[發明專利]非水電解質空氣電池

無效

• 申請號: 201410095137.X
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN104078723A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 近藤亞里;久保木貴志
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08;H01M4/86
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 張楠

技術領域

本發明涉及非水電解質空氣電池。

背景技術

近年來，手機和電子郵件終端等便攜型信息設備的市場不斷迅速擴大。隨著這些設備的小型輕量化的發展，要求電源也要小型并且輕量。目前，這些便攜設備中大多使用高能量密度的鋰離子二次電池，但還需要能夠獲得高容量的電池。

將空氣中的氧用于正極活性物質的空氣電池由于不需要將正極活性物質內藏于電池內，所以能夠期待高容量化。特別是使用鋰作為負極的非水電解質空氣電池具有高的理論能量密度，正在被廣泛研究。

現有技術文獻

非專利文獻

非專利文獻1：Journal?of?The?Electrochemical?Society，149（9）A1190－A1195（July29，2002）

發明內容

本發明要解決的問題

本發明提供循環特性優良的非水電解質空氣電池。

解決問題的手段

本發明的非水電解質空氣電池具備：正極、負極、被正極和負極夾持的隔膜以及具有用于向正極供給氧的空氣孔的外包裝材，其中，正極至少具有將氧活化的催化劑、導電材料和粘結劑，當粘結劑的熱解開始溫度為T1℃、熱解結束溫度為T2℃時，在T1℃～T2℃的范圍內，粘結劑的熱解質譜分析中存在質量數為81、100、132和200中的任意信號，將T1℃時的峰面積設定為X，將T2℃時的峰面積設定為Y，X和Y滿足2X≥Y的條件，粘結劑是含有氟的高分子，粘結劑的熱解開始溫度是指利用熱重量分析裝置分析粘結劑時，在主要的重量減少過程中，重量減少過程中的重量減少部分的5%發生減少時的溫度，粘結劑的熱解結束溫度是指利用熱重量分析裝置分析粘結劑時，在主要的重量減少過程中，所述重量減少過程中的重量減少部分的95%發生減少時的溫度，質譜信號面積是指在粘結劑單體的質譜中，從質量數為81、100、132和200中選擇的多個信號中，T1℃～T2℃的質譜信號面積為最大面積的質量數的信號面積。

附圖說明

圖1是實施方式的非水電解質空氣電池的截面示意圖。

圖2是實施方式的正極的截面示意圖。

圖3是PVdF的熱質量變化坐標圖。

圖4是PVdF的熱解氣相色譜的離子色譜圖（ion?chromatogram）。

圖5是實施方式的正極催化劑層的熱解氣相色譜的離子色譜圖。

符號說明

1：外包裝材、2：隔膜、3：正極、4：負極、5：空氣孔、6：正極催化劑層、7：正極集電體、8：正極端子、9：空氣擴散層、10：負極活物質含有層、11：負極集電體、12：負極端子、13：密封膠帶

具體實施方式

在以往的非水電解質空氣電池中，放電時進入電池內的氧被負載于正極上的催化劑活化，與非水電解質中溶解的鋰離子反應，生成鋰氧化物。另一方面，充電時鋰氧化物被還原，放出鋰離子和氧。反應是可逆的，本來壽命是無限的，但實際上會劣化。在非水電解質空氣電池中，充放電時的反應機理是已知的。例如，充電時除了來自鋰氧化物的鋰離子、氧的放出反應之外，還會因非水電解質的分解產生二氧化碳。因此，由于充放電會消耗非水電解質，所以循環壽命變短。

另一方面，發明者們對上述課題進行了深入研究，結果發現，加熱正極時產生的來自粘結劑的氣體與非水電解質空氣電池的循環壽命有相關性。

如上所述，正極中的氧的還原反應是在負載于正極上的催化劑表面上產生的，作為將催化劑固定于導電材料上的粘結劑，可以使用耐氧化性優良的氟樹脂。如上所述，據認為，充電時從鋰氧化物放出氧，在此過程中，由于活性的氧與非水電解質接觸而使非水電解質分解。即，通過將正極催化劑與非水電解質的接觸控制為最小限度，可以抑制活性氧與非水電解質的反應，從而改善循環壽命。

活性氧與非水電解質的反應必須在實際組裝電池后使其工作才能測定，但發明者們發現：通過著眼于使正極升溫時放出的氣體成分的溫度依賴性，能夠預測活性氧與非水電解質的反應，改善循環特性。

以下，對實施方式的非水電解質空氣電池進行詳細說明。實施方式的非水電解質空氣電池具有正極、負極、被正極和負極夾持的隔膜，還具有含浸有非水電解質并具有收納它們的外包裝材，該外包裝材具備用于向正極供給氧的空氣孔。