[发明专利]非水电解质电池及电池组

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于2011年3月2日提交的在先日本专利申请2011-045427，并要求其优先权，将该申请的全部内容援引并入本文。

技术领域

本发明的实施方案一般涉及非水电解质电池及电池组。

背景技术

人们希望非水电解质电池如锂离子二次电池具有高能量密度。最近已开发出正极活性材料，如具有尖晶石结构的锰酸锂、具有橄榄石结构的磷酸铁锂等。这些正极活性材料价廉且提供了高安全水平。特别地，具有橄榄石结构的磷酸铁锂具有稳定的晶体结构，并具有约3.4V(vs.Li/Li+)相对较低的锂离子-嵌入/脱嵌电位。因此，它可提供改进的寿命性能。

另一方面，已开发出比含碳材料的Li-嵌入/脱嵌电位更高的负极活性材料。在这些材料中，具有尖晶石结构的钛酸锂具有以下优点：由于在充电/放电反应过程中体积不变，它具有优异的循环性能和高安全性。

此外，已提出了使用具有橄榄石结构的磷酸铁锂作为正极活性材料和具有尖金石结构的钛酸锂作为负极活性材料的电池。人们希望该电池具有优异的循环性能。但是，具有以上结构的电池的问题在于由于在放电过程中的电池电压的变化较小，难以根据电池电压检测放电状态。

附图说明

图1是根据第一实施方案的薄型非水电解质电池的剖面示意图；

图2是图1的A部分的放大剖面图；

图3是根据第二实施方案的电池组的分解透视图；

图4是显示图3的电池组的电路的框图。

图5是实施例1和对比例1的评估电池的放电曲线；并且

图6是磷酸铁锂、钛酸锂和单斜晶系β型钛复合氧化物的放电曲线。

具体实施方式

根据一个实施方案，一般性地提供了非水电解质电池。所述电池包括正极、负极和非水电解质。所述正极包含正极活性材料。所述负极包含负极活性材料。所述非水电解质包含有机溶剂。所述正极活性材料包含具有橄榄石结构的磷酸铁锂。所述负极活性材料包含具有尖晶石结构的钛酸锂和单斜晶系β型钛复合氧化物。所述有机溶剂包含链状醚。

(第一实施方案)

图6显示了使用具有橄榄石结构的磷酸铁锂或具有尖晶石结构的钛酸锂的电池的典型放电曲线。如图6所示，除了在0％和100％的放电深度相接近之外，两条电极放电曲线呈平台型(plateau-shaped)。在此，100％的放电深度表示各电极放电直至活性材料的理论容量完全消耗时的状态，而0％的放电深度表示各电极充电充满至活性材料的理论容量时的状态。

电池电压是正极和负极之间的电位差。所以应理解，使用具有橄榄石结构的磷酸铁锂作为正极活性材料和具有尖晶石结构的钛酸锂作为负极活性材料的电池几乎在所有放电深度上具有恒定电压。由于在放电过程中电池电压几乎不变，所以难以根据电池电压检测放电深度。在此，100％的放电深度表示电池放电直至其设计容量全部消耗的状态，而0％的放电深度表示电池充电充满至其设计容量的状态。

电池电压优选根据放电深度而变化以检测电池的放电状态。也就是说，优选图6所示的放电曲线不是平台形而是阶梯形的。

此外，在本实施方案中使用包含单斜晶系β型钛复合氧化物与具有尖晶石结构的钛酸锂的负极活性材料。单斜晶系β型钛复合氧化物具有约1.5V(vs.Li/Li+)的锂离子嵌入/脱嵌电位，并且如图6所示，具有根据放电深度变化的放电曲线。因此，在使用根据本实施方案的负极活性材料的电池中，电池电压根据放电深度变化，能够易于检测放电状态。

但是，单斜晶系β型钛复合氧化物具有以下性质：它具有高理论容量，但循环和输出性能不如钛酸锂。因此，如果负极活性材料包含单斜晶系β型钛复合氧化物和具有尖晶石结构的钛酸锂，电池的循环和输出性能会下降。

然而，通过使用包含链状醚作为非水电解质的溶剂的有机溶剂，本发明人成功地改进了使用以上组合的正极和负极活性材料的非水电解质电池的循环和输出性能。

下面将参照附图更详细地描述第一实施方案。实施方案中共有的结构附有相同的标记数字，在此省略重复说明。各附图是用于解释实施方案和用于促进对实施方案理解的典型视图。尽管存在形状、尺寸和比例上不同于实际电池的部分，但考虑到以下的说明和已知技术，这些结构设计可适当变化。

在本实施方案中，非水电解质电池包括包含具有正极活性材料的正极、具有负极活性材料的负极和包含有机溶剂的非水电解质。所述正极活性材料包含具有橄榄石结构的磷酸铁锂。所述负极活性材料包含具有尖晶石结构的钛酸锂和单斜晶系β型钛复合氧化物。所述有机溶剂包含链状醚。