电极、二次电池、电池包及车辆的制作方法

文档序号:24341866发布日期:2021-03-19 12:24阅读:51来源:国知局
电极、二次电池、电池包及车辆的制作方法

本发明的实施方式涉及电极、二次电池、电池包及车辆。



背景技术:

二次电池、尤其是非水电解质电池除了作为小型电子设备用电源的利用以外,还期待作为车载用途或固定用途等中大型电源的利用。特别是在中大型用途中,要求高的能量密度、输入输出性能及寿命性能。

为了得到优异的寿命性能,抑制电极表面中的电解液的副反应是有效的。例如,通过在电极表面形成被膜,能够抑制副反应。但是,为了抑制过量的电解液的分解,若形成稳定的被膜,则被膜的电阻变大,担心输入输出性能或循环性能的降低。另外,还考虑了对电极活性物质用无机物或有机物进行覆盖。但是,若覆盖性高,则覆盖部的锂扩散受到阻碍,担心输入输出性能或循环性能的降低。



技术实现要素:

本发明所要解决的课题是提供能够实现寿命性能优异的电池的电极、寿命性能优异的二次电池及电池包、以及具备该电池包的车辆。

根据实施方式,提供一种电极,其具备集电体和集电体上的活性物质含有层。活性物质含有层包含钛铌复合氧化物。在沿着集电体与活性物质含有层的层叠方向的活性物质含有层的截面中,相对于活性物质含有层中的沿着上述层叠方向的厚度t,与自集电体沿着层叠方向至距离0.5t为止的第1厚度区域相对应的第1截面中的钛铌复合氧化物所占的面积比率s1和在上述截面中与自集电体沿着层叠方向从距离0.5t至距离t为止的第2厚度区域相对应的第2截面中的钛铌复合氧化物所占的面积比率s2满足0.8<s2/s1<1的关系。上述截面中的钛铌复合氧化物的粒子的粒径频率分布中的最大峰的峰顶位置在0.5μm以上且3μm以下的范围内。

根据另一实施方式,提供一种二次电池,其具备负极、正极和电解质。负极为上述实施方式所涉及的电极。

根据另外的实施方式,提供一种电池包,其具备上述实施方式所涉及的二次电池。

根据又一实施方式,提供一种车辆,其搭载有上述实施方式所涉及的电池包。

根据上述构成,能够提供可实现寿命性能优异的电池的电极、寿命性能优异的二次电池及电池包、以及具备该电池包的车辆。

附图说明

图1是概略地表示实施方式所涉及的电极的一个例子的截面图。

图2是表示实施方式所涉及的电极的一个例子中的活性物质含有层的第1截面的一部分的扫描型电子显微镜照片。

图3是表示实施方式所涉及的电极的一个例子中的活性物质含有层的第2截面的一部分的扫描型电子显微镜照片。

图4是概略地表示实施方式所涉及的二次电池的一个例子的截面图。

图5是将图4中所示的二次电池的a部放大的截面图。

图6是示意地表示实施方式所涉及的二次电池的其他例子的局部剖面立体图。

图7是将图6中所示的二次电池的b部放大的截面图。

图8是概略地表示实施方式所涉及的组电池的一个例子的立体图。

图9是概略地表示实施方式所涉及的电池包的一个例子的分解立体图。

图10是表示图9中所示的电池包的电路的一个例子的框图。

图11是概略地表示实施方式所涉及的车辆的一个例子的局部透视图。

图12是概略地表示实施方式所涉及的车辆中的关于电气系统的控制系统的一个例子的图。

符号说明

1:电极组、2:外包装构件、3:负极、3a:负极集电体、3b:负极活性物质含有层、3b1:第1厚度区域、3b2:第2厚度区域、3c:负极集电极耳、4:隔膜、5:正极、5a:正极集电体、5b:正极活性物质含有层、6:负极端子、7:正极端子、10:钛铌复合氧化物粒子、21:汇流条(busbar,也可以称为母线)、22:正极侧引线、22a:另一端、23:负极侧引线、23a:另一端、24:粘接胶带、31:容纳容器、32:盖、33:保护片材、34:印制电路布线基板、35:布线、40:车辆本体、41:车辆用电源、42:电气控制装置、43:外部端子、44:变换器、45:驱动马达、100:二次电池、200:组电池、200a:组电池、200b:组电池、200c:组电池、300:电池包、300a:电池包、300b:电池包、300c:电池包、301a:组电池监视装置、301b:组电池监视装置、301c:组电池监视装置、342:正极侧连接器、343:负极侧连接器、345:热敏电阻、346:保护电路、342a:布线、343a:布线、350:通电用的外部端子、352:正侧端子、353:负侧端子、348a:正极侧布线、348b:负极侧布线、400:车辆、411:电池管理装置、412:通信总线(communicationbus)、413:正极端子、414:负极端子、415:开关装置、416:电流检测部、417:负极输入端子、418:正极输入端子、l1:连接线、l2:连接线、w:驱动轮。

具体实施方式

以下,参照附图对实施方式进行说明。需要说明的是,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。另外,各图是有助于实施方式的说明和其理解的示意图,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而适当地进行设计变更。

[第1实施方式]

根据第1实施方式,提供一种电极。该电极包含集电体和该集电体上的活性物质含有层。活性物质含有层包含钛铌复合氧化物。在沿着集电体与活性物质含有层的层叠方向的活性物质含有层的截面中,相对于活性物质含有层中的沿着上述层叠方向的厚度t,与自集电体沿着层叠方向至距离0.5t为止的第1厚度区域的部分相对应的第1截面中的钛铌复合氧化物所占的面积比率s1和在上述的截面中与自集电体沿着层叠方向从距离0.5t至距离t为止的第2厚度区域的部分相对应的第2截面中的钛铌复合氧化物所占的面积比率s2满足0.8<s2/s1<1的关系。活性物质含有层的截面中的钛铌复合氧化物的粒子的粒径频率分布中的最大峰的峰顶位置在0.5μm以上且3μm以下的范围内。

实施方式所涉及的电极例如可以为电池用电极。使用电极的电池例如可以为锂二次电池等二次电池。这里所谓的二次电池包含含有非水电解质的非水电解质二次电池。作为具体的例子,电极可以为在箔形状的集电体(集电箔)上形成有活性物质含有层(电极层)的非水电解质电池用电极。

活性物质含有层被设置于集电体的至少1个主表面上。例如,可以将活性物质含有层设置于集电体的1个主表面上。或者,活性物质含有层也可以被设置于集电体的2个主表面、例如箔形状的集电体的背表这两面上。集电体与活性物质含有层可构成电极。该电极例如可以为负极。

集电体可以包含在其表面未形成活性物质含有层的部分。该部分可以作为集电极耳起作用。

活性物质含有层包含钛铌复合氧化物作为电极活性物质。活性物质含有层除了包含电极活性物质以外,可进一步包含例如导电剂和粘结剂。若将相对于活性物质含有层的沿着集电体与活性物质含有层的层叠方向的截面的扫描型电子显微镜(sem:scanningelectronmicroscope)图像进行二值化处理而分类成钛铌复合氧化物和其以外的部分,则相对于活性物质含有层的厚度t,自集电体至距离0.5t为止的第1厚度区域的第1截面中钛铌复合氧化物所占的面积比率s1与自集电体从距离0.5t至距离t为止的第2厚度区域的第2截面中钛铌复合氧化物所占的面积比率s2满足0.8<s2/s1<1的关系。上述厚度t表示沿着集电体与活性物质含有层的层叠方向的厚度。即,与在活性物质含有层中的处于集电体侧的一半中的截面中钛铌复合氧化物所占的面积的比率s1相比,在活性物质含有层的另一半中的截面中钛铌复合氧化物所占的面积的比率s2较小,且s2相对于s1的比s2/s1在0.8<s2/s1<1的范围。

在通过二值化处理而分类的钛铌复合氧化物以外的部分中,包含钛铌复合氧化物以外的活性物质、导电剂、粘结剂、空隙或空孔等。对于其他的活性物质、导电剂及粘结剂的详细情况将在后面叙述。

对于集电体的两面形成有活性物质含有层的电极,在分别位于集电体的表侧的面和背侧的面上的活性物质含有层中,各个截面满足上述s2/s1的关系。在该情况下,可以说在作为包含集电体和两侧的活性物质含有层的整体来看的电极中,将集电体视为中心,活性物质含有层的内侧的一半相当于第1厚度区域,外侧的一半相当于第2厚度区域。

在关于活性物质含有层的截面的钛铌复合氧化物的粒子的粒径频率分布中,最大峰的峰顶位置在0.5μm以上且3μm以下的范围内。这里所谓的最大峰表示在显示活性物质含有层中的钛铌复合氧化物的粒径频率分布的光谱中峰强度最高的峰。即,在活性物质含有层中包含的钛铌复合氧化物粒子的粒径频率分布中,频率最高的粒径为0.5μm以上且3μm以下。分布光谱中的最大峰的峰顶的位置可与钛铌复合氧化物粒子的众数径对应、并与平均一次粒径对应。

在活性物质含有层中作为电极活性物质而包含的钛铌复合氧化物伴随着装入了电极的电池的充放电而膨胀及收缩。因此,在活性物质含有层中,充放电反应多的区域中钛铌复合氧化物的膨胀收缩多,在活性物质含有层中产生裂纹,或者在钛铌复合氧化物本身中产生裂纹。另外,起因于膨胀收缩而钛铌复合氧化物的粒子间的距离扩大,结果是可切断活性物质含有层内的导电路径。在电池中,活性物质含有层可与对电极相对,但活性物质含有层中的与集电体侧的区域(例如第1厚度区域)相比靠近对电极一侧的区域(例如第2厚度区域)更容易参与充放电反应。当然,电极活性物质即钛铌复合氧化物较多地存在的区域中充放电反应也变多。

就实施方式所涉及的电极而言,在靠近集电体一侧的一半的截面中钛铌复合氧化物所占的面积比率s1与在可与对电极相对的一侧的一半的截面中钛铌复合氧化物所占的面积比率s2满足0.8<s2/s1<1的关系。即,与集电体侧的区域中包含的钛铌复合氧化物的量相比,在活性物质含有层与对电极相对时靠近对电极而容易有助于充放电反应的区域中包含的钛铌复合氧化物的量较少。像这样,由于活性物质含有层中的钛铌复合氧化物的分布按照在难以引起充放电反应的集电体附近变多、在容易引起充放电反应的靠近对电极的部分中变少的方式偏向存在,因此作为活性物质含有层的整体来看时的充放电反应的分布变得均匀。由于活性物质含有层的各个区域中的钛铌复合氧化物的面积比率s1与s2之间的比s2/s1超过0.8,所以钛铌复合氧化物没有集中于集电体附近。由于比s2/s1低于1,所以钛铌复合氧化物没有集中于与集电体相反侧的活性物质含有层表面。若比s2/s1成为0.8以下,则钛铌复合氧化物集中于活性物质含有层中的集电体侧,通过充放电反应的集中而变得容易在集电体侧产生裂纹。另一方面,若比s2/s1成为1以上,则充放电反应集中于与原本容易参加充放电的对电极的相对表面侧,反应分布难以变得均匀。

通过活性物质含有层中的钛铌复合氧化物的粒径频率分布中的最大峰的峰顶处于0.5μm以上且3μm以下的范围内的位置,即使重复充放电也能够维持活性物质含有层内的导电路径,能够使活性物质含有层中的充放电反应更均匀。钛铌复合氧化物的粒子中的主要的粒子具有0.5μm以上且3μm以下的不过小且不过大的粒径。若钛铌复合氧化物粒子的粒子尺寸大到峰顶的位置成为0.5μm以上的程度,则由粒子的膨胀收缩引起的对活性物质含有层的影响少,能够维持导电路径。通过钛铌复合氧化物粒子的粒子尺寸停留在峰顶的位置成为3μm以下的程度,能够避免充放电反应的局部的集中。钛铌复合氧化物优选以一次粒子的形态包含于活性物质含有层中。活性物质含有层中包含的钛铌复合氧化物的形态更优选为具有0.5μm以上且3μm以下的平均一次粒径的一次粒子。

活性物质含有层可包含空隙。在活性物质含有层中,优选包含上述的第1厚度区域和第2厚度区域的第3厚度区域中的细孔径分布中的相对于最大峰的细孔径a与第1厚度区域中的细孔径分布中的与最大峰对应的细孔径b满足a>b的关系。第3厚度区域为第1厚度区域与第2厚度区域的合计,即相当于活性物质含有层的整体的区域。因此,所谓细孔径a大于细孔径b是指作为活性物质含有层的整体来看时主要包含的细孔的直径大于集电体侧的一半中的主要的细孔的直径。即,集电体侧稍小的细孔多。即,活性物质含有层中的处于远离集电体侧的部分的细孔的径稍大,钛铌复合氧化物的粒子间的距离稍长。由于在容易引起充放电反应的区域中钛铌复合氧化物粒子更稀疏地分散,所以能够进一步降低活性物质含有层中的裂纹的产生。

