非水电解质电池，其包括外封装物(2)，容纳在所述外封装物(2)中的正极，与所述正极间隔开、并容纳在所述外封装物(2)中的负极，和在所述外封装物(2)中充入的非水电解质。所述负极包括集电体和在所述集电体的至少一个表面上形成的负极层。所述负极层包含作为活性材料的具有单斜晶二氧化钛晶体结构的钛氧化物化合物，以及非氟树脂，所述二氧化钛化合物使用选自碱金属阳离子的至少一种离子改性。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】非水电解质电池，其包括外封装物(2)，容纳在所述外封装物(2)中的正极，与所述正极间隔开、并容纳在所述外封装物(2)中的负极，和在所述外封装物(2)中充入的非水电解质。所述负极包括集电体和在所述集电体的至少一个表面上形成的负极层。所述负极层包含作为活性材料的具有单斜晶二氧化钛晶体结构的钛氧化物化合物，以及非氟树脂，所述二氧化钛化合物使用选自碱金属阳离子的至少一种离子改性。【专利说明】非水电解质电池及组电池
本文描述的实施方案一般涉及非水电解质电池和组电池(pack battery)。
技术介绍
设置有包含钛氧化物作为活性材料的负极的非水电解质电池能够得到稳定且急速的充电/放电。该电池具有比设置有包含碳类型活性材料的负极的电池更长的寿命。但是，相对于金属锂，钛氧化物具有比含碳材料更高的(较高的)电位和更低的单位重量容量。为此，包含钛氧化物作为活性材料的非水电解质电池具有更低的能量密度。钛氧化物的电位在电化学上是有限的，这是由于当锂电化学性地插入/脱附时，钛氧化物的电位由Ti3+和Ti4+之间的氧化还原反应产生。此外，存在这样的事实，急速的锂离子充电/放电可在高达1.5V的电极电位下稳定地实现。因此，通过将负极电位向更低的电位侧迁移而改进能量密度基本上是困难的。对于钛氧化物的理论容量,二氧化钛(锐钛矿结构)的理论容量为约165mAh/g,而由式Li4Ti5O12表示的尖晶石型锂-钛复合氧化物的理论容量为约170mAh/g。相比之下，碳(石墨)型电极材料的理论容量为385mAh/g或更大。如上所述，钛氧化物的容量密度显著低于碳类型的负极的容量密度。其原因是在钛氧化物的晶体结构中吸收锂的当量位点小，并且在该结构中锂易于稳定，造成显著的容量下降。鉴于以上情况，近年来，比以上的钛酸化合物具有更高理论容量的单斜晶二氧化钦已吸引了 大量关注(参见 R.Marchand, L.Brohan, M.Tournoux, Material ResearchBulletinl5, 1129)。在单斜晶二氧化钛中可插入/脱附的每个钛离子的锂离子数量的最大值为1.0。由此，单斜晶二氧化钛具有高达约330mAh/g的理论容量。例如，JP-A2008-034368 (KOKAI)公开了锂离子储存电池，其使用具有青铜型结构的钛氧化物TiO2作为负极活性材料。此外，JP-A2008-117625 (KOKAI)公开了使用具有钛酸青铜型晶体结构的二氧化钛作为负极活性材料的锂二次电池。但在使用单斜晶二氧化钛作为负极活性材料的情况下，电池的性能明显劣化，导致较短的寿命。鉴于此，JP-A2011-048947 (KOKAI)公开了通过形成负极材料层而得到的负极，所述负极材料层包含例如在集电体上通过使用碱金属阳离子和作为粘合剂的氟树脂对具有钛酸青铜型晶体结构的二氧化钛表面改性而得到的活性材料。通过使用该负极，可改进电池寿命。但是，当使用碱金属阳离子对二氧化钛表面进行改性时，二氧化钛的pH会大于约8。为此，当通过将氟树脂与经改性二氧化钛共混而制备浆料，再将浆料涂覆至集电体的至少一个表面上，然后干燥而形成负极层来制备负极时，在PH大于约8的碱性条件下，会发生氟树脂的脱氟化氢反应，从而使得浆料发生胶凝化。由此，在负极层和集电体之间的粘结强度下降，导致非水电解质电池的寿命降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供循环寿命改进的非水电解质电池，和设置有所述非水电解质电池的组电池。根据本专利技术的第一方面，提供了非水电解质电池，其包括:外封装物(package)，容纳在所述外封装物中的正极，与所述正极间隔开、并容纳在所述外封装物中的负极，和在所述外封装物中填充的非水电解质；其中所述负极设置有集电体，并且在所述集电体的至少一个表面上形成负极层；并且所述负极层包含作为活性材料的具有单斜晶二氧化钛晶体结构的钛氧化物化合物和非氟树脂，并且所述钛氧化物化合物使用选自碱金属阳离子的至少一种离子改性。