非水電解質電池和電池組的制作方法
【專利說明】非水電解質電池和電池組
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請基于并要求2014年7月31日遞交的日本專利申請號2014-156881的優先權益；其全部內容通過引用并入本申請。
技術領域
[0003]本文描述的實施方案一般涉及非水電解質電池及電池組。
【背景技術】
[0004]當鋰離子電池和鉛-酸電池結合使用時，需要將所述鋰離子電池的操作電勢調整到所述鉛-酸電池的操作電勢。通過串聯6個電池，其中鋰-鎳-鈷-錳復合氧化物被用于正電極，尖晶石型鋰-鈦氧化物被用于負電極，可以實現約13.5V的平均操作電勢。這樣的鋰離子電池可與鉛存儲電池結合使用。鋰-鈦復合氧化物隨著充電和放電循環只發生輕微的體積改變，因此具有優異的循環特性。此外，從理論上，金屬鋰在鋰-鈦復合氧化物的鋰吸收和釋放反應中幾乎不沉積金屬鋰，因此使用鋰-鈦復合氧化物的電池的性能即使在大電流重復充電和放電循環后降低也很小。
[0005]因此，當鋰離子電池和鉛-酸電池在車輛或類似物中結合使用時，需要約13V的低溫輸出性能，其是鉛-酸電池的工作電壓。不幸的是，當有6個電池串聯的電池組被調整到13V時，上述電池具有10-30%的充電狀態。因此，有低溫輸出性能低的問題。
【發明內容】
[0006]—實施方案的目的在于提供具有優異低溫輸出性能的非水電解質電池。
[0007]根據一個實施方案，非水電解質電池包括容器、容納在所述容器內的正電極、容納在所述容器內的負電極、和容納在所述容器內的非水電解質。所述正電極包括用通式LiM02(M是一個或多個選自于由N1、Co、和Μη組成的組中的元素)表示的正電極活性材料。所述負電極在空間上與所述正電極相分離，并包括含鈦氧化物作為負電極活性材料。當非水電解質電池的開路電壓是2.17V時，正電極的電勢相對于Li/Li+是3.75V或更高。
[0008]根據上述非水電解質電池，可以得到優異的低溫輸出性能。
【附圖說明】
[0009]圖1是第一實施方案的平板非水電解質電池的橫截面圖；
[0010]圖2是圖1中A部分的放大橫截面圖；
[0011]圖3是示意性顯示第一實施方案的另一個平板非水電解質電池的局部切除透視圖；
[0012]圖4是圖3中B部分的放大橫截面視圖；
[0013]圖5是依據第二實施方案的示例性電池組的分解透視圖；和
[0014]圖6是圖5中電池組的電路框圖。
【具體實施方式】
[0015]下文將參照所附的附圖對各實施方案進行說明。
[0016](第一實施方案)
[0017]將說明第一實施方案的非水電解質電池。
[0018]所述實施方案的非水電解質電池是一非水電解質電池，其包括容器、容納在所述容器內的包含用通式LiM02(M是一個或多個選自于由N1、Co、和Μη組成的組中的元素)表示的正電極活性材料的正電極、容納在所述容器內的在空間上與所述正電極相分離并包括含鈦氧化物作為負電極活性材料的負電極、和容納在所述容器內的非水電解質，其中，當非水電解質電池的開路電壓是2.17V時，正電極的電勢相對于Li/Li+是3.75V或更高。應理解相對于Li/Li+的電勢意味著用Li作為標準測量的電勢。
[0019]當所述正電極從相對于Li/Li+是3.75V的電勢以0.1C的放電速率放電到相對于Li/Li+是1.5V的截止電勢時，單位重量正電極活性材料的放電容量被設定為Qc。還有，當所述負電極從相對于Li/Li+是1.58V的電勢以0.1C的放電速率放電到相對于Li/Li +是2.0V的截止電勢時，單位重量負電極活性材料的放電容量被設定為Qa。當所述非水電解質電池的開路電壓是2.17V時，可通過使所述正電極活性材料的重量相對于所述負電極活性材料的重量的比率小于Qa/Qc，而使所述正電極的電壓為3.75V或更高。
[0020]將參照圖1和2，其給出了第一實施方案的非水電解質電池的實例，更詳細地說明所述非水電解質電池。圖1是第一實施方案的平板非水電解質電池10的橫截面視圖，及圖2是圖1中A部分的放大橫截面視圖。每個圖都是用來說明的典型視圖。盡管有的部分與實際電池在形狀、尺寸或比例上有所不同，但這些結構設計可以考慮下述說明和已知技術從而適當改變。
[0021]平板卷繞電極組1被安裝在由金屬層被夾在兩個樹脂薄膜中的疊層薄膜所制成的袋狀容器2中。所述平板卷繞電極組1是通過螺旋卷繞并按壓一疊層而形成的，其中負電極3、分隔物4、正電極5、和另一個分隔物4從外側按此順序被疊層。位于最外層的負電極3具有如圖2所示的構造，其中包含負電極活性材料的層3b形成在負電極電流收集器3a的一個內側。另一個負電極3的構造是將包含負電極活性材料的層3b形成在負電極電流收集器3a的兩側。正電極5的構造是將包含正電極活性材料的層5b形成在正電極電流收集器5a的兩側上。
