KR101753977B1 - Active material for battery, nonaqueous electrolyte battery, and battery pack - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 입출력 특성 및 사이클 특성이 우수한 비수 전해질 전지를 실현할 수 있는 전지용 활물질을 제공하는 것을 과제로 한다.
일 실시 형태에 따른 전지용 활물질(300)은, 코어상(301)과 쉘상(302)을 포함한 입자를 포함하고 있다. 쉘상(302)은 코어상(301)의 적어도 일부를 둘러싸고 있다. 코어상(301)은 제1 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하고 있다. 쉘상(302)은 제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하고 있다. 코어상(301)에 포함되는 티타늄의 산화 수가 쉘상(302)에 포함되는 티타늄의 산화 수보다도 크거나, 또는 코어상(301)에 포함되는 니오븀의 산화 수가 쉘상(302)에 포함되는 니오븀의 산화 수보다도 크다.
An object of the present invention is to provide a battery active material capable of realizing a non-aqueous electrolyte cell excellent in input / output characteristics and cycle characteristics.
The battery active material 300 according to one embodiment includes particles including a core phase 301 and a shell phase 302. The shell phase 302 surrounds at least a portion of the core phase 301. The core phase 301 contains the first monoclinic niobium titanium composite oxide. The shell phase 302 contains a second single crystal niobium titanium composite oxide. The oxidation number of titanium contained in the core phase 301 is larger than the oxidation number of titanium included in the shell phase 302 or the oxidation number of niobium included in the shell phase 302 Is greater than the number.

Figure 112015086085568-pat00017
Figure 112015086085568-pat00017

Description

전지용 활물질, 비수 전해질 전지 및 전지 팩{ACTIVE MATERIAL FOR BATTERY, NONAQUEOUS ELECTROLYTE BATTERY, AND BATTERY PACK}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a battery active material, a nonaqueous electrolyte battery,

본 발명의 실시 형태는 전지용 활물질, 비수 전해질 전지 및 전지 팩에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a battery active material, a nonaqueous electrolyte battery, and a battery pack.

최근 들어, 고에너지 밀도 전지로서 리튬 이온 2차 전지와 같은 비수 전해질 전지가 개발되고 있다. 비수 전해질 전지는 하이브리드 자동차나 전기 자동차와 같은 차량용 전원, 대형 축전용 전원으로서 기대되고 있다. 특히 차량용 용도에 대해서는, 비수 전해질 전지는 급속 충방전 성능 및 장기 신뢰성과 같은 다른 특성을 가질 것도 요구되고 있다. 급속 충방전이 가능한 비수 전해질 전지는 충전 시간이 대폭 짧다는 이점을 갖고, 또한 하이브리드 자동차에 있어서 동력 성능을 향상시킬 수 있으며, 또한 동력의 회생 에너지를 효율적으로 회수할 수 있다.Recently, non-aqueous electrolyte batteries such as lithium ion secondary batteries have been developed as high energy density batteries. The nonaqueous electrolyte battery is expected to be used as a power source for a vehicle such as a hybrid car or an electric car, or a power source for a large-sized shaft. Particularly for automotive applications, nonaqueous electrolyte batteries are also required to have other properties such as rapid charge-discharge performance and long-term reliability. The nonaqueous electrolyte battery capable of rapid charging and discharging has an advantage that the charging time is remarkably short, and also the power performance can be improved in the hybrid vehicle, and the regenerative energy of the power can be efficiently recovered.

급속 충방전은, 전자와 리튬 이온이 정극과 부극 사이를 빠르게 이동함으로써 가능해진다. 카본계 부극을 사용한 전지는, 급속 충방전을 반복함으로써 전극 상에 금속 리튬의 덴드라이트가 석출되는 경우가 있었다. 덴드라이트는 내부 단락을 발생시키고, 그 결과, 발열이나 발화의 우려가 있다.Rapid charge / discharge is possible by electron and lithium ions moving rapidly between the positive electrode and the negative electrode. In the battery using the carbon-based negative electrode, dendrites of metallic lithium were deposited on the electrode by repeating rapid charging and discharging. The dendrite generates an internal short circuit, and as a result, there is a fear of generation of heat or ignition.

따라서 탄소 질물 대신 금속 복합 산화물을 부극 활물질로서 사용한 전지가 개발되었다. 특히 티타늄산화물을 부극 활물질로서 사용한 전지는, 안정적인 급속 충방전이 가능하고 카본계 부극에 비하여 수명도 길다는 특성을 갖는다.Therefore, a battery using a metal composite oxide as a negative electrode active material instead of a carbonaceous material has been developed. Particularly, a battery using titanium oxide as a negative electrode active material is capable of stable rapid charging and discharging and has a characteristic that its lifetime is longer than that of a carbon-based negative electrode.

그러나 티타늄산화물은 탄소 질물에 비하여 금속 리튬에 대한 전위가 높은, 즉, "귀(貴)"이다. 게다가 티타늄산화물은 중량당 용량이 낮다. 이 때문에, 티타늄산화물을 사용한 전지는 에너지 밀도가 낮다는 문제가 있다.Titanium oxide, however, has a higher potential for metal lithium than the carbonaceous, i.e., "noble ". In addition, titanium oxide has a low capacity per weight. For this reason, a battery using titanium oxide has a problem of low energy density.

예를 들어 티타늄산화물의 전극 전위는 금속 리튬 기준으로 하여 약 1.5V이며, 카본계 부극의 전위에 비하여 높은, 즉 "귀"이다. 티타늄산화물의 전위는, 리튬을 전기 화학적으로 삽입 및 탈리할 때의 Ti3 +와 Ti4 + 사이에서의 산화 환원 반응에 기인하는 것이기 때문에, 전기학적으로 제약되어 있다. 또한 1.5V 정도의 높은 전극 전위에 있어서 리튬 이온의 급속 충방전을 안정적으로 행할 수 있다는 것도 사실이다. 따라서 에너지 밀도를 향상시키기 위하여 전극 전위를 저하시키는 것은 실질적으로 곤란하다.For example, the electrode potential of titanium oxide is about 1.5 V on the basis of metal lithium, which is higher than the potential of the carbon-based anode, that is, the "ear ". The electric potential of the titanium oxide is electrostatically limited because it is caused by the oxidation-reduction reaction between Ti 3 + and Ti 4 + when the lithium is electrochemically intercalated and deintercalated. It is also true that rapid charging / discharging of lithium ions can be stably performed at a high electrode potential of about 1.5V. Therefore, it is practically difficult to lower the electrode potential in order to improve the energy density.

한편, 단위 중량당 용량에 대해서는, Li4Ti5O12와 같은 리튬 티타늄 복합 산화물의 이론 용량은 175㎃h/g 정도이다. 한편, 일반적인 흑연계 전극 재료의 이론 용량은 372㎃h/g이다. 이와 같이, 티타늄산화물의 용량 밀도는 카본계 부극의 그것과 비교하여 현저히 낮다. 이는, 티타늄산화물의 결정 구조 중에 리튬을 흡장하는 사이트가 적은 것이나, 구조 중에서 리튬이 안정화되기 쉽기 때문에, 실질적인 용량이 저하되는 것에 의한 것이다.On the other hand, regarding the capacity per unit weight, the theoretical capacity of the lithium-titanium composite oxide such as Li 4 Ti 5 O 12 is about 175 mAh / g. On the other hand, the theoretical capacity of a general graphite electrode material is 372 mAh / g. Thus, the capacitance density of titanium oxide is significantly lower than that of the carbon-based negative electrode. This is because a site in which lithium is occluded in the crystal structure of titanium oxide is small, but lithium is stabilized in the structure, so that the practical capacity is lowered.

이상을 감안하여, Ti와 Nb를 포함하는 새로운 전극 재료가 검토되고 있다. 특히 TiNb2O7로 표시되는 복합 산화물은, Li 흡장 시에 Ti가 4가로부터 3가, Nb가 5가로부터 3가로 전하 보상되므로, 이론 용량이 387㎃h/g이다. 이와 같이, TiNb2O7로 표시되는 복합 산화물은 고용량을 나타낼 수 있기 때문에 주목받고 있다.In view of the above, a new electrode material containing Ti and Nb has been studied. Particularly, the composite oxide represented by TiNb 2 O 7 has a theoretical capacity of 387 mAh / g since Li is compensated for Ti from 4 to 3 and Nb from 5 to 3 during Li intercalation. As described above, the composite oxide represented by TiNb 2 O 7 has attracted attention because it can exhibit a high capacity.

그러나 니오븀 티타늄 복합 산화물 TiNb2O7은, Li를 흡장하고 있지 않은 상태에서는 전자 도전성이 낮다. 이 때문에, 니오븀 티타늄 복합 산화물 TiNb2O7을 포함하는 비수 전해질 전지에서는 저SOC 영역에서의 과전압이 커지고, 그 결과, 전지의 입출력 특성이 저하된다는 과제가 있다.However, the niobium titanium composite oxide TiNb 2 O 7 has a low electronic conductivity in a state in which Li is not occluded. For this reason, in the nonaqueous electrolyte battery including the niobium titanium composite oxide TiNb 2 O 7 , the overvoltage in the low SOC region becomes large, and as a result, there is a problem that the input / output characteristics of the battery are deteriorated.

일본 특허 공개 제2013-164934호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-164934

입출력 특성 및 사이클 특성이 우수한 비수 전해질 전지를 실현할 수 있는 전지용 활물질, 이 전지용 활물질을 포함한 비수 전해질 전지, 및 이 비수 전해질 전지를 구비한 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a battery active material capable of realizing a nonaqueous electrolyte battery excellent in input / output characteristics and cycle characteristics, a nonaqueous electrolyte battery including the battery active material, and a battery pack including the nonaqueous electrolyte battery.

제1 실시 형태에 의하면 전지용 활물질이 제공된다. 이 전지용 활물질은, 코어상과 쉘상을 포함한 입자를 포함하고 있다. 쉘상은 코어상의 적어도 일부를 둘러싸고 있다. 코어상은 제1 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하고 있다. 쉘상은 제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하고 있다. 코어상에 포함되는 티타늄의 산화 수가 쉘상에 포함되는 티타늄의 산화 수보다도 크거나, 또는 코어상에 포함되는 니오븀의 산화 수가 쉘상에 포함되는 니오븀의 산화 수보다도 크다.According to the first embodiment, a battery active material is provided. This battery active material contains particles including a core phase and a shell phase. The shell phase surrounds at least a portion of the core. The core phase contains the first monoclinic niobium titanium composite oxide. The shell phase contains the second monoclinic niobium titanium composite oxide. The oxidation number of titanium contained on the core is larger than the oxidation number of titanium contained in the shell or the oxidation number of niobium contained on the core is larger than the oxidation number of niobium included in the shell.

제2 실시 형태에 의하면 비수 전해질 전지가 제공된다. 이 비수 전해질 전지는, 제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질을 포함하는 부극과, 정극과, 비수 전해질을 구비한다.According to the second embodiment, a nonaqueous electrolyte battery is provided. This nonaqueous electrolyte battery includes a negative electrode including a battery active material according to the first embodiment, a positive electrode, and a nonaqueous electrolyte.

제3 실시 형태에 의하면 전지 팩이 제공된다. 이 전지 팩은, 제2 실시 형태에 따른 비수 전해질 전지를 구비한다.According to the third embodiment, a battery pack is provided. This battery pack comprises the nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment.

본 발명에 의하면, 입출력 특성 및 사이클 특성이 우수한 비수 전해질 전지를 실현할 수 있는 전지용 활물질, 이 전지용 활물질을 포함한 비수 전해질 전지, 및 이 비수 전해질 전지를 구비한 전지 팩이 제공된다.According to the present invention, there is provided a battery active material capable of realizing a nonaqueous electrolyte battery having excellent input / output characteristics and cycle characteristics, a nonaqueous electrolyte battery including the battery active material, and a battery pack having the nonaqueous electrolyte battery.

도 1은 니오븀 티타늄 복합 산화물 Nb2TiO7의 결정 구조를 도시하는 모식도.
도 2는 도 1의 결정 구조를 다른 방향에서 도시하는 모식도.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 제1 예의 전지용 활물질의 개략 단면도.
도 4는 제1 실시 형태에 따른 제2 예의 전지용 활물질의 개략 단면도.
도 5는 제1 실시 형태에 따른 제3 예의 전지용 활물질의 개략 단면도.
도 6은 제1 실시 형태에 따른 몇 가지 예의 전지용 활물질 및 다른 전지용 활물질의 각각에 관한 XPS 차트의 일부.
도 7은 제1 실시 형태에 따른 몇 가지 예의 전지용 활물질 및 다른 전지용 활물질의 각각에 관한 XPS 차트의 다른 일부.
도 8은 제1 실시 형태에 따른 일례의 전지용 활물질의 SEM 사진.
도 9는 다른 전지용 활물질의 SEM 사진.
도 10은 제2 실시 형태에 따른 일례의 비수 전해질 전지의 개략 단면도.
도 11은 도 10의 A부의 확대 단면도.
도 12는 제2 실시 형태에 따른 다른 예의 비수 전해질 전지의 개략 단면도.
도 13은 도 12의 B부의 확대 단면도.
도 14는 제3 실시 형태에 따른 일례의 전지 팩의 분해 사시도.
도 15는 도 14의 전지 팩의 전기 회로를 도시하는 블록도.
도 16은 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 활물질의 각각에 관한, 활물질에 가하는 압력과 도전율의 관계를 나타내는 도면.
도 17은 실시예 1 내지 6 및 비교예 1의 활물질의 각각에 관한 첫 회 충방전 곡선.
도 18은 실시예 1, 실시예 2, 실시예 5 내지 7, 비교예 1 및 비교예 2의 활물질의 각각에 관한, 활물질에 가하는 압력과 도전율의 관계를 나타내는 도면.
도 19는 실시예 1 및 7 및 비교예 2의 활물질의 각각에 관한 첫 회 충방전 곡선.
도 20은 실시예 1 내지 6 및 비교예 1의 시험용 셀의 사이클 특성을 나타내는 그래프.
도 21은 실시예 1 내지 6 및 비교예 1의 시험용 셀의 레이트 특성을 나타내는 그래프.
도 22는 실시예 1 내지 6 및 비교예 1의 시험용 셀의 레이트 방전 용량 유지율을 나타내는 그래프.
도 23은 실시예 7, 실시예 6 및 비교예 1의 활물질의 각각에 관한, 활물질에 가하는 압력과 도전율의 관계를 도시하는 도면.
1 is a schematic diagram showing the crystal structure of a niobium titanium composite oxide Nb 2 TiO 7 .
Fig. 2 is a schematic diagram showing the crystal structure of Fig. 1 in another direction. Fig.
3 is a schematic cross-sectional view of a battery active material of a first example according to the first embodiment.
4 is a schematic cross-sectional view of a battery active material of a second example according to the first embodiment.
5 is a schematic cross-sectional view of a battery active material of a third example according to the first embodiment.
6 is a part of an XPS chart relating to each of some examples of the battery active material according to the first embodiment and another battery active material.
Fig. 7 is another example of an XPS chart relating to each of the battery active materials of some examples and the other battery active materials according to the first embodiment. Fig.
8 is a SEM photograph of an example of a battery active material according to the first embodiment.
9 is an SEM photograph of another battery active material.
10 is a schematic sectional view of an example non-aqueous electrolyte cell according to the second embodiment.
11 is an enlarged cross-sectional view of part A of Fig.
12 is a schematic cross-sectional view of a non-aqueous electrolyte cell of another example according to the second embodiment.
13 is an enlarged cross-sectional view of a portion B in Fig.
14 is an exploded perspective view of an example battery pack according to the third embodiment.
Fig. 15 is a block diagram showing an electric circuit of the battery pack of Fig. 14; Fig.
16 is a view showing the relationship between the pressure applied to the active material and the conductivity of each of the active materials of Example 1, Example 2 and Comparative Example 1. Fig.
17 is a first charge-discharge curve for each of the active materials of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1;
18 is a diagram showing the relationship between the pressure and the electric conductivity applied to the active material in each of the active materials of Example 1, Example 2, Examples 5 to 7, and Comparative Examples 1 and 2. Fig.
19 is a first charge / discharge curve for each of the active materials of Examples 1 and 7 and Comparative Example 2;
20 is a graph showing the cycle characteristics of the test cells of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1. Fig.
21 is a graph showing the rate characteristics of the test cells of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1. Fig.
22 is a graph showing rate retention capacity retention ratios of the test cells of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1. Fig.
23 is a view showing the relationship between the pressure applied to the active material and the conductivity of each of the active materials of Example 7, Example 6, and Comparative Example 1. Fig.

이하에, 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또한 실시 형태를 통하여 공통의 구성에는 동일한 부호를 붙이기로 하고, 중복되는 설명은 생략한다. 또한 각 도면은 실시 형태의 설명과 그 이해를 촉진하기 위한 모식도이며, 그 형상이나 치수, 비 등은 실제의 장치와 상이한 부분이 있지만, 이들은 이하의 설명과 공지된 기술을 참작하여 적절히 설계 변경할 수 있다.Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. Throughout the embodiments, common components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, each of the drawings is a schematic diagram for explaining the embodiments and facilitating the understanding thereof, and the shapes, dimensions, and ratios thereof are different from those of the actual apparatus, but they can be appropriately designed and modified by taking the following description and well- have.

(제1 실시 형태)(First Embodiment)

제1 실시 형태에 의하면 전지용 활물질이 제공된다. 이 전지용 활물질은, 코어상과 쉘상을 포함한 입자를 포함하고 있다. 쉘상은 코어상의 적어도 일부를 둘러싸고 있다. 코어상은 제1 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하고 있다. 쉘상은 제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하고 있다. 코어상에 포함되는 티타늄의 산화 수가 쉘상에 포함되는 티타늄의 산화 수보다도 크거나, 또는 코어상에 포함되는 니오븀의 산화 수가 쉘상에 포함되는 니오븀의 산화 수보다도 크다.According to the first embodiment, a battery active material is provided. This battery active material contains particles including a core phase and a shell phase. The shell phase surrounds at least a portion of the core. The core phase contains the first monoclinic niobium titanium composite oxide. The shell phase contains the second monoclinic niobium titanium composite oxide. The oxidation number of titanium contained on the core is larger than the oxidation number of titanium contained in the shell or the oxidation number of niobium contained on the core is larger than the oxidation number of niobium included in the shell.

단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물은, 이하에 설명하는 이유에 의하여, 레이트 성능 및 에너지 밀도를 손상시키지 않고 안정된 반복 급속 충방전이 가능한 전지를 제공하는 것이 가능하다.The monoclinic niobium titanium composite oxide can be provided with a battery capable of stable repetitive rapid charging / discharging without impairing the rate performance and energy density for the reasons described below.

먼저, 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물의 결정 구조의 예를, 도 1을 참조하면서 설명한다.First, an example of the crystal structure of the monoclinic niobium titanium composite oxide will be described with reference to Fig.

도 1은, 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물의 일례인 니오븀 티타늄 복합 산화물 Nb2TiO7의 결정 구조를 도시하는 모식도이다. 도 2는, 도 1의 결정 구조를 다른 방향에서 도시하는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing the crystal structure of a niobium titanium composite oxide Nb 2 TiO 7 , which is an example of a monoclinic niobium titanium composite oxide. Fig. 2 is a schematic diagram showing the crystal structure of Fig. 1 from another direction. Fig.

도 1에 도시한 바와 같이, 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물 Nb2TiO7의 결정 구조는, 금속 이온(101)과 산화물 이온(102)이 골격 구조 부분(103)을 구성하고 있다. 또한 금속 이온(101)에는, Nb 이온과 Ti 이온이 Nb:Ti=2:1의 비로 무작위로 배치되어 있다. 이 골격 구조 부분(103)이 3차원적으로 교대로 배치됨으로써, 골격 구조 부분(103)끼리의 사이에 공극 부분(104)이 존재한다. 이 공극 부분(104)이 리튬 이온의 호스트로 된다. 이 공극 부분(104)은, 도 1에 도시한 바와 같이 결정 구조 전체에 대하여 큰 부분을 차지할 수 있다. 게다가 이 공극 부분(104)은 리튬 이온이 삽입되더라도 안정적으로 구조를 유지할 수 있다.As shown in FIG. 1, the crystal structure of the monoclinic niobium titanium composite oxide Nb 2 TiO 7 is such that the metal ion 101 and the oxide ion 102 constitute the framework structure portion 103. Nb ions and Ti ions are randomly arranged in the metal ion 101 in a ratio of Nb: Ti = 2: 1. These skeletal structure portions 103 are three-dimensionally alternately arranged, so that void portions 104 are present between the skeletal structure portions 103. This void portion 104 becomes a host of lithium ions. The void portion 104 may occupy a large portion of the whole crystal structure as shown in Fig. In addition, the void portion 104 can stably maintain the structure even when lithium ions are inserted.

도 1에 있어서, 영역(105) 및 영역(106)은 [100] 방향과 [010] 방향으로 2차원적인 채널을 갖는 부분이다. 각각 도 2에 도시한 바와 같이, 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물의 결정 구조에는 [001] 방향으로 공극 부분(107)이 존재한다. 이 공극 부분(107)은 리튬 이온의 도전에 유리한 터널 구조를 갖고 있으며, 영역(105)과 영역(106)을 연결하는 [001] 방향의 도전 경로로 된다. 이 도전 경로가 존재함으로써, 리튬 이온은 영역(105)과 영역(106)을 왕래하는 것이 가능해진다.In FIG. 1, the region 105 and the region 106 are portions having a two-dimensional channel in the [100] direction and the [010] direction. As shown in Fig. 2, the void portion 107 exists in the [001] direction in the crystal structure of the monoclinic niobium titanium composite oxide. This void portion 107 has a tunnel structure favorable to the conduction of lithium ions and becomes a conductive path in the [001] direction connecting the region 105 and the region 106. [ The presence of this conductive path makes it possible for the lithium ion to pass between the region 105 and the region 106. [

이와 같이, 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물 Nb2TiO7의 결정 구조는, 리튬 이온의 등가적인 삽입 공간이 크고 또한 구조적으로 안정되며, 또한 리튬 이온의 확산이 빠른 2차원적인 채널을 갖는 영역과 그들을 연결하는 [001] 방향의 도전 경로가 존재한다. 그것에 의하여, 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물 Nb2TiO7의 결정 구조에서는, 삽입 공간에의 리튬 이온의 삽입 탈리성이 향상됨과 함께, 리튬 이온의 삽입 탈리 공간이 실효적으로 증가한다. 이것에 의하여 높은 용량과 높은 레이트 성능을 제공하는 것이 가능하다.As described above, the crystal structure of the monoclinic niobium titanium composite oxide Nb 2 TiO 7 has a structure in which equivalent insertion spaces of lithium ions are large and structurally stable, and regions having two-dimensional channels with fast diffusion of lithium ions and regions A conductive path in the [001] direction exists. Thereby, in the crystal structure of the monoclinic niobium titanium composite oxide Nb 2 TiO 7 , the insertion desorption of lithium ions into the insertion space is improved, and the insertion desorption space of lithium ions is effectively increased. This makes it possible to provide high capacity and high rate performance.

