[發明專利]用于金屬-空氣電池的電解質和金屬-空氣電池

無效

• 申請號: 201310418318.7
• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN103682528A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 南圭一;方城康利
• 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: 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

本發明涉及一種用于金屬-空氣電池中的電解質并且涉及金屬-空氣電池。

背景技術

便攜式電話等近來的普及和發展對用作其電源的更高容量電池產生了日益增長的需求。在這樣的情形下，因為在空氣電極處使用來自大氣的氧作為正電極活性材料而發生氧的氧化和還原反應并且在負電極處發生金屬的氧化和還原反應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注(National?Institute?of?Advanced?Industrial?Science?And?Technology?(日本產業技術綜合研究所，AIST)，“Development?of?New-type?Lithium-Air?Battery?with?Large?Capacity”，[在線]，報道發表于2009年2月24日)[檢索于2011年8月19日]，網址<http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2009/pr20090224/pr20090224.html>)。

常規上使用有機溶劑作為金屬-空氣電池的非水電解質。然而，有機溶劑是揮發性的并且與水混溶，因此當金屬-空氣電池被長時間運行時可能有穩定性問題。當金屬-空氣電池被長時間運行時，存在這樣的可能性：電解質溶液從正電極(空氣電極)側的揮發可能引起電池電阻的增大或是水分進入電池中可能引起作為負電極的金屬鋰的腐蝕。這些現象可能削弱空氣電池的長期放電特征。

為了提供可通過防止電解質溶液因揮發而減少及防止濕氣進入電池中而穩定地長時間運行的鋰空氣電池，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)作為非水電解質的空氣電池(日本專利申請公開號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。

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在一定程度上對防止電解質溶液因揮發而減少及防止水分進入電池中是有效的。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，期望可進一步改善金屬-空氣電池的輸出的電解質。

發明內容

根據本發明的一個實施方案的用于金屬-空氣電池的電解質包含10質量％至80質量％的二氟乙酸甲酯。

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

附圖說明

本發明的示例性實施方案的特征、優點以及技術和工業重要性將在下文參照附圖進行描述，在附圖中，相同的附圖標記表示相同的元件，且其中：

圖1為包含根據本發明的電解質的電化學電池的一個實例的截面示意圖，和

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

具體實施方式

根據本發明的一個實施方案的用于金屬-空氣電池的電解質包含10質量％至80質量％的二氟乙酸甲酯。

在常規的金屬-空氣電池中，當負電極金屬在放電過程中溶出時，負電極金屬的最外表面可能直接接觸電解質。負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。

本發明人發現，當向電解質中加入10質量％至80質量％的二氟乙酸甲酯以改善金屬-空氣電池的輸出時，在負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。

氧對于金屬-空氣電池中的電池反應來說是必要的，因此認為電解質中的氧濃度是飽和的。還認為二氟乙酸甲酯優先與氧結合，這是因為二氟乙酸甲酯溶解大量的氧。

為防止負電極處界面電阻的增大，認為在負電極的表面上形成穩定的界面層是有效的。為在金屬-空氣電池中的負電極的表面上形成穩定的界面層，鑒于二氟乙酸甲酯優先與氧結合的事實，發現向電解質中加入大量二氟乙酸甲酯是有效的。