此外,在用于使用了液状的电解质的电池的电极中,可以在活性物质含有层的空孔或空隙中浸渗液状电解质(电解液)。就通过载流子离子在电极间移动而进行充放电的电池而言,通过细孔径a与细孔径b满足a>b的关系,从与对电极相对的面到活性物质含有层的集电体附近为止载流子离子变得容易在电解液中扩散。因此,能够使活性物质含有层中的充放电反应更均匀。

第3厚度区域中的细孔径分布及第1厚度区域中的细孔径分布可以分别通过水银压入法来获得。各自的细孔径分布中的最大峰为在细孔径分布光谱中具有最高峰强度的峰。各个光谱中的最大峰的峰顶的位置与细孔径a及细孔径b分别对应。细孔径a相对于细孔径b的细孔径比a/b可以在例如0.9<a/b<2的范围内。利用水银压入法得到的细孔径分布的测定方法的详细情况将在后面叙述。

参照图1~图3对实施方式所涉及的电极进行说明。

图1是概略地表示实施方式所涉及的电极的一个例子的截面图。在图1中所示的例子中,对作为电池的负极的电极的形态进行说明。图1是以与负极3的短边方向或长边方向即x方向及厚度方向即z方向垂直的xz平面切断的截面图。

图1中所示的负极3包含负极集电体3a和设置于负极集电体3a上的负极活性物质含有层3b。负极集电体3a包含未担载有负极活性物质含有层3b的部分、即负极集电极耳3c。负极活性物质含有层3b包含在沿着负极集电体3a与负极活性物质含有层3b的层叠方向的厚度方向即z方向上依次排列的第1厚度区域3b1和第2厚度区域3b2。第1厚度区域3b1相当于负极活性物质含有层3b中的自负极集电体3a相对于z方向上的厚度t而言至距离0.5t为止的部分。第2厚度区域3b2相当于负极活性物质含有层3b中的自负极集电体3a沿着z方向相对于厚度t而言从距离0.5t的位置至距离t的位置为止的部分。即,在负极活性物质含有层3b的厚度方向上,负极集电体3a与第1厚度区域3b1与第2厚度区域3b2依次排列,第1厚度区域3b1夹在负极集电体3a与第2厚度区域3b2之间。

图1中所示的沿着负极集电体3a与负极活性物质含有层3b的层叠方向的负极活性物质含有层3b的截面中的与第1厚度区域3b1对应的部分相当于第1截面。负极活性物质含有层3b的截面中的与第2厚度区域3b2对应的部分相当于第2截面。面积比率s1为第1截面中的被钛铌复合氧化物所占的面积比例。面积比率s2为第2截面中的被钛铌复合氧化物所占的面积比例。面积比率s1与面积比率s2满足0.8<s2/s1<1的关系。

负极活性物质含有层3b的截面中包含的钛铌复合氧化物粒子的粒径频率分布中的最大峰的峰顶位置在0.5μm以上且3μm以下的范围内。该粒径频率分布为将第1截面与第2截面合并而得到的总截面中的分布。

图1中示出了仅在负极集电体3a的一面上设置有负极活性物质含有层3b的例子,但活性物质含有层也可以设置于集电体的表侧和背侧这两面上。在任一面中,第1厚度区域均位于集电体与第2厚度区域之间。

图2是表示实施方式所涉及的电极的一个例子中的活性物质含有层的第1截面的一部分的扫描型电子显微镜照片。图2是例如在与图1中所示的例子的负极3同样的电极中与第1厚度区域3b1对应的部分的沿着集电体与活性物质含有层的层叠方向的截面的一部分。图3是表示实施方式所涉及的电极的一个例子中的活性物质含有层的第2截面的一部分的扫描型电子显微镜照片。图3是例如在与图1中所示的例子的负极3同样的电极中与第2厚度区域3b2对应的部分的沿着集电体与活性物质含有层的层叠方向的截面的一部分。如图2所示的那样,在第1截面中,虽然在钛铌复合氧化物粒子10之间,导电剂或粘结剂等其他的构件、以及包含空隙的钛铌复合氧化物粒子10以外的要素作为暗的图像可见,但是那样的其他要素的比例较少。如图3中所示的那样,在第2截面中,与第1截面相比钛铌复合氧化物粒子10以外的要素的比例多。因此,第1截面的面积中的钛铌复合氧化物粒子10所占的比例(面积比率s1)大于第2截面的面积中的钛铌复合氧化物粒子10所占的比例(面积比率s2)。也可以说图2所示的第1截面与图3中所示的第2截面相比钛铌复合氧化物粒子10的分布密。

活性物质含有层中包含的钛铌复合氧化物可包含具有单斜晶的晶体结构的钛铌复合氧化物。作为单斜晶结构的钛铌复合氧化物的例子,可列举出liati1-xm1xnb2-ym2yo7-δ所表示的化合物。在通式liati1-xm1xnb2-ym2yo7-δ中,下标a在0≤a<5的范围内,下标x在0≤x<1的范围内,下标y在0≤y<1的范围内,下标δ在-0.3≤δ≤0.3的范围内。元素m1及元素m2分别为选自由fe、ni、w、ta及mo构成的组中的至少1种。元素m1及元素m2为彼此相同或不同的元素。作为钛铌复合氧化物,优选包含上述liati1-xm1xnb2-ym2yo7-δ。

钛铌复合氧化物可包含具有斜方晶系(orthorhombic,也可以称为正交)的晶体结构的钛铌复合氧化物。作为斜方晶结构的钛铌复合氧化物的例子,可列举出li2+sna2-tm3uti6-v-wnbvm4wo14+σ所表示的化合物。在通式li2+sna2-tm3uti6-v-wnbvm4wo14+σ中,下标s在0≤s≤4的范围内,下标t在0<t<2的范围内,下标u在0≤u<2的范围内,下标v在0<v<6的范围内,下标w在0≤w<3的范围内,下标v与下标w之和在0<v+w<6的范围内,下标σ在-0.5≤σ≤0.5的范围内。元素m3为选自由cs、k、sr、ba及ca构成的组中的至少1种。元素m4为选自由zr、sn、v、ta、mo、w、fe、mn及al构成的组中的至少1种。

活性物质含有层可以单独包含1种钛铌复合氧化物,或者也可以包含2种以上的钛铌复合氧化物。例如,在活性物质含有层中,也可以包含单斜晶的钛铌复合氧化物和斜方晶的钛铌复合氧化物这两者。另外,在活性物质含有层中,除了包含1种钛铌复合氧化物或2种以上的钛铌复合氧化物以外,也可以包含1种其他的电极活性物质,也可以包含2种以上其他的电极活性物质。其他的电极活性物质的例子包含具有尖晶石结构的锂钛氧化物(例如以li4+zti5o12表示、且0≤z≤3的钛酸锂)、单斜晶型二氧化钛(tio2)、锐钛矿型二氧化钛、金红石型二氧化钛、锰钡矿型钛复合氧化物及具有斜方锰矿结构的锂钛氧化物。其中,优选将具有尖晶石结构的锂钛氧化物与钛铌复合氧化物一并使用。活性物质含有层中的钛铌复合氧化物的含量相对于包含钛铌复合氧化物及其他的电极活性物质的电极活性物质的总质量优选为50质量%以上且100质量%以下。

导电剂是为了提高集电性能、并且抑制活性物质与集电体的接触电阻而配合的。导电剂的例子中包含气相生长碳纤维(vaporgrowncarbonfiber:vgcf)、乙炔黑等炭黑、石墨、石墨烯、碳纳米纤维及碳纳米管那样的碳质物。可以使用它们中的1种作为导电剂,或者也可以将2种以上组合而作为导电剂使用。优选使用2种以上的碳质物。上述碳质物中,石墨或碳纳米纤维由于容易形成低电阻的电极,所以优选。石墨或碳纳米纤维由于与乙炔黑或炭黑相比容易进入活性物质粒子间,对活性物质含有层的厚度方向赋予导电性,所以可得到高的输入输出性能及良好的寿命性能。或者,也可以对活性物质粒子的表面实施碳涂布或电子导电性无机材料涂布来代替使用导电剂。

粘结剂是为了填埋所分散的活性物质的间隙、另外使活性物质与集电体粘结而配合的。粘结剂的例子中包含聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene:ptfe)、聚偏氟乙烯(polyvinylidenefluoride:pvdf)、氟系橡胶、丁苯橡胶(styrene-butadienerubber:sbr)、丙烯酸树脂、丙烯酸树脂的共聚物、聚丙烯酸或聚丙烯腈等聚丙烯酸化合物、酰亚胺化合物、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚乙烯醇、聚氨酯树脂、聚氨酯树脂的共聚物、羧甲基纤维素(carboxymethylcellulose:cmc)及cmc的盐。可以使用它们中的1种作为粘结剂,或者也可以将2种以上组合而作为粘结剂使用。

活性物质含有层中的活性物质、导电剂及粘结剂的配合比例可以根据电极的用途而适当变更。例如,在使用电极作为二次电池的负极的情况下,优选将活性物质(钛铌复合氧化物、或钛铌复合氧化物及其他的电极活性物质)、导电剂及粘结剂分别以70质量%以上且96质量%以下、2质量%以上且28质量%以下及2质量%以上且28质量%以下的比例配合。通过将导电剂的量设定为2质量%以上,能够使活性物质含有层的集电性能提高。由此,能够期待大电流的输出性能。另外,通过将粘结剂的量设定为2质量%以上,活性物质含有层与集电体的粘结性变得充分,能够期待优异的循环性能。另一方面,导电剂及粘结剂分别设定为28质量%以下在谋求高容量化的方面是优选的。

集电体可以使用在活性物质中嵌入及脱嵌锂(li)的电位(vs.li/li+)下电化学稳定的材料。例如,在活性物质作为负极活性物质使用的情况下,集电体优选由铜、镍、不锈钢或铝、或者包含选自mg、ti、zn、mn、fe、cu及si中的一种以上的元素的铝合金制作。集电体的厚度优选为5μm以上且20μm以下。具有这样的厚度的集电体能够获得电极的强度与轻量化的平衡。

另外,集电体可以包含在其表面未形成活性物质含有层的部分。该部分可以作为电极集电极耳起作用。

电极例如可以通过下面的方法来制作。首先,将活性物质、导电剂及粘结剂悬浮于溶剂中而制备第一浆料。以与第一浆料不同的配合比例或者组成将活性物质、导电剂及粘结剂悬浮于溶剂中而制备第二浆料。将第一浆料涂布于集电体的一面或两面。接着,使所涂布的浆料干燥,在所得到的涂膜上涂布第二浆料。使第二浆料干燥,得到活性物质含有层与集电体的层叠体。之后,对该层叠体实施加压。像这样操作,制作电极。

或者,电极也可以通过下面的方法来制作。首先,将活性物质、导电剂及粘结剂悬浮于溶剂中而制备第一浆料。将第一浆料涂布于集电体的一面或两面。接着,使所涂布的浆料干燥,得到含有活性物质的涂膜与集电体的层叠体。之后,对该层叠体实施加压。接下来,在加压后的涂膜上再次涂布第一浆料。再次使所涂布的浆料干燥,得到活性物质含有层与集电体的层叠体。之后,对该层叠体再次实施加压。第二次的加压的加压压力也可以与第一次的加压的压力不同。例如,在第二次的加压中,也可以以比第一次的加压弱的压力进行加压。像这样操作,制作电极。

在制备浆料时,例如,也可以使用自转公转混合器进行混合以使悬浮于溶剂中的活性物质等材料均匀地分散。或者,也可以使用珠磨机进行混合。通过利用珠磨机进行分散,在溶液中添加二次粒子状的活性物质粒子的情况下,也能够将二次粒子破碎而得到分散有一次粒子状的活性物质的浆料。

(测定方法)

以下对电极的测定方法进行说明。

在对装入电池中的电极进行测定的情况下,通过以下的步骤从电池中取出电极。

首先,使电池处于放电状态。这里的所谓放电状态表示在25℃的环境下通过0.2c以下的电流值恒流放电至放电下限电压为止的状态。将处于放电状态的电池放入不活泼气氛的手套箱、例如用氩气填充的手套箱内。接着,在手套箱内将作为对象的电极从电池中取出。具体而言,在手套箱中,为了慎重起见一边注意以免使正极、负极短路,一边切开电池的外包装而打开。其中,例如在将负极中使用的电极作为测定试样的情况下,切取与负极侧端子连接的电极。将取出的电极用例如乙基甲基醚溶剂洗涤并进行干燥。

