[發明專利]空氣電池用空氣極以及空氣電池

有效

• 申請號: 201310473072.3
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN103730665A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 小谷幸成;中西真二;西尾晃治;奧垣智彥
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社;國立大學法人京都大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M12/08
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 苗堃;趙曦

技術領域

本發明涉及高倍率放電性能優異的空氣電池用空氣極以及具備該空氣極的空氣電池。

背景技術

作為正極活性物質而利用氧的空氣電池具有能量密度高、能夠小型化和輕量化等優點。因此，現在，作為超過廣泛使用的鋰二次電池的高能量密度電池而受到關注。作為空氣電池，例如已知鋰空氣電池、鎂空氣電池、鋅空氣電池、鋁空氣電池等金屬空氣電池。

金屬空氣電池通過在空氣極（正極）進行氧的氧化還原反應、在負極進行負極活性物質的氧化還原反應而能夠充放電。一般的金屬空氣電池例如具有含有導電材料和粘結材料的空氣極、進行空氣極的集電的空氣極集電體、含有負極活性物質（金屬、合金等）的負極、進行負極的集電的負極集電體、和存在于空氣極與負極之間的電解質。

例如，認為在傳導離子為一價金屬離子的金屬空氣電池（二次電池）中，進行以下的充放電反應。應予說明的是，在下述式中，M表示金屬種。

（放電時）

負極：M→M⁺+e^-

空氣極：2M⁺+O₂+2e^-→M₂O₂

4M⁺+O₂+4e^-→2M₂O

（充電時）

負極：M⁺+e^-→M

空氣極：M₂O₂→2M⁺+O₂+2_e^-

2M₂O→4M⁺+O₂+4e^-

上述充放電反應是電解質為非水系電解液、固體電解質的情況，放電時在空氣極生成的金屬氧化物在空氣極中析出。另一方面，認為電解質為水系電解液時，進行下述充放電反應，放電時，在電解液中，溶解的金屬離子（M⁺）與氫氧化物離子（OH^-）反應而生成水溶性的金屬氫氧化物。

（放電時）

負極：M→M⁺+e^-

空氣極：O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-

（充電時）

負極：M⁺+e^-→M

空氣極：4OH^-→O₂+2H₂O+4e^-

為了促進空氣極中的放電時和/或充電時的電極反應（氧的氧化還原反應）、提高空氣電池的電池特性，進行向空氣極添加催化劑（例如，專利文獻1）。

具體而言，在專利文獻1中公開了一種鋰空氣二次電池，其特征在于，具備正極和負極、且在上述正極與上述負極之間配置非水電解質的電解介質而構成，上述正極由以碳為主體的氣體擴散層型氧電極構成，上述負極由能夠進行金屬鋰或鋰離子的吸留·放出的物質構成，在上述正極中含有具有鈣鈦礦型結構的Fe系的氧化物La_1-xA_xFe_1-yB_yO₃（A：堿土金屬，0≤1.0，B：過渡金屬，0≤y＜1.0）作為電極催化劑。

專利文獻1：日本特開2009-283381號公報

發明內容

然而，專利文獻1中公開的空氣電池中的空氣極具有在高電流密度下進行放電時的氧化還原電位低、其結果得不到具有良好的高倍率放電性能的空氣電池的問題。

本發明是鑒于上述實際情況而進行的，本發明的目的是提供高倍率放電性能優異的空氣電池用空氣極以及具備該空氣極的空氣電池。

本發明的空氣電池用空氣極，其特征在于，是將氧作為活性物質的空氣極，

構成具有負極和存在于該空氣極與上述負極之間的電解質層的空氣電池，具有至少含有電極催化劑和導電材料的催化劑層，

作為上述電極催化劑，至少包含對氧化還原反應具有活性的氧化物，

作為上述導電材料，包含選自碳化鎢、碳化鈦和碳化鉬中的至少1種金屬碳化物。