金屬空氣電池制造技術

本發明專利技術提供一種金屬空氣電池。該金屬空氣電池(1)具備：負極(2)，其從由金屬Li、Zn、Mg、Al和Fe組成的群中選出的一種金屬構成；正極(3)，其包含碳素材料和儲氧材料的混合物；以及電解質，其配設在所述負極(2)和所述正極(3)之間。隔膜(4)受電解質浸漬。負極(2)由金屬Li構成。儲氧材料是釔和錳的復合氧化物。儲氧材料優選具有六方晶結構。本發明專利技術的金屬空氣電池能夠獲得比現有的金屬空氣電池更大的充放電容量。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及金屬空氣電池。
技術介紹
在現有技術中，作為電池反應，已知有利用正極處的氧的氧化還原反應的一種金屬空氣電池。在所述金屬空氣電池中，有從空氣中獲取氧進行所述氧化還原反應的一種金屬空氣電池和在正極中具備儲氧材料、并利用該儲氧材料釋放出來的氧來進行所述氧化還原反應的一種金屬空氣電池。 在正極處具備儲氧材料的金屬空氣電池的場合，放電時，在負極處金屬被氧化成金屬離子，并且該金屬向正極一側移動。另一方面，在正極處，所述儲氧材料釋放出的氧被還原成氧離子，與所述金屬離子結合形成金屬氧化物。另外，在所述金屬空氣電池中，充電時，所述負極和所述正極處，發生所述反應的逆反應。作為這種金屬空氣電池，已知有將含氧的錳絡合物使用為所述儲氧材料的一種金屬空氣電池(例如，參照專利文獻I :日本特開2009 — 230985號公報)。或是使用了具有隹丐鈦礦型(perovskite)型結構的鐵系金屬復合氧化物的一種金屬空氣電池(例如，參照專利文獻2 :日本特開2009 - 283381號公報)。然而，在正極具備所述儲氧材料的金屬空氣電池的場合，存在電池反應的反應速度受氧分子和氧離子向該儲氧材料擴散的擴散速度主導的問題。其結果，在正極處具備所述儲氧材料的金屬空氣電池的所述電池反應的反應速度下降，過電壓上升。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種能夠解決上述問題，使所述電池反應的反應速度到達高速化，抑制過電壓上升的金屬空氣電池。為了達到所述目的，本專利技術的金屬空氣電池的特征在于具備負極，其從由金屬Li、Zn、Mg、Al和Fe組成的群中選出的一種金屬構成；正極，其包含含氧化學物種的碳素材料與儲氧材料的混合物；以及電解質，其配設在所述負極和所述正極之間。在本專利技術的金屬空氣電池中，構成負極的金屬優選為從Li、Zn、Fe組成的群中選出的一種金屬，更為優選的是由金屬Li構成該負極。所述負極使用金屬Zn、金屬Fe的金屬空氣電池與使用了其他金屬的金屬空氣電池相比，能夠獲得更高的理論電壓以及電化當量，而使用了金屬Li的金屬空氣電池則能夠獲得更高的理論電壓以及電化當量。使用本專利技術的金屬空氣電池的場合，放電時，在負極處所述金屬被氧化，生成該金屬的離子的同時，生成的金屬離子藉由所述電解質向正極移動。另一方面，在正極處，所述碳素材料及儲氧材料的混合物中儲存的所述含氧化學物種與所述金屬離子結合形成金屬化合物。其結果，能夠獲得電動勢。同時，在充電時，發生與所述放電時相反的逆反應。在本專利技術的金屬空氣電池中，與所述金屬離子結合而形成金屬化合物時起到作用的所述含氧化學物種可以是所述儲氧材料所吸收儲存的物質，但是可以讓吸附在所述碳素材料及儲氧材料的混合物表面上的含氧化學物種發揮主導作用。只是吸附在所述碳素材料與儲氧材料的混合物表面上的所述含氧化學物種沒有必要擴散到所述儲氧材料中。所以，根據本專利技術的金屬空氣電池，能夠使所述電池反應的反應速度達到高速化。其結果，能夠抑制過電壓的上升。在本專利技術的金屬空氣電池中，作為儲存在所述混合物中的所述含氧化學物種可以舉出從由02、02_、CO、CO2, CO廣、HCO3' CH3C00_組成的群中選出的至少一種分子或陰離子。根據所述含氧化學物種，放電時，在正極處能夠形成構成負極的金屬氧化物、碳氧化物、碳酸氫化物、醋酸鹽。在本專利技術的金屬空氣電池中，所述儲氧材料優選為釔和錳的復合氧化物，或是具有六方晶結構的化合物。