[發明專利]鋰空氣電池用電解液和鋰空氣電池

有效

• 申請號: 201380017030.7
• 申請日: 2013-03-06
• 公開（公告）號: CN104205480B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 小林和幸;伏屋一郎
• 申請（專利權）人: 住友精化株式會社
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08;H01M12/06
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 丁香蘭,孟偉青

技術領域

本發明涉及一種鋰空氣電池用電解液，該鋰空氣電池用電解液的化學穩定性優異，耐電壓高，在寬溫度范圍中不存在凝固和鹽的析出而具有穩定的液態。另外，本發明涉及使用該鋰空氣電池用電解液所制造的長期可靠性優異、充放電循環特性良好的鋰空氣電池。

背景技術

鋰空氣電池是將空氣中的氧作為正極活性物質使用的非水電池，其特征在于，負極的鋰金屬單位質量的理論儲能可達約11140Wh/kg，具有高的能量密度。因此，小型化和輕量化容易，作為超過目前廣泛使用的鋰離子電池的高容量電池而受到關注。

作為這樣的鋰空氣電池，例如可以舉出下述鋰空氣電池，其包括：具有碳黑等導電性材料、二氧化錳等催化劑和聚偏二氟乙烯等接合劑的空氣電極；進行空氣電極的集電的空氣電極集電體；含有作為負極活性物質的鋰的負極；進行負極的集電的負極集電體；和非水電解液。

以往，鋰空氣電池的非水電解液使用了在碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、1,2-二甲氧基乙烷、γ-丁內酯、四氫呋喃等有機溶劑中溶解了LiPF₆等鋰鹽的非水電解液。但是，若使用這樣的非水電解液來制作鋰空氣電池，則會由于電池的充放電過程中產生的氧自由基等而使有機溶劑劣化，或者在將設置于鋰空氣電池的殼上的空氣孔、即用于將氧引入正極的孔開放的狀態下受到環境溫度的影響，由于在高溫環境下的使用和保存而使電解液溶劑揮發，從而具有放電容量顯著降低的問題。另外，對于鋰空氣電池的非水電解液，還要求其在寬的溫度范圍中不存在凝固和鹽的析出而具有穩定的液態。

針對這種問題，已知使用不揮發性的離子液體作為非水電解液。例如，專利文獻1中公開了非水電解液空氣電池的非水電解液使用具有特定結構的離子液體的方法。

但是，在鋰空氣電池的非水電解液使用離子液體的情況下，雖然從不揮發性的方面出發是優選的，但離子液體有可能會因電池的充放電過程中產生的氧自由基等發生劣化。另外，離子液體與以往使用的有機溶劑相比還具有制造成本高、難以精制等制造方面的問題。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2004-119278號公報

發明內容

發明要解決的課題

本發明的目的在于提供一種鋰空氣電池用電解液，該鋰空氣電池用電解液的化學穩定性優異，耐電壓高，在寬溫度范圍中不存在凝固和鹽的析出而具有穩定的液態。另外，本發明的目的在于提供使用該鋰空氣電池用電解液所制造的長期可靠性優異、充放電循環特性良好的鋰空氣電池。

用于解決課題的方案

本發明涉及一種鋰空氣電池用電解液，其含有包含下述式(1)表示的鏈狀烷基砜化合物的有機溶劑和鋰鹽。

式(1)中，R¹、R²表示直鏈狀或支鏈狀的碳原子數為1～4的烷基，R¹、R²各自獨立，可以相互相同，也可以不同。

下面，對本發明進行詳細說明。

本發明人進行了深入研究，結果發現，通過在含有化學穩定性和熱穩定性優異、揮發性低、且耐電壓高的特定的鏈狀烷基砜化合物的有機溶劑中溶解鋰鹽，來抑制非水電解液從設置于電池殼的空氣孔揮發，從而可得到長期可靠性優異、充放電循環特性良好的鋰空氣電池，由此完成了本發明。

本發明的鋰空氣電池用電解液含有有機溶劑。

上述有機溶劑含有上述式(1)表示的鏈狀烷基砜化合物(下文中也簡稱為鏈狀烷基砜化合物)。通過含有上述鏈狀烷基砜化合物，本發明的鋰空氣電池用電解液在化學、電學方面穩定。此外，通過含有上述鏈狀烷基砜化合物，能夠提高鋰空氣電池的長期可靠性。

上述式(1)中，R¹、R²表示直鏈狀或支鏈狀的碳原子數為1～4的烷基，各自獨立，可以相互相同，也可以不同，由于熔點降低，因而R¹與R²優選不同。若R¹和/或R²的碳原子數為5以上，則在常溫下呈固態，所得到的鋰空氣電池用電解液的粘度顯著提高，內阻等電池特性惡化。另外，若R¹和/或R²的碳原子數增多，則具有介電常數降低、電解質的溶解度降低的傾向，因此R¹、R²的碳原子數優選為3以下。此外，由于結晶性降低、熔點降低，因而R¹、R²優選為支鏈狀。