또한 상기 결정 구조는, 리튬 이온이 공극 부분(104)에 삽입되었을 때, 골격 구조 부분(103)을 구성하는 금속 이온(101)이 3가로 환원되고, 이것에 의하여 결정의 전기적 중성이 유지된다. 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물은, Ti 이온이 4가로부터 3가로 환원될 뿐만 아니라, Nb 이온이 5가로부터 3가로 환원된다. 이 때문에 활물질 중량당 환원 가수가 크다. 그 때문에, 많은 리튬 이온이 삽입되더라도 결정의 전기적 중성을 유지하는 것이 가능하다. 이 때문에 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물은, 4가 양이온만을 포함하는 산화티타늄과 같은 화합물에 비하여 에너지 밀도가 높다. 구체적으로는, 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물의 이론 용량은 387㎃h/g 정도이며, 이는 스피넬 구조를 갖는 티타늄산화물의 2배 이상의 값이다.In addition, when the lithium ion is inserted into the void portion 104, the crystal structure of the metal ion 101 constituting the skeleton structure portion 103 is reduced three times, whereby the electrical neutrality of the crystal is maintained. In the monoclinic niobium titanium composite oxide, Ti ions are reduced not only from four sides to three sides, but also Nb ions are reduced from five sides to three sides. For this reason, the reducing agent is large per weight of the active material. Therefore, even if a lot of lithium ions are inserted, it is possible to maintain the electrical neutrality of the crystal. For this reason, the monoclinic niobium titanium composite oxide has a higher energy density than a compound such as titanium oxide containing only tetravalent cations. Specifically, the theoretical capacity of the monoclinic niobium titanium composite oxide is about 387 mAh / g, which is twice or more the value of the titanium oxide having the spinel structure.

또한 니오븀 티타늄 복합 산화물은 1.5V(대 Li/Li+) 정도의 리튬의 흡장 전위를 갖는다. 그 때문에, 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하는 활물질을 사용함으로써, 안정된 반복 급속 충방전이 가능한 전지를 제공하는 것이 가능하다.The niobium titanium composite oxide also has a lithium storage potential of about 1.5 V (vs. Li / Li + ). Therefore, by using an active material containing a monoclinic niobium titanium composite oxide, it is possible to provide a battery capable of stable repeated charging / discharging.

이상으로부터, 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하는 활물질을 사용함으로써, 우수한 급속 충방전 성능을 나타낼 수 있고, 또한 높은 에너지 밀도를 가질 수 있는 비수 전해질 전지를 실현하는 것이 가능하다.From the above, it is possible to realize a nonaqueous electrolyte battery capable of exhibiting excellent rapid charge / discharge performance and having a high energy density by using an active material containing a monoclinic niobium titanium composite oxide.

제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질이 포함하는 입자에 있어서, 코어상 및 쉘상은 이러한 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 각각 포함한다. 그러나 코어상에 포함되는 티타늄의 산화 수 또는 니오븀의 산화 수가, 쉘상에 포함되는 티타늄의 산화 수 또는 니오븀의 산화 수보다도 크다. 이는, 입자에 있어서, 쉘상에 포함되는 제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물이, 결정 구조는 마찬가지의 단사정형을 갖고 있지만, 코어상에 포함되는 제1 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물보다도 환원되어 있는 것을 의미하고 있다. 즉, 제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질이 포함하는 입자는 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하며, 표면의 적어도 일부가 환원되어 있다.In the particles included in the battery active material according to the first embodiment, the core phase and the shell phase each include such a monoclinic niobium titanium composite oxide. However, the number of oxidized or niobium oxides of titanium contained in the core is greater than the number of oxidized or niobium oxidized titanium contained in the shell phase. This means that in the particle, the second monoclinic niobium titanium composite oxide contained in the shell has the same monoclinic crystal structure as the first monoclinic niobium titanium composite oxide but has a similar crystal structure to the first monoclinic niobium titanium composite oxide contained on the core . That is, the particles included in the battery active material according to the first embodiment include a monoclinic niobium titanium composite oxide, and at least a part of its surface is reduced.

이러한 구조를 갖는 제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질은, 표면이 산소 결손되어 있는 입자를 포함하고 있기 때문에, 표면이 산소 결손되지 않은 입자를 포함하고 있지 않은 활물질에 비하여 우수한 전자 전도성을 가질 수 있다. 또한 환원되어 있는 쉘상은, 코어상과 마찬가지의 단사정형의 결정 구조를 갖는다. 그 때문에, 제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질은 초기 효율 및 초기 용량을 유지할 수 있으며, 환원되지 않은 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하는 활물질과 마찬가지의 우수한 용량 및 높은 레이트 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 결과, 제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질은, 입출력 특성 및 사이클 특성이 우수한 비수 전해질 전지를 실현할 수 있다.Since the battery active material according to the first embodiment having such a structure contains particles having oxygen deficiency on its surface, it can have excellent electron conductivity as compared with an active material whose surface does not contain particles not oxygen-deficient. The reduced shell phase has a single crystal structure similar to that of the core phase. Therefore, the battery active material according to the first embodiment can maintain the initial efficiency and the initial capacity, and can exhibit the same excellent capacity and high rate characteristics as the active material including the unreduced monoclinic niobium titanium composite oxide. As a result, the battery active material according to the first embodiment can realize a nonaqueous electrolyte battery excellent in input / output characteristics and cycle characteristics.

제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질은, 부극 활물질로서 비수 전해질 전지에서 사용하면, 충전에 의하여 제1 및 제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물에 리튬이 흡장된다. 제1 및 제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물은, 앞서 설명한 바와 같이 리튬을 흡장함으로써 니오븀 및 티타늄의 가수가 변화된다. 또한 제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질은, 비수 전해질 전지에 있어서 방전 종지 전압까지 방전되었을 경우에도, 제1 및 제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물에 리튬이 잔류하는 경우가 있다. 이 경우에는, 결정 구조 중에 흡장되어 있는 리튬에 의하여 니오븀 및 티타늄이 환원되어 있는 것으로 간주하여 실측값을 보정한 것을, 제1 및 제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물에 있어서의 니오븀 및 티타늄의 각각의 가수로 한다. 구체적인 방법은 후술한다.When the battery active material according to the first embodiment is used in a non-aqueous electrolyte cell as a negative electrode active material, lithium is occluded in the first and second single-crystal-structured niobium-titanium composite oxides by charging. As described above, in the first and second single-crystal niobium titanium composite oxides, the valence of niobium and titanium is changed by intercalating lithium. Also, in the battery active material according to the first embodiment, lithium may remain in the first and second single-crystal-structured niobium-titanium composite oxides even when discharged to the discharge end voltage in the non-aqueous electrolyte cell. In this case, it is assumed that niobium and titanium are reduced by lithium occluded in the crystal structure, and the actually measured values are corrected. The values of niobium and titanium in the first and second monoclinic niobium titanium composite oxides Singer. A specific method will be described later.

제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질은, 코어상에 포함되는 제1 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물이 조성식 Nb2TiO7로 표시되는 니오븀 티타늄 복합 산화물인 것이 바람직하다. 조성식 Nb2TiO7로 표시되는 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하는 전지용 활물질은, 앞서 설명한 바와 같이 우수한 급속 충방전 성능을 나타낼 수 있고 또한 높은 에너지 밀도를 가질 수 있는 비수 전해질 전지를 실현할 수 있다.In the battery active material according to the first embodiment, it is preferable that the first monoclinic niobium titanium composite oxide contained on the core is a niobium titanium composite oxide expressed by the composition formula Nb 2 TiO 7 . The battery active material comprising the niobium titanium composite oxide expressed by the composition formula Nb 2 TiO 7 can realize a nonaqueous electrolyte battery capable of exhibiting excellent rapid charge and discharge performance and having a high energy density as described above.

조성식 Nb2TiO7로 표시되는 니오븀 티타늄 복합 산화물은, 그 조제 중, 원재료 또는 중간 생성물에 산소 결손이 발생하는 경우가 있다. 또한 원재료 중에 포함되어 있었던 불가피 불순물 및 조제 중에 혼입된 불순물 등이, 조제한 단사정계 산화물 중에 존재하는 경우도 있다. 그 때문에, 제1 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물은, 예를 들어 상기 불가피적 요인에 의하여, 조성식 Nb2TiO7로 표시되는 화학 양론비로부터 제외된 조성을 갖는 산화물을 포함하는 경우가 있다. 예를 들어 단사정계 산화물의 조제 중에 발생하는 불가피한 산소 결손을 원인으로 하여, 조성식 Nb2TiO7 (0<δ≤0.3)로 표시되는 조성을 갖는 단사정계 산화물이 조제되는 경우가 있다.In the niobium titanium composite oxide represented by the composition formula Nb 2 TiO 7 , oxygen deficiency may occur in the raw material or the intermediate product during its preparation. Inevitable impurities contained in the raw materials and impurities incorporated in the preparation may be present in the prepared monoclinic oxide. Therefore, the first monoclinic niobium titanium oxide composite oxide sometimes contains an oxide having a composition excluded from the stoichiometric ratio represented by the composition formula Nb 2 TiO 7 due to the above-mentioned unavoidable factors. For example, a monoclinic oxide having a composition represented by the composition formula Nb 2 TiO 7 (0 <?? 0.3) may be prepared due to unavoidable oxygen defects occurring during the preparation of monoclinic oxide.

제1 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물이 조성식 Nb2TiO7로 표시되는 니오븀 티타늄 복합 산화물인 경우, 쉘상에 포함되는 제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물은, 티타늄의 산화 수가 4 이하이거나 또는 니오븀의 산화 수가 5 미만이다. 바람직하게는, 쉘상에 포함되는 제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물에 있어서, 니오븀의 산화 수는 4 이상 5 미만이다. 또한 바람직하게는, 쉘상에 포함되는 제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물에 있어서, 티타늄의 산화 수는 3보다 크고 4 이하이다.When the first monoclinic niobium titanium composite oxide is a niobium titanium composite oxide represented by the composition formula Nb 2 TiO 7 , the second monoclinic niobium titanium composite oxide included in the shell phase has an oxidation number of titanium of 4 or less, 5. Preferably, in the second monoclinic niobium titanium composite oxide contained in the shell phase, the oxidation number of niobium is 4 or more and less than 5. Also preferably, in the second monoclinic niobium titanium composite oxide contained in the shell phase, the number of titanium oxides is greater than 3 and less than or equal to 4.

제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물은, 조성식 Nb2TiO7로 표시되는 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물과 동일한 결정 구조를 갖는 것이 바람직하다. 조성식 Nb2TiO7로 표시되는 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물과 동일한 결정 구조를 갖는 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물은, 앞서 설명한 원리와 마찬가지의 원리에 의하여, 우수한 급속 충방전 성능을 나타낼 수 있고 또한 높은 에너지 밀도를 가질 수 있는 비수 전해질 전지를 실현할 수 있다.The second single-crystal niobium titanium composite oxide preferably has the same crystal structure as the single-crystal niobium titanium composite oxide represented by the composition formula Nb 2 TiO 7 . The monoclinic niobium titanium composite oxide having the same crystal structure as that of the monoclinic niobium titanium composite oxide represented by the composition formula Nb 2 TiO 7 can exhibit excellent rapid charge / discharge performance due to the same principle as the above-described principle, It is possible to realize a non-aqueous electrolyte cell having density.

제1 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하는 코어상과, 제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하는 쉘상을 포함하는 입자에 있어서, 니오븀의 티타늄에 대한 몰비는 0<Nb/Ti≤2인 것이 바람직하다. 몰비 Nb/Ti가 0보다 크고 2 이하인 입자를 포함하는 제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질은, 전자 도전성의 향상에 기여할 수 있다. 니오븀의 티타늄에 대한 몰비는 0.02≤Nb/Ti≤2인 것이 보다 바람직하다.In the particles comprising the core phase containing the first monoclinic niobium titanium composite oxide and the shell phase comprising the second monoclinic niobium titanium composite oxide, the molar ratio of niobium to titanium is 0 < Nb / Ti & desirable. The battery active material according to the first embodiment containing particles having a molar ratio Nb / Ti of more than 0 and not more than 2 can contribute to the improvement of the electronic conductivity. The molar ratio of niobium to titanium is more preferably 0.02? Nb / Ti? 2.

제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물은 조성식 Nb1 . 33Ti0 . 67O4로 표시되는 산화물인 것이 바람직하다. 또한 제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물은, 이것이 조성식 Nb1 . 33Ti0 . 67O4로 표시되는 산화물인 경우, 앞서 설명한 불가피적 요인에 의하여, 조성식 Nb1 . 33Ti0 . 67O4로 표시되는 화학 양론비로부터 벗어난 조성을 갖는 산화물을 포함하는 경우가 있다.The second single-crystal niobium titanium composite oxide has a composition formula Nb 1 . 33 Ti 0 . 67 O &lt; 4 & gt ;. The second single-crystal niobium titanium composite oxide has a composition represented by the composition formula Nb 1 . 33 Ti 0 . 67 O 4 , by the above-described inevitable factors, the composition formula Nb 1 . 33 Ti 0 . There is a case containing an oxide having a composition deviating from the stoichiometric ratio represented by the 67 O 4.

쉘상의 두께가 얇을수록, 제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질을 실현할 수 있는 비수 전해질 전지의 레이트 특성을 개선할 수 있다. 쉘상은 50㎚ 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 또한 쉘상은 1㎚ 이상의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 그리고 쉘상은, 전지용 활물질이 포함하는 입자의 입자 직경에 대하여 0.6% 이상 30% 이하에 상당하는 두께를 갖는 것이 바람직하고, 1% 이상 10% 이하에 상당하는 두께를 갖는 것이 보다 바람직하다.The thinner the thickness on the shell, the better the rate characteristic of the nonaqueous electrolyte battery capable of realizing the battery active material according to the first embodiment. The shell phase preferably has a thickness of 50 nm or less. It is also preferable that the shell phase has a thickness of 1 nm or more. The shell phase preferably has a thickness corresponding to not less than 0.6% and not more than 30% of the particle diameter of the particles contained in the battery active material, more preferably not less than 1% and not more than 10%.

제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질은, 입자를 피복하는 탄소층을 더 포함할 수 있다. 이러한 탄소층은 입자 사이의 전자 전도성을 더 높일 수 있다. 이러한 탄소층은, 예를 들어 아몰퍼스 카본의 상태일 수 있다. 또는 이러한 탄소층은, 결정성을 갖는 형태, 예를 들어 그라파이트여도 된다. 제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질은 탄소층을 포함하고 있지 않아도 된다.The battery active material according to the first embodiment may further include a carbon layer covering the particles. This carbon layer can further enhance the electronic conductivity between particles. This carbon layer may be in the state of, for example, amorphous carbon. Alternatively, the carbon layer may be in a form having crystallinity, for example, graphite. The battery active material according to the first embodiment may not contain a carbon layer.

제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질이 포함하는 입자는 1차 입자여도 되고, 1차 입자가 응집하여 이루어지는 2차 입자여도 된다. 입자의 평균 1차 입자 직경은 3㎛ 이하인 것이 바람직하다. 평균 1차 입자 직경이 3㎛ 이하인 입자는, Li의 흡장을 충분히 진행시킬 수 있음과 함께, 전자 도전성을 충분히 향상시킬 수 있다. 입자의 평균 1차 입자 직경은 0.2㎛ 이상인 것이 바람직하다. 입자의 평균 1차 입자 직경은 0.5㎛ 이상 1.5㎛ 이하의 범위 내에 있는 것이 보다 바람직하다. 입자의 평균 2차 입자 직경은 5㎛ 이상 12㎛ 이하의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 5㎛ 이상 10㎛ 이하의 범위 내에 있는 것이 보다 바람직하다.The particles included in the battery active material according to the first embodiment may be primary particles or secondary particles formed by agglomeration of primary particles. The average primary particle diameter of the particles is preferably 3 탆 or less. The particles having an average primary particle diameter of 3 탆 or less can sufficiently promote the storage of Li and can sufficiently improve the electron conductivity. The average primary particle diameter of the particles is preferably 0.2 탆 or more. It is more preferable that the average primary particle diameter of the particles is in the range of 0.5 占 퐉 to 1.5 占 퐉. The average secondary particle diameter of the particles is preferably in the range of 5 占 퐉 to 12 占 퐉, and more preferably in the range of 5 占 퐉 to 10 占 퐉.

다음으로, 제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질을, 도면을 참조하면서 보다상세히 설명한다.Next, the battery active material according to the first embodiment will be described in more detail with reference to the drawings.

도 3은 제1 실시 형태에 따른 제1 예의 전지용 활물질의 개략 단면도이다. 도 4는 제1 실시 형태에 따른 제2 예의 전지용 활물질의 개략 단면도이다. 도 5는 제1 실시 형태에 따른 제3 예의 전지용 활물질의 개략 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view of the battery active material of the first example according to the first embodiment. 4 is a schematic cross-sectional view of a battery active material of a second example according to the first embodiment. 5 is a schematic sectional view of a battery active material of a third example according to the first embodiment.

도 3에 도시하는 제1 예의 전지용 활물질(300)은 1차 입자이다. 도 3에 도시하는 전지용 활물질(300)은 코어상(301)을 포함하고 있다. 코어상(301)은 제1 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하고 있다. 도 3에 도시하는 전지용 활물질(300)은 쉘상(302)을 더 포함하고 있다. 쉘상(302)은 제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하고 있다. 쉘상(302)은 코어상(301)을 둘러싸고 있다.The battery active material 300 of the first example shown in Fig. 3 is primary particles. The battery active material 300 shown in FIG. 3 includes a core phase 301. The core phase 301 contains the first monoclinic niobium titanium composite oxide. The battery active material 300 shown in FIG. 3 further includes a shell 302. The shell phase 302 contains a second single crystal niobium titanium composite oxide. The shell phase 302 surrounds the core phase 301.

도 4에 도시하는 제2 예의 전지용 활물질(300)은 2차 입자이다. 도 4에 도시하는 전지용 활물질(300)은 복수의 코어상(301)을 포함하고 있다. 복수의 코어상(301)은 서로 응집하여 2차 입자를 형성하고 있다. 도 4에 도시하는 전지용 활물질(300)은, 복수의 코어상(301)을 포함하는 2차 입자를 둘러싼 쉘상(302)을 더 포함하고 있다.The battery active material 300 of the second example shown in Fig. 4 is secondary particles. The battery active material 300 shown in FIG. 4 includes a plurality of core phases 301. The plurality of core phases (301) coagulate with each other to form secondary particles. The battery active material 300 shown in Fig. 4 further includes a shell phase 302 surrounding secondary particles including a plurality of core phases 301.

도 5에 도시하는 제3 예의 전지용 활물질(300)은, 도 3에 도시하는 제1 예의 전지용 활물질(300)이 응집하여 이루어지는 2차 입자이다.The battery active material 300 of the third example shown in Fig. 5 is a secondary particle formed by aggregating the battery active material 300 of the first example shown in Fig.

또한 도 3 내지 도 5에 있어서는, 코어상(301)과 쉘상(302)을 식별할 수 있도록 코어상(301)과 쉘상(302) 사이에 마치 경계가 있는 듯이 도시하였다. 그러나 앞서 설명한 바와 같이, 코어상(301)에 포함되는 제1 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물과, 쉘상(302)에 포함되는 제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물은 마찬가지의 결정 구조를 갖고 있다. 그 때문에, 실제로는 코어상(301)과 쉘상(302) 사이에 경계는 없다.3 to 5, there is a boundary between the core 301 and the shell 302 so that the core 301 and the shell 302 can be distinguished from each other. However, as described above, the first monoclinic niobium titanium composite oxide contained in the core phase 301 and the second monoclinic niobium titanium composite oxide included in the shell phase 302 have the same crystal structure. Therefore, there is no boundary between the core phase 301 and the shell phase 302 in practice.

(제조 방법)(Manufacturing method)

제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질은, 예를 들어 이하의 방법에 의하여 제조할 수 있다.The battery active material according to the first embodiment can be produced, for example, by the following method.

먼저, 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물의 입자를 준비한다.First, particles of a monoclinic niobium titanium composite oxide are prepared.

단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물의 입자는, 예를 들어 이하의 방법에 의하여 제조할 수 있다.The particles of the monoclinic niobium titanium composite oxide can be produced, for example, by the following method.

A. 액상 합성법A. Liquid Synthesis

단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물의 입자는, 예를 들어 이하에 기재하는 액상 합성법에 의하여 제조할 수 있다. 액상 합성법에서는, Nb 원소와 Ti 원소가 원자 레벨로 혼합된 상태에서 반응이 진행된다.The particles of the monoclinic niobium titanium composite oxide can be produced, for example, by a liquid phase synthesis method described below. In the liquid phase synthesis method, the reaction proceeds in a state where the Nb element and the Ti element are mixed at the atomic level.

먼저, Ti 화합물을 용해시킨 산성 용액(이하, 산성 용액 (A)라 칭함)과, Nb 화합물을 용해시킨 산성 용액(이하, 산성 용액 (B)라 칭함)을 혼합시킨다.First, an acidic solution (hereinafter referred to as an acidic solution A) in which a Ti compound is dissolved and an acidic solution (hereinafter referred to as an acidic solution B) in which an Nb compound is dissolved are mixed.

각 산성 용액 (A) 및 (B)는 각각 pH가 5 이하, 보다 바람직하게는 pH가 2 이하인 것을 사용한다. 각 산성 용액 (A) 및 (B)의 pH를 5 이하로 함으로써, Ti 화합물 또는 Nb 화합물이 용매에 용해된 상태에서 안정적으로 유지되어, 알칼리 용액을 혼합하기 전에 가수분해가 일어나지 않아, 각 산성 용액 (A) 및 (B)의 겔화를 방지하는 것이 가능해진다.Each of the acid solutions (A) and (B) has a pH of 5 or less, more preferably 2 or less. By setting the pH of each of the acidic solutions (A) and (B) to 5 or less, the Ti compound or the Nb compound is stably maintained in a state dissolved in the solvent, and hydrolysis does not occur before mixing the alkali solution, It is possible to prevent the gelation of (A) and (B).

