[發(fā)明專利]用于金屬-空氣電池的電解質(zhì)和金屬-空氣電池

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310418318.7
• 申請(qǐng)日: 2013-09-13
• 公開（公告）號(hào): CN103682528A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 南圭一;方城康利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 豐田自動(dòng)車株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01M12/08
• 分類號(hào): H01M12/08
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;冷永華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于金屬-空氣電池中的電解質(zhì)并且涉及金屬-空氣電池。

背景技術(shù)

便攜式電話等近來的普及和發(fā)展對(duì)用作其電源的更高容量電池產(chǎn)生了日益增長(zhǎng)的需求。在這樣的情形下，因?yàn)樵诳諝怆姌O處使用來自大氣的氧作為正電極活性材料而發(fā)生氧的氧化和還原反應(yīng)并且在負(fù)電極處發(fā)生金屬的氧化和還原反應(yīng)而可被充放電的金屬-空氣電池具有高的能量密度并且作為超越目前廣泛使用的鋰離子電池的高容量電池而引起人們的關(guān)注(National?Institute?of?Advanced?Industrial?Science?And?Technology?(日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所，AIST)，“Development?of?New-type?Lithium-Air?Battery?with?Large?Capacity”，[在線]，報(bào)道發(fā)表于2009年2月24日)[檢索于2011年8月19日]，網(wǎng)址<http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2009/pr20090224/pr20090224.html>)。

常規(guī)上使用有機(jī)溶劑作為金屬-空氣電池的非水電解質(zhì)。然而，有機(jī)溶劑是揮發(fā)性的并且與水混溶，因此當(dāng)金屬-空氣電池被長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)可能有穩(wěn)定性問題。當(dāng)金屬-空氣電池被長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，存在這樣的可能性：電解質(zhì)溶液從正電極(空氣電極)側(cè)的揮發(fā)可能引起電池電阻的增大或是水分進(jìn)入電池中可能引起作為負(fù)電極的金屬鋰的腐蝕。這些現(xiàn)象可能削弱空氣電池的長(zhǎng)期放電特征。

為了提供可通過防止電解質(zhì)溶液因揮發(fā)而減少及防止?jié)駳膺M(jìn)入電池中而穩(wěn)定地長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的鋰空氣電池，人們提出了其中使用離子液體如N-甲基-N-丙基哌啶雙(三氟甲烷磺酰基)酰胺(縮寫：PP13TFSA)作為非水電解質(zhì)的空氣電池(日本專利申請(qǐng)公開號(hào)2011-14478(JP?2011-14478A))。離子液體指僅由為陽離子和陰離子的組合的離子型分子組成并且在常溫(15℃至25℃)下為液體的物質(zhì)。

使用離子液體如N-甲基-N-丙基哌啶雙(三氟甲烷磺酰基)酰胺(PP13TFSA)作為空氣電池的電解質(zhì)在一定程度上對(duì)防止電解質(zhì)溶液因揮發(fā)而減少及防止水分進(jìn)入電池中是有效的。然而，其中使用離子液體如PP13TFSA作為電解質(zhì)的空氣電池在電池的輸出方面仍不盡如人意。因此，期望可進(jìn)一步改善金屬-空氣電池的輸出的電解質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的用于金屬-空氣電池的電解質(zhì)包含10質(zhì)量％至80質(zhì)量％的二氟乙酸甲酯。

根據(jù)上述方面的用于金屬-空氣電池的電解質(zhì)，提供一種可改善金屬-空氣電池的輸出特性的電解質(zhì)。

附圖說明

本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)重要性將在下文參照附圖進(jìn)行描述，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，且其中：

圖1為包含根據(jù)本發(fā)明的電解質(zhì)的電化學(xué)電池的一個(gè)實(shí)例的截面示意圖，和

圖2為示出了電解質(zhì)中的二氟乙酸甲酯的含量與電化學(xué)電池的最大電流密度之間關(guān)系的圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的用于金屬-空氣電池的電解質(zhì)包含10質(zhì)量％至80質(zhì)量％的二氟乙酸甲酯。

在常規(guī)的金屬-空氣電池中，當(dāng)負(fù)電極金屬在放電過程中溶出時(shí)，負(fù)電極金屬的最外表面可能直接接觸電解質(zhì)。負(fù)電極金屬的最外表面是高度活性的，因此易于形成電阻層。一旦形成電阻層，其導(dǎo)致電池電阻的增大并因此致使金屬-空氣電池的輸出下降。

本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向電解質(zhì)中加入10質(zhì)量％至80質(zhì)量％的二氟乙酸甲酯以改善金屬-空氣電池的輸出時(shí)，在負(fù)電極處界面電阻的增大可得以防止并且金屬-空氣電池的輸出性能可得以改善。

氧對(duì)于金屬-空氣電池中的電池反應(yīng)來說是必要的，因此認(rèn)為電解質(zhì)中的氧濃度是飽和的。還認(rèn)為二氟乙酸甲酯優(yōu)先與氧結(jié)合，這是因?yàn)槎宜峒柞ト芙獯罅康难酢?/p>

為防止負(fù)電極處界面電阻的增大，認(rèn)為在負(fù)電極的表面上形成穩(wěn)定的界面層是有效的。為在金屬-空氣電池中的負(fù)電極的表面上形成穩(wěn)定的界面層，鑒于二氟乙酸甲酯優(yōu)先與氧結(jié)合的事實(shí)，發(fā)現(xiàn)向電解質(zhì)中加入大量二氟乙酸甲酯是有效的。