[發明專利]鋰空氣電池

無效

• 申請號: 201080051838.3
• 申請日: 2010-01-18
• 公開（公告）號: CN102714339A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 錦織英孝;西野典明;白澤淳;新田巖;水野史教
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 金龍河;樊衛民

技術領域

本發明涉及具有優良的循環特性的鋰空氣電池。

背景技術

鋰空氣電池是利用鋰金屬或鋰化合物作為負極活性物質、利用氧氣作為正極活性物質的、可以進行充放電的電池。作為正極活性物質的氧氣可以從空氣中得到，因而無需將正極活性物質封入到電池內，因此，在理論上而言，鋰空氣電池能夠實現比使用固體的正極活性物質的二次電池更大的容量。

對于鋰空氣電池而言，放電時，在負極發生式(I)的反應。

2Li→2Li⁺+2e^-(I)

由式(I)產生的電子經由外部回路，在外部的負荷下做功后到達空氣極。而且，由式(I)產生的鋰離子(Li⁺)因電滲而在夾持于負極與空氣極之間的電解質內從負極側遷移至空氣極側。

此外，放電時，在空氣極發生式(II)及式(III)的反應。

2Li⁺+O₂+2e^-→Li₂O₂(II)

2Li⁺+1/2O₂+2e^-→Li₂O(III)

所產生的過氧化鋰(Li₂O₂)和氧化鋰(Li₂O)以固體的形式在空氣極蓄積。

充電時，在負極發生上述式(I)的逆反應，在空氣極發生上述式(II)及式(III)的逆反應，從而金屬鋰在負極再生，因此，可以進行再放電。

通常，鋰空氣電池在空氣極與負極之間配置支配鋰離子傳導的電解質。作為使用上述電解質的鋰空氣電池的技術，專利文獻1公開了一種非水電解質空氣電池的技術，所述非水電解質空氣電池具備正極、吸藏和釋放鋰離子的負極、配置在上述正極與上述負極之間的非水電解質以及收納上述正極、上述負極和上述非水電解質且具備用于對上述正極供給氧氣的空氣孔的容器，所述非水電解質空氣電池的特征在于，上述非水電解質是溶解有鋰鹽的疏水性常溫熔融鹽并且添加有一定量的特定結構的聚硅氧烷。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2005-190880號公報

發明內容

發明所要解決的問題

上述專利文獻1中公開了如下數據：在實施例中，將放電試驗中使用的電池直接保持在溫度20℃、濕度60%的條件下，3個月后進行觀察而得到的每10個電池的漏液發生數。但是，在該文獻中完全沒有公開關于充放電時非水電解質空氣電池中的非水電解質本身的穩定性的考察及數據。

本發明鑒于上述實際情況而完成，其目的在于提供具有優良的循環特性的鋰空氣電池。

用于解決問題的方法

本發明的鋰空氣電池，至少具備空氣極、負極及介于該空氣極與該負極之間的非水電解質，所述鋰空氣電池的特征在于，上述非水電解質含有離子性液體，所述離子性液體包含不含具有比氫原子大的正電荷的原子且除氫原子以外的原子的電荷的平均值為0以下的陽離子及其抗衡陰離子。

這種構成的鋰空氣電池，由于在非水電解質中含有上述陽離子，因此，能夠在不使非水電解質發生變質的條件下提高循環特性。

作為本發明的鋰空氣電池的一種方式，可以采用上述陽離子為不具有共振結構的陽離子的構成。

本發明的鋰空氣電池的上述陽離子優選為選自由N-甲基-N-丙基吡咯烷陽離子、N-丁基-N-甲基吡咯烷陽離子、N,N,N-三甲基-N-丙基銨陽離子組成的組中的陽離子。

本發明的鋰空氣電池，至少具備空氣極、負極及介于該空氣極與該負極之間的非水電解質，所述鋰空氣電池的特征在于，上述非水電解質含有陽離子，所述陽離子在以下的模擬方法中被判定為不含具有比氫原子大的正電荷的原子且除氫原子以外的原子的電荷的平均值為0以下的陽離子。

上述模擬方法具有：在計算機上執行分子軌道法計算程序來對目標陽離子的結構進行優化的步驟；對上述優化后的陽離子的結構進行電荷分布計算的步驟；對該電荷分布計算的結果進行分析的步驟；和以該電荷分布計算的分析結果為基礎，對上述目標陽離子是否為不含具有比氫原子大的正電荷的原子且除氫原子以外的原子的電荷的平均值為0以下的陽離子進行判定的步驟。

對于這種構成的鋰空氣電池而言，由于在非水電解質中使用預先通過上述模擬方法判定為不含具有比氫原子大的正電荷的原子且除氫原子以外的原子的電荷的平均值為0以下的陽離子，因此，能夠在不使非水電解質發生變質的條件下提高循環特性。