각 산성 용액 (A) 및 (B)의 출발 원료로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, Ti 또는 Nb를 함유하는 수산화물, 황화물, 산화물, 염, 알콕시드, 유기물을 각각 순수, 에탄올, 산 등의 적합한 용매에 용해시킨 용액을 사용할 수 있다.The starting materials for the respective acid solutions (A) and (B) are not particularly limited, but a hydroxide, a sulfide, an oxide, a salt, an alkoxide and an organic substance containing Ti or Nb may be added to a suitable solvent such as pure water, ethanol, Dissolved solution may be used.

출발 원료에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 Ti 화합물로서 황산티타닐(TiOSO4), 산화티타늄(TiO2), 옥살산티타늄암모늄((NH4)2TiO(C2O4)·H2O), 메타티타늄산(TiO(OH)2), 티타늄산이소프로필(C12H28O4Ti), 염화티타늄(TiCl4) 등을 들 수 있다. 또한 Nb 화합물로서는 염화니오븀(NbCl5), 수산화니오븀(Nb(OH)5), 옥살산니오븀암모늄(C2H8N2O4·Nb), 산화니오븀(Nb2O5) 등을 들 수 있다.There is no particular limitation for the starting material, but, for example, sulfuric acid Ti as a Ti compound titanyl (TiOSO 4), titanium oxide (TiO 2), oxalic acid titanium ammonium ((NH 4) 2 TiO ( C 2 O 4) · H 2 O), metatitanic acid (TiO (OH) 2 ), titanium isocyanate (C 12 H 28 O 4 Ti), titanium chloride (TiCl 4 ) and the like. Examples of the Nb compound include niobium chloride (NbCl 5 ), niobium hydroxide (Nb (OH) 5 ), niobium ammonium oxalate (C 2 H 8 N 2 O 4 .Nb), and niobium oxide (Nb 2 O 5 ) .

수용액이고 안정한 용액은 그대로 혼합하여 사용할 수 있지만, 예를 들어 염화 금속, 금속 알콕시드 등을 사용하는 경우에는 가수분해가 진행되어 공침 석출물을 얻는 것이 곤란한 경우가 있을 수 있기 때문에, 용액의 함수량을 억제할 필요가 있다. 혼합할 때의 온도는 상온인 것이 바람직하지만, 용해가 곤란한 출발 원료를 사용하는 경우에는 가열할 수도 있다.The aqueous solution and the stable solution can be mixed and used as they are. However, when a metal chloride, a metal alkoxide or the like is used, for example, hydrolysis proceeds and it may be difficult to obtain coprecipitate precipitates. Therefore, Needs to be. The temperature at the time of mixing is preferably room temperature, but it may be heated when starting materials which are difficult to dissolve are used.

산성 용액 (A)에 있어서의 Ti의 몰 농도는 특별히 한정은 없지만, 바람직하게는 0.01 내지 10㏖/ℓ의 범위가 좋고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 5.0㏖/ℓ의 범위가 좋다.The molar concentration of Ti in the acidic solution (A) is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.01 to 10 mol / l, more preferably in the range of 0.1 to 5.0 mol / l.

또한 산성 용액 (B)에 있어서의 Nb의 몰 농도는 특별히 한정은 없지만, 바람직하게는 0.01 내지 10㏖/ℓ의 범위가 좋고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 5.0㏖/ℓ의 범위가 좋다.The molar concentration of Nb in the acidic solution (B) is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.01 to 10 mol / l, more preferably in the range of 0.1 to 5.0 mol / l.

각 산성 용액 (A) 및 (B) 각각에 있어서의 Ti 또는 Nb의 몰 농도가 상기 하한값 이상이면 Ti 또는 Nb의 농도가 너무 낮지 않고, 그 결과, 공침 석출물의 석출량이 충분해져 생산성이 향상된다. 또한 각 산성 용액 (A) 및 (B)의 각각에 있어서의 Ti 또는 Nb의 몰 농도가 상기 상한값 이하이면 Ti 또는 Nb의 농도가 너무 높지 않고, 그 결과, 가수분해가 일어나기 어려워져 안정적으로 공침 석출물을 석출시킬 수 있어, 전지용 활물질의 품질이 향상된다.When the molar concentration of Ti or Nb in each of the acidic solutions (A) and (B) is not lower than the lower limit value, the concentration of Ti or Nb is not too low, and as a result, the precipitation amount of coprecipitate precipitates becomes sufficient and productivity is improved. Further, when the molar concentration of Ti or Nb in each of the acidic solutions (A) and (B) is not more than the upper limit value, the concentration of Ti or Nb is not too high, and as a result, hydrolysis is difficult to occur, So that the quality of the battery active material is improved.

각 산성 용액 (A) 및 (B)을 혼합할 때는, Nb/Ti의 몰비(Nb/Ti)가 1<Nb/Ti≤2의 범위로 되도록 각 산성 용액 (A) 및 (B)의 혼합비를 조정한다. 보다 바람직하게는 1.3<Nb/Ti≤2로 한다. 여기서의 몰비는 투입 시의 몰비이며, 제조 후의 활물질에 있어서의 Nb와 Ti의 조성비와는 상이한 경우가 있다. 이상과 같이 얻어진 용매는 유동성을 갖는 액체이며, 가수분해가 일어나지 않아 겔화되지 않게 된다.(A) and (B) are mixed so that the molar ratio (Nb / Ti) of Nb / Ti is in the range of 1 <Nb / Adjust. More preferably, 1.3 < Nb / Ti &lt; 2. Here, the molar ratio is a molar ratio at the time of charging, and may be different from the composition ratio of Nb and Ti in the active material after the production. The solvent thus obtained is a liquid having fluidity, and hydrolysis does not occur and gelation does not occur.

또한 본 실시 형태에 있어서는, 산성 용액 (A) 및 (B)을 따로따로 조제하고 나서 혼합하는 것뿐만 아니라, 처음부터 Ti 화합물 및 Nb 화합물이 용해된 용액(이하, 용액 (C)라 칭함)을 조제해도 된다. 용액 (C)의 pH는 5 이하가 바람직하고, 2 이하가 보다 바람직하다. 용액 (C)의 pH를 5 이하로 함으로써, 알칼리 용액을 혼합하기 전에 가수분해가 일어나지 않아 용액 (C)의 겔화를 방지할 수 있다.Further, in this embodiment, not only the acidic solutions (A) and (B) are separately prepared and then mixed, but also a solution (hereinafter referred to as a solution (C)) in which the Ti compound and the Nb compound are dissolved from the beginning . The pH of the solution (C) is preferably 5 or less, more preferably 2 or less. By setting the pH of the solution (C) to 5 or less, hydrolysis does not occur before mixing the alkali solution, and gelation of the solution (C) can be prevented.

산성 용액 (A), (B) 및 용액 (C)의 조제에 있어서 pH 조정이 필요한 경우에는, 황산, 염산 등의 무기산 또는 아세트산 등의 유기산을 사용하여 pH 조정을 행하면 된다.When pH adjustment is required in the preparation of the acidic solutions (A), (B) and (C), pH adjustment may be performed using an inorganic acid such as sulfuric acid or hydrochloric acid or an organic acid such as acetic acid.

또한 용액 (C)에 포함되는 Ti 화합물 및 Nb 화합물은, 산성 용액 (A) 및 (B)에 각각 포함되는 Ti 화합물 및 Nb 화합물과 마찬가지의 것이어도 된다. 용매도 순수, 에탄올, 산 등의 적합한 용매를 사용하면 된다. 용액 (C)에 포함되는 Nb/Ti의 몰비(Nb/Ti)는 1<Nb/Ti≤2의 범위가 바람직하고, 1.3<Nb/Ti≤2의 범위가 보다 바람직하다.The Ti compound and the Nb compound contained in the solution (C) may be the same as the Ti compound and the Nb compound contained in the acidic solutions (A) and (B), respectively. A suitable solvent such as pure water, ethanol, or an acid may be used as the solvent. The molar ratio (Nb / Ti) of Nb / Ti contained in the solution (C) is preferably in the range of 1 <Nb / Ti? 2, more preferably 1.3 <Nb / Ti?

용액 (C)에 있어서의 Ti 및 Nb의 몰 농도는 특별히 한정은 없지만, Ti에 대해서는 바람직하게는 0.01 내지 10㏖/ℓ의 범위가 좋고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 5.0㏖/ℓ의 범위가 좋다. 또한 Nb에 대해서는 바람직하게는 0.01 내지 10㏖/ℓ의 범위가 좋고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 5.0㏖/ℓ의 범위가 좋다.The molar concentration of Ti and Nb in the solution (C) is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.01 to 10 mol / l, more preferably 0.1 to 5.0 mol / l in terms of Ti . The Nb content is preferably in the range of 0.01 to 10 mol / l, and more preferably in the range of 0.1 to 5.0 mol / l.

용액 (C)에 있어서의 Ti 및 Nb의 몰 농도가 상기 하한값 이상이면 Ti 및 Nb의 농도가 너무 낮지 않고, 그 결과, 공침 석출물의 석출량이 충분해져 생산성이 향상된다. 또한 용액 (C)에 있어서의 Ti 및 Nb의 몰 농도가 상기 상한값 이하이면Ti 및 Nb의 농도가 너무 높지 않고, 그 결과, 가수분해가 일어나기 어려워져 안정적으로 공침 석출물을 석출시킬 수 있어, 전지용 활물질의 품질이 향상된다.When the molar concentration of Ti and Nb in the solution (C) is not lower than the lower limit value, the concentration of Ti and Nb is not too low, and as a result, the deposition amount of the coprecipitate precipitates becomes sufficient and the productivity is improved. When the molar concentration of Ti and Nb in the solution (C) is not more than the upper limit value, the concentration of Ti and Nb is not too high, and as a result, hydrolysis does not easily occur and deposition of the coprecipitate precipitates stably, Is improved.

다음으로, 상기와 같이 하여 조제된 Ti 화합물 및 Nb 화합물을 포함하는 혼합 용액에 pH 조정제로서의 알칼리 용액을 혼합함으로써 공침 석출물을 석출시킨다. pH 조정제는 알칼리 용액이 바람직하며, pH 8 이상, 보다 바람직하게는 pH 12 이상의 것이 바람직하다. pH가 큰 용액 쪽이 적은 액량으로 공침 석출물을 석출시키는 것이 가능하기 때문에 바람직하다. pH 조정제는, 예를 들어 농도 35wt%의 암모니아수를 사용한다. 암모니아수 이외에는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 석회수 등을 사용할 수 있다. 반응 온도는 10℃ 내지 80℃가 바람직하며, 얻어지는 공침 석출물의 응집 정도나 입자 형상 등을 고려하여 적절히 선택된다.Next, the coprecipitate precipitates are precipitated by mixing the alkali solution as the pH adjuster into the mixed solution containing the Ti compound and the Nb compound prepared as described above. The pH adjuster is preferably an alkali solution, preferably pH 8 or higher, more preferably pH 12 or higher. it is preferable that the coprecipitate precipitate can be precipitated with a small liquid amount in the solution having a large pH. As the pH adjuster, for example, ammonia water having a concentration of 35 wt% is used. Other than ammonia water, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lime water and the like can be used. The reaction temperature is preferably from 10 캜 to 80 캜, and is appropriately selected in consideration of the coagulation degree and particle shape of the coprecipitate obtained.

혼합하는 방법으로서는, Ti 화합물 및 Nb 화합물을 함유하는 혼합 용액에 pH 조정제를 적하해 가는 방법이어도 되고, 반대로 pH 조정제에, Ti 화합물 및 Nb 화합물을 함유하는 혼합 용액을 적하하는 방법이어도 된다. 액을 적하하는 방법, 속도, 타이밍에 따라 석출물의 응집도와 입자 형상을 제어할 수 있다. 보다 바람직하게는, 혼합 용액 중에 서서히 pH 조정제를 소량씩 첨가해 가는 쪽이 과도한 응집을 억제할 수 있다는 관점에서 바람직하다. pH 조정제를 첨가함으로써, Ti 및 Nb를 포함하는 혼합액의 pH를 알칼리측으로 조정한다. pH 조정은 공침 석출물의 석출 상황을 감시하면서 조정하면 되지만, 기준으로서는 pH를 1 내지 10의 범위로 하고, 바람직하게는 pH를 6 내지 9의 범위로 한다. 이것에 의하여 Ti 및 Nb를 포함하는 공침 석출물을 석출시킬 수 있다.As a mixing method, a method of dropping a pH adjusting agent into a mixed solution containing a Ti compound and an Nb compound, or a method of dropping a mixed solution containing a Ti compound and an Nb compound in a pH adjusting agent. It is possible to control the degree of aggregation and the shape of the precipitate depending on the method of dropping the liquid, the speed and the timing. More preferably, it is preferable to gradually add the pH adjuster in small amounts in the mixed solution from the viewpoint of suppressing excessive aggregation. The pH of the mixed solution containing Ti and Nb is adjusted to the alkali side by adding a pH adjusting agent. The pH can be adjusted while monitoring the precipitation condition of the coprecipitate precipitate, but the pH is set in the range of 1 to 10, preferably in the range of 6 to 9 as a standard. Thus, coprecipitated precipitates containing Ti and Nb can be precipitated.

다음으로, 석출한 공침 석출물의 세정을 행한다. 세정하기 위한 용액으로서는, 예를 들어 순수를 사용하는 것이 바람직하다. 세정의 기준으로서, 세정 후의 폐액의 pH가 6 내지 8인 범위, 보다 바람직하게는 중성에 가까워지기까지 충분히 행한다. 세정을 충분히 행한 후 여과·건조를 행함으로써 전구체 분말을 얻는다.Next, the deposited coprecipitated precipitate is washed. As the solution for cleaning, for example, pure water is preferably used. As a criterion for washing, the pH of the waste solution after washing is in the range of 6 to 8, more preferably, until the pH becomes closer to neutrality. After sufficiently washing, filtration and drying are performed to obtain a precursor powder.

이와 같이 하여 얻어진 전구체는, Nb와 Ti가 혼합된 복합 공침 석출물이며, 보다 바람직하게는 아몰퍼스의 복합 수산화물이다. 이와 같이 Ti와 Nb가 균질히 혼합된 아몰퍼스형 전구체 분말로 함으로써 소성 시의 반응성을 높여, 종래의 고상 반응법 등보다도 Nb-Ti 복합 산화물을 보다 저온, 단시간에 소성하는 것이 가능해지고, 그 후의 소성 공정에서의 온도, 시간을 억제할 수 있다.The thus obtained precursor is a complex coprecipitated precipitate in which Nb and Ti are mixed, more preferably a complex hydroxide of amorphous. As described above, the amorphous precursor powder in which Ti and Nb are homogeneously mixed can increase the reactivity at the time of calcination, so that the Nb-Ti composite oxide can be calcined at a lower temperature and in a shorter time than in the conventional solid phase reaction method and the like. The temperature and time in the process can be suppressed.

여과·건조 후의 전구체 분말은 응집되어 있는 경우가 있을 수 있다. 또한 원료의 종류의 영향에 따라 1차 입자의 입자 크기가 고르지 못한 경우가 있다. 그 경우에는, 볼 밀이나 비즈 밀 등의 기계적 분쇄법에 의하여 분쇄시키는 것이 바람직하다.Precursor powder after filtration and drying may be aggregated. In addition, the particle size of the primary particles may be uneven depending on the kind of the raw material. In such a case, it is preferable to perform pulverization by a mechanical milling method such as a ball mill or a bead mill.

다음으로, 얻어진 전구체 분말에 대하여 소성을 실시한다. 소성은 400℃ 내지 1450℃의 범위 내의 온도에서 행한다. 소성 시간은 1 내지 12시간으로 한다. 보다 바람직하게는, 소성 온도는 950 내지 1100℃가 좋고, 소성 시간은 1 내지 5시간이 좋다. 이러한 조건에서 소성함으로써, 니오븀-티타늄 복합 산화물을 포함하는 상을 형성시킬 수 있다.Next, the obtained precursor powder is calcined. The firing is carried out at a temperature in the range of 400 占 폚 to 1450 占 폚. The baking time is 1 to 12 hours. More preferably, the firing temperature is 950 to 1100 占 폚, and the firing time is 1 to 5 hours. By firing under these conditions, an image containing the niobium-titanium composite oxide can be formed.

또한 소성 온도가 800℃ 이상이면 입자 성장이나 입자 간의 네킹이 진행된다. 그 때문에, 입자 성장이나 입자 간의 네킹을 억제하면서 결정성을 향상시킨다는 관점에서, 600℃ 내지 800℃의 범위 내의 온도에서 1 내지 24시간의 어닐링 공정을 상기 소성의 전후에 부가할 수 있다.When the firing temperature is 800 ° C or more, grain growth or intergranular bonding proceeds. Therefore, from the viewpoint of improving the crystallinity while suppressing grain growth and intergranular necking, an annealing process at a temperature within the range of 600 to 800 占 폚 for 1 to 24 hours can be added before and after the calcination.

전구체의 소성은, 보다 바람직하게는 1000℃ 이상의 온도까지 30℃/min 이상의 승온 속도로 급속 가열하여 열처리시키면 좋다. TiNb2O7의 생성이 900℃ 이상의 온도에서 생성되는 데 비하여, 400℃에서는 아나타제형 이산화티타늄, 800℃에서는 루틸형 이산화티타늄의 생성이 시작된다. 이 때문에, 승온 속도가 느리면 이산화티타늄이 먼저 생성되어 버리므로, 소성 후의 루틸형 이산화티타늄 산화물이 독립하여 TiNb2O7로 분리 석출되어 버리는 경우가 있다.The firing of the precursor may be performed preferably by rapid heating at a temperature elevation rate of 30 DEG C / min or more to a temperature of 1000 DEG C or higher and heat treatment. The production of TiNb 2 O 7 is produced at a temperature of 900 ° C or higher, whereas the production of anatase type titanium dioxide at 400 ° C and the formation of rutile titanium dioxide at 800 ° C are started. For this reason, if the heating rate is low, titanium dioxide is first produced, so that the rutile-type titanium dioxide oxide after firing may be separated and precipitated as TiNb 2 O 7 independently.

소성의 분위기는 대기 중, 질소, 아르곤, 헬륨 등의 불활성 가스 분위기 중, 또는 진공 분위기 중 어느 것이어도 되지만, 산화물을 얻기 위해서는 산화성 분위기가 바람직하고, 구체적으로는 대기 분위기가 좋다. 또한 산소 농도를 고의로 높인 대기 분위기 중에서 소성해도 된다.The firing atmosphere may be in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen, argon, or helium, or in a vacuum atmosphere, but an oxidizing atmosphere is preferable for obtaining an oxide, and more specifically, an atmosphere is preferable. It may also be fired in an atmospheric environment in which the oxygen concentration is intentionally increased.

소성 후의 분말은, 입자가 네킹되어 있거나 과도하게 입자가 성장하거나 하는 일이 있을 수 있다. 따라서 볼 밀이나 비즈 밀 등의 기계적 분쇄법에 의하여 분쇄하면 보다 미립자를 형성시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 단, 기계 분쇄를 실시하면 활물질의 결정성이 손상될 가능성이 있다. 이 경우에는, 다시 600℃ 내지 800℃의 범위 내의 온도에서 1 내지 24시간의 어닐링 공정을 상기 공정 후에 부가함으로써 개선할 수 있기 때문에 바람직하다.The powder after firing may have particles necked or excessively grown. Therefore, pulverization by a mechanical milling method such as a ball mill or a bead mill is preferable because fine particles can be formed. However, if the mechanical pulverization is performed, the crystallinity of the active material may be damaged. In this case, the annealing process is preferably performed again at a temperature in the range of 600 ° C to 800 ° C for 1 to 24 hours after the above-described process.

또한 소성 후의 입자 크기가 1㎛ 이하인 경우에는, 스프레이 드라이 등의 방법에 의하여 조립하면, 전극 제작 공정에서의 슬러리의 분산성이 향상되어 도액성이 안정되기 때문에 바람직하다.When the particle size after firing is 1 占 퐉 or less, it is preferable to assemble by a method such as spray drying because the liquid property is stabilized even when the dispersibility of the slurry in the electrode manufacturing step is improved.

B. 고상 제조법B. Solid phase recipe

고상법이란, 분말 원료를 소정의 조성으로 되도록 칭량 및 혼합한 후, 열처리를 실시하여 생성물을 합성하는 방법이다. 고상법에 의한 니오븀 및 티타늄을 포함하는 활물질 입자의 제조 방법의 예를 이하에 설명한다.The solid phase method is a method of synthesizing a product by weighing and mixing the powder raw materials so as to have a predetermined composition and then performing heat treatment. An example of a method of producing active material particles containing niobium and titanium by a solid phase method will be described below.

먼저 처음에 Nb/Ti비가 소정의 몰비로 되도록 출발 원료를 혼합한다. 출발 원료로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, Ti 함유 화합물로서는, 예를 들어 산화티타늄 및 옥시수산화티타늄을 사용할 수 있다. Nb 함유 화합물로서는 산화니오븀 및 수산화니오븀 등을 사용할 수 있다. 니오븀-티타늄 복합 산화물은 TiNb2O7, Ti2Nb10O29, TiNb24O62 등 복수의 상을 갖는 것이 알려져 있다. 출발 원료의 입자 직경이 조대하면, Nb 원소와 Ti 원소가 소성 시에 열확산될 때 Nb 원소와 Ti 원소의 균일 확산에 시간이 걸리기 때문에, 농도 구배에 따라 TiNb2O7, Ti2Nb10O29, TiNb24O62 등 복수의 상이 형성될 수 있다. 그 때문에, 원료의 입자 직경은 5㎛ 이하, 보다 바람직하게는 1㎛로 하는 것이 바람직하다. 이들을 볼 밀, 진동 밀, 비즈 밀 등의 방법에 의하여 혼합한다. 단, 이 혼합은 분말 원료의 결정성을 손상시키지 않도록 시간을 억제하여 행한다. 혼합 방법은 습식이어도, 건식이어도 된다.First, the starting materials are mixed so that the Nb / Ti ratio becomes a predetermined molar ratio. The starting material is not particularly limited, and examples of the Ti-containing compound include titanium oxide and titanium oxyhydroxide. As the Nb-containing compound, niobium oxide and niobium hydroxide can be used. It is known that the niobium-titanium composite oxide has a plurality of phases such as TiNb 2 O 7 , Ti 2 Nb 10 O 29 , and TiNb 24 O 62 . When the particle diameter of the starting material is large, uniform dispersion of the Nb element and the Ti element takes time when the Nb element and the Ti element are thermally diffused at the time of calcination. Therefore, TiNb 2 O 7 and Ti 2 Nb 10 O 29 , TiNb 24 O 62, and the like can be formed. Therefore, it is preferable that the particle size of the raw material is 5 占 퐉 or less, more preferably 1 占 퐉. These are mixed by a method such as a ball mill, a vibration mill, or a bead mill. However, this mixing is performed with a time limit so as not to impair the crystallinity of the raw material of the powder. The mixing method may be either wet or dry.