<活性物质含有层的截面测定>

对于通过上述步骤得到的电极所具有的活性物质含有层,进行以下的测定,能够求出在各厚度区域的截面中钛铌复合氧化物所占的面积比率s1及s2、它们的比s2/s1、以及钛铌复合氧化物的粒径频率分布。

对于电极试样的活性物质含有层的一部分,进行截面铣削,使截面露出。在截面铣削中,使用离子铣削装置。对所得到的截面用具备能量色散型x射线分析装置的扫描型电子显微镜(scanningelectronmicroscope-energydispersivex-rayspectrometry:sem-edx)进行分析。通过该分析,能够获知活性物质含有层中包含的成分的形状及活性物质含有层中包含的成分的组成(周期表中的b~u的各元素)。由此,在分析图像中,能够将包含铌及钛的粒子鉴定为钛铌复合氧化物的粒子。

详细而言,为了鉴定活性物质,将扫描型电子显微镜(sem)与能量色散型x射线分光法(edx)并用,通过以下的步骤观察活性物质。

通过扫描型电子显微镜(sem)观察测定对象的电极截面。对于试样的取样也在氩或氮等不活泼气氛下进行以免与大气接触。在3000倍的sem观察图像中,随机地选定几个粒子。此时,按照选定的粒子的粒度分布尽可能变广的方式选定。

接着,对选定的各个粒子进行利用能量色散型x射线分光法(edx)的元素分析。由此,能够确定所选定的各个粒子中包含的元素中的除li以外的元素的种类及量。

对于li,通过以下说明的电感耦合等离子体(inductivelycoupledplasma:icp)发射光谱法,能够得到关于活性物质整体中的li的含量的信息。icp发射光谱法按照以下的步骤进行。

由干燥后的电极,如以下那样操作而准备粉末试样。将活性物质含有层从集电体剥离,用乳钵磨碎。将磨碎后的试样用酸溶解,制备液体样品。此时,作为酸,可以使用盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸等。通过将该液体样品供于icp发射光谱分析,能够获知测定对象的活性物质中包含的元素的浓度。

钛铌复合氧化物所占的面积比率可以通过利用图像解析的二值化处理而求出。例如,可以使用图像解析软件imagej(dr.michaeletal.,imageprocessingwithimagej,reprintedfromthejuly2004issueofbiophotonicsinternationalcopyrightedbylaurinpublishingco.inc.)。首先,切下活性物质含有层中的相对于集电体与活性物质含有层的层叠方向上的厚度t而言自集电体至距离0.5t为止的部分(第1厚度区域)的图像(与第1截面对应的部位)。此时,相对于电极厚度方向垂直的方向的切下宽度设定为50μm。接着,在亮度直方图中设定用于将多个浓淡值分为二值的阈值。此时,设定直方图中可见的双峰的中间点作为阈值。之后,进行二值化处理,算出钛铌复合氧化物部分和其以外的部分的面积,求出面积比率s1。

同样地操作可以求出从距离0.5t至距离t为止的部分(第2厚度区域)的活性物质含有层的截面(第2截面)中钛铌复合氧化物所占的面积比率s2。基于对各个部分求出的面积比率s1及s2,能够算出s2/s1。

为了得到活性物质含有层中的钛铌复合氧化物的粒子的粒径频率分布,首先,对活性物质含有层的截面(将第1截面与第2截面这两者合并而得到的综合截面)进行二值化处理。之后,以被判断为钛铌复合氧化物的部分的最长部分作为粒径,求出粒径频率分布。

上述图像解析软件imagej为在公有领域中的软件。作为imagej的版本,使用1.52a。

在活性物质含有层中包含钛铌复合氧化物以外的电极活性物质的情况下,通过将利用sem-edx的元素分析、x射线衍射(x-raydiffraction:xrd)测定、以及icp测定组合,能够将钛铌复合氧化物与其他的电极活性物质进行区别。通过sem-edx分析,能够粗略地确认活性物质含有层中的元素的分布,通过xrd测定能够确认活性物质含有层中包含的材料的晶体结构。而且,通过icp测定,能够将活性物质含有层中的元素定量。

xrd测定以cukα射线作为射线源,在2θ=5°~90°的测定范围内进行。通过该测定,能够得到选定的粒子中包含的化合物的x射线衍射图案。

作为x射线衍射测定的装置,使用rigaku公司制smartlab。测定条件如下所述:

x射线源:cu靶

输出:45kv、200ma

梭拉狭缝(sollerslit):入射及受光均为5°

步长(2θ):0.02deg

扫描速度:20deg/分钟

半导体检测器:d/texultra250

试样板保持器:平板玻璃试样板保持器(厚度为0.5mm)

测定范围:5°≤2θ≤90°的范围。

在使用其他的装置的情况下,为了得到与上述同等的测定结果,进行使用了粉末x射线衍射用标准si粉末的测定,在峰强度及峰顶位置与上述装置一致的条件下进行。

xrd测定的条件设定为能够取得可适用于rietveld解析的xrd图案的条件。为了收集rietveld解析用的数据,具体而言使步长成为衍射峰的最小半值幅的1/3~1/5,按照最高强度反射的峰位置处的强度成为5000cps以上的方式适当调整测定时间或x射线强度。

将如以上那样操作而得到的xrd图案通过rietveld法进行解析。在rietveld法中,由预先推定的晶体结构模型计算衍射图案。这里的晶体结构模型的推定基于利用edx及icp的分析结果而进行。通过将该计算值与实测值进行全拟合,可以精密地分析与晶体结构有关的参数(晶格常数、原子坐标、占有率等)。

通过rietveld解析,在包含多种活性物质的情况下,能够估算钛铌复合氧化物的含量。作为用于估算rietveld解析中的观测强度与计算强度的一致程度的尺度,使用拟合参数s。必须按照该s小于1.8的方式进行解析。另外,在确定各位点的占有率时,必须将标准偏差σj纳入考虑。关于这里定义的拟合参数s及标准偏差σj,以“粉末x射线解析的实际”日本分析化学会x射线分析研究恳谈会编中井泉、泉富士夫编著(朝仓书店)中记载的数学式进行推定。

xrd测定可以通过在广角x射线衍射装置的玻璃保持器上直接贴附电极试样并进行测定来进行。此时,根据电极集电体的金属箔的种类而预先测定xrd光谱,把握在哪个位置出现来源于集电体的峰。另外,还预先把握导电剂或粘结剂之类的合剂的峰的有无。在集电体的峰与活性物质的峰重叠的情况下,优选将活性物质含有层从集电体上剥离而进行测定。这是为了在定量地测定峰强度时,将重叠的峰分离。当然,若能够在事先把握这些,则可以省略该操作。

在通过之前的sem-edx测定而观察的粒子包含ti、nb及o,进而,通过之前的xrd测定由测定对象的电极得到归属于单斜晶型的x射线衍射图案的情况下,获知在测定对象的活性物质中存在单斜晶型钛铌复合氧化物的粒子。基于edx测定,在包含ti或nb的含量大大不同的粒子的情况下,有可能含有多种活性物质。电极中的活性物质中包含的元素的量可以按照之前说明的步骤并通过icp发射光谱法进行确定。

活性物质含有层中的钛铌复合氧化物的含量可以通过下面的方法来估算。

将通过之前说明的步骤从电池中取出的电极洗涤及干燥后,将活性物质含有层从集电体剥离,用乳钵磨碎。将磨碎后的试样放入玻璃试样板中,按照玻璃试样板的面与试样面一致的方式磨切。另外,为了校正峰位置也可以添加si标准试样。

对于填充到玻璃试样板中的粉末试样,在上述的条件下进行xrd测定及rietveld解析。另外,使用粉末试样,通过上述的步骤进行sem-edx测定及icp测定。鉴于xrd测定、sem-edx测定及icp测定的结果,能够估算所含有的活性物质种类和比率。

<利用水银压入法得到的细孔径分布的测定方法>

对于活性物质含有层的利用水银压入法得到的细孔径分布的测定例如可以通过以下的步骤来进行。

首先,将电极试样分为活性物质含有层和集电体。从与集电体分开的活性物质含有层切取约50mm×50mm尺寸的试样。将其折叠而采集至测定电池(cell),在初期压5kpa(约0.7psia、相当于细孔径约250μm)及终止压约6万psia(相当于细孔径约0.003μm)的条件下进行测定。

对于细孔径分布的测定装置,可以使用例如岛津autopore9520形。由利用水银压入法得到的细孔径分布能够求出细孔体积、空隙的众数径及中值径。

需要说明的是,水银压入法的解析原理基于washburn的式(1)。

d=-4γcosθ/p(1)式

其中,p为施加的压力,d为细孔直径,γ为水银的表面张力(480dyne·cm-1),θ为水银与细孔壁面的接触角且为140°。由于γ、θ为常数,由washburn的式子求出施加的压力p与细孔径d的关系,通过测定此时的水银浸入容积,能够导出细孔径和其容积分布。

通过以上的步骤,能够求出活性物质含有层整体的细孔径分布(关于第3厚度区域的细孔径分布)。在所得到的细孔径分布的光谱中峰强度最高的峰(最大峰)的峰位置与细孔径a对应。

在测定活性物质含有层的集电体侧的一半(第1厚度区域)的细孔径分布的情况下,例如如下所述准备测定试样。首先,将电极试样的活性物质含有层中的相对于活性物质含有层的厚度t自集电体从距离0.5t至距离t为止的部分(第2厚度区域)削掉。例如,使用saicas(注册商标、surfaceandinterfacialcuttinganalysissystem)等表面切削装置,将不面对集电体的一侧的一半除掉。接着,将剩余的至距离0.5t为止的部分(第1厚度区域)的活性物质含有层与集电体分开。从与集电体分开的活性物质含有层切取约50mm×50mm尺寸的试样。将其折叠而采集至测定电池,在上述的条件下进行测定。基于所测定的水银浸入容积和上述washburn的式子,对于第1厚度区域,也导出细孔径和其容积分布,得到细孔径分布。在所得到的细孔径分布的光谱中峰强度最高的峰(最大峰)的峰位置与细孔径b对应。

第1实施方式所涉及的电极具备集电体和活性物质含有层。活性物质含有层位于集电体上,且包含钛铌复合氧化物。在活性物质含有层的沿着集电体与活性物质含有层的层叠方向的截面中,相对于活性物质含有层的厚度t,自集电体沿着上述层叠方向至距离0.5t为止的第1截面中的钛铌复合氧化物所占的面积比率s1和在截面中自集电体沿着层叠方向从距离0.5t至距离t为止的第2截面中的钛铌复合氧化物所占的面积比率s2满足0.8<s2/s1<1的关系。活性物质含有层中的钛铌复合氧化物的粒子的粒径频率分布中的最大峰的峰顶位置在0.5μm以上且3μm以下的范围内。根据上述实施方式所涉及的电极,能够得到显示出优异的寿命性能的电池。

[第2实施方式]

根据第2实施方式,提供一种二次电池,其包含负极、正极和电解质。该二次电池包含第1实施方式所涉及的电极作为负极。

第2实施方式所涉及的二次电池也可以进一步具备配置于正极与负极之间的隔膜。负极、正极及隔膜可以构成电极组。电解质可保持在电极组中。

另外,第2实施方式所涉及的二次电池可以进一步具备容纳电极组及电解质的外包装构件。

进而,第2实施方式所涉及的二次电池可以进一步具备与负极电连接的负极端子及与正极电连接的正极端子。

第2实施方式所涉及的二次电池可以为例如锂二次电池。另外,二次电池包含含有非水电解质的非水电解质二次电池。

以下,对负极、正极、电解质、隔膜、外包装构件、负极端子及正极端子进行详细说明。

1)负极

负极可以包含负极集电体和负极活性物质含有层。负极集电体及负极活性物质含有层分别可以为第1实施方式所涉及的电极可包含的集电体及活性物质含有层。

省略负极的详细情况中的与对第1实施方式说明的详细情况重复的部分。

负极活性物质含有层的密度(不包含集电体)优选为1.8g/cm3以上且2.8g/cm3以下。负极活性物质含有层的密度在该范围内的负极的能量密度和电解质的保持性优异。负极活性物质含有层的密度更优选为2.1g/cm3以上且2.6g/cm3以下。

负极例如可以通过与第1实施方式所涉及的电极同样的方法来制作。

2)正极

正极可以包含正极集电体和正极活性物质含有层。正极活性物质含有层可以形成于正极集电体的一面或两面上。正极活性物质含有层可以包含正极活性物质和任意的导电剂及粘结剂。

作为正极活性物质,例如可以使用氧化物或硫化物。正极可以单独包含1种化合物、或者也可以将2种以上的化合物组合包含而作为正极活性物质。氧化物及硫化物的例子中可列举出能够嵌入及脱嵌li或li离子的化合物。