其結果，所述儲氧材料能夠在其表面上吸附更多量的所述含氧化學物種。作為所述儲氧材料，例如能夠舉出由化學式YMnO3表述的復合氧化物，該復合氧化 物更為優選的是具有六方晶結構的化合物。另外，在本專利技術的金屬空氣電池中，所述正極優選的是由所述碳素材料及所述儲氧材料的混合物和粘結劑構成。通過所述粘結劑將所述碳素材料和所述儲氧材料粘結，所述正極能夠簡單地形成所述混合物。此外，在本專利技術的金屬空氣電池中，優選為所述儲氧材料的平均粒徑在50 Pm以下，該儲氧材料在受所述碳素材料負載的同時，該儲氧材料的質量是在所述正極的總質量的10 90%的范圍內。當所述儲氧材料的平均粒徑比50 y m大時，其表面無法充分吸附所述含氧化學物種，因此會導致無法充分地促進充放電反應，會有過電壓增大從而導致容量降低的可能性。同時，當所述儲氧材料的質量未滿所述正極總質量的10%時，在本專利技術的金屬空氣電池中，有可能無法充分獲得充放電容量。而另一方面，當所述儲氧材料的質量超過所述正極的總質量的90%時，該正極的電子傳導性會降低，從而可能產生無法獲得充分的充放電容量的問題。另外，在本專利技術的金屬空氣電池中，所述混合物優選為具有10 90%的孔隙率，更為理想的是具有40 80%的孔隙率。所述混合物在所述孔隙率未滿10%時，氧則無法充分地擴散。放電時，在正極生成的金屬化合物的析出會受到阻礙。同時，當所述孔隙率超過90%時，催化劑上的Li離子等負極金屬離子和氧之間的反應會進行得不充分。并且，所述混合物在所述孔隙率超過90%時，機械性強度降低，循環特性發生惡化。附圖說明圖I是表示本專利技術的金屬空氣電池第一形態的構成例的示意性斷面圖。圖2是表示本專利技術的金屬空氣電池第二形態的構成例的示意性斷面圖。圖3是表示本專利技術的金屬空氣電池中使用的儲氧材料的X射線衍射測定結果的圖表。圖4是表示本專利技術的金屬空氣電池中使用的儲氧材料的粒度分布的圖表。圖5是表示本專利技術的金屬空氣電池中使用的儲氧材料和氧化鈰(CeO2)之間進行的吸附氧量的比較的圖表。圖6是表示本專利技術第一實施例中的金屬空氣電池中使用的正極混合物的孔隙率的圖表。圖7是表不本專利技術的第一實施例的金屬空氣電池的放電容量和充電容量的圖表。圖8是表不本專利技術的第二實施例的金屬空氣電池的放電容量和充電容量的圖表。圖9是表不本專利技術的第三實施例的金屬空氣電池的放電容量的圖表。圖10是表示本專利技術的第四實施例的金屬空氣電池的放電容量的圖表。圖11是表示本專利技術第二形態的金屬空氣電池中使用的正極混合物的孔隙率的圖表。 圖12是表示本專利技術的第五實施例的金屬空氣電池的放電容量以及充電容量的圖表。圖13是表示本專利技術的第六至第九實施例的金屬空氣電池的放電容量的圖表。符號說明I :金屬空氣電池；2 :負極；3 :正極；4 :浸潰了電解質的隔膜具體實施例方式以下，參照附圖進一步詳細地說明本專利技術的實施方式。如圖I所示，本實施方式的金屬空氣電池I是圓柱狀，具備負極2、正極3和設置在負極2及正極3之間的隔膜4。隔膜4受電解質浸潰。負極2從由金屬Li、Zn、Mg、Al、Fe組成的群中選擇一種金屬構成，優選為從由金屬Li、Fe、Zn組成的群中選擇一種金屬構成。負極2更為優選的是由金屬鋰構成。負極2藉由不銹鋼、鎳絲網(Ni-mesh)等構成的負極集電體5被裝入到不銹鋼制的負極容器6中。正極3是由碳素材料、儲氧材料和粘結劑組成的混合物構成的多孔體，受由鋁網(Al-mesh)、鎳(Ni)制多孔體等構成的正極集電體7擠壓并粘接。正極3藉由正極集電體7被裝入到不銹鋼制的正極容器8中。負極容器6和正極容器8通過設置在隔膜4周圍的絕緣樹脂構件9被互相電氣絕緣。隔膜4例如由聚丙烯膜、玻璃纖維濾紙等構成。另外，作為所述電解質，例如可以舉出以下的溶液在碳酸亞乙酯(ethylene carbonate)和碳酸乙本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：田名網潔，磯谷祐二，
申請(專利權)人：本田技研工業株式會社，
類型：發明
國別省市：