다음으로, 얻어진 분말을 소성한다. 이 소성이 앞서 설명한 전구체의 소성에 대응한다. 단, 고상법은 원료의 입자 계면의 열확산에 의하여 반응을 진행시키는 합성 방법이기 때문에 고온에서 소성하는 것이 바람직하며, 그 때문에 소성 온도는 1000℃ 이상 1400℃ 이하의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 또한 소성 시간은 10시간 이상으로 하는 것이 바람직하다.Next, the obtained powder is fired. This firing corresponds to the firing of the precursor described above. However, since the solid phase method is a synthesizing method of advancing the reaction by thermal diffusion of the particle interface of the raw material, it is preferable to carry out calcination at a high temperature, and therefore, the calcination temperature is preferably within a range of 1000 deg. C or higher and 1400 deg. The baking time is preferably 10 hours or longer.

또한 얻어진 분말을 재분쇄하고, 어닐링 처리를 하는 공정을 1회 또는 복수회 가함으로써, 보다 미립자이면서 결정성이 높은 결정을 제조하는 것도 가능하다. 분쇄는 습식의 비즈 밀 분쇄 등의 방법에 의하여 실시한다. 여기서의 어닐링 처리는 앞서 설명한, 결정성을 높이기 위하여 행하는 어닐링 처리에 대응한다. 어닐링 온도는 700℃ 내지 1100℃인 것이 바람직하고, 어닐링 시간은 1 내지 5시간인 것이 바람직하다.It is also possible to produce crystals having higher crystallinity while being more fine particles by performing the step of re-pulverizing the obtained powder and performing the annealing treatment once or plural times. The pulverization is carried out by wet milling of the beads. The annealing process herein corresponds to the annealing process described above for improving the crystallinity. The annealing temperature is preferably 700 ° C. to 1100 ° C., and the annealing time is preferably 1 to 5 hours.

C. 졸-겔법C. sol-gel method

졸겔법이란, 알콕시드 등을 포함하는 졸을 가수분해 및 축중합함으로써 겔화하고, 그것을 건조시킨 후 고온 가열 처리함으로써 분말을 합성하는 방법이다. 졸-겔법에 의한 니오븀 및 티타늄을 포함하는 활물질 입자의 제조 방법의 예를 이하에 설명한다.The sol-gel method is a method of synthesizing a powder by gelation by hydrolysis and polycondensation of a sol containing an alkoxide or the like, drying it, and then heat-treating it at a high temperature. An example of a method of producing active material particles containing niobium and titanium by the sol-gel method will be described below.

처음에 Nb/Ti비가 소정의 몰비로 되도록 출발 용액을 혼합한다. 출발 용액으로서, Ti 또는 Nb를 함유하는 수산화물, 황화물, 산화물, 염, 알콕시드, 유기물을 함유하는 용액을 사용한다. Ti원으로서는, 예를 들어 TiOSO4, TiO2, (NH4)2TiO(C2O4)·H2O, TiO(OH)2, C12H28O4Ti, TiCl4 등을 들 수 있다. Nb원으로서는, 예를 들어NbCl5, Nb(OH)5, C2H8N2O4·Nb, Nb2O5 등을 들 수 있다.First, the starting solution is mixed so that the Nb / Ti ratio becomes a predetermined molar ratio. As the starting solution, a solution containing hydroxides, sulfides, oxides, salts, alkoxides and organic compounds containing Ti or Nb is used. As the Ti source, such as and the like TiOSO 4, TiO 2, (NH 4) 2 TiO (C 2 O 4) · H 2 O, TiO (OH) 2, C 12 H 28 O 4 Ti, TiCl 4 have. Examples of the Nb source include NbCl 5 , Nb (OH) 5 , C 2 H 8 N 2 O 4 .Nb, and Nb 2 O 5 .

출발 용액을 용액 상태에서 충분히 혼합한 후, 적절히 수분량과 pH를 조정함으로써 가수분해를 진행시켜 겔 상태로 한다.After thoroughly mixing the starting solution in a solution state, the hydrolysis is proceeded by adjusting the water content and the pH appropriately to obtain a gel state.

이 겔상 물질을 건조시킨 후 소성함으로써, 목적으로 하는 분말이 얻어진다. 여기서의 소성이 앞서 설명한 전구체의 소성에 대응한다. 소성은 700℃ 이상 1400℃의 범위 내의 온도에서 행하는 것이 바람직하다. 그때의 소성 시간은 1시간 이상 24시간 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한 소성의 공정 전에 볼 밀, 진동밀, 비즈 밀 등의 방법에 의하여 전구체를 분쇄하는 공정을 포함할 수도 있다.The gel-like substance is dried and then calcined to obtain a desired powder. The firing here corresponds to the firing of the precursor described above. The firing is preferably performed at a temperature within the range of 700 ° C to 1400 ° C. The firing time at this time is preferably from 1 hour to 24 hours. It may also include a step of pulverizing the precursor by a method such as a ball mill, a vibration mill, or a bead mill before the firing step.

다음으로, 예를 들어 이상과 같이 하여 준비한 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물의 입자를 환원성 분위기 하에서의 열처리에 제공한다. 환원성 분위기 하에서 입자를 열처리하면, 입자의 표층에 포함되는 Nb 원소 및/또는 Ti 원소를 환원할 수 있다. 그것에 의하여 제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질을 제조할 수 있다.Next, for example, the particles of the monoclinic niobium titanium composite oxide prepared as described above are subjected to a heat treatment in a reducing atmosphere. When the particles are heat-treated in a reducing atmosphere, the Nb element and / or the Ti element contained in the surface layer of the particles can be reduced. Thereby, the battery active material according to the first embodiment can be produced.

환원성 분위기는, 20% 이하의 수소 가스를 포함하는 Ar, He 또는 질소의 혼합 가스 분위기인 것이 바람직하다. 환원성 분위기 중에 있어서의 열처리는 400℃ 내지 1450℃의 온도에서의 소성인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 700℃ 내지 1100℃이다. 소성 시간은 1시간 이하인 것이 바람직하다. 이러한 조건에 의하면, 전지 용량이나 활물질 입자에의 Li 확산성을 유지하면서 활물질의 도전성을 충분히 높일 수 있다.The reducing atmosphere is preferably a mixed gas atmosphere of Ar, He, or nitrogen containing hydrogen gas of 20% or less. The heat treatment in the reducing atmosphere is preferably baking at a temperature of 400 占 폚 to 1450 占 폚. And more preferably 700 ° C to 1100 ° C. The firing time is preferably 1 hour or less. According to this condition, the conductivity of the active material can be sufficiently increased while maintaining the battery capacity or the Li diffusion property to the active material particles.

예를 들어 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물의 입자를 응집시키지 않고 상기 열처리에 제공함으로써, 도 3에 도시한 제1 예의 전지용 활물질(300)과 마찬가지의 활물질을 얻을 수 있다. 한편, 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물의 입자를 응집시켜 2차 입자로 하고 난 후, 이 2차 입자를 상기 열처리에 제공함으로써, 도 4에 도시한 제2 예의 전지용 활물질(300)과 마찬가지의 활물질을 얻을 수 있다. 제2 예의 전지용 활물질(300)과 마찬가지의 활물질의 응집을 임의의 수단으로 해제함으로써, 코어상과, 코어상의 일부를 둘러싼 쉘상(302)을 포함한 입자를 포함하는 활물질을 얻을 수 있다. 도 5에 도시한 전지용 활물질(300)은, 예를 들어 도 3에 도시한 전지용 활물질(300)을 응집시킴으로써 얻을 수 있다.For example, the particles of the monoclinic niobium titanium composite oxide are provided to the heat treatment without aggregation, whereby the same active material as the battery active material 300 of the first example shown in Fig. 3 can be obtained. On the other hand, after the particles of the monoclinic niobium titanium composite oxide are agglomerated into secondary particles, these secondary particles are subjected to the heat treatment to form the same active material as the battery active material 300 of the second example shown in Fig. 4 Can be obtained. Aggregation of the active material similar to that of the second example of the battery active material 300 can be removed by any means so that an active material containing the core phase and particles including the shell phase 302 surrounding the core phase can be obtained. The battery active material 300 shown in Fig. 5 can be obtained, for example, by agglomerating the battery active material 300 shown in Fig.

또한 상기 열처리 후의 입자에 대하여 탄소를 더 복합화시킬 수 있다. 탄소와의 복합 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 탄소원으로서는, 예를 들어 당류, 폴리올레핀류, 니트릴류, 알코올류, 그 외의 벤젠환을 포함하는 유기 화합물 등을 들 수 있다. 또한 유성 볼 밀 등의 기계적 방법에 의하여 카본 블랙이나 그라파이트 등을 담지시키는 것도 가능하다. 소성 후의 분말과 탄소원과 혼합한 후, 환원 분위기 또는 불활성 분위기 하에서 소성한다. 소성 온도는 900℃ 이하인 것이 바람직하다. 소성 온도가 900℃ 초과인 경우, Nb 원소의 환원 반응이 더 진행되어 NbO2 등의 이상(異相)이 석출될 우려가 있다. 분위기로서는, 질소, 이산화탄소, 아르곤 및 환원 가스를 포함하는 상기 가스류 등의 분위기가 좋다.Further, carbon can be further complexed to the particles after the heat treatment. The method of combining with carbon is not particularly limited. Examples of the carbon source include saccharides, polyolefins, nitriles, alcohols, and organic compounds including other benzene rings. It is also possible to carry carbon black, graphite or the like by a mechanical method such as a planetary ball mill. After mixing with the calcined powder and the carbon source, the mixture is calcined in a reducing atmosphere or an inert atmosphere. The firing temperature is preferably 900 DEG C or lower. If the firing temperature exceeds 900 ℃, the reduction reaction of the Nb element is further proceeding there is a fear that the precipitation of more than (異相), such as NbO 2. As the atmosphere, an atmosphere such as the gas stream containing nitrogen, carbon dioxide, argon, and a reducing gas is preferable.

또한 소성 후의 입자 크기가 1㎛ 이하인 경우에는, 스프레이 드라이 등의 방법에 의하여 조립하면, 전극 제작 공정에서의 슬러리의 분산성이 향상되어 도액성이 안정되기 때문에 바람직하다.When the particle size after firing is 1 占 퐉 or less, it is preferable to assemble by a method such as spray drying because the liquid property is stabilized even when the dispersibility of the slurry in the electrode manufacturing step is improved.

<분말 X선 회절 측정>&Lt; Powder X-ray diffraction measurement >

전지용 활물질에 포함되는 화합물의 결정 구조는, 활물질의 분말 X선 회절 측정에 의하여 확인할 수 있다.The crystal structure of the compound contained in the battery active material can be confirmed by powder X-ray diffraction measurement of the active material.

활물질의 분말 X선 회절 측정은 다음과 같이 행한다.Powder X-ray diffraction measurement of the active material is performed as follows.

먼저, 대상 시료를 평균 입자 직경이 5㎛ 정도로 되기까지 분쇄한다. 평균 입자 직경은 레이저 회절법에 의하여 구할 수 있다. 분쇄한 시료를, 유리 시료판 상에 형성된 깊이 0.2㎜의 홀더 부분에 충전한다. 이때, 시료가 충분히 홀더 부분에 충전되도록 유의한다. 또한 시료의 충전 부족에 의하여 균열, 공극 등이 없도록 주의한다. 이어서, 외부로부터 다른 유리판을 사용하여 충분히 가압하여 평활화한다. 이때, 충전량의 과부족에 의하여 홀더의 기준면으로부터 요철이 발생하는 일이 없도록 주의한다. 이어서, 시료가 충전된 유리판을 분말 X선 회절 장치에 설치하고 Cu-Kα선을 사용하여 회절 패턴을 취득한다.First, the target sample is pulverized until the average particle diameter becomes about 5 탆. The average particle diameter can be determined by laser diffraction. The pulverized sample is charged into a holder portion having a depth of 0.2 mm formed on a glass sample plate. At this time, make sure that the sample is sufficiently filled in the holder portion. Also, be careful that there is no cracks or voids due to insufficient filling of sample. Subsequently, another glass plate is used from outside to sufficiently pressurize and smooth. At this time, care should be taken not to cause unevenness from the reference surface of the holder due to excess or deficiency of the charged amount. Subsequently, a glass plate filled with the sample is placed in a powder X-ray diffractometer, and a diffraction pattern is obtained using a Cu-K? Line.

또한 시료의 배향성이 높은 경우에는, 시료의 충전 방법에 따라 피크의 위치가 어긋나거나 피크 강도비가 변화되거나 할 가능성이 있다. 이러한 배향성이 현저히 높은 시료는 모세관을 사용하여 측정한다. 구체적으로는, 시료를 모세관에 삽입하고 이 모세관을 회전식 시료대에 적재하여 측정한다. 이러한 측정 방법에 의하여 배향성을 완화할 수 있다.When the orientation of the sample is high, there is a possibility that the position of the peak shifts or the peak intensity ratio changes depending on the method of filling the sample. A sample with such a high degree of orientation is measured using a capillary tube. Specifically, a sample is inserted into a capillary tube, and the capillary is placed on a rotating sample table to measure it. By this measurement method, the orientation can be relaxed.

전극 재료로서 전지에 포함되어 있는 활물질에 대해서는 이하와 같이 측정할 수 있다.The active material contained in the battery as the electrode material can be measured as follows.

먼저, 활물질로부터 리튬 이온이 완전히 이탈한 상태로 한다. 예를 들어 상기 활물질이 부극에 있어서 사용되고 있는 경우, 전지를 완전히 방전 상태로 한다. 이것에 의하여 활물질의 결정 상태를 관찰할 수 있다. 단, 방전 상태에서도 잔류한 리튬 이온이 존재하는 경우도 있다. 다음으로, 아르곤을 충전한 글로브 박스 내에서 전지를 분해하여 전극을 취출한다. 이어서, 취출한 전극을 적절한 용매로 세정한다. 세정용 용매로서는, 예를 들어 에틸메틸카르보네이트 등을 사용할 수 있다. 다음으로, 세정한 전극을 분말 X선 회절 장치의 홀더의 면적과 거의 같은 면적으로 절단하여 측정 시료로 한다. 이와 같이 하여 얻어진 시료를 유리 홀더에 직접 부착하여 측정한다. 이때, 금속박 등의 전극 기판에 유래하는 피크의 위치를 미리 측정해 둔다. 또한 도전제나 결착제 등의 다른 성분의 피크도 미리 측정해 둔다. 기판의 피크와 활물질의 피크가 중첩되는 경우, 기판으로부터 활물질이 포함되는 층(예를 들어 후술하는 활물질층)을 박리하여 측정에 제공하는 것이 바람직하다. 이는, 피크 강도를 정량적으로 측정할 때, 중첩된 피크를 분리하기 위함이다. 예를 들어 용매 중에서 전극 기판에 초음파를 조사함으로써 활물질층을 박리할 수 있다.First, lithium ions are completely removed from the active material. For example, when the active material is used in the negative electrode, the battery is completely discharged. Thus, the crystal state of the active material can be observed. However, there are cases where residual lithium ions are present even in a discharged state. Next, the battery is disassembled in a glove box filled with argon to take out the electrode. Subsequently, the taken out electrode is washed with an appropriate solvent. As the cleaning solvent, for example, ethyl methyl carbonate and the like can be used. Next, the cleaned electrode is cut into an area approximately equal to the area of the holder of the powder X-ray diffraction apparatus to obtain a measurement sample. The thus obtained sample is directly attached to a glass holder and measured. At this time, the position of a peak derived from an electrode substrate such as a metal foil is measured in advance. Peaks of other components such as a conductive agent and a binder are also measured in advance. When the peak of the substrate overlaps with the peak of the active material, it is preferable that the layer containing the active material (for example, the active material layer described later) is peeled from the substrate and provided for measurement. This is to separate the superimposed peaks when quantitatively measuring the peak intensity. For example, the active material layer can be peeled off by irradiating the electrode substrate with ultrasonic waves in a solvent.

다음으로, 활물질층을 모세관에 봉입하고 회전 시료대에 적재하여 측정한다. 이러한 방법에 의하여 배향성의 영향을 저감시킨 후에 활물질의 XRD 패턴을 얻을 수 있다.Next, the active material layer is sealed in a capillary, and the resultant is placed on a rotating sample table. An XRD pattern of the active material can be obtained after the influence of the orientation is reduced by this method.

이와 같이 하여 얻어진 XRD 패턴을 리트벨트법에 의하여 해석한다. 리트벨트법에서는, 미리 추정한 결정 구조 모델로부터 회절 패턴을 계산한다. 이 계산값과 실측값을 모두 피팅함으로써, 결정 구조에 관한 파라미터(격자 상수, 원자 좌표, 점유율 등)를 정밀히 분석할 수 있다. 이것에 의하여, 측정 대상의 활물질에 포함되는 화합물의 결정 구조 특징을 조사할 수 있다.The XRD pattern thus obtained is analyzed by the Rietveld method. In the Rietveld method, a diffraction pattern is calculated from a previously estimated crystal structure model. By fitting both the calculated value and the measured value, the parameters (lattice constant, atomic coordinates, occupancy, etc.) concerning the crystal structure can be analyzed precisely. Thus, the crystal structure characteristics of the compound contained in the active material to be measured can be investigated.

<활물질의 조성의 확인 방법><Method of confirming the composition of the active material>

전지용 활물질의 조성은, 예를 들어 유도 결합 플라즈마 발광 분광법을 사용하여 확인할 수 있다.The composition of the battery active material can be confirmed by, for example, inductively coupled plasma emission spectroscopy.

<활물질 입자에 포함되는 원소의 산화 수의 분석 방법>&Lt; Analysis method of oxidation number of elements contained in active material particles >

활물질 입자에 포함되는 원소의 산화 수는, 활물질 입자에 대한 X선 광전자 분광법(XPS: X-ray Photoelectron Spectroscopy)에 의하여 분석을 할 수 있다.The number of oxidation states of the elements contained in the active material particles can be analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) on the active material particles.

X선 광전자 분광법에 의하면, 물질 내의 속박 전자의 결합 에너지값으로부터 표면의 원소 정보가, 또한 각 피크의 에너지 시프트로부터 가수나 결합 상태에 관한 정보가 얻어진다. 또한 피크 면적비를 사용하여 정량할 수 있다.According to the X-ray photoelectron spectroscopy, information on the element information of the surface from the binding energy value of the binding electrons in the substance and the information about the valence and binding state from the energy shift of each peak is obtained. It can also be quantified using the peak area ratio.

활물질 입자의 표면에 대한 X선 광전자 분광법은, 이하와 같이 하여 행할 수 있다.The X-ray photoelectron spectroscopy on the surface of the active material particles can be carried out as follows.

먼저, 부극 전극을 방전 상태의 전지로부터 회수한다. 회수한 전극을 XRD 분석용 전극과 마찬가지로 처리하여 측정 샘플로 한다.First, the negative electrode is recovered from a battery in a discharged state. The recovered electrode is processed in the same manner as the electrode for XRD analysis to obtain a measurement sample.

얻어진 측정 샘플을 초고진공 중에 설치한다. 이 상태에서 시료 표면에 연X선을 조사하여, 표면으로부터 방출되는 광전자를 애널라이저로 검출한다. 광전자가 물질 내에서 나아갈 수 있는 길이(평균 자유 행정)가 수 ㎚이므로, 본 분석 방법에 있어서의 검출 깊이는 수 ㎚로 된다.The obtained measurement sample is placed in an ultra-high vacuum. In this state, the surface of the sample is irradiated with soft X-rays, and the photoelectrons emitted from the surface are detected by the analyzer. Since the length (average free path) through which the photoelectrons can travel within the material is several nanometers, the detection depth in this analysis method is several nanometers.

이온 밀링 등에 의하여 전극의 단면을 잘라내어 XPS 분석에 제공함으로써, 활물질의 내부의 정보를 얻을 수도 있다.The inside of the active material can be obtained by cutting out the cross section of the electrode by ion milling or the like and providing it to the XPS analysis.

몇 가지 전지용 활물질의 표면에 대한 X선 광전자 분광법에 의하여 얻어진 차트를 도 6 및 도 7에 나타낸다.6 and 7 show charts obtained by X-ray photoelectron spectroscopy on the surface of several battery active materials.

도 6은, 제1 실시 형태에 따른 몇 가지 예의 전지용 활물질 및 다른 전지용 활물질의 각각에 관한 XPS 차트의 일부이다. 도 7은, 제1 실시 형태에 따른 몇 가지 예의 전지용 활물질 및 다른 전지용 활물질의 각각에 관한 XPS 차트의 다른 일부이다.6 is a part of an XPS chart relating to each of the battery active materials of some examples and the other battery active materials according to the first embodiment. 7 is another part of the XPS chart relating to each of the battery active materials of some examples and the other battery active materials according to the first embodiment.

도 6 및 도 7에 있어서 굵은 선으로 나타내는 곡선은, 환원성 분위기 하에서의 열처리를 행하지 않은 니오븀 티타늄 복합 산화물 입자(샘플 A)에 관한 XPS 차트이다. 도 6 및 도 7에 있어서 파선으로 나타내는 곡선은, 샘플 A와 마찬가지의 니오븀 티타늄 복합 산화물 입자를, Ar-H2(3%)의 분위기 하에서 900℃에서의 30분간의 열처리에 제공하여 얻어진 샘플 B에 관한 XPS 차트이다. 도 6 및 도 7에 있어서 점선으로 나타내는 곡선은, 샘플 A와 마찬가지의 니오븀 티타늄 복합 산화물 입자를, Ar-H2(3%)의 분위기 하에서 900℃에서의 60분간의 열처리에 제공하여 얻어진 샘플 C에 관한 XPS 차트이다. 도 6 및 도 7에 있어서 가는 선으로 나타내는 곡선은, 샘플 A와 마찬가지의 니오븀 티타늄 복합 산화물 입자를, Ar-H2(3%)의 분위기 하에서 900℃에서의 90분간의 열처리에 제공하여 얻어진 샘플 D에 관한 XPS 차트이다.6 and 7 are XPS charts of the niobium-titanium composite oxide particles (Sample A) which were not subjected to heat treatment in a reducing atmosphere. 6 and 7, the curved line indicated by the broken line represents a sample B (a) obtained by providing the same niobium-titanium composite oxide particle as the sample A to a heat treatment at 900 ° C for 30 minutes in an atmosphere of Ar-H 2 &Lt; / RTI &gt; 6 and 7, the curved line indicated by the dotted line represents a sample C obtained by providing the same niobium-titanium composite oxide particle as the sample A to a heat treatment at 900 ° C for 60 minutes in an atmosphere of Ar-H 2 (3% &Lt; / RTI &gt; 6 and 7, a curved line indicated by a thin line indicates that the same niobium-titanium composite oxide particle as the sample A was subjected to a heat treatment at 900 ° C for 90 minutes in an atmosphere of Ar-H 2 (3%), D is an XPS chart.