作为这样的化合物,包含例如二氧化锰(mno2)、氧化铁、氧化铜、氧化镍、锂锰复合氧化物(例如lipmn2o4或lipmno2:0<p≤1)、锂铝锰复合氧化物(例如lipalqmn2-qo4:0<p≤1、0<q<1)、锂镍复合氧化物(例如lipnio2:0<p≤1)、锂钴复合氧化物(例如lipcoo2:0<p≤1)、锂镍钴复合氧化物(例如lipni1-qcoqo2:0<p≤1、0<q<1)、锂锰钴复合氧化物(例如lipmnqco1-qo2:0<p≤1、0<q<1)、具有尖晶石结构的锂锰镍复合氧化物(例如lipmn2-hniho4:0<p≤1、0<h<2)、具有橄榄石结构的锂磷氧化物(例如lipfepo4:0<p≤1、lipmnpo4:0<p≤1、lipmn1-qfeqpo4:0<p≤1、0<q<1、lipcopo4:0<p≤1)、硫酸铁(fe2(so4)3)、钒氧化物(例如v2o5)、锂镍钴锰复合氧化物(lipni1-q-rcoqmnro2:0<p≤1、0<q<1、0<r<1、q+r<1)及锂镍钴铝复合氧化物(例如lini1-q-rcoqalro2:0<q<1、0<r<1、q+r<1)。

上述中的作为正极活性物质更优选的化合物的例子中包含具有尖晶石结构的锂锰复合氧化物(例如lipmn2o4:0<p≤1)、具有尖晶石结构的锂铝锰复合氧化物(例如lipalqmn2-qo4:0<p≤1、0<q<1)、锂镍复合氧化物(例如lipnio2:0<p≤1)、锂钴复合氧化物(例如lipcoo2:0<p≤1)、锂镍钴复合氧化物(例如lipni1-qcoqo2:0<p≤1、0<q<1)、具有尖晶石结构的锂锰镍复合氧化物(例如lipmn2-hniho4:0<p≤1、0<h<2)、锂锰钴复合氧化物(例如lipmnqco1-qo2:0<p≤1、0<q<1)、磷酸铁锂(例如lipfepo4:0<p≤1)、锂镍钴锰复合氧化物(lipni1-q-rcoqmnro2:0<p≤1、0<q<1、0<r<1、q+r<1)及具有橄榄石结构的锂磷氧化物(例如lipfepo4:0<p≤1、lipmnpo4:0<p≤1、lipmn1-qfeqpo4:0<p≤1、0<q<1、lipcopo4:0<p≤1)。若将这些化合物用于正极活性物质,则能够提高正极电位。

在使用常温熔融盐作为电池的电解质的情况下,优选使用包含磷酸铁锂、libvpo4f(0≤b≤1)、锂锰复合氧化物、锂镍复合氧化物、锂镍钴复合氧化物、或它们的混合物的正极活性物质。这些化合物由于与常温熔融盐的反应性低,所以能够使循环寿命提高。对于常温熔融盐的详细情况将在后面叙述。

正极活性物质的一次粒径优选为100nm以上且1μm以下。一次粒径为100nm以上的正极活性物质在工业生产上的处理容易。一次粒径为1μm以下的正极活性物质能够使锂离子的固体内扩散顺利地进行。

正极活性物质的比表面积优选为0.1m2/g以上且10m2/g以下。具有0.1m2/g以上的比表面积的正极活性物质能够充分确保li离子的嵌入/脱嵌位点。具有10m2/g以下的比表面积的正极活性物质在工业生产上容易处理,并且能够确保良好的充放电循环性能。

粘结剂是为了填埋所分散的正极活性物质的间隙、另外使正极活性物质与正极集电体粘结而配合的。粘结剂的例子中包含聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene:ptfe)、聚偏氟乙烯(polyvinylidenefluoride:pvdf)、氟系橡胶、丁苯橡胶(styrene-butadienerubber:sbr)、丙烯酸树脂、丙烯酸树脂的共聚物、聚丙烯酸或聚丙烯腈等聚丙烯酸化合物、酰亚胺化合物、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚乙烯醇、聚氨酯树脂、聚氨酯树脂的共聚物、羧甲基纤维素(carboxymethylcellulose:cmc)及cmc的盐。可以使用它们中的1种作为粘结剂,或者也可以将2种以上组合而作为粘结剂使用。

导电剂是为了提高集电性能、并且抑制正极活性物质与正极集电体的接触电阻而配合的。导电剂的例子中包含气相生长碳纤维(vaporgrowncarbonfiber:vgcf)、乙炔黑等炭黑、石墨、石墨烯、碳纳米纤维及碳纳米管那样的碳质物。可以使用它们中的1种作为导电剂,或者也可以将2种以上组合而作为导电剂使用。另外,也可以将导电剂省略。

在正极活性物质含有层中,正极活性物质及粘结剂优选分别以80质量%以上且98质量%以下及2质量%以上且20质量%以下的比例配合。

通过将粘结剂的量设定为2质量%以上,可得到充分的电极强度。另外,粘结剂可作为绝缘体发挥功能。因此,若将粘结剂的量设定为20质量%以下,则由于电极中包含的绝缘体的量减少,所以能够减少内部电阻。

在添加导电剂的情况下,正极活性物质、粘结剂及导电剂优选分别以80质量%以上且95质量%以下、2质量%以上且17质量%以下及3质量%以上且18质量%以下的比例配合。

通过将导电剂的量设定为3质量%以上,能够发挥上述的效果。另外,通过将导电剂的量设定为18质量%以下,能够降低与电解质接触的导电剂的比例。若该比例低,则在高温保存下,能够降低电解质的分解。

正极集电体优选为铝箔、或包含选自mg、ti、zn、ni、cr、mn、fe、cu及si中的一种以上的元素的铝合金箔。

铝箔或铝合金箔的厚度优选为5μm以上且20μm以下,更优选为15μm以下。铝箔的纯度优选为99质量%以上。铝箔或铝合金箔中包含的铁、铜、镍及铬等过渡金属的含量优选为1质量%以下。

另外,正极集电体可以包含在其表面未形成正极活性物质含有层的部分。该部分可以作为正极集电极耳起作用。

正极例如可以通过下面的方法来制作。首先,将正极活性物质、导电剂及粘结剂悬浮到溶剂中而制备浆料。将该浆料涂布于集电体的一面或两面上。接着,使所涂布的浆料干燥,得到活性物质含有层(正极活性物质含有层)与集电体的层叠体。之后,对该层叠体实施加压。像这样操作制作正极。

或者,正极也可以通过下面的方法来制作。首先,将正极活性物质、导电剂及粘结剂混合而得到混合物。接着,将该混合物成形为颗粒状。接着,通过将这些颗粒配置于集电体上,可以得到正极。

3)电解质

作为电解质,例如可以使用液状非水电解质或凝胶状非水电解质。液状非水电解质通过将作为溶质的电解质盐溶解到有机溶剂中而制备。电解质盐的浓度优选为0.5mol/l以上且2.5mol/l以下。

电解质盐的例子中包含高氯酸锂(liclo4)、六氟化磷酸锂(lipf6)、四氟化硼酸锂(libf4)、六氟化砷酸锂(liasf6)、三氟甲磺酸锂(licf3so3)及双(三氟甲磺酰)亚胺锂(lin(cf3so2)2)那样的锂盐及它们的混合物。电解质盐优选为在高电位下也难以氧化的物质,最优选为lipf6。

有机溶剂的例子中包含碳酸亚丙酯(propylenecarbonate:pc)、碳酸亚乙酯(ethylenecarbonate:ec)、碳酸亚乙烯酯(vinylenecarbonate:vc)那样的环状碳酸酯:碳酸二乙酯(diethylcarbonate:dec)、碳酸二甲酯(dimethylcarbonate:dmc)、碳酸甲乙酯(methylethylcarbonate:mec)那样的链状碳酸酯:四氢呋喃(tetrahydrofuran:thf)、2甲基四氢呋喃(2-methyltetrahydrofuran:2methf)、二氧杂环戊烷(dioxolane:dox)那样的环状醚:二甲氧基乙烷(dimethoxyethane:dme)、二乙氧基乙烷(diethoxyethane:dee)那样的链状醚:γ-丁内酯(γ-butyrolactone:gbl)、乙腈(acetonitrile:an)及环丁砜(sulfolane:sl)。这些有机溶剂可以单独使用或作为混合溶剂使用。

更优选的有机溶剂的例子中包含将选自由碳酸亚丙酯(pc)、碳酸亚乙酯(ec)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸二甲酯(dmc)及碳酸甲乙酯(mec)构成的组中的2种以上混合而成的混合溶剂。通过使用这样的混合溶剂,能够得到充放电循环性能优异的非水电解质二次电池。另外,也可以在液状电解质中添加上述电解质盐以外的添加剂。

凝胶状非水电解质通过将液状非水电解质与高分子材料复合化而制备。高分子材料的例子中包含聚偏氟乙烯(polyvinylidenefluoride;pvdf)、聚丙烯腈(polyacrylonitrile;pan)、聚环氧乙烷(polyethyleneoxide;peo)、或它们的混合物。

或者,作为非水电解质,除了液状非水电解质及凝胶状非水电解质以外,也可以使用含有锂离子的常温熔融盐(离子性熔体)、高分子固体电解质及无机固体电解质等。

常温熔融盐(离子性熔体)是指包含有机物阳离子与阴离子的组合的有机盐中在常温(15℃以上且25℃以下)下可以作为液体存在的化合物。常温熔融盐中包含以单质的形态作为液体存在的常温熔融盐、通过与电解质盐混合而成为液体的常温熔融盐、通过溶解于有机溶剂中而成为液体的常温熔融盐、或它们的混合物。一般而言,二次电池中使用的常温熔融盐的熔点为25℃以下。另外,有机物阳离子一般具有季铵骨架。

高分子固体电解质通过将电解质盐溶解于高分子材料中并固体化而制备。

无机固体电解质为具有li离子导电性的固体物质。

4)隔膜

隔膜例如由包含聚乙烯(polyethylene:pe)、聚丙烯(polypropylene:pp)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate:pet)、纤维素、或聚偏氟乙烯(polyvinylidenefluoride:pvdf)的多孔质膜、或合成树脂制无纺布形成。除此以外,也可以使用在多孔质膜上涂布有无机化合物或有机化合物的隔膜。从安全性的观点出发,优选使用由聚乙烯或聚丙烯形成的多孔质膜。这是由于,这些多孔质膜在一定温度下熔融,能够将电流切断。

5)外包装构件

作为外包装构件,例如可以使用由层压膜形成的容器、或金属制容器。

层压膜的厚度例如为0.5mm以下,优选为0.2mm以下。

作为层压膜,使用包含多个树脂层和夹在这些树脂层间的金属层的多层膜。树脂层例如包含聚丙烯(polypropylene:pp)、聚乙烯(polyethylene:pe)、尼龙及聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate:pet)等高分子材料。为了轻量化,金属层优选由铝箔或铝合金箔形成。层压膜通过利用热熔融粘合进行密封,可成形为外包装构件的形状。

金属制容器的壁的厚度例如为1mm以下,更优选为0.5mm以下,进一步优选为0.2mm以下。

金属制容器例如由铝或铝合金等制作。铝合金优选包含镁、锌及硅等元素。在铝合金包含铁、铜、镍及铬等过渡金属的情况下,其含量优选为100质量ppm以下。就具备这样的金属制容器的电池而言,能够使高温环境下的长期可靠性及放热性飞跃地提高。

外包装构件的形状没有特别限定。外包装构件的形状例如也可以为扁平型(薄型)、方型、圆筒型、硬币型、或纽扣型、片材型、层叠型等。外包装构件可以根据电池尺寸或电池的用途而适当选择。例如,外包装构件可以为搭载于便携用电子设备等上的小型电池用的外包装构件。另外,外包装构件可以为搭载于两轮至四轮的汽车等车辆上的大型电池用的外包装构件。

6)负极端子

负极端子可以由在相对于锂的氧化还原电位为0.8v以上且3v以下的电位范围(vs.li/li+)内电稳定、并且具有导电性的材料形成。具体而言,作为负极端子的材料,可列举出铜、镍、不锈钢或铝、或包含选自由mg、ti、zn、mn、fe、cu及si构成的组中的至少1种元素的铝合金。作为负极端子的材料,优选使用铝或铝合金。为了降低与负极集电体的接触电阻,负极端子优选由与负极集电体同样的材料形成。

