[发明专利]非水电解质电池和电池组

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于2011年6月23日提交的在先日本专利申请2011-139202，并要求其优先权的权益，在此将其全部内容援引并入本文。

技术领域

本文所述的实施方案一般涉及非水电解质电池和电池组。

背景技术

近来，已关注将具有单斜晶β-型结构的钛氧化物作为非水电解质电池的活性材料。在用于常规非水电解质电池的具有尖晶石结构的钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)中，每个以Li₄Ti₅O₁₂表示的结构单元中能够嵌入的锂离子数量为3个。由此，每个钛离子能够嵌入Li₄Ti₅O₁₂的锂离子数量为3/5个。因此，0.6是理论上的最大值。另一方面，在具有单斜晶β-型结构的钛氧化物中，每个钛离子能够嵌入钛氧化物的锂离子的最大数量为1.0个。由此，当将这样的钛氧化物用作非水电解质电池的活性材料时，理论容量达到约335mAh/g。因此，这表明使用具有单斜晶β-型结构的钛氧化物能够开发高容量电池。

但是，存在使用单斜晶β-型结构的非水电解质电池的循环性能在高温下下降的问题。

附图说明

图1显示了在负极上包含第一活性材料和第二活性材料的电池的充电曲线；

图2是根据第一实施方案的非水电解质二次电池的截面图。

图3是图2中的A部的放大截面图。

图4是根据另一个实施方案的非水电解质二次电池的局部剖切透视图；

图5是图4中的B部的放大截面图。

图6是根据第二实施方案的电池组的分解透视图。

图7是显示图6的电池组的电路的方框图；和

图8显示了在负极中只包含第一活性材料的电池的充电曲线。

发明内容

一般而言，根据一个实施方案，提供了包括正极、负极和非水电解质的非水电解质电池。所述负极包含第一负极活性材料和第二负极活性材料，第一负极活性材料包含单斜晶β-型钛复合氧化物。在相对于金属锂的0.8V-1.5V的电位范围下，第二负极活性材料引起锂离子的嵌入和脱嵌。

具体实施方式

(第一实施方案)

非水电解质电池包括正极、负极和非水电解质。

所述正极包含正极集电体和正极层(即包含正极活性材料的层)。所述正极层包含正极活性材料、导电剂和粘结剂。所述正极层形成于所述正极集电体的一个或两个表面处。

所述负极包含负极集电体和负极层(即包含负极活性材料的层)。所述负极层包含第一负极活性材料、第二负极活性材料、导电剂和粘结剂。所述负极层形成于所述负极集电体的一个或两个表面处。

第一负极活性材料包含单斜晶β-型钛复合氧化物。

本文使用的术语“单斜晶β-型钛复合氧化物”是指具有单斜晶型二氧化钛晶体结构的钛复合氧化物。

在相对于金属锂的0.8V-1.5V的电位范围下，第二负极活性材料引起锂离子的嵌入和脱嵌。以下，将“相对于金属锂”表示为“vs Li/Li+”。

本发明人已发现使用所述单斜晶β-型钛复合氧化物作为负极活性材料的电池产生下述问题。

在充电过程的后期，当嵌入单斜晶β-型钛复合氧化物的锂离子量大于一定量时，锂离子的嵌入速率(扩散速率)快速下降，并且极化变得较大。结果，电池的内电阻增大。另一方面，锂离子的扩散速率较多地取决于温度。因此，在充电过程后期的锂离子扩散速率的下降程度较多地取决于温度。

图8显示了所述正极和所述负极在25℃和50℃下的充电曲线。当温度低时，锂离子的扩散速率在充电步骤后期下降。因此，内电阻增大，造成所述负极电位的下降。另一方面，当温度高时，锂离子扩散速率的下降程度低。因此，内电阻不增大很多，由此所述内电极电位不下降很多。因此，如图8中所示，当环境温度较高时，充满电状态下的所述负极电位变得较高。由此，当环境温度较高时，所述正极电位变得较高。

当正极材料在高温下暴露于高电位时，它显著劣化。由此，在使用单斜晶β-型钛复合氧化物的电池中，正极在高温下大幅劣化。结果，该电池在高温下的循环性能下降。特别地，在使用具有锂离子嵌入电位高达约4V的层结构的正极材料如LiCoO₂的电池情况中，循环性能显著下降。