二次电池、电池组、和车辆制造技术

本发明专利技术涉及二次电池、电池组和车辆。提供安全性高、并且显示高的能量密度、同时抑制自放电的二次电池、含有该二次电池的电池组、和搭载有该电池组的车辆。根据实施方式，提供二次电池，其具备：正极、负极和电解质。负极含有负极活性物质。负极活性物质含有含钛金属氧化物粒子、锐钛矿型TiO2相和固体电解质相。锐钛矿型TiO2相和固体电解质相分别配置于含钛金属氧化物粒子的表面的至少一部分。电解质含有电解质盐和水。

【技术实现步骤摘要】
二次电池、电池组、和车辆
本专利技术的实施方式涉及二次电池、电池组和车辆。
技术介绍
在通过Li离子在负极和正极之间移动从而进行充放电的非水电解质二次电池中，使用含有非水系溶剂的非水电解质作为电解质。由于非水系溶剂具有宽范围的电位稳定性，因此非水电解质二次电池可以显示3V～4V左右的高电池电压。因此，与现有的蓄电池相比，非水电解质二次电池的能量密度优异。由此，近年来，在μHEV(微混合动力车)、怠速停止系统等车载用途、固定用等宽范围的用途中，正在推进非水电解质二次电池的利用。但是，由于非水电解质中所含的非水系溶剂为有机溶剂，因此挥发性和易燃性高。因此，非水电解质二次电池中存在有可能随着过充电、温度上升、冲击而着火等这样的危险性。作为对这样的危险性的对策，提出了在锂离子二次电池中使用水系溶剂。
技术实现思路
本专利技术要解决的课题在于，提供安全性高、并且显示高的能量密度、同时抑制自放电的二次电池、含有该二次电池的电池组、和搭载有该电池组的车辆。根据实施方式，提供二次电池，其具备：正极、负极和电解质。负极含有负极活性物质。负极活性物质含有含钛金属氧化物粒子、锐钛矿型TiO2相和固体电解质相。锐钛矿型TiO2相和固体电解质相分别配置于含钛金属氧化物粒子的表面的至少一部分。电解质含有电解质盐和水。根据其它实施方式，提供电池组，其含有上述实施方式涉及的二次电池。进而，根据其它实施方式，提供车辆，其搭载有上述实施方式涉及的电池组。根据上述构成的二次电池，能够提供安全性高、并且显示高的能量密度、同时抑制自放电的含有该二次电池的电池组、和搭载有该电池组的车辆。附图说明图1是实施方式涉及的一例的硬币型二次电池的概略剖面图。图2是实施方式涉及的一例的方型二次电池的概略剖面图。图3是从图2的方型二次电池的侧面的概略剖面图。图4是表示实施方式涉及的一例的电池模块的立体图。图5是实施方式涉及的一例的电池组的分解立体图。图6是表示图5的电池组的电路的方块图。图7是概略性地表示实施方式涉及的一例的车辆的图。图8是概略性地表示实施方式涉及的其它例的车辆的图。附图标记说明1…正极罐、2…正极、3…垫片、4…间隔件、5…分隔体、6…负极、7…负极罐、8…垫圈、10…正极、11…负极、12…分隔体、13…电极组、14…正极集电片、15…负极集电片、16…正极引线、17…负极引线、18…正极垫圈、19…负极垫圈、20…金属制容器、21…封口板、22…控制阀、31…电池模块、321～325…单电池、33…汇流排、34…正极侧引线、35…负极侧引线、51…单电池、55…电池模块、56…印刷线路板、57…热敏电阻、58…保护电路、59…通电用的外部端子、200…车辆、201…车辆主体、202…电池组、300…车辆、301…车辆主体、302…车辆用电源、310…通信总线、311…电池管理装置、312a～312c…电池组、313a～313c…电池模块监视装置、314a～314c…电池模块、316…正极端子、317…负极端子、333…开关装置、340…逆变器、345…驱动马达、370…外部端子、380…车辆ECU、L1、L2…连接线、W…驱动轮。具体实施方式以下，一边参照附图一边对实施方式进行说明。(第1实施方式)实施方式涉及的二次电池含有正极、负极和电解质。负极含有负极活性物质。负极活性物质含有：含钛金属氧化物粒子、锐钛矿型TiO2相和固体电解质相。锐钛矿型TiO2相和固体电解质相配置于含钛金属氧化物粒子的表面的至少一部分。电解质含有电解质盐和水。鉴于安全性而使用水系溶剂的电解质时，难以得到与非水系的锂离子二次电池(非水电解质二次电池)同样的3V～4V左右的电池电压。使用水系溶剂的情况下，为了避免负极处的电解导致的氢产生，有时使用LiV2O4、LiTi2(PO4)3等这样的工作电位较高的负极材料。这种情况下，水系的锂离子二次电池中电池电压停留在2V左右，与非水系锂离子二次电池相比，能量密度低。另外，为了提高水系锂离子二次电池的电池电压而使用Li4Ti5O12等这样的工作电位低的负极材料的情况下，负极处的氢产生变得显著，反而安全性降低。另外，不仅如此，由于工作电位低而产生的自放电导致的容量降低也成为问题。实施方式涉及的二次电池的负极中所含有的负极活性物质中，含有表面配置有锐钛矿型TiO2相和固体电解质相的含钛金属氧化物粒子，电解质中含有水。如果为该构成，则即使含钛金属氧化物粒子中含有尖晶石型锂钛氧化物Li4Ti5O12这样的工作电位低的负极材料，也可以抑制来自负极活性物质的锂离子的脱嵌导致的自放电和与其相伴的电解质中的水的还原分解导致的氢产生。在含钛氧化物中，通过使反应电位较高(贵)的锐钛矿型TiO2相、不直接有助于充放电的固体电解质相位于含钛金属氧化物粒子与含有水的电解质的界面，水与活性物质的接触界面处的电位成为与含钛金属氧化物粒子的材料的反应电位相比高的值。由此，即使在含钛金属氧化物粒子中使用工作电位低(卑)的含钛氧化物的情况下，也可抑制自放电和氢产生。由于用于含钛金属氧化物粒子的含钛氧化物的电位低，因此可以提高电池电压，得到高的能量密度。如此，通过上述构成能够确保安全性和抑制了的自放电，同时显示高的能量密度。优选的方式的负极活性物质包含含有含钛氧化物相和锐钛矿型TiO2相的含钛金属氧化物粒子和固体电解质相。锐钛矿型TiO2相位于含钛金属氧化物粒子的表面，比较均匀地分布于粒子表面上。固体电解质相分布于含钛金属氧化物粒子上，更具体而言，在比锐钛矿型TiO2相靠外侧例如以岛状分布。在存在固体电解质相的位置形成含钛氧化物相-锐钛矿型TiO2相-固体电解质相的三明治结构。另外，含钛氧化物相、锐钛矿型TiO2相和固体电解质相可构成复合粒子。含钛金属氧化物粒子包含含有含钛氧化物的含钛氧化物相作为母相。含钛氧化物的例子中包含钛氧化物、锂钛氧化物、铌钛氧化物、钠铌钛氧化物。向含钛氧化物的Li嵌入电位优选在1V(vs.Li/Li+)以上3V(vs.Li/Li+)以下的范围(-2.29V(vs.SCE)以上0.29V(vs.SCE)以下)。负极活性物质可以在母相中含有这些含钛氧化物的1种、或2种以上。钛氧化物的例子中包含单斜晶结构的钛氧化物、金红石结构的钛氧化物。各晶体结构的钛氧化物可以用TiO2表示充电前的组成，用LixTiO2(x为0≤x≤1)表示充电后的组成。另外，单斜晶结构的钛氧化物的充电前结构可以表示为TiO2(B)。锂钛氧化物的例子中包含尖晶石结构的锂钛氧化物(例如通式Li4+xTi5O12(x为-1≤x≤3))、斜方锰矿结构的锂钛氧化物(例如Li2+xTi3O7(-1≤x≤3))、Li1+xTi2O4(0≤x≤1)、Li1.1+xTi1.8O4(0≤x≤1)、Li1.07+xTi1.86O4(0≤x≤1)、LixTiO2(0＜x≤1)等。另外，锂钛氧化物包含例如在这些尖晶石结构或斜方锰矿结构的锂钛氧化物中导入了不同种元素的锂钛复合氧化物。铌钛氧化物的例子中包含由LiaTiMbNb2±βO7±σ(0≤a≤5、0≤b≤0.3、0≤β≤0.3、0≤σ≤0.3，M为选自Fe、V、Mo和Ta中的至少1种)表示的物质。钠铌钛氧化物的例子中包含通式由Li2+vNa2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.二次电池，其具备：正极、含有负极活性物质的负极、以及含有电解质盐和水的电解质；其中，所述负极活性物质含有含钛金属氧化物粒子、锐钛矿型TiO2相和固体电解质相，所述锐钛矿型TiO2相和所述固体电解质相分别配置于所述含钛金属氧化物粒子的表面的至少一部分。