7)正极端子

正极端子可以由在相对于锂的氧化还原电位为3v以上且4.5v以下的电位范围(vs.li/li+)内电稳定、并且具有导电性的材料形成。作为正极端子的材料,可列举出铝、或者包含选自由mg、ti、zn、mn、fe、cu及si构成的组中的至少1种元素的铝合金。为了降低与正极集电体的接触电阻,正极端子优选由与正极集电体同样的材料形成。

接着,参照附图对第2实施方式所涉及的二次电池更具体地进行说明。

图4是概略地表示第2实施方式所涉及的二次电池的一个例子的截面图。图5是将图4中所示的二次电池的a部放大的截面图。

图4及图5中所示的二次电池100具备图4中所示的袋状外包装构件2、图4及图5中所示的电极组1和未图示的电解质。电极组1及电解质被收纳于袋状外包装构件2内。电解质(未图示)被保持于电极组1中。

袋状外包装构件2由包含2个树脂层和夹在它们之间的金属层的层压膜构成。

如图4中所示的那样,电极组1为扁平状的卷绕型电极组。扁平状且卷绕型的电极组1如图5中所示的那样包含负极3、隔膜4和正极5。隔膜4夹在负极3与正极5之间。

负极3包含负极集电体3a和负极活性物质含有层3b。负极3中的位于卷绕型的电极组1的最外壳的部分如图5中所示的那样仅在负极集电体3a的内表面侧形成有负极活性物质含有层3b。在负极3中的其他的部分中,在负极集电体3a的两面形成有负极活性物质含有层3b。

正极5包含正极集电体5a和形成于其两面上的正极活性物质含有层5b。

如图4中所示的那样,负极端子6及正极端子7位于卷绕型的电极组1的外周端附近。该负极端子6与位于负极集电体3a的最外壳的部分连接。另外,正极端子7与位于正极集电体5a的最外壳的部分连接。这些负极端子6及正极端子7从袋状外包装构件2的开口部伸出到外部。在袋状外包装构件2的内表面设置有热塑性树脂层,通过其被热熔融粘合,开口部被封闭。

第2实施方式所涉及的二次电池并不限于图4及图5中所示的构成的二次电池,例如也可以是图6及图7中所示的构成的电池。

图6是示意地表示第2实施方式所涉及的二次电池的其他例子的局部剖面立体图。图7是将图6中所示的二次电池的b部放大的截面图。

图6及图7中所示的二次电池100具备图6及图7中所示的电极组1、图6中所示的外包装构件2和未图示的电解质。电极组1及电解质被收纳于外包装构件2内。电解质被保持于电极组1中。

外包装构件2由包含2个树脂层和夹在它们之间的金属层的层压膜构成。

电极组1如图7中所示的那样为层叠型的电极组。层叠型的电极组1具有使隔膜4夹在负极3与正极5之间同时将负极3与正极5交替地层叠而成的结构。

电极组1包含多个负极3。多个负极3分别具备负极集电体3a和担载于负极集电体3a的两面上的负极活性物质含有层3b。另外,电极组1包含多个正极5。多个正极5分别具备正极集电体5a和担载于正极集电体5a的两面上的正极活性物质含有层5b。

各负极3的负极集电体3a在其一边上包含在任一表面未担载负极活性物质含有层3b的部分3c。该部分3c作为负极集电极耳起作用。如图7所示的那样,作为负极集电极耳起作用的部分3c没有与正极5重叠。另外,多个负极集电极耳(部分3c)与带状的负极端子6电连接。带状的负极端子6的前端被引出到外包装构件2的外部。

另外,虽然未图示,但是各正极5的正极集电体5a在其一边上包含在任一表面未担载正极活性物质含有层5b的部分。该部分作为正极集电极耳起作用。正极集电极耳与负极集电极耳(部分3c)同样地没有与负极3重叠。另外,正极集电极耳相对于负极集电极耳(部分3c)位于电极组1的相反侧。正极集电极耳与带状的正极端子7电连接。带状的正极端子7的前端位于与负极端子6相反侧,被引出到外包装构件2的外部。

第2实施方式所涉及的二次电池包含第1实施方式所涉及的电极。因此,第2实施方式所涉及的二次电池的寿命性能优异。

[第3实施方式]

根据第3实施方式,提供一种组电池。第3实施方式所涉及的组电池具备多个第2实施方式所涉及的二次电池。

在第3实施方式所涉及的组电池中,各单电池可以以串联或并联的方式电连接而配置,或也可以将串联连接及并联连接组合而配置。

接着,参照附图对第3实施方式所涉及的组电池的一个例子进行说明。

图8是概略地表示第3实施方式所涉及的组电池的一个例子的立体图。图8中所示的组电池200具备5个单电池100a~100e、4个汇流条21、正极侧引线22和负极侧引线23。5个单电池100a~100e各自为第2实施方式所涉及的二次电池。

汇流条21例如将1个单电池100a的负极端子6与位于相邻的单电池100b的正极端子7连接。像这样操作,5个单电池100通过4个汇流条21以串联的方式被连接。即,图8的组电池200为5个串联的组电池。虽然未图示出例子,但在包含以并联的方式电连接的多个单电池的组电池中,例如,多个负极端子彼此通过汇流条被连接,并且多个正极端子彼此通过汇流条被连接,从而多个单电池可被电连接。

5个单电池100a~100e中的至少1个电池的正极端子7与外部连接用的正极侧引线22电连接。另外,5个单电池100a~100e中的至少1个电池的负极端子6与外部连接用的负极侧引线23电连接。

第3实施方式所涉及的组电池具备第2实施方式所涉及的二次电池。因此,组电池的寿命性能优异。

[第4实施方式]

根据第4实施方式,提供一种电池包。该电池包具备第3实施方式所涉及的组电池。该电池包也可以具备单一的第2实施方式所涉及的二次电池来代替第3实施方式所涉及的组电池。

第4实施方式所涉及的电池包可以进一步具备保护电路。保护电路具有控制二次电池的充放电的功能。或者,也可以将使用电池包作为电源的装置(例如电子设备、汽车等)中包含的电路作为电池包的保护电路使用。

另外,第4实施方式所涉及的电池包也可以进一步具备通电用的外部端子。通电用的外部端子是用于将来自二次电池的电流输出到外部、和/或用于向二次电池输入来自外部的电流的部件。换而言之,在将电池包作为电源使用时,电流通过通电用的外部端子被供给到外部。另外,在将电池包进行充电时,充电电流(包含汽车等的动力的再生能量)通过通电用的外部端子被供给到电池包中。

接着,参照附图对第4实施方式所涉及的电池包的一个例子进行说明。

图9是概略地表示第4实施方式所涉及的电池包的一个例子的分解立体图。图10是表示图9中所示的电池包的电路的一个例子的框图。

图9及图10中所示的电池包300具备容纳容器31、盖32、保护片材33、组电池200、印制电路布线基板34、布线35和未图示的绝缘板。

图9中所示的容纳容器31为具有长方形的底面的有底方型容器。容纳容器31能够将保护片材33、组电池200、印制电路布线基板34和布线35容纳地构成。盖32具有矩形的形状。盖32通过将容纳容器31覆盖而容纳上述组电池200等。在容纳容器31及盖32上,虽然未图示,但设置有用于与外部设备等连接的开口部或连接端子等。

组电池200具备多个单电池100、正极侧引线22、负极侧引线23和粘接胶带24。

多个单电池100中的至少1个为第2实施方式所涉及的二次电池。多个单电池100各自如图10中所示的那样以串联的方式电连接。多个单电池100可以以并联的方式电连接,也可以将串联连接及并联连接组合而连接。若将多个单电池100并联连接,则与串联连接的情况相比,电池容量增大。

粘接胶带24将多个单电池100捆紧。代替粘接胶带24,也可以使用热收缩带而将多个单电池100固定。在该情况下,在组电池200的两侧面配置保护片材33,使热收缩带绕圈后,使热收缩带热收缩而将多个单电池100捆扎。

正极侧引线22的一端与组电池200连接。正极侧引线22的一端与1个以上的单电池100的正极电连接。负极侧引线23的一端与组电池200连接。负极侧引线23的一端与1个以上的单电池100的负极电连接。

印制电路布线基板34在容纳容器31的内侧面中沿着一个短边方向的面而设置。印制电路布线基板34具备正极侧连接器342、负极侧连接器343、热敏电阻345、保护电路346、布线342a及343a、通电用的外部端子350、正极侧布线(正侧布线)348a和负极侧布线(负侧布线)348b。印制电路布线基板34的一个主表面与组电池200的一个侧面相对。在印制电路布线基板34与组电池200之间,夹着未图示的绝缘板。

在正极侧连接器342上电连接有正极侧引线22的另一端22a。在负极侧连接器343上电连接有负极侧引线23的另一端23a。

热敏电阻345被固定于印制电路布线基板34的一个主表面上。热敏电阻345检测单电池100各自的温度,并将其检测信号发送至保护电路346中。

通电用的外部端子350被固定于印制电路布线基板34的另一个主表面上。通电用的外部端子350与存在于电池包300的外部的设备电连接。通电用的外部端子350包含正侧端子352和负侧端子353。

保护电路346被固定于印制电路布线基板34的另一个主表面上。保护电路346介由正极侧布线348a与正侧端子352连接。保护电路346介由负极侧布线348b与负侧端子353连接。另外,保护电路346介由布线342a与正极侧连接器342电连接。保护电路346介由布线343a与负极侧连接器343电连接。进而,保护电路346介由布线35与多个单电池100各自电连接。

保护片材33被配置于容纳容器31的长边方向的两个内侧面和介由组电池200与印制电路布线基板34相对的短边方向的内侧面上。保护片材33例如由树脂或橡胶形成。

保护电路346控制多个单电池100的充放电。另外,保护电路346基于由热敏电阻345发送的检测信号、或由各个单电池100或组电池200发送的检测信号,将保护电路346与向外部设备通电用的外部端子350(正侧端子352、负侧端子353)的电连接切断。

作为由热敏电阻345发送的检测信号,例如可列举出检测到单电池100的温度为规定的温度以上的信号。作为由各个单电池100或组电池200发送的检测信号,例如可列举出检测到单电池100的过充电、过放电及过电流的信号。在对各个单电池100检测过充电等时,可以检测电池电压,也可以检测正极电位或负极电位。在后者的情况下,将作为参比电极使用的锂电极插入到各个单电池100中。

需要说明的是,作为保护电路346,也可以使用将电池包300作为电源使用的装置(例如电子设备、汽车等)中包含的电路。

另外,该电池包300如上所述具备通电用的外部端子350。因此,该电池包300可以介由通电用的外部端子350,将来自组电池200的电流输出到外部设备中,并且将来自外部设备的电流输入到组电池200中。若换而言之,在将电池包300作为电源使用时,来自组电池200的电流通过通电用的外部端子350被供给到外部设备中。另外,在将电池包300进行充电时,来自外部设备的充电电流通过通电用的外部端子350被供给到电池包300中。在将该电池包300作为车载用电池使用时,作为来自外部设备的充电电流,可以使用车辆的动力的再生能量。

需要说明的是,电池包300也可以具备多个组电池200。在该情况下,多个组电池200可以以串联的方式连接,也可以以并联的方式连接,还可以将串联连接及并联连接组合而连接。另外,印制电路布线基板34及布线35也可以省略。在该情况下,也可以将正极侧引线22及负极侧引线23作为通电用的外部端子的正侧端子和负侧端子分别使用。

这样的电池包例如被用于在取出大电流时要求循环性能优异的用途。该电池包具体而言例如作为电子设备的电源、固定用电池、各种车辆的车载用电池使用。作为电子设备,例如可列举出数码相机。该电池包作为车载用电池特别适宜使用。

第4实施方式所涉及的电池包具备第2实施方式所涉及的二次电池或第3实施方式所涉及的组电池。因此,电池包的寿命性能优异。

[第5实施方式]

根据第5实施方式,提供一种车辆。该车辆搭载有第4实施方式所涉及的电池包。

在第5实施方式所涉及的车辆中,电池包例如将车辆的动力的再生能量进行回收。车辆也可以包含将该车辆的动能转换成再生能量的机构(例如再生器)。

作为第5实施方式所涉及的车辆的例子,可列举出例如两轮至四轮的混合动力电动汽车、两轮至四轮的电动汽车、助力自行车及铁路用车辆。

第5实施方式所涉及的车辆中的电池包的搭载位置没有特别限定。例如在将电池包搭载于汽车中时,电池包可以搭载于车辆的发动机室、车体后方或座席之下。

第5实施方式所涉及的车辆也可以搭载多个电池包。在该情况下,各个电池包所包含的电池彼此可以以串联的方式电连接,也可以以并联的方式电连接,或还可以将串联连接及并联连接组合而电连接。例如,各电池包包含组电池时,组电池彼此可以以串联的方式电连接,或也可以以并联的方式电连接,还可以将串联连接及并联连接组合而电连接。或者,各电池包包含单一的电池时,各个电池彼此可以以串联的方式电连接,也可以以并联的方式电连接,或还可以将串联连接及并联连接组合而电连接。

