从能量密度的观点考虑变得不利。另一方面，在具备包含钛酸锂的负极的非水电解质电池中，充放电末期的负极的劣化极少。因此，在具备包含钛酸锂的负极的非水电解质电池中，没有必要为了防止负极的劣化而进行负极电容变得过剩那样的设计。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2004-171955号公报专利文献2：日本特开2002-203602号公报专利文献3：日本特开2007-87909号公报专利文献4：日本特开2006-108113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是提供能够显示优异的寿命特性及优异的速率特性的非水电解质电池。用于解决问题的方法根据第1实施方式，提供一种非水电解质电池，其具备正极、负极和非水电解质。正极包含正极活性物质层。正极活性物质层包含锂镍钴锰复合氧化物。负极包含负极活性物质层。负极活性物质层包含尖晶石型钛酸锂。非水电解质的离子传导率在25℃下为7mS/cm以上且10mS/cm以下。电容比p/n在1.4以上且1.8以下的范围内。厚度的比Tp/Tn在1.05以上且低于1.3的范围内。比Pp/Pn在0.55以上且低于0.8的范围内。其中，p为正极的每单位面积的电容。n为负极的每单位面积的电容。Tp为正极活性物质层的厚度。Tn为负极活性物质层的厚度。Pp为正极活性物质层的每1μm厚度的正极活性物质层的空隙率。Pn为负极活性物质层的每1μm厚度的负极活性物质层的空隙率。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电池单元和与第1电池单元并联地连接的第2电池单元。第1电池单元包含铅蓄电池。第2电池单元包含第1实施方式的非水电解质电池。附图说明图1是第1实施方式的一个例子的非水电解质电池的概略缺口立体图。图2是图1中所示的A部的概略截面图。图3是图1中所示的非水电解质电池所具备的正极的概略俯视图。图4是图3中所示的正极的沿着线段IV-IV的概略截面图。图5是图1中所示的非水电解质电池所具备的负极的概略截面图。图6是第1实施方式的非水电解质电池可以具备的电极组的另一个例子的概略截面图。图7是第2实施方式的一个例子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。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，各图是用于促进实施方式的说明及其理解的示意图，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，提供一种非水电解质电池，其具备正极、负极和非水电解质。正极包含正极活性物质层。正极活性物质层包含锂镍钴锰复合氧化物。负极包含负极活性物质层。负极活性物质层包含尖晶石型钛酸锂。非水电解质的离子传导率在25℃下为7mS/cm以上且10mS/cm以下。电容比p/n在1.4以上且1.8以下的范围内。厚度的比Tp/Tn在1.05以上且低于1.3的范围内。比Pp/Pn在0.55以上且低于0.8的范围内。其中，p为正极的每单位面积的电容。n为负极的每单位面积的电容。Tp为正极活性物质层的厚度。Tn为负极活性物质层的厚度。Pp为正极活性物质层的每1μm厚度的正极活性物质层的空隙率。Pn为负极活性物质层的每1μm厚度的负极活性物质层的空隙率。作为提高非水电解质电池的输出的计策，可列举出使用离子传导性优异的非水电解质。然而，本专利技术人们在进行研究开发的过程中发现：离子传导性优异的非水电解质容易受到氧化分解等，会成为非水电解质电池的膨胀及劣化的原因。针对该问题，作为抑制离子传导性优异的非水电解质的氧化分解的计策，本专利技术人们研究了相对于负极的电容增大正极的电容、将非水电解质电池的充放电中的正极的充电率保持较低。可知：根据这样的计策，能够防止正极的电位变得过高，其结果是，能够抑制以正极的电位为原因的非水电解质的氧化分解。通过这样的计策，能够按照与包含铅蓄电池的电池单元的工作电压适应性优异的方式来调整将电池彼此串联地连接而构成的电池单元的平均工作电压。然而，在正极电容与负极电容的比(电容比p/n)大大超过1那样的电池中，可以变成在Li从正极的脱嵌量少的状态下反复进行充放电循环。可知：在这样的状态下反复进行充放电循环的非水电解质电池与电容比p/n为1左右的非水电解质电池相比，充放电循环后的输入输出特性降低。