도 6으로부터, 환원성 분위기 하에서의 열처리를 제공한 샘플은, 206eV 부근의 강도가, 열처리를 제공하지 않은 샘플의 그것보다도 큰 것을 알 수 있다. 또한 보다 긴 시간의 열처리에 제공한 샘플 쪽이 206eV 부근의 강도가 큰 것을 알 수 있다. 한편, 도 6에서는, Nb5+를 나타내는 207.3eV 부근의 피크 강도는, 열처리에 제공하고 있지 않은 샘플 A와 열처리 시간이 긴 샘플의 피크 강도가 대략 동일하였다. 206eV 부근의 강도는 Nb2+ 내지 4+에 기인하는 강도인 것을 알 수 있다. 또한 207.3eV 부근의 피크는 Nb5+에 기인하는 강도인 것을 알 수 있다. 즉, 도 6의 XPS 차트로부터, 환원성 분위기에서의 열처리에 의하면, 티타늄 니오븀 복합 산화물의 표면에 있어서 니오븀의 가수가 +5보다도 작아지는 것을 알 수 있다.From Fig. 6, it can be seen that the sample provided with the heat treatment in the reducing atmosphere has a strength near 206 eV larger than that of the sample not provided with the heat treatment. It can also be seen that the strength of the sample provided to the heat treatment for a longer period of time is large near 206 eV. On the other hand, in FIG. 6, the peak intensity near 207.3 eV representing Nb 5+ was substantially the same as the peak intensity of the sample A which was not provided for the heat treatment and the sample whose heat treatment time was long. It can be seen that the intensity in the vicinity of 206 eV is the intensity due to Nb 2+ to 4+ . It can also be seen that the peak near 207.3 eV is due to Nb 5+ . That is, from the XPS chart of FIG. 6, it can be seen that the heat treatment in the reducing atmosphere results in the niobium valence less than +5 on the surface of the titanium-niobium composite oxide.

또한 도 7로부터, 환원성 분위기 하에서의 열처리를 제공한 샘플은, 457.1eV 부근의 강도가, 열처리를 제공하지 않은 샘플의 그것보다도 큰 것을 알 수 있다. 또한 보다 긴 시간의 열처리에 제공한 샘플 쪽이 457eV 부근의 강도가 큰 것을 알 수 있다. 한편, 도 7에서는, Ti4+를 나타내는 458.8eV 부근의 피크 강도는, 열처리에 제공하고 있지 않은 샘플 A와 열처리 시간이 긴 샘플의 피크 강도가 대략 동일하였다. 457.1eV 부근의 강도는 Ti2+내지 3+에 기인하는 강도인 것을 알 수 있다. 또한 458.8eV 부근의 피크는 Ti4+에 기인하는 강도인 것을 알 수 있다. 즉, 도 7의 XPS 차트로부터, 환원성 분위기에서의 열처리에 의하면, 티타늄 니오븀 복합 산화물의 표면에 있어서, 티타늄의 가수가 +4보다도 작아지는 것을 알 수 있다.It can also be seen from Fig. 7 that the sample provided with the heat treatment in the reducing atmosphere has a higher intensity near 457.1 eV than that of the sample not provided with the heat treatment. It can also be seen that the strength of the sample provided to the heat treatment for a longer period of time is large in the vicinity of 457 eV. On the other hand, in FIG. 7, the peak intensity near 458.8 eV representing Ti 4+ was substantially the same as the peak intensity of the sample A which was not provided for the heat treatment and the sample whose heat treatment time was long. It can be seen that the intensity in the vicinity of 457.1 eV is the intensity due to Ti 2+ to 3+ . It is also seen that the peak near 458.8 eV is the intensity due to Ti 4+ . That is, from the XPS chart of FIG. 7, it can be seen that the heat treatment in the reducing atmosphere results in the titanium having a valence of less than +4 on the surface of the titanium-niobium composite oxide.

또한 샘플 B 내지 D를 깊이 방향으로 에칭하여 XPS 측정을 하니, 샘플 A와 마찬가지의 차트가 얻어졌다. 이 점으로부터, 샘플 B 내지 D는, 코어상과 그것을 둘러싸는 쉘상을 포함하며, 코어상에 포함되는 니오븀의 산화 수가 쉘상에 포함되는 니오븀의 산화 수보다도 크고, 코어상에 포함되는 티타늄의 산화 수가 쉘상에 포함되는 티타늄의 산화 수보다도 큰 니오븀 티타늄 복합 산화물인 것을 알 수 있었다. 즉, 샘플 B 내지 D는 제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질이다. 또한 샘플 D는, 표면의 1할 정도의 Ti 및 Nb가 내부보다도 저가수였다.Further, samples B to D were etched in the depth direction to perform XPS measurement, and a chart similar to Sample A was obtained. From these points, Samples B to D contain the core phase and the shell phase surrounding the core phase, and the oxidation number of niobium contained on the core is larger than the oxidation number of niobium included in the shell, and the oxidation number of titanium Which is larger than the oxidation number of titanium contained in the shell phase. That is, Samples B to D are the battery active materials according to the first embodiment. In Sample D, Ti and Nb of about 1% of the surface were lower in cost than in the inside.

<쉘상과 코어상 사이의 경계의 판정 방법>&Lt; Determination method of the boundary between the shell phase and the core phase >

쉘상과 코어상 사이의 경계는 이하의 수순에 따라 판정한다.The boundary between the shell phase and the core phase is determined according to the following procedure.

먼저, 앞서 설명한 XPS 분석에 의하여, 전지용 활물질 입자의 표면에 있어서의 Nb 및 Ti의 산화 수를 조사한다. 다음으로, 전지용 활물질 입자의 표면을 깊이 방향으로 Ar 밀링으로 깎아, 새로이 드러난 표면에 있어서의 Nb 및 Ti의 산화 수를 다시 XPS 분석을 사용하여 조사한다. Ar에 의한 굴삭 및 XPS 분석을 반복하여 행한다. 굴삭에 의하여 드러난 표면에 있어서의 Nb의 산화 수가 표면의 +4로부터 +5로 된 깊이, 또는 굴삭에 의하여 드러난 표면에 있어서의 Ti의 산화 수가 +3으로부터 +4가 된 깊이를 전지용 활물질의 쉘상의 두께로 한다.First, by the XPS analysis described above, the oxidation number of Nb and Ti on the surface of the active material particles for a battery is examined. Next, the surface of the active material particles for a battery is cut by the Ar milling in the depth direction, and the number of oxidation of Nb and Ti on the newly exposed surface is again investigated using XPS analysis. Excavation by Ar and XPS analysis are repeated. The depth at which the oxidation number of Nb on the surface exposed by the excavation becomes +4 to +5 on the surface or the oxidation number of Ti on the surface exposed by the excavation is +3 to +4 is referred to as the shell surface of the battery active material Thickness.

<활물질의 형상 관찰><Observation of shape of active material>

제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질은, 예를 들어 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscopy: SEM)으로 관찰할 수 있다.The battery active material according to the first embodiment can be observed with a scanning electron microscope (SEM), for example.

주사형 전자 현미경으로의 관찰은, X선 광전자 분광법의 측정을 위하여 측정 시료를 제작한 것과 마찬가지의 방법에 의하여 측정 시료를 제작하고, 이를 주사형 전자 현미경으로 관찰함으로써 행할 수 있다.Observation with a scanning electron microscope can be performed by preparing a measurement sample by the same method as that for preparing a measurement sample for X-ray photoelectron spectroscopy and observing it with a scanning electron microscope.

몇 가지 전지용 활물질에 대한 주사형 전자 현미경 사진을 도 8 및 도 9에 도시한다.Scanning electron micrographs of several battery active materials are shown in Figs. 8 and 9. Fig.

도 8은 제1 실시 형태에 따른 일례의 전지용 활물질의 SEM 사진이다. 도 9는 다른 전지용 활물질의 SEM 사진이다.8 is an SEM photograph of an example of the battery active material according to the first embodiment. 9 is an SEM photograph of another active material for a battery.

구체적으로는 도 9는, 환원성 분위기 하에서의 열처리를 행하지 않은 니오븀 티타늄 복합 산화물 입자의 SEM상이다. 또한 도 8은, Ar-H2(3%)의 분위기 하에서 1000℃에서의 60분에서의 열처리에 제공하여 얻어진 활물질 입자의 SEM상이다.Specifically, FIG. 9 is an SEM image of a niobium titanium composite oxide particle which is not subjected to a heat treatment in a reducing atmosphere. 8 is an SEM image of active material particles obtained by heat treatment at 1000 占 폚 for 60 minutes in an atmosphere of Ar-H 2 (3%).

도 8의 SEM상에는, 쉘상(302)을 표면에 포함하는 복수의 활물질 입자(300)가 도시되어 있다. 도 8에 도시한 바와 같이 쉘상(302)은 매끄러운 표면이다. 한편, 도 9의 SEM상에는 니오븀 티타늄 복합 산화물 입자(301)가 도시되어 있는데, 매끄러운 표면을 갖고 있지 않다.On the SEM of Fig. 8, a plurality of active material particles 300 including the shell phase 302 on its surface are shown. As shown in Figure 8, the shell 302 is a smooth surface. On the other hand, the niobium titanium composite oxide particle 301 is shown on the SEM in Fig. 9, but does not have a smooth surface.

제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질은, 코어상과 쉘상을 포함한 입자를 포함하고 있다. 쉘상은 코어상의 적어도 일부를 둘러싸고 있다. 코어상은 제1 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하고 있다. 쉘상은 제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하고 있다. 코어상에 포함되는 티타늄의 산화 수가 쉘상에 포함되는 티타늄의 산화 수보다도 크거나, 또는 코어상에 포함되는 니오븀의 산화 수가 쉘상에 포함되는 니오븀의 산화 수보다도 크다. 그것에 의하여, 제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질은, 입출력 특성 및 사이클 특성이 우수한 비수 전해질 전지를 실현할 수 있다.The battery active material according to the first embodiment includes particles including a core phase and a shell phase. The shell phase surrounds at least a portion of the core. The core phase contains the first monoclinic niobium titanium composite oxide. The shell phase contains the second monoclinic niobium titanium composite oxide. The oxidation number of titanium contained on the core is larger than the oxidation number of titanium contained in the shell or the oxidation number of niobium contained on the core is larger than the oxidation number of niobium included in the shell. Thereby, the battery active material according to the first embodiment can realize a nonaqueous electrolyte battery excellent in input / output characteristics and cycle characteristics.

(제2 실시 형태)(Second Embodiment)

제2 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질을 포함하는 비수 전해질 전지가 제공된다. 이 비수 전해질 전지는, 부극과, 정극과, 비수 전해질을 구비한다. 제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질은, 부극 또는 정극에 있어서, 또는 부극 및 정극의 양쪽에 있어서 사용할 수 있다.According to the second embodiment, there is provided a nonaqueous electrolyte battery comprising the battery active material according to the first embodiment. The nonaqueous electrolyte battery includes a negative electrode, a positive electrode, and a nonaqueous electrolyte. The battery active material according to the first embodiment can be used in the negative electrode or the positive electrode, or in both the negative electrode and the positive electrode.

제2 실시 형태에 따른 비수 전해질 전지는, 정극과 부극 사이에 배치된 세퍼레이터를 더 구비할 수도 있다. 정극, 부극 및 세퍼레이터는 전극 군을 구성할 수 있다. 비수 전해질은 전극 군에 유지될 수 있다.The nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment may further include a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode. The positive electrode, negative electrode and separator can constitute an electrode group. The nonaqueous electrolyte can be held in the electrode group.

또한 제2 실시 형태에 따른 비수 전해질 전지는, 전극 군 및 비수 전해질을 수용하는 외장 부재를 더 구비할 수 있다.The nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment may further include an electrode assembly and an external member for accommodating the nonaqueous electrolyte.

또한 제2 실시 형태에 따른 비수 전해질 전지는, 정극에 전기적으로 접속된 정극 단자 및 부극에 전기적으로 접속된 부극 단자를 더 구비할 수 있다. 정극 단자의 적어도 일부 및 부극 단자의 적어도 일부는, 외장 부재의 외측으로 연장될 수 있다.The nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment may further include a positive electrode terminal electrically connected to the positive electrode and a negative electrode terminal electrically connected to the negative electrode. At least a part of the positive electrode terminal and at least a part of the negative electrode terminal can extend outside the exterior member.

이하, 제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질을 부극에 있어서 사용하는 비수 전해질 전지가 구비할 수 있는, 부극, 정극, 비수 전해질, 세퍼레이터, 외장 부재, 정극 단자 및 부극 단자에 대하여 상세히 설명한다.The negative electrode, the positive electrode, the nonaqueous electrolyte, the separator, the external member, the positive electrode terminal, and the negative electrode terminal, which can be included in the nonaqueous electrolyte battery using the battery active material according to the first embodiment as the negative electrode, will now be described in detail.

(1) 부극(1) negative polarity

부극은, 부극 집전체와, 부극 집전체의 편면 또는 양면에 담지된 부극층(부극 활물질 함유층)을 갖는다.The negative electrode has a negative electrode collector and a negative electrode layer (negative electrode active material-containing layer) supported on one or both surfaces of the negative electrode collector.

부극층은 부극 활물질, 도전제 및 결착제를 포함할 수 있다.The negative electrode layer may include a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder.

부극 활물질로서는 제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질을 사용한다. 부극 활물질로서는, 제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질을 단독으로 사용할 수도 있고, 또는 다른 활물질과의 혼합물로서 사용할 수도 있다. 다른 부극 활물질의 예로서는, 아나타제형 이산화티타늄 TiO2, 단사정형 이산화티타늄 TiO2 (B), 람스델라이트 구조를 갖는 티타늄산리튬 Li2Ti3O7, 스피넬 구조를 갖는 티타늄산리튬 Li4Ti5O12, 산화니오븀, 니오븀 함유 복합 산화물을 들 수 있다. 이들 산화물은, 제1 실시 형태에 따른 활물질에 포함되는 화합물과 비중 등도 비슷하여, 혼합 및 분산이 용이하기 때문에 적절하게 사용할 수 있다.As the negative electrode active material, the battery active material according to the first embodiment is used. As the negative electrode active material, the battery active material according to the first embodiment may be used alone, or may be used as a mixture with other active materials. Examples of other negative electrode active materials include anatase type titanium dioxide TiO 2 , monoclinic titanium dioxide TiO 2 (B), lithium titanate Li 2 Ti 3 O 7 having a rhamstellite structure, lithium titanate Li 4 Ti 5 having a spinel structure O 12 , niobium oxide, and niobium-containing complex oxides. These oxides can be suitably used because they have a specific gravity similar to that of the compound contained in the active material according to the first embodiment and are easily mixed and dispersed.

도전제는, 활물질의 집전 성능을 높이고 또한 활물질과 집전체의 접촉 저항을 억제하기 위하여 배합된다. 도전제의 예에는 아세틸렌 블랙, 카본 블랙 및 흑연과 같은 탄소 질물이 포함된다.The conductive agent is compounded in order to enhance the current collecting performance of the active material and to suppress the contact resistance between the active material and the current collector. Examples of the conductive agent include carbonaceous materials such as acetylene black, carbon black and graphite.

결착제는, 분산된 부극 활물질의 간극을 매립하고 또한 부극 활물질과 집전체를 결착시키기 위하여 배합된다. 결착제의 예에는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVdF), 불소계 고무 및 스티렌 부타디엔 고무를 들 수 있다.The binder is compounded in order to fill the gaps of the dispersed negative active material and bind the negative active material and the current collector. Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorocarbon rubber, and styrene butadiene rubber.

부극층 내의 활물질, 도전제 및 결착제는, 각각 68질량% 이상 96질량% 이하, 2질량% 이상 30질량% 이하 및 2질량% 이상 30질량% 이하의 비율로 배합하는 것이 바람직하다. 도전제의 양을 2질량% 이상으로 함으로써 부극층의 집전 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 결착제의 양을 2질량% 이상으로 함으로써 부극층과 집전체의 충분한 결착성이 얻어지고, 나아가 우수한 사이클 특성을 기대할 수 있다. 한편, 도전제 및 결착제는 각각 28질량% 이하로 하는 것이 고용량화를 도모하는 데 있어서 바람직하다.The active material, the conductive agent and the binder in the negative electrode layer are preferably mixed in a proportion of 68 mass% or more and 96 mass% or less, 2 mass% or more and 30 mass% or less and 2 mass% or more and 30 mass% or less, respectively. When the amount of the conductive agent is 2 mass% or more, the current collecting performance of the negative electrode layer can be improved. When the amount of the binder is 2% by mass or more, sufficient bondability between the negative electrode layer and the current collector can be obtained, and further excellent cycle characteristics can be expected. On the other hand, each of the conductive agent and the binder is preferably 28% by mass or less in order to achieve a higher capacity.

부극 집전체로서는, 부극 활물질의 리튬의 흡장 및 방출 전위에 있어서 전기 화학적으로 안정된 재료가 사용된다. 부극 집전체는, 구리, 니켈, 스테인레스 또는 알루미늄, 또는 Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu 및 Si로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 포함하는 알루미늄 합금으로 만들어지는 것이 바람직하다. 부극 집전체의 두께는 5 내지 20㎛인 것이 바람직하다. 이러한 두께를 갖는 부극 집전체는 부극의 강도와 경량화의 균형을 취할 수 있다.As the negative electrode current collector, a material that is electrochemically stable at the insertion and extraction potential of lithium in the negative electrode active material is used. The negative electrode current collector is preferably made of an aluminum alloy containing at least one element selected from copper, nickel, stainless steel or aluminum or Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu and Si. The thickness of the negative electrode current collector is preferably 5 to 20 mu m. The negative electrode current collector having such a thickness can balance the strength and weight of the negative electrode.

부극은, 예를 들어 부극 활물질, 결착제 및 도전제를 범용되고 있는 용매에 현탁하여 슬러리를 조제하고, 이 슬러리를 집전체에 도포하고 건조하여 부극층을 형성한 후, 프레스를 실시함으로써 제작된다.The negative electrode is produced by, for example, suspending a negative electrode active material, a binder and a conductive agent in a commonly used solvent to prepare a slurry, applying the slurry to a current collector, drying the negative electrode layer, .

또한 부극은, 부극 활물질, 결착제 및 도전제를 펠릿형으로 형성하여 부극층으로 하고, 이를 집전체 상에 배치하는 것에 의해서도 제작할 수 있다.The negative electrode can also be produced by forming the negative electrode active material, the binder and the conductive agent in a pellet form to form a negative electrode layer and placing it on the current collector.

(2) 정극(2) Positive

정극은, 정극 집전체와, 이 정극 집전체의 편면 또는 양면에 담지된 정극층(정극 활물질 함유층)을 가질 수 있다.The positive electrode may have a positive electrode collector and a positive electrode layer (positive electrode active material-containing layer) supported on one or both surfaces of the positive electrode collector.

정극층은 정극 활물질 및 결착제를 포함할 수 있다.The positive electrode layer may include a positive electrode active material and a binder.

정극 활물질로서는 산화물, 황화물, 중합체 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 리튬을 흡장한 이산화망간(MnO2), 산화철, 산화구리, 산화니켈, 리튬 망간 복합 산화물(예를 들어 LixMn2O4 또는 LixMnO2), 리튬 니켈 복합 산화물(예를 들어 LixNiO2), 리튬 코발트 복합 산화물(예를 들어 LixCoO2), 리튬 니켈 코발트 복합 산화물(예를 들어 LiNi1 - yCoyO2), 리튬 망간 코발트 복합 산화물(예를 들어 LixMnyCo1 -yO2), 스피넬 구조를 갖는 리튬 망간 니켈 복합 산화물(LixMn2 - yNiyO4), 올리빈 구조를 갖는 리튬 인산화물(LixFePO4, LixFe1 - yMnyPO4, LixCoPO4 등), 황산철(Fe2(SO4)3), 바나듐 산화물(예를 들어 V2O5), 리튬 니켈 코발트 망간 복합 산화물 등을 들 수 있다. 상기 식에 있어서, 0<x≤1이고 0<y≤1이다. 정극 활물질로서는, 이들 중의 1종의 화합물을 단독으로 사용해도 되고, 또는 복수 종의 화합물을 조합하여 사용해도 된다.As the positive electrode active material, oxides, sulfides, polymers, and the like can be used. For example, the storing and the lithium manganese dioxide (MnO 2), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, lithium-manganese composite oxide (e.g. LixMn 2 O 4 or LixMnO 2), lithium nickel composite oxide (e.g. Li x NiO 2), lithium cobalt composite oxide (e.g. Li x CoO 2), lithium nickel cobalt composite oxide (for example, LiNi 1 - y Co y O 2), lithium manganese cobalt composite oxide (e.g. Li x Mn y Co 1 -y O 2), lithium manganese nickel complex oxide having a spinel structure (Li x Mn 2 - y Ni y O 4), lithium phosphate having up an empty structure (Li x FePO 4, Li x Fe 1 - y Mn y PO 4 and Li x CoPO 4 ), iron sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 ), vanadium oxide (for example, V 2 O 5 ) and lithium nickel cobalt manganese composite oxide. In the above formula, 0 < x < = 1 and 0 &lt; As the positive electrode active material, one of these compounds may be used alone, or a plurality of compounds may be used in combination.

중합체는, 예를 들어 폴리아닐린이나 폴리피롤과 같은 도전성 중합체 재료, 또는 디술피드계 중합체 재료를 사용할 수 있다. 황(S), 불화카본도 또한 활물질로서 사용할 수 있다.As the polymer, for example, a conductive polymer material such as polyaniline or polypyrrole, or a disulfide-based polymer material can be used. Sulfur (S) and carbon fluoride can also be used as the active material.

