[發明專利]用于金屬-空氣電池的空氣電極和金屬-空氣電池

無效

• 申請號: 201310290269.3
• 申請日: 2013-07-11
• 公開（公告）號: CN103545535A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 南圭一;岡崎早苗
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M12/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;冷永華

技術領域

本發明涉及用于金屬-空氣電池的空氣電極和具有所述空氣電極的金屬-空氣電池。

背景技術

利用氧氣作為正電極活性材料的金屬-空氣電池具有例如能量密度高以及可容易實現尺寸和重量減小的優點。因此，其作為超過目前廣泛使用的鋰離子二次電池的高容量電池受到關注。作為金屬-空氣電池，已知的有例如鋰-空氣電池、鎂-空氣電池和鋅-空氣電池。金屬-空氣電池可通過在空氣電極(正電極)中進行氧氣的氧化還原反應和在負電極中進行負電極中所含金屬的氧化還原反應來充電/放電。例如，在其中導電離子是單價金屬離子的金屬-空氣電池(二次電池)中，認為進行以下的充電-放電反應。在以下式中，M表示金屬物質。

放電期間的充電/放電反應：

負電極：M→M⁺+e^-

空氣電極：2M⁺+O₂+2e^-→M₂O₂

充電期間的充電/放電反應：

負電極：M⁺+e^-→M

空氣電極：M₂O₂→2M⁺+O₂+2e^-

金屬-空氣電極包括例如包含導電材料和粘合劑的空氣電極、收集空氣電極的電流的空氣電極集電體、包含負電極活性材料(金屬或合金)的負電極、收集負電極的電流的負電極集電體、以及提供在空氣電極與負電極之間的電解質。

金屬-空氣電池的具體實例包括例如日本專利申請公開號2009-518795(JP?2009-518795A)、07-130404(JP?07-130404A)和11-339865(JP?11-339865A)中所公開的那些。例如，在JP?2009-518795A中，描述了包括活性層的金屬-空氣電池，所述活性層包含氧化還原催化劑和選自La₂O₃、Ag₂O和尖晶石中的雙功能催化劑。

在JP2009-518795A所述的其中金屬-空氣電池中包含Ag₂O的情況下，雖然提高了空氣電極中的氧還原能力，但是不能得到足夠的輸出特性。此外，在包含Ag₂O的金屬-空氣電池中，在其中通過電池中的副反應生成氫的情況下，因為Ag₂O具有高的氫還原能力，所以氫被還原成水。當電池中存在氫時，這是使金屬-空氣電池的性能劣化的原因之一。因此，抑制氫生成和移除所生成的氫是必要的。但是，因為電池中水的存在也導致金屬-空氣電池的劣化，所以通過氫還原生成水沒有從根本上解決問題。此外，在作為金屬-空氣電池的代表性實例的鋰空氣電池中，抑制微量氫的生成是非常困難的。

發明內容

本發明提供了可以在抑制由于氫導致的性能劣化的同時實現輸出特性改善的金屬-空氣電池。

本發明的第一方面是一種用于金屬-空氣電池的空氣電極，所述金屬-空氣電池包括空氣電極、負電極和提供在空氣電極和負電極之間的電解質，并且所述空氣電極包含含非交聯氧的M_xO_y基玻璃，所述含非交聯氧的M_xO_y基玻璃包含非交聯氧，即與構成M_xO_y基玻璃(在本文中，M_xO_y是選自B₂O₃、P₂O₅、SiO₂、GeO₂和Al₂O₃中的至少一種)的M結合并且與Ag結合的氧(O)。在用于具有以上結構的金屬-空氣電池的空氣電極中，因為與非交聯氧結合的Ag和氫反應生成金屬氫氧化物，所以氫可被移除并且輸出可歸因于生成金屬氫氧化物而得以改善。