本专利技术人们进行了深入调查，结果弄清楚该问题的原因在于，在正极及负极中的电解质中过度地产生Li离子浓度的不均，由此，在电极活性物质层的厚度方向(集电体与隔膜的相向方向)上产生充电深度的分布(正极活性物质层内的Li离子浓度的不均)，其结果是，正极活性物质的晶体结构劣化进行。进而，本专利技术人们发现，正极及负极活性物质层的充放电深度的不均在使用了离子传导率更高的非水电解质的非水电解质电池中变得更加显著。鉴于这些见解，专利技术人们着眼于：为了在正极电容相对于负极电容较大的非水电解质电池中使离子传导率高的非水电解质充分发挥作用，取得正极及负极中的电解质中的Li离子的移动的平衡是特别重要的。进而，专利技术人们基于该想法进行了深入研究，结果实现了第1实施方式的非水电解质电池。第1实施方式的非水电解质电池通过具有先前所示的构成，能够抑制正极活性物质的晶体结构劣化而显示优异的寿命特性，并且能够显示优异的速率特性。以下对其理由进行详细说明。首先，在正极中使用了锂镍钴锰复合氧化物的第1实施方式的非水电解质电池能够显示高的能量密度。此外，具有尖晶石型结构的钛酸锂在1.0V(vs.Li/Li+)以上的电位下能够引起锂的嵌入及脱嵌反应。因此，在负极中使用了具有尖晶石型结构的钛酸锂的非水电解质电池能够抑制伴随充放电、特别是快速充放电的金属锂的析出。因而，在负极中使用尖晶石型钛酸锂的第1实施方式的非水电解质电池能够显示优异的寿命特性及优异的快速充放电特性。进而，第1实施方式的非水电解质电池通过正极的每单位面积的电容p相对于负极的每单位面积的电容n的电容比p/n在1.4以上且1.8以下的范围内，从而在充放电循环中能够防止正极的电位变得过高。由此，第1实施方式的非水电解质电池能够防止离子传导率在25℃下为7mS/cm以上且10mS/cm以下的非水电解质的氧化分解。进而，第1实施方式的非水电解质电池因以下的理由而能够防止在正极活性物质层中和负极活性物质层中产生充放电深度的不均。首先，正极活性物质层的厚度Tp相对于负极活性物质层的厚度Tn的厚度的比Tp/Tn在1.05以上且低于1.3的范围内意味着正极活性物质层的厚度Tp与负极活性物质层的厚度Tn的差小。在厚度的比Tp/Tn在1.05以上且低于1.3的范围内的第1实施方式的非水电解质电池中，可以说从正极集电体的表面至正极活性物质层的表面(例如与隔膜相接的面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水电解质电池，其特征在于，其具备：包含含有锂镍钴锰复合氧化物的正极活性物质层的正极、包含含有尖晶石型钛酸锂的负极活性物质层的负极、和离子传导率在25℃下为7mS/cm以上且10mS/cm以下的非水电解质，电容比p/n在1.4以上且1.8以下的范围内，其中，p为所述正极的每单位面积的电容，n为所述负极的每单位面积的电容，厚度的比Tp/Tn在1.05以上且低于1.3的范围内，其中，Tp为所述正极活性物质层的厚度，Tn为所述负极活性物质层的厚度，比Pp/Pn在0.55以上且低于0.8的范围内，其中，Pp为所述正极活性物质层的每1μm厚度的所述正极活性物质层的空隙率，Pn为所述负极活性物质层的每1μm厚度的所述负极活性物质层的空隙率。

【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：包含含有锂镍钴锰复合氧化物的正极活性物质层的正极、包含含有尖晶石型钛酸锂的负极活性物质层的负极、和离子传导率在25℃下为7mS/cm以上且10mS/cm以下的非水电解质，电容比p/n在1.4以上且1.8以下的范围内，其中，p为所述正极的每单位面积的电容，n为所述负极的每单位面积的电容，厚度的比Tp/Tn在1.05以上且低于1.3的范围内，其中，Tp为所述正极活性物质层的厚度，Tn为所述负极活性物质层的厚度，比Pp/Pn在0.55以上且低于0.8的范围内，其中，Pp为所述正极活性物质层的每1μm厚度的所述正极活性物质层的空隙率，Pn为所述负极活性物质层的每1μm厚度的所述负极活性物质层的空隙率。2.根据权利要求1所述的非水电解质电池，其特征在于，所述锂镍钴锰复合氧化物以组成式Li1-aNixCoyMnzO2表示，式中，0≤a≤1、x>0、y>0、z>0，x、y及z满足不等式0.1≤x/(y+z)≤1.3。3.根据权利要求1或2所述的非水电解质电池，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：山本大，渡边祐辉，鹿野哲郎，根岸信保，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