더 바람직한 활물질의 예로서는, 정극 전압이 높은 리튬 망간 복합 산화물(예를 들어 LixMn2O4), 리튬 니켈 복합 산화물(예를 들어 LixNiO2), 리튬 코발트 복합 산화물(예를 들어 LixCoO2), 리튬 니켈 코발트 복합 산화물(예를 들어 LiNi1 -yCoyO2), 스피넬 구조를 갖는 리튬 망간 니켈 복합 산화물(예를 들어 LixMn2 - yNiyO4), 리튬 망간 코발트 복합 산화물(예를 들어 LixMnyCo1 - yO2), 리튬 인산철(예를 들어 LixFePO4) 및 리튬 니켈 코발트 망간 복합 산화물 등을 들 수 있다. 상기 식에 있어서, 0<x≤1이고 0<y≤1이다.Examples of the more preferable active material include a lithium manganese composite oxide having a high positive electrode voltage (for example, Li x Mn 2 O 4 ), a lithium nickel composite oxide (for example, Li x NiO 2 ), a lithium cobalt composite oxide (for example, Li x CoO 2), lithium nickel cobalt composite oxide (for example, LiNi 1 -y Co y O 2) , lithium manganese nickel complex oxide having a spinel structure (for example, Li x Mn 2 - y Ni y O 4), lithium manganese Cobalt composite oxide (for example, Li x Mn y Co 1 - y O 2 ), lithium iron phosphate (for example, Li x FePO 4 ), and lithium nickel cobalt manganese composite oxide. In the above formula, 0 < x < = 1 and 0 &lt;

그 중에서도, 상온 용융염을 포함하는 비수 전해질을 사용하는 경우에는, 리튬 인산철 LixVPO4F(0<x≤1), 리튬 망간 복합 산화물, 리튬 니켈 복합 산화물 및 리튬 니켈 코발트 복합 산화물로부터 선택되는 적어도 1종을 사용하는 것이 사이클 수명의 관점에서 바람직하다. 이는, 정극 활물질과 상온 용융염의 반응성이 적어지기 때문이다.Among them, when a non-aqueous electrolyte containing a room temperature molten salt is used, it is selected from lithium iron phosphate Li x VPO 4 F (0 <x? 1), a lithium manganese composite oxide, a lithium nickel composite oxide and a lithium nickel cobalt composite oxide It is preferable from the viewpoint of the cycle life. This is because the reactivity between the positive electrode active material and the room temperature molten salt is reduced.

정극 활물질의 비표면적은 0.1㎡/g 이상 10㎡/g 이하인 것이 바람직하다. 0.1㎡/g 이상의 비표면적을 갖는 정극 활물질은 리튬 이온의 흡장 및 방출 사이트를 충분히 확보할 수 있다. 10㎡/g 이하의 비표면적을 갖는 정극 활물질은, 공업 생산상 취급하기 쉽고 또한 양호한 충방전 사이클 성능을 확보할 수 있다.The specific surface area of the positive electrode active material is preferably 0.1 m 2 / g or more and 10 m 2 / g or less. The positive electrode active material having a specific surface area of 0.1 m &lt; 2 &gt; / g or more can sufficiently insulate and release sites for lithium ions. The positive electrode active material having a specific surface area of 10 m &lt; 2 &gt; / g or less can be easily handled in industrial production, and a satisfactory charge-discharge cycle performance can be ensured.

결착제는 정극 활물질과 집전체를 결착시키기 위하여 배합된다. 결착제의 예로서는, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVdF), 불소계 고무 등을 들 수 있다.The binder is compounded to bind the positive electrode active material and the current collector. Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), and fluorine-based rubber.

집전 성능을 높이고 또한 집전체와의 접촉 저항을 억제하기 위하여, 필요에 따라 도전제를 정극층에 배합할 수 있다. 도전제는, 예를 들어 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 흑연 등의 탄소 질물을 들 수 있다.A conductive agent may be added to the positive electrode layer as necessary in order to increase the current collection performance and to suppress the contact resistance with the current collector. Examples of the conductive agent include carbonaceous materials such as acetylene black, carbon black and graphite.

정극층에 있어서 정극 활물질 및 결착제의 배합 비율은, 정극 활물질은 80질량% 이상 98질량% 이하, 결착제는 2질량% 이상 20질량% 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다. 결착제의 양을 2질량% 이상으로 함으로써 충분한 전극 강도가 얻어진다. 또한 결착제의 양을 20질량% 이하로 함으로써 전극의 절연체 배합량을 감소시켜, 내부 저항을 감소시킬 수 있다.The mixing ratio of the positive electrode active material and the binder in the positive electrode layer is preferably in the range of 80 mass% or more and 98 mass% or less in the positive electrode active material and 2 mass% or more and 20 mass% or less in the binder. When the amount of the binder is 2 mass% or more, sufficient electrode strength can be obtained. Also, by setting the amount of the binder to 20 mass% or less, the amount of the insulator blended in the electrode can be reduced and the internal resistance can be reduced.

도전제를 첨가하는 경우에는, 정극 활물질, 결착제 및 도전제는 각각, 77질량% 이상 95질량% 이하, 2질량% 이상 20질량% 이하 및 3질량% 이상 15질량% 이하의 비율로 배합하는 것이 바람직하다. 도전제를 3질량% 이상의 양으로 함으로써 상술한 효과를 충분히 발휘할 수 있다. 또한 도전제를 15질량% 이하로 함으로써, 고온 보존 하에서의 정극 도전제 표면에서의 비수 전해질의 분해를 저감시킬 수 있다.When the conductive agent is added, the positive electrode active material, the binder and the conductive agent are mixed in a proportion of 77 mass% or more and 95 mass% or less, 2 mass% or more and 20 mass% or less and 3 mass% or more and 15 mass% or less, respectively . By setting the amount of the conductive agent to 3% by mass or more, the above-mentioned effects can be sufficiently exhibited. By setting the conductive agent to 15 mass% or less, it is possible to reduce the decomposition of the nonaqueous electrolyte on the surface of the positive electrode conductive agent under high temperature preservation.

정극 집전체는, 알루미늄박, 또는 Mg, Ti, Zn, Ni, Cr, Mn, Fe, Cu 및 Si로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 알루미늄 합금박인 것이 바람직하다.It is preferable that the positive electrode current collector is an aluminum alloy foil or an aluminum alloy foil containing at least one element selected from Mg, Ti, Zn, Ni, Cr, Mn, Fe, Cu and Si.

알루미늄박 또는 알루미늄 합금박의 두께는 5㎛ 이상 20㎛ 이하, 보다 바람직하게는 15㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 알루미늄박의 순도는 99질량% 이상이 바람직하다. 알루미늄박 또는 알루미늄 합금박에 포함되는 철, 구리, 니켈, 크롬 등의 전이 금속의 함유량은 1질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.The thickness of the aluminum foil or the aluminum alloy foil is preferably 5 占 퐉 or more and 20 占 퐉 or less, more preferably 15 占 퐉 or less. The purity of the aluminum foil is preferably 99% by mass or more. The content of transition metals such as iron, copper, nickel, and chromium contained in the aluminum foil or the aluminum alloy foil is preferably 1 mass% or less.

정극은, 예를 들어 정극 활물질, 결착제, 및 필요에 따라 배합되는 도전제를 적당한 용매에 현탁하여 슬러리를 조제하고, 이 슬러리를 정극 집전체에 도포하고 건조하여 정극층을 형성한 후, 프레스를 실시함으로써 제작된다.The positive electrode can be prepared by, for example, suspending a positive electrode active material, a binder, and a conductive agent, if necessary, in a suitable solvent to prepare a slurry, applying the slurry to the positive electrode current collector and drying the positive electrode layer, .

또한 정극은, 정극 활물질, 결착제 및 필요에 따라 배합되는 도전제를 펠릿형으로 형성하여 정극층으로 하고, 이를 정극 집전체 상에 배치하는 것에 의해서도 제작할 수도 있다.The positive electrode can also be produced by forming a positive electrode active material, a binder and a conductive agent to be mixed as required in a pellet form to form a positive electrode layer and placing it on the positive electrode current collector.

(3) 비수 전해질(3) Non-aqueous electrolyte

비수 전해질은, 예를 들어 전해질을 유기 용매에 용해시킴으로써 조제되는 액상 비수 전해질, 또는 액상 전해질과 고분자 재료를 복합화한 겔상 비수 전해질이어도 된다.The nonaqueous electrolyte may be, for example, a liquid nonaqueous electrolyte prepared by dissolving an electrolyte in an organic solvent, or a gelated nonaqueous electrolyte obtained by complexing a liquid electrolyte and a polymer material.

액상 비수 전해질은, 전해질을 0.5몰/ℓ 이상 2.5몰/ℓ 이하의 농도로 유기 용매에 용해시킨 것이면 바람직하다.The liquid nonaqueous electrolyte is preferably one in which the electrolyte is dissolved in an organic solvent at a concentration of 0.5 mol / L to 2.5 mol / L.

전해질의 예에는 과염소산리튬(LiClO4), 육불화인산리튬(LiPF6), 사불화붕산리튬(LiBF4), 육불화비소리튬(LiAsF6), 트리플루오로메탄술폰산리튬(LiCF3SO3), 비스트리플루오로메틸술포닐이미드리튬(LiN(CF3SO2)2)과 같은 리튬염 및 이들의 혼합물이 포함된다. 전해질은, 고전위에서도 산화되기 어려운 것이면 바람직하다. LiPF6이 가장 바람직하다.Examples of the electrolyte include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium arsenic fluoride (LiAsF 6 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ) , bis-trifluoromethyl sulfonyl imide lithium is included a lithium salt, and mixtures thereof such as (LiN (CF 3 SO 2) 2). The electrolyte is preferable as long as it is difficult to oxidize even at a high temperature. LiPF 6 is most preferred.

유기 용매의 예로서는, 프로필렌카르보네이트(PC), 에틸렌카르보네이트(EC) 및 비닐렌카르보네이트와 같은 환상 카르보네이트, 디에틸카르보네이트(DEC), 디메틸카르보네이트(DMC) 및 메틸에틸카르보네이트(MEC)와 같은 쇄상 카르보네이트, 테트라히드로푸란(THF), 2메틸테트라히드로푸란(2MeTHF) 및 디옥솔란(DOX)과 같은 환상 에테르, 디메톡시에탄(DME) 및 디에톡시에탄(DEE)과 같은 쇄상 에테르, γ-부티로락톤(GBL), 아세토니트릴(AN) 및 술포란(SL)이 포함된다. 이들 유기 용매는 단독으로, 또는 혼합 용매로서 사용할 수 있다.Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC) and vinylene carbonate, diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC) Chain carbonates such as methyl ethyl carbonate (MEC), cyclic ethers such as tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran (2MeTHF) and dioxolane (DOX), dimethoxyethane (DME) and diethoxy (DEE),? -Butyrolactone (GBL), acetonitrile (AN), and sulfolane (SL). These organic solvents can be used singly or as a mixed solvent.

고분자 재료의 예에는 폴리불화비닐리덴(PVdF), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리에틸렌옥시드(PEO)가 포함된다.Examples of the polymer material include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), and polyethylene oxide (PEO).

또는 비수 전해질에는, 리튬 이온을 함유한 상온 용융염(이온성 융체), 고분자 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등을 사용해도 된다.(Ionic flame) containing a lithium ion, a polymer solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, or the like may be used for the nonaqueous electrolyte.

상온 용융염(이온성 융체)은, 유기물 양이온과 음이온의 조합을 포함하는 유기 염 중, 상온(15 내지 25℃)에서 액체로서 존재할 수 있는 화합물을 가리킨다. 상온 용융염에는, 단체이고 액체로서 존재하는 상온 용융염, 전해질과 혼합시킴으로써 액체로 되는 상온 용융염, 유기 용매에 용해시킴으로써 액체로 되는 상온 용융염이 포함된다. 일반적으로 비수 전해질 전지에 사용되는 상온 용융염의 융점은 25℃ 이하이다. 또한 유기물 양이온은 일반적으로 4급 암모늄 골격을 갖는다.A room temperature molten salt (ionic flame) refers to a compound that can exist as a liquid at room temperature (15 to 25 ° C) in an organic salt containing a combination of an organic cation and an anion. The room temperature molten salt includes a room temperature molten salt existing as a single liquid, a room temperature molten salt to be mixed with an electrolyte, and a room temperature molten salt to be dissolved in an organic solvent. Generally, the melting point of a room temperature molten salt used in a non-aqueous electrolyte cell is 25 占 폚 or less. Organic cations also generally have a quaternary ammonium skeleton.

고분자 고체 전해질은, 전해질을 고분자 재료에 용해시키고 고체화함으로써 조제된다.The polymer solid electrolyte is prepared by dissolving the electrolyte in a polymer material and solidifying it.

무기 고체 전해질은 리튬 이온 전도성을 갖는 고체 물질이다.The inorganic solid electrolyte is a solid material having lithium ion conductivity.

(4) 세퍼레이터(4) Separator

세퍼레이터는, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 셀룰로오스, 또는 폴리불화비닐리덴(PVdF)을 포함하는 다공질 필름, 또는 합성 수지제 부직포로 형성되어도 된다. 그 중에서도, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 형성된 다공질 필름은, 일정 온도에서 용융되어 전류를 차단하는 것이 가능하기 때문에 안전성을 향상시킬 수 있다.The separator may be formed of, for example, a porous film containing polyethylene, polypropylene, cellulose, or polyvinylidene fluoride (PVdF), or a nonwoven fabric made of a synthetic resin. Among them, the porous film formed of polyethylene or polypropylene can be melted at a constant temperature to cut off current, so that safety can be improved.

(5) 외장 부재(5)

외장 부재로서는, 예를 들어 두께 0.5㎜ 이하의 라미네이트 필름 또는 두께 1㎜ 이하의 금속제 용기를 사용할 수 있다. 라미네이트 필름의 두께는 0.2㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다. 금속제 용기는 두께 0.5㎜ 이하인 것이 보다 바람직하고, 두께 0.2㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하다.As the exterior member, for example, a laminate film having a thickness of 0.5 mm or less or a metallic container having a thickness of 1 mm or less can be used. The thickness of the laminated film is more preferably 0.2 mm or less. More preferably, the metal container has a thickness of 0.5 mm or less, and more preferably 0.2 mm or less.

외장 부재의 형상의 예로서는, 편평형(박형), 각형, 원통형, 코인형, 버튼형 등을 들 수 있다. 외장 부재는 전지 치수에 따라, 예를 들어 휴대용 전자 기기 등에 적재되는 소형 전지용 외장 부재, 2륜 내지 4륜 자동차 등에 적재되는 대형 전지용 외장 부재여도 된다.Examples of the shape of the exterior member include flat (thin), square, cylindrical, coin, button, and the like. The sheathing member may be an outer sheath member for a small-sized battery or an outer sheath member for a large-sized battery to be loaded on, for example, a two-wheeled or four-wheeled vehicle, depending on the battery dimension.

라미네이트 필름은, 수지층 사이에 금속층이 개재된 다층 필름을 사용할 수 있다. 금속층은, 경량화를 위하여 알루미늄박 또는 알루미늄 합금박이 바람직하다. 수지층은, 예를 들어 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 고분자 재료를 사용할 수 있다. 라미네이트 필름은, 열 융착에 의하여 시일을 행하여 외장 부재의 형상으로 성형할 수 있다.As the laminate film, a multilayer film in which a metal layer is interposed between resin layers can be used. The metal layer is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil for light weight. As the resin layer, a polymer material such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, polyethylene terephthalate (PET) or the like can be used. The laminated film can be formed into a shape of an exterior member by performing sealing by thermal fusion.

금속제 용기는, 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등으로 형성할 수 있다. 알루미늄 합금으로서는, 마그네슘, 아연, 규소 등의 원소를 포함하는 합금이 바람직하다. 합금 중에 철, 구리, 니켈, 크롬 등의 전이 금속을 포함하는 경우, 그 함유량은 1질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의하여, 고온 환경 하에서의 장기 신뢰성 및 방열성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.The metal container may be formed of, for example, aluminum or an aluminum alloy. As the aluminum alloy, alloys containing elements such as magnesium, zinc, and silicon are preferable. When the alloy contains a transition metal such as iron, copper, nickel or chromium, the content thereof is preferably 1% by mass or less. Thus, the long-term reliability and heat radiation under high temperature environment can be dramatically improved.

(6) 정극 단자 및 부극 단자(6) Positive and negative terminals

부극 단자는, 상술한 부극 활물질의 Li 흡장 방출 전위에서 전기 화학적으로 안정되고, 또한 도전성을 구비하는 재료로 형성할 수 있다. 구체적으로는, 구리, 니켈, 스테인레스 또는 알루미늄을 들 수 있다. 접촉 저항을 저감시키기 위하여 부극 집전체와 마찬가지의 재료가 바람직하다.The negative electrode terminal can be formed of a material that is electrochemically stable and has conductivity at the Li intercalation / deactivation potential of the above-described negative electrode active material. Specifically, copper, nickel, stainless steel or aluminum can be mentioned. In order to reduce the contact resistance, a material similar to that of the negative electrode collector is preferable.

정극 단자는, 리튬 이온 금속에 대한 전위가 3V 이상 5V 이하, 바람직하게는 3V 이상 4.25V 이하의 범위에 있어서의 전기적 안정성과 도전성을 구비하는 재료로 형성할 수 있다. 구체적으로는, Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, Si 등의 원소를 포함하는 알루미늄 합금, 알루미늄을 들 수 있다. 접촉 저항을 저감시키기 위하여 정극 집전체와 마찬가지의 재료가 바람직하다.The positive electrode terminal can be formed of a material having electric stability and conductivity in the range of 3V to 5V, preferably 3V to 4.25V, relative to the lithium ion metal. Specifically, examples include aluminum alloys containing elements such as Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu and Si, and aluminum. In order to reduce the contact resistance, a material similar to that of the positive electrode collector is preferable.

다음으로, 제2 실시 형태에 따른 비수 전해질 전지의 일례를, 도 10 및 도 11을 참조하면서 보다 구체적으로 설명한다.Next, an example of the nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment will be described more specifically with reference to Figs. 10 and 11. Fig.

도 10은 제2 실시 형태에 따른 일례의 비수 전해질 전지의 개략 단면도이다. 도 11은 도 10의 A부의 확대도이다.10 is a schematic cross-sectional view of an example non-aqueous electrolyte cell according to the second embodiment. 11 is an enlarged view of part A in Fig.

도 10에 도시하는 편평형 비수 전해질 전지(10)는, 편평형 권회 전극 군(1) 및 이를 수납한 주머니형 외장 부재(2)를 구비하고 있다. 주머니형 외장 부재(2)는, 2매의 수지 필름의 사이에 금속층을 개재시킨 라미네이트 필름을 포함한다.The flat non-aqueous electrolyte battery 10 shown in Fig. 10 has a flat-shaped wound electrode group 1 and a bag-shaped sheath member 2 accommodating the same. The bag-shaped sheathing member 2 includes a laminated film in which a metal layer is interposed between two resin films.

편평형 권회 전극 군(1)은, 외측으로부터 부극(3), 세퍼레이터(4), 정극(5), 세퍼레이터(4)의 순으로 적층한 적층물을 소용돌이형으로 권회하고 프레스 성형함으로써 형성된다. 최외층의 부극(3)은, 도 11에 도시한 바와 같이 부극 집전체(3a)의 내면측의 편면에 부극층(3b)을 형성한 구성을 갖고, 그 외의 부극(3)은, 부극 집전체(3a)의 양면에 부극층(3b)을 형성하여 구성되어 있다. 정극(5)은, 정극 집전체(5a)의 양면에 정극층(5b)를 형성하여 구성되어 있다.The flat wound electrode group 1 is formed by spirally winding a laminate stacked in the order of the negative electrode 3, the separator 4, the positive electrode 5 and the separator 4 from the outside and press-molding them. The negative electrode 3 in the outermost layer has a structure in which the negative electrode layer 3b is formed on one surface on the inner surface side of the negative electrode collector 3a as shown in Fig. And the negative electrode layer 3b is formed on both sides of the whole body 3a. The positive electrode 5 is formed by forming a positive electrode layer 5b on both surfaces of a positive electrode current collector 5a.

권회 전극 군(1)의 외주 단부 근방에 있어서, 부극 단자(6)는 최외층의 부극(3)의 부극 집전체(3a)에 접속되고, 정극 단자(7)는 내측의 정극(5)의 정극 집전체(5a)에 접속되어 있다. 이 부극 단자(6) 및 정극 단자(7)는 주머니형 외장 부재(2)의 개구부로부터 외부로 연장되어 있다. 예를 들어 액상 비수 전해질은 주머니형 외장 부재(2)의 개구부로부터 주입되어 있다. 주머니형 외장 부재(2)의 개구부를 부극 단자(6) 및 정극 단자(7)로 물어서 히트 시일함으로써, 권회 전극 군(1) 및 액상 비수 전해질을 완전 밀봉하고 있다.The negative electrode terminal 6 is connected to the negative electrode collector 3a of the negative electrode 3 on the outermost layer and the positive electrode terminal 7 is connected to the positive electrode 5 on the inner side of the wound electrode group 1, And is connected to the positive electrode current collector 5a. The negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 extend outward from the opening of the bag-shaped sheathing member 2. For example, the liquid non-aqueous electrolyte is injected from the opening of the bag-shaped sheathing member 2. [ The wound electrode assembly 1 and the liquid nonaqueous electrolyte are completely sealed by interposing the openings of the bag-shaped sheathing member 2 with the negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 and sealing the heat.

제2 실시 형태에 따른 비수 전해질 전지는, 상술한 도 10 및 도 11에 도시하는 구성의 것에 한하지 않으며, 예를 들어 도 12 및 도 13에 도시하는 구성을 가질 수도 있다.The nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment is not limited to the configurations shown in Figs. 10 and 11 described above, and may have the configurations shown in Figs. 12 and 13, for example.

도 12는, 제2 실시 형태에 따른 다른 예의 비수 전해질 전지를 모식적으로 도시하는 일부 절결 사시도이다. 도 13은 도 12의 B부의 확대도이다.12 is a partially cutaway perspective view schematically showing a non-aqueous electrolyte battery according to another example of the second embodiment. 13 is an enlarged view of a portion B in Fig.

도 12 및 도 13에 도시하는 편평형 비수 전해질 전지(10)는, 적층형 전극 군(11)과, 이를 수용한 외장 부재(12)를 구비하고 있다. 외장 부재(12)는, 2매의 수지 필름의 사이에 금속층을 개재시킨 라미네이트 필름을 포함한다.The flat non-aqueous electrolyte cell 10 shown in Figs. 12 and 13 includes a stacked electrode assembly 11 and an outer member 12 accommodating the same. The exterior member 12 includes a laminated film in which a metal layer is interposed between two resin films.