【技术特征摘要】
2017.09.21 JP 2017-1807981.二次电池，其具备：正极、含有负极活性物质的负极、以及含有电解质盐和水的电解质；其中，所述负极活性物质含有含钛金属氧化物粒子、锐钛矿型TiO2相和固体电解质相，所述锐钛矿型TiO2相和所述固体电解质相分别配置于所述含钛金属氧化物粒子的表面的至少一部分。2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述固体电解质相包含选自以下几种物质中的至少一种：由Li1+xM1xM22-x(PO4)3表示且M1为Al、M2为选自Ge和Ti中的至少1种且0.05≤x≤0.5的化合物、由LiMO3表示且M为选自Nb和La中的至少1种的化合物、由Ln2/3-xLi3xTiO3表示且Ln为选自La、Pr、Nd和Sm中的至少1种且0.04≤x≤0.14的化合物、由LixPOyNz表示且2.6≤x≤3.5、1.9≤y≤3.8、0.1≤z≤1.3的化合物、Li3BO3、和Li4SiO4。3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其中，所述含钛金属氧化物粒子含有含钛氧化物相和所述锐钛矿型TiO2相。4.根据权利要求3所述的二次电池，其中，在对于所述负极活性物质的X射线衍射图谱中，归属于所述含钛氧化物相的峰中的强度最高的峰的峰强度I、归属于所述固体电解质相的峰中的强度最高的峰的峰强度ISE、和归属于所述锐钛矿型TiO2相的峰中的强度最高的峰的...

【专利技术属性】
技术研发人员：山下泰伸，松野真辅，高见则雄，稻垣浩贵，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本,JP