根据本专利技术的第二方面，提供了组电池，所述组电池包括所述非水电解质电池。【专利附图】【附图说明】图1所示为单斜晶二氧化钛晶体结构的典型示图。图2所不为根据第一实施方案的扁平型非水电解质电池的截面图；图3所示为图2中的部分A的放大截面图。图4所示为根据第二实施方案的组电池的分解透视图；并且图5所示为图4的组电池电路的方块示意图。【具体实施方式】以下将说明根据实施方案的非水电解质电池和组电池。(第一实施方案)根据第一实施方案的非水电解质电池包括外封装物、容纳在所述外封装物中的正极、以通过例如隔离物(separator)与所述正极间隔开的方式容纳在所述外封装物中的负极、以及在所述外封装物中填充的非水电解质。负极包括集电体和在集电体的至少一个表面上形成的负极层。负极层包含作为活性材料的具有单斜晶二氧化钛晶体结构的钛氧化物化合物，和非氟树脂。具有单斜晶二氧化钛晶体结构的钛氧化物化合物使用选自碱金属阳离子的至少一种离子改性。具有单斜晶二氧化钛晶体结构的钛氧化物化合物在其表面上具有高反应性固体酸位点(例如羟基和羟基自由基)，并且还起着固体催化剂的作用。当将该钛氧化物化合物用作负极活性材料时，它具有对非水电解质的高反应性。因此，一旦在钛氧化物化合物的表面上形成了涂布膜，以上的钛氧化物化合物就会与非水电解质反应。由此，因为例如造成内电阻增大和非水电解质劣化，设置有包含以上的钛氧化物化合物作为活性材料的负极的非水电解质电池具有较短的寿命。特别当痕量的水存在时，以上的钛氧化物化合物中的单斜晶二氧化钛晶体结构的水中固体酸度提高。在此情况下，可通过将2g的钛氧化物化合物粉末在25。C下加至IOOg纯水中，搅拌5分钟，测量pH值来确定所述水中固体酸度。水可能存在于原料制备过程中和电池制造过程中，并且从原料性质和成本而言，难以彻底化学性地去除水。从以上事实出发，使用选自碱金属阳离子的至少一种离子对具有单斜晶二氧化钛晶体结构的钛氧化物化合物进行改性，并使固体酸位点(催化剂活性位点)失活。因此，钛氧化物化合物和非水电解质之间的反应可被抑制。由此，在设置有包含以上的改性钛氧化物化合物作为负极活性材料的负极的非水电解质电池中，内电阻的升高和非水电解质的劣化被抑制，由此可达到良好的重复寿命性能。此外，由于固体酸位点失活，可逆容量减少，从而使第一次充电/放电效率得到改进。但是，在本专利技术人进行的后续研究中，已清楚地是，当使用选自碱金属阳离子的至少一种离子对钛氧化物化合物进行改性时，PH会大于8。因此，当将氟树脂用作粘结剂以形成氟树脂与以上的改性钛氧化物化合物的负极层时，以上的氟树脂在大于PH8的碱性条件下化学性地劣化，且负极层和集电体之间的粘合性下降。鉴于此，本专利技术人确信，当将作为粘结剂的非氟型树脂与以上的改性钛氧化物化合物包含在负极层中时，粘结剂的化学劣化可避免，即使改性钛氧化物化合物的pH超过8。因此，负极层和集电体之间的粘合性可改进。由此，设置有该负极的非水电解质电池的循环寿命得到改进。以下将说明构成根据第一实施方案的非水电解质电池的外封装物、正极、负极、非水电解质和隔离物。I)外封装物外封装物可使用由厚度为0.5mm或更低的层压膜制成的袋子或厚度为Imm或更低的金属容器。层压膜的厚度优选本文档来自技高网...
【技术保护点】
非水电解质电池，其特征在于所述非水电解质电池包括：外封装物；容纳在所述外封装物中的正极；与所述正极间隔开、并容纳在所述外封装物中的负极；和填充在所述外封装物中的非水电解质，其中所述负极包括集电体和在所述集电体的至少一个表面上形成的负极层，并且所述负极层包含作为活性材料的具有单斜晶二氧化钛晶体结构的钛氧化物化合物和非氟树脂，所述钛氧化物化合物使用选自碱金属阳离子的至少一种离子改性。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：岩崎拓哉，稻垣浩贵，高见则雄，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：
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