적층형 전극 군(11)은, 도 13에 도시한 바와 같이 정극(13)과 부극(14)을, 그 사이에 세퍼레이터(15)를 개재시키면서 교대로 적층한 구조를 갖는다. 정극(13)은 복수 매 존재하며, 각각이, 집전체(13a)와, 집전체(13a)의 양면에 담지된 정극 활물질 함유층(13b)을 구비한다. 부극(14)은 복수 매 존재하며, 각각이, 집전체(14a)와, 집전체(14a)의 양면에 담지된 부극 활물질 함유층(14b)을 구비한다. 각 부극(14)의 집전체(14a)는 1변이 정극(13)으로부터 돌출되어 있다. 돌출된 집전체(14a)는 띠형 부극 단자(16)에 전기적으로 접속되어 있다. 띠형 부극 단자(16)의 선단부는 외장 부재(12)로부터 외부로 인출되어 있다. 또한 도시하지 않지만, 정극(13)의 집전체(13a)는, 집전체(14a)의 돌출 변과 반대측에 위치하는 변이 부극(14)으로부터 돌출되어 있다. 부극(14)으로부터 돌출된 집전체(13a)는 띠형 정극 단자(17)에 전기적으로 접속되어 있다. 띠형 정극 단자(17)의 선단부는 부극 단자(16)와는 반대측에 위치하며, 외장 부재(12)의 변으로부터 외부로 인출되어 있다.The stacked electrode assembly 11 has a structure in which the positive electrode 13 and the negative electrode 14 are alternately stacked with a separator 15 interposed therebetween as shown in Fig. A plurality of positive electrodes 13 are present and each includes a current collector 13a and a positive electrode active material containing layer 13b supported on both surfaces of the current collector 13a. A plurality of negative electrodes 14 are present and each includes a current collector 14a and a negative electrode active material containing layer 14b supported on both surfaces of the current collector 14a. One side of the current collector 14a of each negative electrode 14 protrudes from the positive electrode 13. The protruding current collector 14a is electrically connected to the strip negative terminal 16. The tip end portion of the band-shaped negative electrode terminal 16 is drawn out from the exterior member 12 to the outside. Although not shown, the current collector 13a of the positive electrode 13 protrudes from the negative electrode 14 located on the side opposite to the protruding side of the current collector 14a. The current collector 13a protruded from the negative electrode 14 is electrically connected to the band-shaped positive electrode terminal 17. [ The tip end portion of the band-shaped positive electrode terminal 17 is located on the side opposite to the negative electrode terminal 16 and is drawn out from the side of the outer casing member 12 to the outside.

제2 실시 형태에 따른 비수 전해질 전지는, 제1 실시 형태에 따른 전지용 활물질을 포함하고 있으므로, 우수한 입출력 특성 및 우수한 사이클 특성을 나타낼 수 있다.Since the nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment includes the battery active material according to the first embodiment, excellent input-output characteristics and excellent cycle characteristics can be exhibited.

(제3 실시 형태)(Third Embodiment)

제3 실시 형태에 의하면 전지 팩이 제공된다. 이 전지 팩은, 제2 실시 형태에 따른 비수 전해질 전지를 포함한다.According to the third embodiment, a battery pack is provided. This battery pack includes the nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment.

제3 실시 형태에 따른 전지 팩은 복수의 비수 전해질 전지를 구비할 수도 있다. 복수의 비수 전해질 전지는 전기적으로 직렬로 접속할 수도 있고, 또는 전기적으로 병렬로 접속할 수도 있다. 또는 복수의 비수 전해질 전지를 직렬 및 병렬의 조합으로 접속할 수도 있다.The battery pack according to the third embodiment may have a plurality of non-aqueous electrolyte batteries. The plurality of nonaqueous electrolyte batteries may be electrically connected in series or electrically connected in parallel. Or a plurality of non-aqueous electrolyte batteries may be connected in a serial and parallel combination.

이하에, 제3 실시 형태에 따른 전지 팩의 일례를, 도 14 및 도 15를 참조하면서 설명한다.Hereinafter, an example of the battery pack according to the third embodiment will be described with reference to Figs. 14 and 15. Fig.

도 14는 제3 실시 형태에 따른 일례의 전지 팩의 분해 사시도이다. 도 15는 도 14의 전지 팩의 전기 회로를 도시하는 블록도이다.14 is an exploded perspective view of an example battery pack according to the third embodiment. 15 is a block diagram showing an electric circuit of the battery pack of Fig.

도 14 및 도 15에 도시하는 전지 팩(20)은, 복수 개의 단전지(21)를 구비한다. 단전지(21)는, 도 10 및 도 11을 참조하면서 설명한 제2 실시 형태에 따른 일례의 편평형 비수 전해질 전지이다.The battery pack 20 shown in Figs. 14 and 15 includes a plurality of unit cells 21. As shown in Fig. The unit cell 21 is an example flattened non-aqueous electrolyte battery according to the second embodiment described with reference to Figs. 10 and 11. Fig.

복수의 단전지(21)는, 외부로 연장된 부극 단자(6) 및 정극 단자(7)가 동일한 방향으로 정렬되도록 적층되고 점착 테이프(22)로 체결됨으로써, 조전지(23)를 구성하고 있다. 이 단전지(21)는, 도 15에 도시한 바와 같이 서로 전기적으로 직렬로 접속되어 있다.The plurality of unit cells 21 are stacked so that the negative terminal 6 and the positive electrode terminal 7 extending outward are aligned in the same direction and are fastened with the adhesive tape 22 to constitute the battery module 23 . The unit cells 21 are electrically connected to each other in series as shown in Fig.

프린트 배선 기판(24)는, 단전지(21)의 부극 단자(6) 및 정극 단자(7)가 연장되는 측면에 대향하여 배치되어 있다. 프린트 배선 기판(24)에는, 도 15에 도시한 바와 같이 서미스터(25), 보호 회로(26) 및 외부 기기에의 통전용 단자(27)가 탑재되어 있다. 또한 조전지(23)와 대향하는 프린트 배선 기판(24)의 면에는, 조전지(23)의 배선과 불필요한 접속을 회피하기 위하여 절연판(도시하지 않음)이 설치되어 있다.The printed wiring board 24 is arranged so as to face the side surface of the unit cell 21 where the negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 extend. 15, a thermistor 25, a protection circuit 26, and an energizing terminal 27 to an external device are mounted on the printed wiring board 24. As shown in Fig. An insulating plate (not shown) is provided on the surface of the printed wiring board 24 facing the battery module 23 in order to avoid unnecessary connection with the wiring of the battery module 23.

정극측 리드(28)는, 조전지(23)의 최하층에 위치하는 정극 단자(7)에 접속되고, 그 선단부는 프린트 배선 기판(24)의 정극측 커넥터(29)에 삽입되어 전기적으로 접속되어 있다. 부극측 리드(30)는, 조전지(23)의 최상층에 위치하는 부극 단자(6)에 접속되고, 그 선단부는 프린트 배선 기판(24)의 부극측 커넥터(31)에 삽입되어 전기적으로 접속되어 있다. 이들 커넥터(29 및 31)는, 프린트 배선 기판(24)에 형성된 배선(32 및 33)을 통하여 보호 회로(26)에 접속되어 있다.The positive electrode lead 28 is connected to the positive electrode terminal 7 positioned at the lowermost layer of the assembled battery 23 and the leading end thereof is inserted into the positive electrode connector 29 of the printed wiring board 24 and electrically connected thereto have. The negative electrode side lead 30 is connected to the negative electrode terminal 6 located on the uppermost layer of the assembled battery 23 and its tip end portion is inserted and electrically connected to the negative electrode side connector 31 of the printed wiring board 24 have. These connectors 29 and 31 are connected to the protection circuit 26 through the wirings 32 and 33 formed on the printed wiring board 24.

서미스터(25)는 단전지(21)의 온도를 검출하고, 그 검출 신호는 보호 회로(26)에 송신된다. 보호 회로(26)는, 소정의 조건에서 보호 회로(26)와 외부 기기로의 통전용 단자(27) 사이의 플러스측 배선(34a) 및 마이너스측 배선(34b)을 차단할 수 있다. 소정의 조건의 일례란, 예를 들어 서미스터(25)의 검출 온도가 소정 온도 이상으로 되었을 때이다. 또한 소정의 조건의 다른 예란, 예를 들어 단전지(21)의 과충전, 과방전, 과전류 등을 검출했을 때이다. 이 과충전 등의 검출은, 개개의 단전지(21) 또는 조전지(23) 전체에 대하여 행해진다. 개개의 단전지(21)를 검출하는 경우, 전지 전압을 검출해도 되고, 정극 전위 또는 부극 전위를 검출해도 된다. 후자의 경우, 개개의 단전지(21) 내에 참조극으로서 사용하는 리튬 전극이 삽입된다. 도 14 및 도 15의 전지 팩(20)의 경우, 단전지(21) 각각에 전압 검출을 위한 배선(35)이 접속되어 있다. 이들 배선(35)을 통하여 검출 신호가 보호 회로(26)에 송신된다.The thermistor 25 detects the temperature of the unit cell 21, and the detection signal is transmitted to the protection circuit 26. The protection circuit 26 can cut off the positive side wiring 34a and the negative side wiring 34b between the protection circuit 26 and the transmission terminal 27 to the external device under a predetermined condition. An example of a predetermined condition is when, for example, the detection temperature of the thermistor 25 is equal to or higher than a predetermined temperature. Further, another example of a predetermined condition is when, for example, overcharge, overdischarge, overcurrent, or the like of the unit cell 21 is detected. Detection of the overcharging or the like is performed for the entire single cell 21 or the whole battery module 23. When detecting the individual unit cells 21, the battery voltage may be detected, or the positive electrode potential or the negative electrode potential may be detected. In the latter case, a lithium electrode to be used as a reference electrode is inserted in the individual unit cell 21. In the case of the battery pack 20 shown in Figs. 14 and 15, wirings 35 for voltage detection are connected to the unit cells 21, respectively. A detection signal is transmitted to the protection circuit 26 through these wirings 35. [

정극 단자(7) 및 부극 단자(6)가 돌출된 측면을 제외한 조전지(23)의 3측면에는, 고무 또는 수지를 포함하는 보호 시트(36)가 각각 배치되어 있다.A protective sheet 36 made of rubber or resin is disposed on each of three side surfaces of the battery module 23 except the side where the positive electrode terminal 7 and the negative electrode terminal 6 protrude.

조전지(23)는, 각 보호 시트(36) 및 프린트 배선 기판(24)과 함께 수납 용기(37) 내에 수납된다. 즉, 수납 용기(37)의 긴 변 방향의 양쪽의 내측면과 짧은 변 방향의 내측면 각각에 보호 시트(36)가 배치되고, 짧은 변 방향의 반대측의 내측면에 프린트 배선 기판(24)이 배치된다. 조전지(23)는, 보호 시트(36) 및 프린트 배선 기판(24)으로 둘러싸인 공간 내에 위치한다. 덮개(38)는 수납 용기(37)의 상면에 설치되어 있다.The battery pack 23 is accommodated in the storage container 37 together with the protective sheet 36 and the printed wiring board 24. That is, the protective sheet 36 is disposed on each of the inner side surfaces in both the long side direction and the short side direction of the storage container 37, and the printed wiring board 24 is provided on the inner side opposite to the short side direction . The assembled battery 23 is placed in a space surrounded by the protective sheet 36 and the printed wiring board 24. The lid 38 is provided on the upper surface of the storage container 37.

또한 조전지(23)의 고정에는 점착 테이프(22) 대신 열수축 테이프를 사용해도 된다. 이 경우, 조전지의 양측면에 보호 시트를 배치하고 열수축 튜브를 주회시킨 후, 열수축 튜브를 열수축시켜 조전지를 결속시킨다.Further, a heat-shrinkable tape may be used in place of the adhesive tape 22 for fixing the battery module 23. In this case, a protective sheet is disposed on both sides of the assembled battery and the heat-shrinkable tube is circulated around the heat-shrinkable tube, and then the heat-shrinkable tube is heat shrunk to bind the assembled battery.

도 14 및 도 15에서는 단전지(21)를 직렬 접속한 형태를 도시하였지만, 전지 용량을 증대시키기 위해서는 병렬로 접속해도 된다. 조립한 전지 팩을 직렬 및/또는 병렬로 접속할 수도 있다.Although FIGS. 14 and 15 show the case where the unit cells 21 are connected in series, they may be connected in parallel to increase the battery capacity. The assembled battery packs may be connected in series and / or in parallel.

또한 제3 실시 형태에 따른 전지 팩의 형태는 용도에 따라 적절히 변경된다. 제3 실시 형태에 따른 전지 팩의 용도로서는, 대전류 특성에서의 사이클 특성이 요망되는 것이 바람직하다. 구체적인 용도로서는, 디지털 카메라의 전원용이나, 2륜 내지 4륜 하이브리드 전기 자동차, 2륜 내지 4륜 전기 자동차, 어시스트 자전거 등의 차량 탑재용을 들 수 있다. 제3 실시 형태에 따른 전지 팩은, 특히 차량 탑재용이 적합하다.The shape of the battery pack according to the third embodiment may be appropriately changed according to the use. As the use of the battery pack according to the third embodiment, it is desirable that the cycle characteristics in the large current characteristics are desired. Specific examples of applications include power sources for digital cameras, vehicles mounted on two- or four-wheel hybrid electric vehicles, two- or four-wheel electric vehicles, and assisted bicycles. The battery pack according to the third embodiment is particularly suitable for mounting on a vehicle.

제3 실시 형태에 따른 전지 팩은, 제2 실시 형태에 따른 비수 전해질 전지를 구비하고 있으므로, 우수한 입출력 특성 및 우수한 사이클 특성을 나타낼 수 있다.Since the battery pack according to the third embodiment includes the nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment, it can exhibit excellent input / output characteristics and excellent cycle characteristics.

[실시예][Example]

이하에 실시예를 설명하지만, 본 발명의 주 요지를 뛰어넘지 않는 한, 본 발명은 이하에 기재되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.EXAMPLES Hereinafter, examples will be described, but the present invention is not limited to the examples described below unless it goes beyond the gist of the present invention.

(실시예)(Example)

<단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물의 조제>&Lt; Preparation of single crystal niobium titanium composite oxide &

실시예에서는 이하의 수순에 따라 활물질을 조제하였다.In the examples, an active material was prepared according to the following procedure.

출발 원료로서, 1㏖/ℓ의 황산티타닐 희황산 용액과, 2㏖/ℓ의 염화니오븀의에탄올 용액을 사용하였다. 양자를 혼합하여, 수산화물 등의 이물의 석출이 없는 투명한 혼합 용액을 얻었다.As a starting material, a titanyl sulfuric acid sulfuric acid solution of 1 mol / l and an ethanol solution of 2 mol / l of niobium chloride were used. Both were mixed to obtain a transparent mixed solution free from precipitation of foreign matters such as hydroxides.

다음으로, 이 혼합 용액에, 교반하면서 암모니아수를 적하하였다. 이와 같이 하여 백색 침전물을 얻었다. 얻어진 침전물을 순수로 세정하고 여과한 후, 80℃의 히터로 건조시켰다. 건조 후에 얻어진 물질을 막자사발로 분쇄하여 응집을 해제하였다. 이와 같이 하여 전구체 분말을 얻었다.Next, ammonia water was added dropwise to this mixed solution with stirring. Thus, a white precipitate was obtained. The obtained precipitate was washed with pure water, filtered, and then dried with a heater at 80 ° C. The material obtained after drying was ground with a mortar to release the aggregation. Thus, a precursor powder was obtained.

이와 같이 하여 얻어진 전구체 분말을 승온 속도 30℃/min으로 1100℃까지 승온하고, 1시간 대기 중에서 소성을 행하였다. 그 후, 다시 막자사발로 분쇄하였다. 이와 같이 하여 활물질 분말을 얻었다.The precursor powder thus obtained was heated to 1100 占 폚 at a heating rate of 30 占 폚 / min and fired in air for 1 hour. Thereafter, it was ground again into a bowl. Thus, an active material powder was obtained.

얻어진 활물질 분말은, ICP분석에 의하여 비 Nb/Ti가 2인 것을 알 수 있었다. 또한 얻어진 활물질 분말을 XRD 측정한 결과, 단사정형 Nb2TiO7상에 귀속되는 피크가 검출되었다.The active material powder obtained was found to have a ratio of Nb / Ti of 2 by ICP analysis. As a result of XRD measurement of the obtained active material powder, a peak belonging to the monoclinic Nb 2 TiO 7 phase was detected.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

상기와 같이 하여 얻어진 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물 분말의 일부를 비교예 1의 활물질로 하였다. 이 비교예 1의 활물질과, 도전 보조제로서의 아세틸렌 블랙과, 결착제로서의 폴리불화비닐리덴(PVdF)을 N-메틸피롤리돈(NMP)에 투입하여, 슬러리를 얻었다. 이때, 비교예 1의 활물질:아세틸렌 블랙:PVdF의 질량비를 100:5:5로 하였다. 도전 보조제 10중량부 이상 및 바인더 10중량부 이상을 더 넣음으로써, 활물질 충방전 시의 체적 변화에 의한 도전 패스가 상실되는 것을 억제할 수 있지만, 여기서는 표면 환원층의 효용을 확인하기 위하여 도전재와 바인더의 양을 약간 적게 하였다.A part of the monoclinic niobium titanium composite oxide powder obtained as described above was used as the active material of Comparative Example 1. Acetylene black as a conductive auxiliary agent and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were added to N-methylpyrrolidone (NMP) to obtain an active material of Comparative Example 1, thereby obtaining a slurry. At this time, the mass ratio of the active material: acetylene black: PVdF of Comparative Example 1 was set to 100: 5: 5. It is possible to suppress the loss of the conductive path due to the volume change at the time of charging / discharging of the active material by further inserting at least 10 parts by weight of the conductive auxiliary agent and at least 10 parts by weight of the binder. In order to confirm the utility of the surface reducing layer, The amount of the binder was slightly decreased.

이와 같이 하여 얻어진 슬러리를 두께가 12㎛인 알루미늄박인 집전체의 편면에 도포하여 도막을 건조시키고, 그 후 프레스에 제공하였다. 이와 같이 하여 전극 단위 면적당 중량이 25g/㎡인 전극을 제작하였다.The thus obtained slurry was applied to one surface of a current collector made of aluminum foil having a thickness of 12 占 퐉 to dry the coated film, and then the coating was provided to a press. Thus, an electrode having a weight per electrode unit area of 25 g / m 2 was produced.

<시험용 셀의 제작><Fabrication of Test Cell>

이와 같이 하여 제작한 전극을 작용극으로서 사용하고, 대향 전극 및 참조극으로서 Li 금속을 사용하여, 3극식 비커 셀을 아르곤 분위기 하에서 제작하였다.The thus fabricated electrode was used as a working electrode, and a Li-metal was used as a counter electrode and a reference electrode, and a triple-pole type beaker cell was fabricated under an argon atmosphere.

한편, 비수 전해질을, 에틸렌카르보네이트(EC)와 디에틸카르보네이트(DEC)를 체적비 1:2로 섞은 혼합 용매에 LiTFSI 지지염을 1㏖/ℓ 용해시킴으로써 조제하였다. 이 비수 전해질을, 먼저 제작한 3극식 비커 셀에 아르곤 분위기 하에서 주입하여, 비교예 1의 시험용 셀을 제작하였다.On the other hand, the non-aqueous electrolyte was prepared by dissolving 1 mol / L LiTFSI supported salt in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 1: 2. This non-aqueous electrolyte was injected into the triple-pole beaker cell prepared earlier under an argon atmosphere to prepare a test cell of Comparative Example 1. [

(실시예 1 및 2)(Examples 1 and 2)

실시예 1 및 2에서는, 이하의 수순에 따라 실시예 1 및 2의 활물질을 조제하였다.In Examples 1 and 2, the active materials of Examples 1 and 2 were prepared according to the following procedure.

우선, 먼저 조제한 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물 분말의 다른 일부를 다시 둘로 나누었다.First, another part of the single-crystal shaped niobium-titanium composite oxide powder prepared earlier was again divided into two parts.

둘로 나눈 분말 각각을, 전기로에 있어서 Ar-H2(3%)의 분위기 하에서 900℃에서의 열처리에 제공하여, 실시예 1 및 2의 활물질을 각각 얻었다. 실시예 1의 활물질은 30분의 열처리에 제공한 것이다. 실시예 2의 활물질은 60분의 열처리에 제공한 것이다.Each of the two powders was subjected to a heat treatment at 900 캜 under an atmosphere of Ar-H 2 (3%) in an electric furnace to obtain the active materials of Examples 1 and 2, respectively. The active material of Example 1 was provided for 30 minutes of heat treatment. The active material of Example 2 was provided for 60 minutes of heat treatment.

실시예 1 및 실시예 2의 각각의 활물질의 일부를 사용하여, 비교예 1과 마찬가지의 수순으로 실시예 1 및 실시예 2의 시험용 셀을 제작하였다.Test cells of Examples 1 and 2 were prepared in the same manner as in Comparative Example 1, using a part of each of the active materials of Example 1 and Example 2. [

<도전율의 측정>&Lt; Measurement of conductivity &

실시예 1 및 2 및 비교예 1의 활물질에 대하여, 활물질에 가하는 압력과 도전율의 관계를 조사하였다. 구체적으로는 이하와 같이 행하였다. 얻은 활물질을 칭량하여(여기서는 1.5g), 분체 저항 측정 시스템에 도입하였다. 분체층을 압축하여, 저저항의 경우, 4탐침법에 의하여 정전류 인가 방식으로 상이한 압력 시의 저항률을 측정하였다. 고저항의 경우, 2중 링 프로브법에 의하여 정전압 인가 방식으로 측정하였다. 그 결과를 도 16에 나타낸다.With respect to the active materials of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, the relationship between the pressure applied to the active material and the conductivity was examined. Specifically, the following procedure was performed. The obtained active material was weighed (here, 1.5 g) and introduced into a powder resistance measuring system. The powder layer was compressed, and in the case of low resistance, the resistivity at different pressures was measured by a constant current application method by the four probe method. In the case of high resistance, it was measured by a constant voltage application method by a double ring probe method. The results are shown in Fig.

도 16으로부터, 실시예 1 및 실시예 2의 활물질은 비교예 1의 활물질보다도 훨씬 도전성이 높은 것을 알 수 있었다.From Fig. 16, it is found that the active materials of Examples 1 and 2 are much higher in conductivity than the active material of Comparative Example 1. [

<첫 회 충방전 시험><Charging and discharging test for the first time>

실시예 1 및 2 및 비교예 1의 시험용 셀을 사용하여, 이하의 수순으로 첫 회 충방전 시험을 행하였다. 먼저, 0.2C레이트의 정전류로 1.0V까지 충전하였다. 이후, 1.0V의 저전압에서 10시간 유지하고, 이어서 10분 충전을 해방하였다. 그 후, 0.2C레이트로 3.0V까지 방전하였다. 이 충방전 조건에서, 실시예 1 및 2의 시험용 셀과 비교예 1의 시험용 셀에 대한 첫 회 충방전을 행하였다.Using the test cells of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, the first charge-discharge test was carried out in the following procedure. First, the battery was charged to 1.0 V at a constant current of 0.2C. Thereafter, the battery was maintained at a low voltage of 1.0 V for 10 hours, and then discharged for 10 minutes. Thereafter, the battery was discharged to 3.0V at a rate of 0.2C. Under this charge-discharge condition, the test cells of Examples 1 and 2 and the test cell of Comparative Example 1 were charged and discharged for the first time.

