电极材料、电极、二次电池及电池包的制作方法

本发明的实施方式涉及电极材料、电极、二次电池、电池包及车辆。

背景技术：

1、近年来，作为高能量密度电池，锂离子二次电池这样的非水电解质电池等二次电池的研究开发一直在广泛开展。非水电解质二次电池等二次电池作为混合动力电动汽车及电动汽车等车辆用、手机基站的无停电电源用等的电源而受到期待。此外，面向独立行走型的工业用机器人及无人机等移动体服务的电源需求也急剧增加，所以二次电池除了高能量密度，还要求快速充放电性能、长期可靠性那样的其它性能也优异。例如，可快速充放电的二次电池不仅大幅度缩短充电时间，而且还可有效率地回收动力的再生能，所以实质上能够大幅度延长车辆及设备的每日的运转时间。

2、为了能够进行快速充放电，能够使电子及锂离子在正极与负极之间快速移动是必要的。但是，使用了碳系负极的电池如果反复进行快速充放电，则在电极上会产生金属锂的枝晶析出，有由内部短路所导致的发热或着火的顾虑。

3、于是，开发了在负极中使用金属复合氧化物来代替碳系活性物质的电池。其中尤其是将钛氧化物用于负极的电池具有能够实现稳定的快速充放电、并且寿命也比使用碳系负极时长的特性。

4、但是，钛氧化物与碳质物相比，相对于金属锂的电位高，即为贵电位。而且，钛氧化物的单位重量的容量较低。因此，将钛氧化物用于负极的电池存在能量密度较低的问题。

5、例如，钛氧化物的电极电位以金属锂为基准计为大约1.5v(vs.li/li+)，比碳系负极的电位还高(贵)。钛氧化物的电位由于是起因于以电化学的方式嵌入脱嵌锂时的ti3+和ti4+之间的氧化还原反应，所以在电化学上受到制约。此外，还存在在1.5v(vs.li/li+)左右的高电极电位上能稳定地进行锂离子的快速充放电的事实。所以，为了提高能量密度而降低电极电位以往是困难的。

6、另一方面，关于每单位重量的容量，二氧化钛(锐钛矿结构)的理论容量为165mah/g左右，li4ti5o12那样的尖晶石型锂钛复合氧化物的理论容量也为180mah/g左右。另一方面，一般的石墨系电极材料的理论容量为385mah/g以上。这样，钛氧化物的容量密度与碳系负极的容量密度相比显著较低。这是由下述原因引起的：在钛氧化物的晶体结构中嵌入锂的位点较少、或者因在结构中锂容易稳定化，因而使实质的容量下降。

7、鉴于以上情况，在研究含有ti及nb的新型的电极材料。期待着这样的铌钛复合氧化物材料具有高的充放电容量。特别是，用tinb2o7表示的复合氧化物具有超过380mah/g的高的理论容量。所以，铌钛复合氧化物作为替代li4ti5o12的高容量材料而受到期待，但在快速充电时及充放电循环时，通过锂离子在晶体结构中脱嵌嵌入而使晶体结构的骨架发生大的变化，因此有寿命特性较低的问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的课题是，提供能够实现可显示优异的快速充放电特性及循环寿命特性的二次电池的电极材料、含有该电极材料的电极、具备该电极的二次电池、具备该二次电池的电池包及搭载有该电池包的车辆。

2、根据实施方式，提供一种电极材料。电极材料具备活性物质粒子，该活性物质粒子含有具有铌与钛的摩尔比(mnb/mti)大于2的平均组成的铌钛复合氧化物和选自钾、铁及磷中的至少1种的元素a。活性物质粒子以100ppm～2000ppm的范围内的浓度含有元素a。

3、根据其它实施方式，提供一种含有实施方式涉及的电极材料的电极。

4、根据其它实施方式，提供一种具备正极、负极和电解质的二次电池。负极为实施方式涉及的电极。

5、根据其它实施方式，提供一种具备实施方式涉及的二次电池的电池包。

6、根据其它实施方式，提供一种具备实施方式涉及的电池包的车辆。

7、根据上述构成，能够提供可实现能显示优异的快速充放电特性及循环寿命特性的二次电池的电极材料、含有该电极材料的电极、具备该电极的二次电池、具备该二次电池的电池包及搭载有该电池包的车辆。

技术特征：

1.一种电极材料，其具备活性物质粒子，所述活性物质粒子含有：

2.根据权利要求1所述的电极材料，其中，所述元素a固溶在所述活性物质粒子中。

3.根据权利要求1所述的电极材料，其中，所述铌钛复合氧化物满足下述条件中的至少一者：

4.根据权利要求1所述的电极材料，其中，所述铌钛复合氧化物包含选自具有铌与钛的摩尔比mnb/mti大于2的组成的nb2tio7相、nb10ti2o29相、nb14tio37相及nb24tio62相中的至少1种的结晶相。

5.根据权利要求1所述的电极材料，其中，所述铌钛复合氧化物含有具有铌与钛的摩尔比mnb/mti大于2的组成的nb2tio7相，

6.根据权利要求1所述的电极材料，其中，所述铌钛复合氧化物含有选自nb10ti2o29相、nb14tio37相及nb24tio62相中的至少1种的结晶相，

7.根据权利要求1～6中任一项所述的电极材料，其中，所述铌钛复合氧化物的微晶径在95nm～130nm的范围内。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的电极材料，其中，关于所述活性物质粒子，在通过激光衍射散射法得到的粒度分布图中，d10在0.3μm～2.0μm的范围内。

9.根据权利要求1～6中任一项所述的电极材料，其中，关于所述活性物质粒子，在通过激光衍射散射法得到的粒度分布图中，d90在5μm～30μm的范围内。

10.根据权利要求1～6中任一项所述的电极材料，其中，关于所述活性物质粒子，在通过激光衍射散射法得到的粒度分布图中，d10与d50的比d10/d50在0.10～0.60的范围内，且d50与d90的比d50/d90在0.20～0.50的范围内。

11.根据权利要求1～6中任一项所述的电极材料，其中，所述铌钛复合氧化物含有选自通式nb2m2zti1-zo7、通式nb10-xm1xti2-ym2yo29、通式nb14-xm1xti1-ym2yo37及通式nb24-xm1xti1-ym2yo62中的至少1种化合物，

12.一种电极，其含有权利要求1～11中任一项所述的电极材料。

13.根据权利要求12所述的电极，其中，所述电极具备含有所述电极材料的含活性物质层。

14.一种二次电池，其是具备正极、负极和电解质的二次电池，其中，

15.一种电池包，其具备权利要求14所述的二次电池。

16.根据权利要求15所述的电池包，其中，进一步包含：

17.根据权利要求15或16所述的电池包，其中，具备多个所述二次电池，所述二次电池以串联、并联或组合串联及并联的方式电连接。

技术总结本发明可提供能够实现可显示优异的快速充放电特性及循环寿命特性的二次电池的电极材料、含有该电极材料的电极、具备该电极的二次电池、具备该二次电池的电池包。根据1个实施方式提供一种电极材料。电极材料具备活性物质粒子，该活性物质粒子含有具有铌与钛的摩尔比(M<subgt;Nb</subgt;/M<subgt;Ti</subgt;)大于2的平均组成的铌钛复合氧化物和选自钾、铁及磷中的至少1种的元素A。活性物质粒子以100ppm～2000ppm的范围内的浓度含有元素A。技术研发人员：原田康宏,吉间一臣,高见则雄受保护的技术使用者：株式会社东芝技术研发日：技术公布日：2024/11/4