[發明專利]具有凝膠狀固體電解質的金屬-空氣電池

有效

• 申請號: 201280061610.1
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN103988361A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 石原達己;三井滋;宮地伸英
• 申請（專利權）人: 日產化學工業株式會社;國立大學法人九州大學
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08;H01M4/90
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 李照明;段承恩

技術領域

本發明涉及具有凝膠狀固體電解質的金屬空氣電池、特別是鋰空氣電池，詳細地說，涉及具有使用低分子脂質肽型膠凝劑的離子傳導性凝膠狀固體電解質的鋰空氣二次電池。

背景技術

鋰空氣電池，使用能夠從電池外部供給的空氣中的氧氣作為正極活性物質，所以需要在電池內儲藏正極活性物質，因此，人們期待能夠在電池內填充大量的作為負極活性物質的鋰金屬，獲得非常大的放電容量，從而能夠長時間進行驅動。

例如，在專利文獻1中，作為溶質使用1mol/L的雙三氟甲磺酰亞胺鋰(LiTFSI)，作為有機溶劑使用碳酸亞乙酯和碳酸二乙酯的混合溶劑而制作鋰空氣(氧氣)電池并進行了評價。

此外、專利文獻2中，作為電解液，溶質使用1mol/L的六氟化磷酸鋰(LiPF₆)，有機溶劑使用碳酸亞乙酯和碳酸二乙酯的混合溶劑，而制作鋰空氣電池并進行了評價。

在任一文獻中，所制作的鋰空氣電池都比通常的鋰離子電池獲得了非常大的放電容量。

但在這些文獻介紹的鋰離子電池中，作為電解液的一成分使用的有機溶劑是揮發性，而且與水的混和性也有一些，所以可以想到，它們在長期工作時穩定性方面存在問題。即、在長期的電池工作時，不僅可以預測到由于電解液從正極側揮發而使電池電阻增大，而且通過氧氣和水分浸入電池內部，會有負極的鋰金屬被腐蝕、此外產生氫的懸念。這些現象是有損于鋰空氣電池的長時間放電這一特征的重要原因。

針對這樣的問題，在專利文獻3中提出了不使用電解液而使用鋰離子傳導性固體電解質的鋰空氣電池。但是，該鋰空氣電池只能在95℃這樣的較高的溫度下工作。

另一方面，為了抑制水分侵入負極，專利文獻4中提出了一種鋰空氣電池，其在負極側配置有機溶劑系的電解液、在空氣電極側配置水溶液系的電解液，共計使用2種電解液。該鋰空氣電池，負極側的有機溶劑系的電解液和空氣電極側的水溶液系的電解液被僅能夠傳導鋰離子的固體電解質(隔板)隔開，抑制了水分從空氣電極側向負極側的浸透，所以安全性優異。

但是，使用這種方式需要分別配制負極側(有機溶劑系)和空氣電極側(水溶液系)的電解液，而且還要將它們用鋰離子固體電解質隔開，所以有電池制造步驟復雜化之虞，而且由于水溶液成為空氣電極的電極活性物質，所以容量上受到制約。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1:日本特開2010-176907號公報

專利文獻2:日本特開2008-198590號公報

專利文獻3:日本特開2010-3694號公報

專利文獻4:日本特開2010-176941號公報

發明內容

發明要解決的課題

如上文所述，在以往公開的文獻中，由于充當電解質的一成分而使用的有機溶劑具有一些揮發性以及與水、氧氣的混和性，所以在長期工作時在穩定性方面存在課題。

此外，盡管針對該課題已經提出了改善方法，但要限定工作條件、電池容量等，仍然沒有得到令人滿意的結果，需要重新進行討論。

本發明基于上述現狀而完成，其要解決的課題是提供一種對于以往的液體狀的電解質而言、被視為問題的有機溶劑的揮發量減少、水分的混入等得到抑制的新的鋰空氣電池。

解決課題的手段

本發明人為了解決上述課題而進行了深入研究，結果發現，通過作為鋰空氣電池的固體電解質采用含有低分子脂質肽或其可藥用鹽的脂質肽型膠凝劑、固體電解質鹽和溶劑的凝膠狀固體電解質，能夠使對于以往的電解質而言、視為問題的有機溶劑的揮發、水分的混入得到抑制、且具有良好的離子傳導性，得到與以往的使用液狀電解質的電池同樣的充放電特性，從而完成本發明。

即、本發明，作為觀點1是一種鋰空氣二次電池，具有空氣電極、負極、和凝膠狀固體電解質，所述負極含有金屬鋰或含鋰物質，其特征在于，

所述凝膠狀固體電解質含有固體電解質鹽、溶劑和脂質肽型膠凝劑，所述脂質肽型膠凝劑含有選自下式(1)～式(3)所表示的化合物或其可藥用鹽中的至少一種，

式中，R¹表示碳原子數9～23的脂肪族基，R²表示氫原子、或可以具有碳原子數1或2的支鏈的碳原子數1～4的烷基，R³表示-(CH₂)_n-X基，n表示1～4的數，X表示氨基、胍基、-CONH₂基，或可以具有1～3個氮原子的5元環、6元環、或由5元環和6元環構成的稠合雜環；