[0022]在所述卷繞電極組1的外周附近，負電極端子6被電連接到所述最外層負電極3的負電極電流收集器3a上。在所述卷繞電極組1的外周附近，正電極端子7也被電連接到內側正電極5的正電極電流收集器5a上。所述負電極端子6和正電極端子7從所述袋狀容器2的一開口處突出到外面。例如，液體非水電解質被從所述袋狀容器2的開口處注入。通過將所述袋狀容器2的開口熱封并將負電極端子6和正電極端子7夾層在中間而將所述卷繞電極組1及液體非水電解質密封。
[0023]第一實施方案的非水電解質電池不限于圖1和2所示的構造，例如，也可以如圖3和4所示構造。圖3是第一實施方案的另一個平板非水電解質電池的局部切除透視圖，圖4是圖3中B部分的放大橫截面視圖。
[0024]疊層電極組11被安置在由疊層薄膜制成的容器12中，在該疊層中一個金屬層被夾在兩個樹脂薄膜中。如圖4所示，所述疊層電極組11的結構中正電極13和負電極14交替疊層，且分隔物15被夾在二者之間。有多個正電極13，且這多個正電極中的每一個都包括電流收集器13a和保持在所述電流收集器13a兩個表面上的含正電極活性材料的層13b。有多個負電極14，且這多個負電極中的每一個都包括電流收集器14a和保持在所述電流收集器14a兩個表面上的含正電極活性材料的層14b。每個負電極14的電流收集器14a的一側都從所述正電極13中突出。該突出的電流收集器14a被電連接到帶狀負電極端子16上。所述帶狀負電極端子16的一端被從容器12中拉出。雖然沒有顯示，但與電流收集器14a突出側相反的電流收集器13a的一側從負電極14中突出。從所述負電極14中突出的電流收集器13a被電連接到帶狀正電極端子17上。所述帶狀正電極端子17的一端被放置在負電極端子16相反的一側。帶狀正電極端子17的一端被從容器12中拉出。
[0025]下面將詳細說明本實施方案中非水電解質電池所用的負電極、正電極、非水電解質、分隔物、容器、正電極端子、和負電極端子。
[0026](負電極)
[0027]所述負電極3包括電流收集器3a和形成在負電極電流收集器3a的一個或兩個表面上的、含有負電極活性材料、包含活性材料，導電劑和粘合劑的層3b。
[0028]所述負電極活性材料包括含鈦氧化物。該含鈦氧化物優選包括至少一個選自于由尖晶石型鋰-鈦復合氧化物、正交晶體β -型鈦復合氧化物、單斜晶體鈮-鈦復合氧化物、斜方錳礦型鈦酸鋰、錳礦型鋰-鈦復合氧化物、銳鈦礦型鈦復合氧化物、和金紅石型鈦復合氧化物組成的組中的氧化物。
[0029]作為含鈦的氧化物，例如，可以舉出在氧化物合成時不含鋰的鈦氧化物，鋰-鈦氧化物，和鋰-鈦復合氧化物，其中構成鋰-鈦氧化物的一部分元素被其它元素所代替。作為鋰-鈦氧化物，例如，可以舉出具有尖晶石結構的鈦酸鋰(如Li4+xTi5012(x為隨充電和放電狀態而改變的值，且0 < X < 3))和斜方錳礦型鈦酸鋰(如Li2+yTi307(y為隨充電和放電狀態而改變的值，且0<y<3))。
[0030]作為鈦氧化物，可以舉出Ti02和含有Ti及至少一個選自于由V、Sn、Cu、N1、Co、和Fe組成的組中的元素的金屬復合氧化物。例如，具有單斜晶體β -型結構的鈦復合氧化物，其是打02的一種晶體結構，包括Ti02(B)及通過將構成Ti02(B)中的一部分元素用其他元素(如Li)替換而得到的氧化物。
[0031]作為負電極活性材料，多個上述含鈦氧化物可以混合使用。例如，可以使用尖晶石型鋰-鈦復合氧化物和正交晶體β -鈦復合氧化物的混合物，或尖晶石型鋰-鈦復合氧化物和單斜晶體鈮-鈦復合氧化物的混合物。此時，如果比率％/ν2小于1/3，那么當所述負電極從相對于Li/Li+1.58V的電勢以0.1C的放電速率放電到相對于Li/Li+2.0V的截止電壓時，所述負電極的單位重量放電容量較小。在所述比率Wi/w；；中，w:限定為正交晶體β-型鈦復合氧化物或單斜晶體鈮-鈦復合氧化物相對于負電極的面積的重量。在所述比率?w2中，《2限定為尖晶石型鋰-鈦復合氧化物相對于負電極的面積的重量。因此，比率Wl/W2優選設定為1/3或更高。
[0032]所述活性材料的形狀包括初級粒子或初級粒子聚集的二次粒子。即所述活性材料可以包括單個的初級粒子和初級粒子聚集的二次粒子。在包括二次粒子和單個初級粒子的活性材料中，初級粒子的直徑最好是ο.1 μπι-10 μ m，而二次粒子的直徑為1 μπι-30 μπι。通過將初級粒