接着,参照附图对第5实施方式所涉及的车辆的一个例子进行说明。

图11是概略地表示第5实施方式所涉及的车辆的一个例子的局部透视图。

图11中所示的车辆400包含车辆本体40和第3实施方式所涉及的电池包300。图11中所示的例子中,车辆400为四轮的汽车。

该车辆400也可以搭载多个电池包300。在该情况下,电池包300所包含的电池(例如单电池或组电池)可以以串联的方式连接,也可以以并联的方式连接,还可以将串联连接及并联连接组合而连接。

图11中,图示出电池包300被搭载于位于车辆本体40的前方的发动机室内的例子。如上所述,电池包300也可以搭载于例如车辆本体40的后方或座席之下。该电池包300可以作为车辆400的电源使用。另外,该电池包300能够将车辆400的动力的再生能量回收。

接着,参照图12,对第5实施方式所涉及的车辆的实施方式进行说明。

图12是概略地表示第5实施方式所涉及的车辆中的关于电气系统的控制系统的一个例子的图。图12中所示的车辆400为电动汽车。

图12中所示的车辆400具备车辆本体40、车辆用电源41、作为车辆用电源41的上位的控制装置的车辆ecu(ecu:electriccontrolunit;电气控制装置)42、外部端子(用于与外部电源连接的端子)43、变换器44和驱动马达45。

车辆400将车辆用电源41搭载于例如发动机室、汽车的车体后方或座席之下。需要说明的是,在图12中所示的车辆400中,对于车辆用电源41的搭载部位概略地进行表示。

车辆用电源41具备多个(例如3个)的电池包300a、300b及300c、电池管理装置(bmu:batterymanagementunit)411和通信总线412。

电池包300a具备组电池200a和组电池监视装置301a(例如vtm:voltagetemperaturemonitoring)。电池包300b具备组电池200b和组电池监视装置301b。电池包300c具备组电池200c和组电池监视装置301c。电池包300a~300c为与上述的电池包300同样的电池包,组电池200a~200c为与上述的组电池200同样的组电池。组电池200a~200c以串联的方式电连接。电池包300a、300b及300c能够分别独立地卸下,并能够与其他电池包300交换。

组电池200a~200c各自具备以串联的方式连接的多个单电池。多个单电池中的至少1个为第2实施方式所涉及的二次电池。组电池200a~200c分别通过正极端子413及负极端子414进行充放电。

电池管理装置411与组电池监视装置301a~301c之间进行通信,对于车辆用电源41中包含的组电池200a~200c中包含的单电池各自100收集关于电压及温度等的信息。由此,电池管理装置411收集关于车辆用电源41的维护的信息。

电池管理装置411与组电池监视装置301a~301c介由通信总线412而被连接。在通信总线412中,1组通信线共有多个结点(电池管理装置411和1个以上的组电池监视装置301a~301c)。通信总线412例如为基于can(controlareanetwork)标准而构成的通信总线。

组电池监视装置301a~301c基于来自电池管理装置411的利用通信的指令,测量构成组电池200a~200c的各个单电池的电压及温度。但是,温度可以仅对1个组电池在多个部位进行测定,也可以不测定全部的单电池的温度。

车辆用电源41也可以具有切换正极端子413与负极端子414之间的电连接的有无的电磁接触器(例如图12中所示的开关装置415)。开关装置415包含在对组电池200a~200c进行充电时接通(on)的预充电开关(未图示)及在向负载供给来自组电池200a~200c的输出时接通的主开关(未图示)。预充电开关及主开关各自具备通过供给至配置在开关元件的附近的线圈的信号而切换成接通(on)或断开(off)的继电器电路(未图示)。开关装置415等电磁接触器基于控制电池管理装置411或车辆400整体的动作的来自车辆ecu42的控制信号而被控制。

变换器44将输入的直流电压转换成马达驱动用的3相交流(ac)的高电压。变换器44的3相的输出端子与驱动马达45的各3相的输入端子连接。变换器44基于用于控制电池管理装置411或车辆整体的动作的来自车辆ecu42的控制信号而被控制。通过控制变换器44,调整来自变换器44的输出电压。

驱动马达45通过由变换器44供给的电力而转动。通过驱动马达45的转动而产生的驱动力例如介由差动齿轮装配而传递至车轴及驱动轮w。

另外,虽然未图示,但车辆400具备再生制动器机构。再生制动器机构(例如再生器)在将车辆400制动时使驱动马达45转动,将动能转换成作为电能的再生能量。由再生制动器机构回收的再生能量被输入至变换器44,转换成直流电流。所转换的直流电流被输入至车辆用电源41。

在车辆用电源41的负极端子414上,连接有连接线l1的一个端子。连接线l1的另一个端子与变换器44的负极输入端子417连接。在连接线l1上,在负极端子414与负极输入端子417之间设置有电池管理装置411内的电流检测部(电流检测电路)416。

在车辆用电源41的正极端子413上,连接有连接线l2的一个端子。连接线l2的另一个端子与变换器44的正极输入端子418连接。在连接线l2上,在正极端子413与正极输入端子418之间设置有开关装置415。

外部端子43与电池管理装置411连接。外部端子43例如可以与外部电源连接。

车辆ecu42响应司机等的操作输入而与包含电池管理装置411的其他的管理装置及控制装置一起协调控制车辆用电源41、开关装置415及变换器44等。通过车辆ecu42等的协调控制,对来自车辆用电源41的电力的输出及车辆用电源41的充电等进行控制,进行车辆400整体的管理。在电池管理装置411与车辆ecu42之间,通过通信线,进行车辆用电源41的残余容量等关于车辆用电源41的维护的数据传送。

第5实施方式所涉及的车辆搭载有第4实施方式所涉及的电池包。因此,由于具备寿命性能优异的电池包,所以可靠性高。

实施例

以下对实施例进行说明,但只要不超过本发明的主旨,则本发明并不限定于以下记载的实施例。

(实施例1)

[电极的制作]

如下所述,通过依次涂装第一浆料及第二浆料后将整体进行一次压延的“2次涂装1次加压”的方法,制造了电极。

(浆料制备)

记录第一浆料的制备。作为活性物质,准备了单斜晶钛铌氧化物tinb2o7。将所准备的tinb2o7通过激光衍射式的粒度分布测定进行测定,结果平均粒径d50为2.2μm。准备作为导电剂的乙炔黑(ab)和作为粘结剂的聚偏氟乙烯(pvdf)。将这些tinb2o7与ab与pvdf以90质量份:5质量份:5质量份的混合比投入作为溶剂的n-甲基吡咯烷酮(nmp)中进行混合。接着,将所得到的混合物使用自转公转混合器分散,得到第一浆料。

除了将tinb2o7与ab与pvdf的混合比设定为80质量份:15质量份:5质量份以外,第二浆料与第一浆料同样地制备。

(浆料的涂布及干燥)

将第一浆料涂布于由厚度为15μm的铝箔形成的集电体的一面上。涂布量设定为集电体的单位面积为50g/m2,使涂膜干燥。接着,在通过第一浆料的涂布及干燥而得到的涂膜上,涂布第二浆料。第二浆料以将第一浆料与第二浆料合计的集电体上的涂膜的涂布量合计成为100g/m2的量涂布。通过使第二浆料的涂膜干燥,得到包含活性物质的层与集电体的层叠体。

(辊压)

接着,将所得到的层叠体通过恒压辊压装置进行加压,制作了具备密度为2.5g/cm3的活性物质含有层的电极。

(实施例2)

除了将第二浆料中的tinb2o7与ab与pvdf的混合比设定为83质量份:17质量份:5质量份以外,与实施例1同样地制作了电极。

(实施例3)

除了将第二浆料中的tinb2o7与ab与pvdf的混合比设定为87质量份:13质量份:5质量份以外,与实施例1同样地制作了电极。

(实施例4)

除了准备通过激光衍射式的粒度分布测定而测定的平均粒径d50为1.2μm的tinb2o7作为活性物质以外,与实施例1同样地制作了电极。

(实施例5)

除了准备通过激光衍射式的粒度分布测定而测定的平均粒径d50为3.0μm的tinb2o7作为活性物质以外,与实施例1同样地制作了电极。

(实施例6)

除了准备通过激光衍射式的粒度分布测定而测定的平均粒径d50为3.5μm的tinb2o7作为活性物质以外,与实施例1同样地制作了电极。

(实施例7)

除了将与实施例1中准备的tinb2o7同样的tinb2o7二次粒子化后作为活性物质使用以外,与实施例1同样地制作了电极。将二次粒子化后的tinb2o7通过激光衍射式的粒度分布测定进行测定,结果平均粒径d50为10.8μm。

(实施例8)

准备tinb1.95fe0.05o7。将所准备的tinb1.95fe0.05o7通过激光衍射式的粒度分布测定进行测定,结果平均粒径d50为2.1μm。除了将该tinb1.95fe0.05o7二次粒子化后作为活性物质使用以外,与实施例1同样地制作了电极。将二次粒子化后的tinb1.95fe0.05o7通过激光衍射式的粒度分布测定进行测定,结果平均粒径d50为10.5μm。

(实施例9)

准备tinb1.95ta0.05o7。将所准备的tinb1.95ta0.05o7通过激光衍射式的粒度分布测定进行测定,结果平均粒径d50为2.1μm。除了将该tinb1.95ta0.05o7二次粒子化后作为活性物质使用以外,与实施例1同样地制作了电极。将二次粒子化后的tinb1.95ta0.05o7通过激光衍射式的粒度分布测定进行测定,结果平均粒径d50为10.6μm。

(实施例10)

准备tinb1.95mo0.05o7。将所准备的tinb1.95mo0.05o7通过激光衍射式的粒度分布测定进行测定,结果平均粒径d50为2.4μm。除了将该tinb1.95mo0.05o7二次粒子化后作为活性物质使用以外,与实施例1同样地制作了电极。将二次粒子化后的tinb1.95mo0.05o7通过激光衍射式的粒度分布测定进行测定,结果平均粒径d50为11.4μm。

(实施例11)

准备li2na1.8ti5.8nb0.2o14。将所准备的li2na1.8ti5.8nb0.2o14通过激光衍射式的粒度分布测定进行测定,结果平均粒径d50为2.2μm。除了将该li2na1.8ti5.8nb0.2o14二次粒子化后作为活性物质使用以外,与实施例1同样地制作了电极。将二次粒子化后的li2na1.8ti5.8nb0.2o14通过激光衍射式的粒度分布测定进行测定,结果平均粒径d50为10.3μm。

(实施例12)

除了将tinb1.95mo0.05o7没有二次粒子化而作为活性物质使用以外,与实施例10同样地制作了电极。

(实施例13)

除了将li2na1.8ti5.8nb0.2o14没有二次粒子化而作为活性物质使用以外,与实施例11同样地制作了电极。

(实施例14)

作为导电剂,与乙炔黑一起准备了石墨。第一浆料是将tinb2o7(活性物质)与乙炔黑(导电剂)与石墨(导电剂)与pvdf(粘结剂)以90质量份:4质量份:1质量份:5质量份的混合比投入作为溶剂的n-甲基吡咯烷酮(nmp)中混合而制备。除了将tinb2o7(活性物质)与乙炔黑(导电剂)与石墨(导电剂)与pvdf(粘结剂)的混合比设定为80质量份:12质量份:3质量份:5质量份以外,第二浆料与第一浆料同样地制备。除了将各个浆料变更为上述组成以外,与实施例1同样地制作了电极。

(实施例15)

除了使用碳纳米管(cnt)来代替石墨以外,与实施例14同样地制作了电极。

(实施例16)

除了使用石墨烯来代替石墨以外,与实施例14同样地制作了电极。

(实施例17)

除了在各个浆料制备的分散中不是使用自转公转混合器而是使用了珠磨机分散装置以外,与实施例7同样地使用二次粒子化后的tinb2o7作为活性物质,制作了电极。

(实施例18)

作为活性物质,准备了与实施例7同样的二次粒子化后的平均粒径d50为10.8μm的tinb2o7。作为导电剂,与乙炔黑一起准备了石墨。第一浆料是将tinb2o7(活性物质)与乙炔黑(导电剂)与石墨(导电剂)与pvdf(粘结剂)以90质量份:4质量份:1质量份:5质量份的混合比投入作为溶剂的n-甲基吡咯烷酮(nmp)中混合而制备。除了将tinb2o7(活性物质)与乙炔黑(导电剂)与石墨(导电剂)与pvdf(粘结剂)的混合比设定为80质量份:12质量份:3质量份:5质量份以外,第二浆料与第一浆料同样地制备。除了将各个浆料变更为上述组成以外,与实施例17同样地使用珠磨机分散装置进行分散,制作了电极。