실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 시험용 셀의 첫 회 충방전 커브를 도 17에 나타낸다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 시험용 셀은 마찬가지의 첫 회 충방전 커브를 나타내었다.The first charge / discharge curve of the test cell of Example 1, Example 2 and Comparative Example 1 is shown in Fig. As shown in Fig. 17, the test cells of Example 1, Example 2 and Comparative Example 1 showed the same first charge / discharge curve.

(실시예 3 내지 6)(Examples 3 to 6)

실시예 3 내지 6에서는, 이하의 수순에 따라 실시예 3 내지 6의 활물질을 조제하였다.In Examples 3 to 6, the active materials of Examples 3 to 6 were prepared according to the following procedure.

우선, 먼저 조제한 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물 분말의 또 다른 일부를 다시 4개로 나누었다.First, another part of the monoclinic niobium titanium composite oxide powder prepared earlier was divided into four parts again.

4개로 나눈 분말을, 온도 및 시간을 변경한 것 이외에는 실시예 1 및 2와 마찬가지로 열처리에 제공하였다. 실시예 3에서는, 열처리를 950℃에서 30분간 행하였다. 실시예 4에서는, 열처리를 950℃에서 60분간 행하였다. 실시예 5에서는, 열처리를 1000℃에서 30분간 행하였다. 실시예 6에서는, 열처리를 1000℃에서 60분간 행하였다. 이와 같이 하여 실시예 3 내지 6의 활물질을 각각 얻었다.Powder divided into four pieces was subjected to heat treatment in the same manner as in Examples 1 and 2 except that the temperature and time were changed. In Example 3, heat treatment was performed at 950 占 폚 for 30 minutes. In Example 4, heat treatment was performed at 950 占 폚 for 60 minutes. In Example 5, heat treatment was performed at 1000 占 폚 for 30 minutes. In Example 6, heat treatment was performed at 1000 占 폚 for 60 minutes. Thus, the active materials of Examples 3 to 6 were obtained, respectively.

실시예 3 내지 6의 각각의 활물질의 일부를 사용하여, 비교예 1과 마찬가지의 수순으로 실시예 3 내지 6의 시험용 셀을 제작하였다.Test cells of Examples 3 to 6 were prepared in the same manner as in Comparative Example 1, using a part of each of the active materials of Examples 3 to 6.

실시예 3 내지 6의 활물질에 대하여, 실시예 1 및 2와 마찬가지의 수순으로 활물질에 가하는 압력과 도전율의 관계를 조사하였다. 그 결과, 실시예 3 내지 6의 활물질은 실시예 1 및 2의 활물질과 마찬가지로, 비교예 1보다도 우수한 도전율을 나타내었다. 실시예 5 및 6의 결과를 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 결과와 함께 도 18에 나타낸다.With respect to the active materials of Examples 3 to 6, the relationship between the pressure applied to the active material and the conductivity was examined in the same procedure as in Examples 1 and 2. [ As a result, the active materials of Examples 3 to 6 exhibited a conductivity superior to that of Comparative Example 1, as well as the active materials of Examples 1 and 2. The results of Examples 5 and 6 are shown in Fig. 18 together with the results of Example 1, Example 2 and Comparative Example 1.

<첫 회 충방전 시험><Charging and discharging test for the first time>

실시예 3 내지 6의 시험용 셀을 사용하여 첫 회 충방전 시험을 행하였다. 충방전 시험은 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 행하였다.Charging and discharging tests were carried out for the first time using the test cells of Examples 3 to 6. Charging and discharging tests were carried out under the same conditions as in Example 1.

실시예 3 내지 6의 시험용 셀의 첫 회 충방전 커브를 실시예 1 및 2의 시험용 셀의 첫 회 충방전 커브와 함께 도 17에 나타낸다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 6의 시험용 셀은 마찬가지의 첫 회 충방전 커브를 나타내었다.The first charge and discharge curves of the test cells of Examples 3 to 6 are shown in Fig. 17 together with the first charge and discharge curves of the test cells of Examples 1 and 2. As shown in Fig. 17, the test cells of Examples 1 to 6 showed similar first charge-discharge curves.

(실시예 7)(Example 7)

실시예 7에서는, 이하의 수순에 따라 실시예 7의 활물질을 조제하였다.In Example 7, the active material of Example 7 was prepared in accordance with the following procedure.

우선, 먼저 조제한 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물 분말의 다른 일부를 5wt% 수크로오스 수용액에 혼합하고, 물이 없어질 때까지 70℃ 정도로 가열하였다. 이와 같이 하여 얻은 분말을 900℃의 Ar-H2(3%) 분위기 하에서 30분 열처리하여, 복합체를 조제하였다.First, another part of the monoclinic niobium titanium composite oxide powder prepared in advance was mixed with a 5 wt% aqueous solution of sucrose and heated to about 70 캜 until water disappears. The thus obtained powder was heat-treated for 30 minutes in an atmosphere of Ar-H 2 (3%) at 900 ° C to prepare a composite.

얻어진 복합체를 실시예 1과 마찬가지의 수순으로 열처리에 제공하여, 실시예 7의 활물질을 얻었다.The obtained composite was subjected to heat treatment in the same manner as in Example 1 to obtain an active material of Example 7. [

실시예 7의 활물질 일부를 사용하여, 비교예 1과 마찬가지의 수순으로 실시예 7의 시험용 셀을 제작하였다.Using a part of the active material of Example 7, a test cell of Example 7 was fabricated in the same procedure as in Comparative Example 1. [

(비교예 2)(Comparative Example 2)

비교예 2에서는, 열처리를 24시간 행한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 수순으로 비교예 2의 활물질을 조제하였다.In Comparative Example 2, the active material of Comparative Example 2 was prepared in the same procedure as in Example 1 except that the heat treatment was performed for 24 hours.

비교예 2의 활물질 일부를 사용하여, 비교예 1과 마찬가지의 수순으로 비교예 2의 시험용 셀을 제작하였다.Using a part of the active material of Comparative Example 2, the test cell of Comparative Example 2 was fabricated in the same procedure as in Comparative Example 1. [

실시예 7의 활물질에 대하여, 실시예 1 및 2와 마찬가지의 수순으로 밀도와 도전율의 관계를 조사하였다. 그 결과, 실시예 7의 활물질은 실시예 1 및 2의 활물질과 마찬가지로, 비교예 1보다도 우수한 도전율을 나타내었다.With respect to the active material of Example 7, the relationship between the density and the electric conductivity was examined in the same manner as in Examples 1 and 2. As a result, the active material of Example 7 exhibited a conductivity superior to that of Comparative Example 1, in the same manner as the active materials of Examples 1 and 2.

마찬가지로 비교예 2의 활물질에 대하여, 실시예 1 및 2와 마찬가지의 수순으로 밀도와 도전율의 관계를 조사하였다. 그 결과, 비교예 2의 활물질은 도전율이 비교예 1보다 6자릿수 높아졌다. 비교예 2의 결과를 도 18에 나타낸다.Similarly, for the active material of Comparative Example 2, the relationship between the density and the conductivity was examined in the same manner as in Examples 1 and 2. As a result, the active material of Comparative Example 2 had a conductivity higher than that of Comparative Example 1 by six digits. The results of Comparative Example 2 are shown in Fig.

<첫 회 충방전 시험><Charging and discharging test for the first time>

실시예 7 및 비교예 2의 시험용 셀을 사용하여 첫 회 충방전 시험을 행하였다. 충방전 시험은 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 행하였다.Discharge tests were carried out for the first time using the test cells of Example 7 and Comparative Example 2. [ Charging and discharging tests were carried out under the same conditions as in Example 1.

실시예 7 및 비교예 2의 시험용 셀의 첫 회 충방전 커브를 실시예 1의 시험용 셀의 첫 회 충방전 커브와 함께 도 19에 나타낸다.The first charge / discharge curve of the test cell of Example 7 and Comparative Example 2 is shown in FIG. 19 together with the first charge / discharge curve of the test cell of Example 1.

도 19에 도시한 바와 같이, 실시예 7의 시험용 셀은 실시예 1의 시험용 셀과 마찬가지의 첫 회 충방전 커브를 나타내었다.As shown in Fig. 19, the test cell of Example 7 showed the same first charge-discharge curve as that of the test cell of Example 1. Fig.

한편, 도 19에 도시한 바와 같이, 비교예 2의 시험용 셀은 실시예 1 및 실시예 7의 첫 회 시험용 셀에 비하여 현저히 낮은 용량을 나타내었다.On the other hand, as shown in Fig. 19, the test cell of Comparative Example 2 exhibited a significantly lower capacity than the cells of the first test cell of Example 1 and Example 7, respectively.

[첫 회 충방전 시험의 결과][Results of the first charge / discharge test]

실시예 1 내지 7 및 비교예 1 및 2의 평가용 셀에 관한 첫 회 충방전 시험의 결과를 이하의 표 1에 다시 나타낸다.The results of the first charge-discharge test on the evaluation cells of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2 are shown again in Table 1 below.

Figure 112015086085568-pat00001
Figure 112015086085568-pat00001

상기 설명 및 표 1로부터 밝혀진 바와 같이, 실시예 1 내지 7의 활물질은 비교예 1의 활물질에 비하여 우수한 도전성을 갖는 한편, 비교예 1과 변함없는 용량을 실현할 수 있었다. 한편, 비교예 2는, 실시예 1 내지 7 및 비교예 1보다도 현저히 낮은 용량을 나타내는 평가용 셀을 실현하였다. 이는, 비교예 2에서는, 환원성 분위기 하에서의 열처리를 장시간 행한 탓에, 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물이 완전히 환원되어 버렸기 때문으로 생각된다.As can be seen from the above description and Table 1, the active materials of Examples 1 to 7 had superior conductivity as compared with the active material of Comparative Example 1, and the same capacity as that of Comparative Example 1 could be realized. On the other hand, in Comparative Example 2, evaluation cells exhibiting significantly lower capacities than Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 were realized. This is presumably because the heat treatment in the reducing atmosphere was performed for a long time in Comparative Example 2, whereby the monoclinic niobium titanium composite oxide was completely reduced.

<사이클 시험><Cycle Test>

실시예 1 내지 6의 시험용 셀 및 비교예 1의 시험용 셀에 대하여 사이클 시험을 행하였다. 그 결과를 도 20에 나타낸다. 사이클 시험은, 25℃ 첫 회 충방전 및 레이트 시험 후, 45℃ 환경에서 1C레이트로의 충방전을 반복하였다.Cycle tests were conducted on the test cells of Examples 1 to 6 and the test cell of Comparative Example 1. The results are shown in Fig. The cycle test was repeated after charging / discharging at 1C rate in a 45 ° C environment after the first charge / discharge and rate test at 25 ° C.

도 20에 나타낸 결과로 밝혀진 바와 같이, 실시예 1 내지 6의 시험용 셀은 비교예 1의 시험용 셀보다도 사이클 특성이 우수하였다. 또한 도 20에 나타낸 사이클 특성이 전체적으로 낮은 것은 도전재 및 바인더의 양이 적었던 것이 원인이다.As can be seen from the results shown in Fig. 20, the test cells of Examples 1 to 6 were superior to the test cells of Comparative Example 1 in cycle characteristics. The reason why the cycle characteristics shown in Fig. 20 are low as a whole is that the amounts of the conductive material and the binder were small.

<레이트 시험><Rate Test>

실시예 1 내지 6의 시험용 셀 및 비교예 1의 시험용 셀에 대하여 레이트 시험을 행하였다.The rate test was carried out on the test cells of Examples 1 to 6 and the test cell of Comparative Example 1.

레이트 시험에서는, 각 시험용 셀에 대하여 초기 전위 1.0V(vs. Li/Li+)로부터 종지 전위3.0V(vs. Li/Li+)까지 방전을 행하였다. 온도 환경은 25℃로 하였다. 레이트 시험에서의 방전은, 레이트를 0.2C, 1C, 2C, 5C, 10C, 20C 및 0.2C의 순으로 변경하여, 각 시험용 셀에 대하여 각각 7회 행하였다.In the rate test, each test cell was discharged at an initial potential of 1.0 V (vs. Li / Li + ) to an end potential of 3.0 V (vs. Li / Li + ). The temperature environment was set at 25 캜. The discharges in the rate test were changed seven times for each test cell by changing the rates in the order of 0.2C, 1C, 2C, 5C, 10C, 20C and 0.2C.

도 21에, 각 레이트 시험에서 얻어진, 각 활물질의 중량당 방전 용량을 함께 나타낸다. 또한 도 22에, 각 시험용 셀에 관한 레이트 방전 용량 유지율을 나타낸다. 도 22에 있어서는, 각 시험용 셀에 관한 첫 회의 0.2C로의 방전 용량을 100으로 하고, 1C, 2C, 5C, 10C, 20C 및 2회째의 0.2C의 각각으로의 방전 용량을 레이트 방전 용량 유지율로 하여, 상대값으로 나타내고 있다.Fig. 21 shows discharge capacities per weight of each active material obtained in each rate test. 22 shows the rate discharge capacity retention rate for each test cell. In Fig. 22, the discharge capacity at 0.2C for the first time for each test cell is set at 100, and the discharge capacities at 1C, 2C, 5C, 10C, and 20C and the second 0.2C are set as rate discharge capacity retention ratios , And a relative value.

도 21 및 도 22로부터 밝혀진 바와 같이, 실시예 1 내지 6의 각각의 시험용 셀은 비교예 1보다도 우수한 레이트 특성을 나타낼 수 있었다. 또한 도 22로부터 밝혀진 바와 같이 실시예 1 내지 6의 각각의 시험용 셀에서는, 2회째의 0.2C로의 방전 용량이 1회째의 방전 용량의 80% 이상이었다. 그에 비하여 비교예 1의 평가용 셀에서는, 2회째의 0.2C로의 방전 용량이 1회째의 0.2C로의 방전 용량의 80% 미만이었다. 이 결과로부터, 실시예 1 내지 6의 평가용 셀에서는, 대전류로의 방전에 의한 열화를 비교예 1의 평가용 셀보다도 억제할 수 있었음을 알 수 있다.As can be seen from Figs. 21 and 22, each of the test cells of Examples 1 to 6 exhibited a rate characteristic superior to that of Comparative Example 1. In addition, as shown in Fig. 22, in each of the test cells of Examples 1 to 6, the discharging capacity to the second 0.2C was 80% or more of the first discharging capacity. On the other hand, in the evaluation cell of Comparative Example 1, the discharging capacity at 0.2 C for the second time was less than 80% of the discharging capacity at 0.2 C for the first time. From these results, it can be seen that in the evaluation cells of Examples 1 to 6, deterioration due to discharge to a large current could be suppressed as compared with the evaluation cell of Comparative Example 1. [

<실시예 6, 실시예 7 및 비교예 1의 각각의 활물질의 도전성 비교><Conductivity Comparison of Active Materials of Examples 6 and 7 and Comparative Example 1>

앞서 설명한 실시예 7의 활물질에 대하여, 도전율을 확인하기 위하여 분체 저항 측정을 행하였다. 그 결과를 도 23에 나타낸다.With respect to the active material of Example 7 described above, the powder resistance was measured to confirm the conductivity. The results are shown in Fig.

도 23으로부터 밝혀진 바와 같이, 실시예 7의 활물질 도전율은 실시예 6의 활물질 도전율보다도 높고, 비교예 1의 활물질 도전율보다도 높았다.23, the conductivity of the active material of Example 7 was higher than that of Example 6, and was higher than that of Comparative Example 1.

<실시예 7의 평가용 셀의 레이트 특성><Rate characteristics of evaluation cell of Example 7>

실시예 7의 평가용 셀에 대하여, 실시예 1 내지 6, 및 비교예 1의 평가용 셀에 대해 행한 것과 마찬가지의 레이트 시험을 행하였다. 그 결과, 실시예 7의 평가용 셀에 있어서도 실시예 1 내지 6과 마찬가지의 결과가 얻어진 것을 알 수 있었다.A rate test similar to that conducted for the evaluation cells of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 was conducted on the evaluation cell of Example 7. As a result, it was found that the same results as in Examples 1 to 6 were also obtained in the evaluation cell of Example 7. [

이상에서 설명한 적어도 하나의 실시 형태 및 실시예에 관한 전지용 활물질은, 코어상과 쉘상을 포함한 입자를 포함하고 있다. 쉘상은 코어상의 적어도 일부를 둘러싸고 있다. 코어상은 제1 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하고 있다. 쉘상은 제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하고 있다. 코어상에 포함되는 티타늄의 산화 수가 쉘상에 포함되는 티타늄의 산화 수보다도 크거나, 또는 코어상에 포함되는 니오븀의 산화 수가 쉘상에 포함되는 니오븀의 산화 수보다도 크다. 그것에 의하여 이 전지용 활물질은, 입출력 특성 및 사이클 특성이 우수한 비수 전해질 전지를 실현할 수 있다.The battery active material according to at least one of the embodiments and examples described above includes particles including a core phase and a shell phase. The shell phase surrounds at least a portion of the core. The core phase contains the first monoclinic niobium titanium composite oxide. The shell phase contains the second monoclinic niobium titanium composite oxide. The oxidation number of titanium contained on the core is larger than the oxidation number of titanium contained in the shell or the oxidation number of niobium contained on the core is larger than the oxidation number of niobium included in the shell. This battery active material can realize a non-aqueous electrolyte cell excellent in input / output characteristics and cycle characteristics.

본 발명의 몇 가지 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시 형태는 그 외의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.While several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are provided by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These new embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and alterations can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications fall within the scope and spirit of the invention, and are included in the scope of the invention as defined in the claims and their equivalents.

1, 11: 전극 군
2, 12: 외장 부재
3, 14: 부극
4, 15: 세퍼레이터
5, 13: 정극
6, 16: 부극 단자
7, 17: 정극 단자
10: 비수 전해질 전지
20: 전지 팩
21: 단전지
22: 점착 테이프
23: 조전지
24: 프린트 배선 기판
25: 서미스터
26: 보호 회로
37: 수납 용기
101: 금속 이온
102: 산화물 이온
103: 골격 구조 부분
104: 공극 부분
105 및 106: 2차원적인 채널을 갖는 부분
107: 공극 부분
300: 전지용 활물질
301: 코어상
302: 쉘상
1, 11: electrode group
2, 12: exterior member
3, 14: negative polarity
4, 15: Separator
5, 13: Positive
6, 16: negative terminal
7, 17: Positive electrode terminal
10: Non-aqueous electrolyte cell
20: Battery pack
21: Single cell
22: Adhesive tape
23:
24: printed wiring board
25: Thermistor
26: Protection circuit
37: storage container
101: metal ion
102: oxide ion
103: skeletal structure part
104: void portion
105 and 106: a portion having a two-dimensional channel
107: void portion
300: Battery active material
301: Core phase
302: Shell phase

Claims (11)

제1 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하는 코어상과,
제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물을 포함하고 또한 상기 코어상의 적어도 일부를 둘러싼 쉘상
을 포함한 입자를 포함하고,
상기 코어상에 포함되는 티타늄의 산화 수가 상기 쉘상에 포함되는 티타늄의 산화 수보다도 크거나, 또는 상기 코어상에 포함되는 니오븀의 산화 수가 상기 쉘상에 포함되는 니오븀의 산화 수보다도 큰 전지용 활물질.
A core phase containing a first monoclinic niobium titanium composite oxide,
A second single-crystal niobium titanium composite oxide and a shell phase surrounding at least a part of the core
, &Lt; / RTI &gt;
Wherein the oxidation number of titanium contained in the core is larger than the oxidation number of titanium contained in the shell or the oxidation number of niobium contained in the core is larger than the oxidation number of niobium included in the shell.
제1항에 있어서,
상기 제1 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물이 조성식 Nb2TiO7로 표시되는 니오븀 티타늄 복합 산화물인 전지용 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the first single crystal niobium titanium composite oxide is a niobium titanium composite oxide represented by a composition formula Nb 2 TiO 7 .
제2항에 있어서,
상기 쉘상에 포함되는 티타늄의 산화 수가 4 미만이거나, 또는 상기 쉘상에 포함되는 니오븀의 산화 수가 5 미만인 전지용 활물질.
3. The method of claim 2,
Wherein the number of oxidation of titanium contained in the shell is less than 4, or the number of oxidation of niobium contained in the shell is less than 5.
제1항에 있어서,
상기 제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물은, 조성식 Nb2TiO7로 표시되는 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물과 동일한 결정 구조를 갖는 전지용 활물질.
The method according to claim 1,
The second single crystal niobium titanium composite oxide has the same crystal structure as the single crystal niobium titanium composite oxide represented by the composition formula Nb 2 TiO 7 .
제1항에 있어서,
상기 입자는, 니오븀의 티타늄에 대한 몰 조성비가 0<Nb/Ti≤2인 전지용 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the particles have a molar composition ratio of niobium to titanium of 0 < Nb / Ti &amp;le; 2.
제1항에 있어서,
상기 제2 단사정형 니오븀 티타늄 복합 산화물은 조성식 Nb1 . 33Ti0 . 67O4로 표시되는 전지용 활물질.
The method according to claim 1,
The second single crystal niobium titanium composite oxide has a composition formula Nb 1 . 33 Ti 0 . 67 O 4 .
제1항에 있어서,
상기 입자를 피복하는 탄소층을 더 포함하는 전지용 활물질.
The method according to claim 1,
And a carbon layer covering the particles.
비수 전해질 전지로서,
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 전지용 활물질을 포함하는 부극과,
정극과,
비수 전해질
을 구비하는 비수 전해질 전지.
As a non-aqueous electrolyte cell,
A negative electrode comprising the battery active material according to any one of claims 1 to 7,
The positive electrode,
Non-aqueous electrolyte
And a nonaqueous electrolyte battery.
전지 팩으로서,
제8항에 기재된 비수 전해질 전지를 구비하는 전지 팩.
As a battery pack,
A battery pack comprising the nonaqueous electrolyte battery according to claim 8.
제9항에 있어서,
상기 비수 전해질 전지를 복수 개 구비하고,
상기 복수의 비수 전해질 전지는 서로 전기적으로 직렬 또는 병렬로 접속되어 있거나, 또는 직렬 및 병렬의 조합으로 접속되어 있는 전지 팩.
10. The method of claim 9,
A plurality of said non-aqueous electrolyte cells,
Wherein the plurality of nonaqueous electrolyte batteries are electrically connected in series or parallel to each other, or connected in series and in parallel.
자동차로서,
제9항에 기재된 전지 팩을 탑재한 자동차.
As an automobile,
An automobile equipped with the battery pack according to claim 9.
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