[發(fā)明專利]空氣陰極和金屬-空氣電池組

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980161442.1
• 申請(qǐng)日: 2009-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN102484301A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 水野史教;P·G·布魯斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 豐田自動(dòng)車株式會(huì)社;圣安德魯斯大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M12/06
• 分類號(hào): H01M12/06;H01M4/86;H01M4/90
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 張蓉珺;林柏楠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種能夠既實(shí)現(xiàn)高起始放電電容又實(shí)現(xiàn)高電容持久性的空氣陰極。

背景技術(shù)

金屬-空氣電池組為如下電池組：其中將空氣(氧)用作陰極活性材料。金屬-空氣電池組具有優(yōu)點(diǎn)如能量密度高；和電池組可以容易地制成小和輕的。因此目前該電池組作為優(yōu)于廣泛使用的鋰離子電池組的高電容電池組而引人矚目。

該金屬-空氣電池組包括例如具有傳導(dǎo)性材料(如炭黑)、催化劑(如二氧化錳)和粘合劑(如聚偏二氟乙烯)的空氣陰極層，用于收集空氣陰極層的電流的空氣陰極電流收集器，含有陽極活性材料(如金屬Li)的陽極層，用于收集陽極層的電流的陽極電流收集器和電解質(zhì)(如非水電解質(zhì)溶液)。

使用各種催化劑的金屬-空氣電池組通常是已知的。例如非專利文獻(xiàn)1公開了非水電解質(zhì)溶液類型的鋰空氣電池組，其中EMD(電解質(zhì)二氧化錳，γ-MnO₂)用作催化劑。此外，該文獻(xiàn)公開了該電池組可以得到1000mAh/g-C的起始放電電容，可達(dá)到50個(gè)充電-放電循環(huán)，并且在10次循環(huán)后電容持久性(R_10/1)相對(duì)于起始放電電容為約80％。此外，非專利文獻(xiàn)2公開了非水電解質(zhì)溶液類型的鋰空氣電池組，其中納米線形式的α-MnO₂用作催化劑。此外，該文獻(xiàn)公開了該電池組得到3000mAh/g-C的起始放電電容。然而，在使用呈納米線形式的α-MnO₂的電池組中，在電池組重復(fù)充電和放電時(shí)，引起電容的大的惡化。因此在10次循環(huán)后電容持久性(R_10/1)相對(duì)于起始放電電容低至約50％。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1Takeshi?Ogasawara等，“Rechargeable?Li₂O₂Electrode?for?Lithium?Batteries(用于鋰電池的可充電Li₂O₂電極)”，J.Am.Chem.Soc.2006，128，1390-1393

非專利文獻(xiàn)2Aurelie?Debart等，“α-MnO₂Nanowires：A?Catalyst?for?the?O₂Electrode?in?Rechargeable?Lithium?Batteries(α-MnO₂納米線：用于可充電鋰電池組中的O₂電極的催化劑)”，Angew.Chem.Int.Ed.2008，47，4521-4524

本發(fā)明的公開內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題

由于在起始放電電容和電容持久性之間存在折衷關(guān)系，難以實(shí)現(xiàn)兩者均高值。在該情況下，做出了本發(fā)明。其主要目的是提供一種能夠既實(shí)現(xiàn)高起始放電電容又實(shí)現(xiàn)高電容持久性的空氣陰極。

解決問題的方式

為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明提供了一種用于金屬-空氣電池組的空氣陰極，該空氣陰極包括：含有傳導(dǎo)性材料、顆粒狀催化劑和纖維狀催化劑的空氣陰極層；和用于收集空氣陰極層的電流的空氣陰極電流收集器，其中纖維狀催化劑與顆粒狀催化劑和纖維狀催化劑的總重量之比為10重量％或更少。

根據(jù)本發(fā)明，通過將纖維狀催化劑的比率設(shè)定為上述范圍，可以既實(shí)現(xiàn)高起始放電電容又實(shí)現(xiàn)高電容持久性。這可獲得可以長(zhǎng)期在高能量密度下使用的空氣陰極。

在上述發(fā)明中，纖維狀催化劑與顆粒狀催化劑和纖維狀催化劑的總重量之比優(yōu)選處于2-9重量％的范圍內(nèi)。由此可以以較高值實(shí)現(xiàn)起始放電電容和電容持久性。

在上述發(fā)明中，顆粒狀催化劑優(yōu)選為γ-MnO₂，并且纖維狀催化劑優(yōu)選為α-MnO₂。這是因?yàn)樗鼈兊拇呋瘎┕δ苁莾?yōu)異的。尤其是α-MnO₂的優(yōu)點(diǎn)在于它具有高形狀選擇性使得可以容易地獲得纖維。

此外，本發(fā)明還提供了一種金屬-空氣電池組，該金屬-空氣電池組包括：上述空氣陰極；具有含有陽極活性材料的陽極層和用于收集陽極層的電流的陽極電流收集器的陽極；和用于使金屬離子在空氣陰極層和陽極層之間傳導(dǎo)的電解質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明，使用上述空氣陰極可獲得可以長(zhǎng)期在高能量密度下使用的金屬-空氣電池組。

附圖簡(jiǎn)述

圖1為顯示本發(fā)明空氣陰極的實(shí)例的示意性截面圖。

圖2A至2C各自為描述本發(fā)明空氣陰極的說明圖。

圖3為顯示本發(fā)明金屬-空氣電池組的實(shí)例的示意性截面圖。