(实施例19)

除了使用碳纳米管(cnt)来代替石墨以外,与实施例18同样地制作了电极。

(实施例20)

除了使用石墨烯来代替石墨以外,与实施例18同样地制作了电极。

(实施例21)

如下所述,通过在涂装第一浆料并进行压延后作为第二浆料再次涂装第一浆料并压延的“2次涂装2次加压”的方法,制造了电极。

作为活性物质,准备了二次粒子化后的平均粒径d50为10.8μm的tinb2o7。准备作为导电剂的乙炔黑(ab)和作为粘结剂的聚偏氟乙烯(pvdf)。将这些tinb2o7与ab与pvdf以90质量份:5质量份:5质量份的混合比投入作为溶剂的n-甲基吡咯烷酮(nmp)中混合。接着,将所得到的混合物使用自转公转混合器分散,得到第一浆料。

将第一浆料涂布于由厚度为15μm的铝箔形成的集电体的一面上。涂布量设定为集电体的单位面积为50g/m2,使涂膜干燥。接着,将所得到的层叠体通过恒压辊压装置进行加压,在集电体上形成包含活性物质且密度为2.55g/cm3的层。

接着,在形成于集电体上的层上,再次涂布第一浆料。在再次的涂布中,以将第一次的涂布与第二次的涂布合计的集电体上的涂膜的涂布量合计成为100g/m2的量涂布第一浆料。使再次涂布的浆料干燥,得到包含活性物质的层与集电体的层叠体。接着,将所得到的层叠体通过恒压辊压装置进行加压,制作了具备综合密度为2.5g/cm3的活性物质含有层的电极。

(实施例22)

除了准备通过激光衍射式的粒度分布测定而测定的平均粒径d50为2.2μm的一次粒子状的tinb2o7作为活性物质以外,与实施例21同样地制作了电极。

(实施例23)

作为活性物质,准备了单斜晶钛铌氧化物tinb2o7。将所准备的tinb2o7通过激光衍射式的粒度分布测定进行测定,结果平均粒径d50为2.2μm。作为导电剂准备了乙炔黑(ab)。作为粘结剂准备了羧甲基纤维素(cmc)和丁苯橡胶(sbr)。使用水作为溶剂使这些tinb2o7(活性物质)与ab(导电剂)与cmc(粘结剂)与sbr(粘结剂)以90质量份:6质量份:2质量份:2质量份的混合比通过自转公转混合器分散,得到第一浆料。

除了将tinb2o7(活性物质)与ab(导电剂)与cmc(粘结剂)与sbr(粘结剂)的混合比变更为80质量份:15质量份:2.5质量份:2.5质量份以外,第二浆料与第一浆料同样地制备。

除了将各个浆料变更为上述组成以外,与实施例1同样地制作了电极。

(实施例24)

除了将第二浆料中的tinb2o7(活性物质)与ab(导电剂)与cmc(粘结剂)与sbr(粘结剂)的混合比变更为83质量份:17质量份:2.5质量份:2.5质量份以外,与实施例23同样地制作了电极。

(实施例25)

除了将第二浆料中的tinb2o7(活性物质)与ab(导电剂)与cmc(粘结剂)与sbr(粘结剂)的混合比变更为87质量份:13质量份:2.5质量份:2.5质量份以外,与实施例23同样地制作了电极。

(比较例1)

(浆料制备)

作为第一浆料,制备了具有与实施例1中制备的第二浆料同样的组成的浆料。作为第二浆料,制备了具有与实施例1中制备的第一浆料同样的组成的浆料。

(浆料的涂布及干燥)

将第一浆料(与实施例1的第二浆料同样)涂布于由厚度为15μm的铝箔形成的集电体的一面上。涂布量设定为集电体的单位面积为50g/m2,使涂膜干燥。接着,在所得到的涂膜上涂布第二浆料(与实施例1的第一浆料同样)。第二浆料以集电体上的涂膜的涂布量合计成为100g/m2的量涂布。通过使第二浆料的涂膜干燥,得到包含活性物质的层与集电体的层叠体。

(辊压)

接着,将所得到的层叠体通过恒压辊压装置进行加压,制作了具备密度为2.5g/cm3的活性物质含有层的电极。

(比较例2)

除了将第二浆料中的tinb2o7与ab与pvdf的混合比设定为75质量份:15质量份:10质量份以外,与实施例1同样地制作了电极。

(比较例3)

除了准备通过激光衍射式的粒度分布测定而测定的平均粒径d50为0.4μm的一次粒子状的tinb2o7作为活性物质以外,与实施例1同样地制作了电极。

(比较例4)

除了准备通过激光衍射式的粒度分布测定而测定的平均粒径d50为6.7μm的一次粒子状的tinb2o7作为活性物质以外,与实施例1同样地制作了电极。

将实施例1~25及比较例1~4中用于制作电极的浆料的详细情况示于下述表1~4中。具体而言,在表1及表2中,对于第一浆料,将活性物质的组成、活性物质中的钛铌复合氧化物即活性物质的平均一次粒径及平均二次粒径、导电剂、粘结剂及用于浆料的分散的分散装置汇总。在表3及表4中,对于第二浆料,将同样的项目汇总。需要说明的是,对于作为活性物质使用的钛铌复合氧化物为一次粒子状的实施例,由于平均二次粒径的项目无法适用,所以在该列中标记为“-”。在实施例21及22中,没有使用组成与第一浆料不同的第二浆料而再次涂布第一浆料。因此,在表4中,对于实施例21及实施例22,示出再次涂布的第一浆料的详细情况来代替第二浆料的详细情况。

表1

表2

表3

表4

[钛铌复合氧化物所占的面积比率的测定]

对于实施例1~25及比较例1~4中制作的各个电极,通过之前说明的步骤,测定在活性物质含有层中相应区域中钛铌复合氧化物所占的面积比率s1及s2,求出s2/s1。

[粒径频率分布测定]

对于各个电极,通过之前说明的步骤求出钛铌复合氧化物的粒径频率分布。确认所得到的粒径分布中的与最大峰对应的粒径。

[细孔径分布测定]

对于各个电极,通过之前说明的步骤利用水银压入法测定细孔径分布。基于所得到的细孔径分布光谱,求出活性物质含有层的整体的细孔径分布中的最大峰对应的细孔径a、活性物质含有层中的集电体侧的一半的细孔径分布中的最大峰对应的细孔径b及它们的比a/b。

将对于实施例1~25及比较例1~4中制作的各个电极的上述测定结果汇总于下述表5中。另外,将电极的制造方法示于表5中。详细而言,示出电极的制造是“2次涂装1次加压”或“2次涂装2次加压”,并且将活性物质含有层中的集电体侧的一半及另一半中钛铌复合氧化物所占的面积比率s1及s2、它们的比s2/s1、活性物质含有层中的钛铌复合氧化物的粒径频率分布中的最大峰的位置(粒径)、活性物质含有层整体的细孔径分布中的最大峰的位置(细孔径)a、活性物质含有层的集电体侧的一半中的最大峰的位置(细孔径)b及它们的比a/b示于表5中。

表5

[评价]

(充放电试验)

对于实施例1~25及比较例1~4中制作的各个电极,为了评价寿命性能,如下所述制作了评价用电池。

作为评价用电池,使用3极式电池。作为工作电极,使用了实施例1~25及比较例1~4中分别得到的电极。作为对电极及参比电极,使用了锂金属。作为非水电解质,使用了使lipf6溶解于碳酸亚乙酯(ec)与碳酸二乙酯(dec)的混合溶剂中而得到的非水电解质。混合溶剂中的ec与dec的体积比率为1:2。lipf6的浓度设定为1.0mol/l。

寿命性能的评价试验如下所述进行。首先,以1c的电流值将评价用电池充电至工作电极的电位达到1.0v(vs.li/li+)为止。电位达到1.0v(vs.li/li+)后,一边维持该电位一边将评价用电池进一步充电至电流值成为0.05c为止。电流值达到0.05c后,以1c的电流值将评价用电池放电至电位达到3.0v(vs.li/li+)为止。测定电位达到3.0v(vs.li/li+)为止的放电容量,得到第1个循环的放电容量c1。将其作为1个循环,将充放电进行合计50个循环。各循环的充放电在45℃环境下进行。测定第50个循环的放电容量,得到放电容量c50。

通过将放电容量c50除以放电容量c1,得到第50个循环的容量维持率[=(c50/c1)×100%]。将该结果示于表6中。

表6

在实施例1~3和比较例1、2中,在活性物质含有层中的集电箔侧即第1厚度区域与不面对集电箔的一侧即第2厚度区域中钛铌复合氧化物的含有比率不同。在比较例1及比较例2中,s2/s1成为1.14及0.76,脱离0.8<s2/s1<1的范围。如之前说明的那样,与第1厚度区域的电极活性物质相比,第2厚度区域的电极活性物质容易进行反应。在比较例1中,认为第1厚度区域的钛铌复合氧化物比率低,s2/s1超过1,充放电反应容易在不面对集电箔的一侧进行,反应分布变得不均匀。推测由于反应分布不均匀,所以容易引起负载大的部位的劣化。另一方面,推测在比较例2中虽然第1厚度区域的钛铌复合氧化物的比率高,但是比率过量地高,在第1厚度区域中反应集中,引起粒子间的裂纹的产生或与集电箔的接触性降低。

由实施例4~6和比较例3、4的结果获知,根据由二值化的结果得到的粒径分布中的最大峰所对应的粒径、即活性物质含有层中的众数径而性能不同。实施例4中粒径分布的最大峰在0.6μm,比较例3中在0.4μm。进行50个循环的充放电时的容量维持率在实施例4中为83%,在比较例3中为69%。比较例3中的s2/s1为0.85,但推测存在于活性物质含有层内的钛铌复合氧化物的粒子尺寸小,且电极内电子导电路径的维持困难。另一方面,若将实施例5、6与比较例4相比,则在粒径分布的最大峰在2.1μm及2.8μm的实施例5及6中容量维持率成为84%及85%,但在3.2μm的比较例4中成为73%。推测这是由于,即使在粒径大的情况下,电极内的反应也容易变得不均匀。

实施例7-13中使用了被造粒成二次粒子状的钛铌复合氧化物、或元素组成不同的钛铌复合氧化物。不管粒子形态或元素组成如何,s2/s1为0.8<s2/s1<1、粒径分布中的最大峰位置在0.5μm以上且3μm以下的范围内的电极均显示出良好的循环性能。

在实施例14-22中,虽然导电剂或分散方法、电极制作方法不同,但s2/s1为0.8<s2/s1<1、粒径分布中的最大峰位置在0.5μm以上且3μm以下的范围内的电极显示出良好的循环性能。在使用了cnt或石墨烯的电极中,循环性能特别高。

实施例23-25虽然使用水系涂液制作了电极,但s2/s1为0.8<s2/s1<1、粒径分布中的最大峰位置在0.5μm以上且3μm以下的范围内的电极显示出良好的循环性能。

如下所述,制作非水电解质电池并进行评价。

(实施例26)

[正极的制作]

作为正极活性物质,准备了具有式lini0.33co0.34mn0.33o2所表示的组成的锂镍钴锰复合氧化物的粉末。锂镍钴锰复合氧化物的粉末为二次粒子的粉末,平均二次粒径为8μm。

将该锂镍钴锰复合氧化物粉末与作为导电剂的乙炔黑与作为粘结剂的聚偏氟乙烯(pvdf)以90质量份:5质量份:5质量份的混合比投入作为溶剂的n-甲基吡咯烷酮(nmp)中混合。接着,使用自转公转混合器使像这样操作而得到的混合物分散,制备了浆料。

接着,将所制备的浆料涂布于由厚度为15μm的铝箔形成的集电体的两面上。集电体上的每一面的涂布量设定为130g/m2。接着,使涂膜干燥,进行加压,制作了具备密度为3.0g/cm3的正极活性物质含有层的正极。

[负极的制作]

如下所述,在集电体的两面上形成活性物质含有层,除此以外,通过与实施例1中的电极制作同样的步骤,制造了负极。

(浆料制备)

记录第一浆料的制备。作为负极活性物质,准备了单斜晶钛铌氧化物tinb2o7。将所准备的tinb2o7通过激光衍射式的粒度分布测定进行测定,结果平均粒径d50为2.2μm。准备作为导电剂的乙炔黑(ab)和作为粘结剂的聚偏氟乙烯(pvdf)。将这些tinb2o7与ab与pvdf以90质量份:5质量份:5质量份的混合比投入作为溶剂的n-甲基吡咯烷酮(nmp)中进行混合。接着,将所得到的混合物使用自转公转混合器分散,得到第一浆料。

