[發(fā)明專利]空氣電池用空氣極及具備該空氣極的空氣電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980162961.X
• 申請日: 2009-12-18
• 公開（公告）號: CN102656741A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 水野史教;錦織英孝;東相吾
• 申請（專利權(quán)）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M12/06
• 分類號: H01M12/06;H01M4/86;H01M12/08
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 金龍河;樊衛(wèi)民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及速率特性高的空氣電池用空氣極以及具備該空氣極的空氣電池。

背景技術(shù)

鋰空氣電池是利用鋰金屬或鋰化合物作為負極活性物質(zhì)、利用氧氣作為正極活性物質(zhì)的可充放電的電池。由于作為正極活性物質(zhì)的氧氣可以從空氣中獲得，因而無需將正極活性物質(zhì)封入到電池內(nèi)，因此，在理論上而言，鋰空氣電池能夠?qū)崿F(xiàn)比使用固體的正極活性物質(zhì)的二次電池更大的容量。

對于鋰空氣電池而言，放電時，在負極發(fā)生式(1)的反應(yīng)。

2Li→2Li⁺+2e^-????(1)

通過式(1)產(chǎn)生的電子，經(jīng)由外部回路，在外部的負荷下做功后到達正極。而且，通過式(1)產(chǎn)生的鋰離子(Li⁺)，在夾持于負極與正極之間的電解質(zhì)內(nèi)通過電滲從負極側(cè)移動至正極側(cè)。

另外，放電時，在正極發(fā)生式(2)及式(3)的反應(yīng)。

2Li⁺+O₂+2e^-→Li₂O₂????(2)

2Li⁺+1/2O₂+2e^-→Li₂O??(3)

生成的過氧化鋰(Li₂O₂)及氧化鋰(Li₂O)以固體的形式蓄積在空氣極上。

在充電時，在負極發(fā)生上述式(1)的逆反應(yīng)，在正極發(fā)生上述式(2)及(3)的逆反應(yīng)，從而使金屬鋰在負極上再生，因此，能夠進行再放電。

近年來，對于鋰空氣電池而言，期待其作為電動汽車用電源的應(yīng)用，因而要求用于實現(xiàn)長時間驅(qū)動的進一步的高容量化。

作為實現(xiàn)高容量化的鋰空氣電池的技術(shù)，在專利文獻1中公開了一種非水電解質(zhì)電池的技術(shù)，其特征在于，具備：正極，含有通過粉末X射線衍射求出的碳面之間的平均距離d₀₀₂為0.37nm以上且0.42nm以下、并且通過BET法得到的比表面積在600m²/g以上的含碳物質(zhì)；負極，具備具有釋放金屬離子的能力的負極活性物質(zhì)；非水電解質(zhì)，夾持于上述正極與負極之間；以及收納外殼，在上述正極形成有吸入氧氣的空氣孔、并且用于收納上述正極、負極和非水電解質(zhì)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第3735518號公報

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的問題

在上述專利文獻1的實施例中，對使用具有上述預(yù)定的平均距離d₀₀₂和比表面積的含碳物質(zhì)的實施例的非水電解質(zhì)二次電池以及使用不具有該平均距離和比表面積中的至少任意一者的含碳物質(zhì)的比較例的非水電解質(zhì)二次電池進行了放電容量的比較。但是，在該實施例中，完全沒有研究速率特性，即，對于該實施例中公開的電池而言，完全沒有研究消耗O₂而得到的電池的放電容量隨著每單位時間所消耗的O₂的量即O₂被還原的速度而發(fā)生變化的特性，因此，尚不明確該文獻中公開的非水電解質(zhì)電池是否具有能夠經(jīng)得住實際應(yīng)用的速率特性。

本發(fā)明鑒于上述實際情況而完成，其目的在于提供速率特性高的空氣電池用空氣極以及具備該空氣極的空氣電池。

用于解決問題的方法

本發(fā)明的空氣電池用空氣極是至少具備空氣極層的空氣電池的空氣極，其特征在于，上述空氣極層含有石墨烯層沿一定方向取向的碳材料，并且該碳材料的基面(Basal面)出現(xiàn)在該碳材料的表面。

對于這種構(gòu)成的空氣電池用空氣極而言，通過使上述空氣極層含有石墨烯層沿一定方向取向的上述碳材料，能夠提高碳材料上的氧還原能力，從而在將該空氣電池用空氣極組裝到空氣電池中時，能夠?qū)崿F(xiàn)高速率特性。

優(yōu)選本發(fā)明的空氣電池用空氣極的上述碳材料的(002)面的面間隔在以下且D/G比在0.2以下。

這種構(gòu)成的空氣電池用空氣極包含具有適當(dāng)?shù)拿骈g隔及D/G比的碳材料，因此，能夠發(fā)揮碳氧間的高電子授受能力。

優(yōu)選本發(fā)明的空氣電池用空氣極的上述碳材料為氣相生長碳纖維或者在2000℃以上的溫度條件下加熱后的碳微球。

本發(fā)明的空氣電池，至少具備空氣極、負極以及介于該空氣極與該負極之間的電解液，其特征在于，上述空氣極為上述空氣電池用空氣極。

這種構(gòu)成的空氣電池具備上述空氣電池用空氣極，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)高速率特性。

發(fā)明效果