除了将tinb2o7与ab与pvdf的混合比设定为80质量份:15质量份:5质量份以外,第二浆料与第一浆料同样地制备。

(浆料的涂布及干燥)

将第一浆料涂布于由厚度为15μm的铝箔形成的集电体的两面上。涂布量设定为集电体的每一面为50g/m2,使涂膜干燥。接着,在通过第一浆料的涂布及干燥而得到的各面的涂膜上,涂布第二浆料。第二浆料以将第一浆料与第二浆料合计的每一面的集电体上的涂膜的涂布量合计成为100g/m2的量涂布。通过使第二浆料的涂膜干燥,得到包含活性物质的层与集电体的层叠体。

(辊压)

接着,将所得到的层叠体通过恒压辊压装置进行加压,制作了具备密度为2.5g/cm3的负极活性物质含有层的负极。

[电极组的制作]

准备由厚度为25μm的聚乙烯制多孔质膜形成的2片隔膜。接着,将正极、一片隔膜、负极及另一片隔膜依次层叠,得到层叠体。接着,将层叠体卷绕成涡旋状,得到卷绕体。接着,将卷绕体在90℃下进行加热加压。

如此,制作了宽度为30mm、高度为60mm、厚度为3.0mm的扁平状电极组。

在所得到的电极组的正极集电体上,焊接铝制的正极端子。另外,在负极集电体上,焊接铝制的负极端子。

[电极组的容纳及干燥]

准备由层压膜形成的外包装构件。层压膜包含厚度为40μm的铝箔和形成于其两个表面上的聚丙烯层。层压膜的整体的厚度为0.1mm。

接着,在正极端子的一部分及负极端子的一部分位于外面的状态下,将上述的电极组收纳于外包装构件内。接着,将外包装构件的周围留下一部分而热熔融粘合。在该状态下,将电极组供于80℃下、以24小时真空干燥。

[液状非水电解质的制备]

将碳酸亚丙酯(pc)及碳酸二乙酯(dec)以1:1的体积比率混合而制成混合溶剂。将作为电解质盐的lipf6以1m的浓度溶解于该混合溶剂中,制备了液状非水电解质。

[非水电解质电池的制造]

在如之前那样操作而收纳有电极组的外包装构件内,注入液状非水电解质。之后,将外包装构件的周围中的未热熔融粘合的部分进行热熔融粘合,将电极组与非水电解质在外包装构件内完全密闭。如此,制造了具有上述的图4中所示的结构、且宽度为35mm、厚度为3.2mm、高度为65mm的非水电解质电池。

(实施例27)

作为正极活性物质,使用具有式lini0.5co0.2mn0.3o2所表示的组成的锂镍钴锰复合氧化物来代替具有式lini0.33co0.34mn0.33o2所表示的组成的锂镍钴锰复合氧化物,除此以外,与实施例26同样地制作了电池。

(实施例28)

作为正极活性物质,使用具有式lini0.8co0.1mn0.1o2所表示的组成的锂镍钴锰复合氧化物来代替具有式lini0.33co0.34mn0.33o2所表示的组成的锂镍钴锰复合氧化物,除此以外,与实施例26同样地制作了电池。

(实施例29)

作为正极活性物质,使用式licoo2所表示的钴酸锂来代替具有式lini0.33co0.34mn0.33o2所表示的组成的锂镍钴锰复合氧化物,除此以外,与实施例26同样地制作了电池。

(实施例30)

作为正极活性物质,使用具有式lini0.5mn1.5o4所表示的组成的锂镍锰复合氧化物来代替具有式lini0.33co0.34mn0.33o2所表示的组成的锂镍钴锰复合氧化物,将集电体上的每一面的浆料涂布量变更为165g/m2,除此以外,与实施例26同样地制作了电池。

(实施例31)

作为正极活性物质,使用了将式lini0.33co0.34mn0.33o2所表示的锂镍钴锰复合氧化物与式licoo2所表示的钴酸锂按照质量比成为90:10的方式混合而得到的混合粉末,除此以外,与实施例26同样地制作了电池。

(比较例5)

制作了与实施例27中制作的正极同样的正极。

如下所述,在集电体的两面上形成活性物质含有层,除此以外,通过与比较例1中的电极制作同样的步骤,制造了负极。

作为第一浆料,制备了具有与实施例1中制备的第二浆料同样的组成的浆料。作为第二浆料,制备了具有与实施例1中制备的第一浆料同样的组成的浆料。将第一浆料涂布于由厚度为15μm的铝箔形成的集电体的两面上。涂布量设定为集电体的每一面为50g/m2,使涂膜干燥。接着,在各面上得到的涂膜上,涂布第二浆料。第二浆料以各面上的集电体上的涂膜的涂布量合计成为100g/m2的量涂布。通过使第二浆料的涂膜干燥,得到包含活性物质的层与集电体的层叠体。接着,通过利用恒压辊压装置进行加压,制作了具备密度为2.5g/cm3的负极活性物质含有层的负极。

除了使用了上述的正极和负极以外,与实施例26同样地制作了电池。

(比较例6)

除了使用了与实施例29的正极同样地制作的正极和与比较例5的负极同样地制作的负极以外,与实施例26同样地制作了电池。

(比较例7)

除了使用了与实施例30的正极同样地制作的正极和与比较例5的负极同样地制作的负极以外,与实施例26同样地制作了电池。

将实施例26~31及比较例5~7中制作的各个电池的设计汇总于下述表7中。详细而言,将正极活性物质的组成、负极活性物质的组成、负极活性物质含有层中的集电体侧的一半及另一半(分别为第1厚度区域及第2厚度区域)的各截面(第1截面及第2截面)中钛铌复合氧化物所占的面积比率s1及s2、它们的比s2/s1、负极活性物质含有层中的钛铌复合氧化物的粒径频率分布中的最大峰的位置(粒径)、负极活性物质含有层整体的细孔径分布中的最大峰的位置(细孔径)a、负极活性物质含有层的集电体侧的一半中的最大峰的位置(细孔径)b及它们的比a/b示于表7中。

表7

[评价]

(循环寿命试验)

将实施例26-31及比较例5-7中制作的各个电池按照以下的步骤供于循环寿命试验。将各电池在45℃环境下,以1c的恒流充电至电池电压达到对于各个实施例及比较例在下述表8中所示的充电电压为止。接着,将各电池通过该充电电压以恒电压进行充电。充电在电流达到相当于0.05c的值的点完成。之后,将各电池在开路状态下放置10分钟。接着,将各电池以1c的恒流放电至电池电压达到对于各个实施例及比较例在下述表8中所示的放电终止电压。将包含该充电、开路状态下的放置及放电的组作为1次充放电循环。将该充放电循环重复至合计的循环数达到200次为止。算出第200次的放电容量相对于第1次循环中得到的放电容量的比率[=(第200次循环的放电容量/第1次循环的放电容量)×100%]即容量维持率,作为寿命性能的指标。

将各电池的充放电电压和循环寿命试验的结果示于以下的表8中。

表8

在实施例26~31中制作的各电池中,使用了与实施例1的电极类似的规格的负极。该负极如表7中所示的那样s2/s1满足0.8<s2/s1<1的关系,粒径分布中的最大峰位置在0.5μm以上且3μm以下的范围内。在比较例5~7中制作的各电池中,使用与比较例1的电极类似的规格的负极,s2/s1在0.8<s2/s1<1的范围外。由表8中所示的容量维持率的比较,在使用了满足0.8<s2/s1<1、并且钛铌复合氧化物粒子的粒径分布中的最大峰的位置在0.5μm以上且3μm以下的范围的负极的电池中,确认到了优异的循环寿命性能。

以上说明的1个以上的实施方式及实施例所涉及的电极包含集电体和集电体上的活性物质含有层。活性物质含有层包含钛铌复合氧化物。在沿着集电体与活性物质含有层的层叠方向的活性物质含有层的截面中,相对于活性物质含有层的厚度t,与自集电体沿着层叠方向至距离0.5t为止的第1厚度区域相对应的第1截面中的钛铌复合氧化物所占的面积比率s1和在上述截面中与自集电体沿着层叠方向从距离0.5t至距离t为止的第2厚度区域相对应的第2截面中的钛铌复合氧化物所占的面积比率s2满足0.8<s2/s1<1的关系。活性物质含有层的截面中的钛铌复合氧化物的粒子的粒径频率分布中的最大峰的峰顶位置在0.5μm以上且3μm以下的范围内。根据上述电极,能够实现显示优异的寿命性能的电池及电池包、以及具备该电池包的车辆。

需要说明的是,可以将上述的实施方式归纳为以下的技术方案。

(技术方案1)

一种电极,其具备集电体和上述集电体上的包含钛铌复合氧化物的活性物质含有层,在沿着上述集电体与上述活性物质含有层的层叠方向的上述活性物质含有层的截面中,相对于上述活性物质含有层中的沿着上述层叠方向的厚度t,与自上述集电体沿着上述层叠方向至距离0.5t为止的第1厚度区域相对应的第1截面中的上述钛铌复合氧化物所占的面积比率s1和在上述截面中与自上述集电体沿着上述层叠方向从距离0.5t至距离t为止的第2厚度区域相对应的第2截面中的上述钛铌复合氧化物所占的面积比率s2满足0.8<s2/s1<1的关系,上述截面中的上述钛铌复合氧化物的粒子的粒径频率分布中的最大峰的峰顶位置在0.5μm以上且3μm以下的范围内。

(技术方案2)

根据上述技术方案1,其中,包含上述第1厚度区域和上述第2厚度区域的第3厚度区域中的利用水银压入法得到的细孔径分布中的与最大峰对应的细孔径a和上述第1厚度区域中的利用水银压入法得到的细孔径分布中的与最大峰对应的细孔径b满足a>b的关系。

(技术方案3)

根据上述技术方案1,其中,包含上述第1厚度区域和上述第2厚度区域的第3厚度区域中的利用水银压入法得到的细孔径分布中的与最大峰对应的细孔径a和上述第1厚度区域中的利用水银压入法得到的细孔径分布中的与最大峰对应的细孔径b的细孔径比a/b在0.9<a/b<2的范围内。

(技术方案4)

根据上述技术方案1~3中的任一项,其中,上述钛铌复合氧化物包含下述化合物,所述化合物以liati1-xm1xnb2-ym2yo7-δ表示,下标a在0≤a<5的范围内,下标x在0≤x<1的范围内,下标y在0≤y<1的范围内,下标δ在-0.3≤δ≤0.3的范围内,元素m1及元素m2分别为选自由fe、ni、w、ta及mo构成的组中的至少1种且彼此相同或不同的元素。

(技术方案5)

根据上述技术方案1~4中的任一项,其中,上述钛铌复合氧化物包含下述化合物,所述化合物以li2+sna2-tm3uti6-v-wnbvm4wo14+σ表示,下标s在0≤s≤4的范围内,下标t在0<t<2的范围内,下标u在0≤u<2的范围内,下标v在0<v<6的范围内,下标w在0≤w<3的范围内,下标v与下标w之和在0<v+w<6的范围内,下标σ在-0.5≤σ≤0.5的范围内,元素m3为选自由cs、k、sr、ba及ca构成的组中的至少1种,元素m4为选自由zr、sn、v、ta、mo、w、fe、mn及al构成的组中的至少1种。

(技术方案6)

根据上述技术方案1~5中的任一项,其中,上述活性物质含有层进一步包含具有尖晶石结构的锂钛氧化物。

(技术方案7)

一种二次电池,其具备正极、负极和电解质,上述负极包含上述技术方案1~6中任一项的电极。

(技术方案8)

根据上述技术方案7,其中,上述正极包含选自由锂镍钴锰复合氧化物、锂钴复合氧化物及锂锰镍复合氧化物构成的组中的1种以上。

(技术方案9)

一种电池包,其具备上述技术方案7或8的二次电池。

(技术方案10)

根据上述技术方案9,其进一步具备通电用的外部端子和保护电路。

(技术方案11)

根据上述技术方案9或10,其具备多个上述二次电池,上述二次电池以串联、并联、或将串联及并联组合的方式电连接。

(技术方案12)

一种车辆,其搭载有上述技术方案9~11中任一项所述的电池包。

(技术方案13)

根据上述技术方案12,其包含将上述车辆的动能转换成再生能量的机构。

对本发明的几个实施方式进行了说明,但这些实施方式是作为例子而示出的,其意图并非限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够以其他各种方式实施,在不脱离发明的主旨的范围内,可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和其变形包含于发明的范围、主旨中,同时包含于权利要求书中记载的发明和其均等的范围内。

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