锌空气二次电池制造技术

提供一种锌空气二次电池，其可同时防止锌树枝状结晶所导致的正负极之间的短路以及二氧化碳的混入。该锌空气二次电池包括作为正极的空气电极(12)、被设置成粘着在空气电极的一个表面上的具有氢氧化物离子导电性的无机固体电解质体(14)、被设置在无机固体电解质体的空气电极的相对侧上的包含锌或锌合金的金属负极(16)、以及浸渍金属负极并通过无机固体电解质体与空气电极隔离的电解液。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】提供一种锌空气二次电池，其可同时防止锌树枝状结晶所导致的正负极之间的短路以及二氧化碳的混入。该锌空气二次电池包括作为正极的空气电极(12)、被设置成粘着在空气电极的一个表面上的具有氢氧化物离子导电性的无机固体电解质体(14)、被设置在无机固体电解质体的空气电极的相对侧上的包含锌或锌合金的金属负极(16)、以及浸渍金属负极并通过无机固体电解质体与空气电极隔离的电解液。【专利说明】锌空气二次电池相关申请的引用本申请要求2011年11月16日申请的日本专利申请2011-250674号的优先权，在此将其全部公开内容结合到本说明书中。
本专利技术涉及锌空气二次电池。
技术介绍
作为创新的候选电池中的一种，可列举金属空气电池。由于金属空气电池中参与电池反应的氧由空气供给，故可最大限度地利用电池容器内的空间以填充负极活性物质，由此原则上可实现较高的能量密度。目前提议的许多金属空气电池是锂空气电池。然而，锂空气电池中存在许多技术问题，例如在空气电极上析出不希望的反应生成物、混入二氧化碳、由于形成锂树枝状结晶而导致的正负极之间的短路等。另一方面，使用锌作为负极活性物质的锌空气电池也是已知的。特别地，锌空气一次电池已经批量生产，并作为助听器等的电源被广泛使用。锌空气电池使用氢氧化钾等的碱性水溶液作为电解液，以及使用隔膜(separator)用于防止正负极之间的短路。放电时，如下述反应式所示，在空气电极(正极)一侧，O2被还原生成0H-，同时在负极，锌被氧化生成 ZnO。正极:02+2H20+4e— 4OH负极:2Zn+40F— 2Zn0+2H20+4e_虽然也已经尝试使用该锌空气电池作为二次电池，但其充电时，在负极，ZnO被还原，析出树枝状金属锌，从而形成树枝状结晶，该树枝状结晶贯通隔膜，产生负极与正极短路的问题，这极大地阻碍了锌空气电池作为二次电池的实用化。进一步地，在空气电极一侧，空气中的二氧化碳流经空气电极并溶解在电解液中，析出碱性碳酸盐，从而存在降低电池性能的问题。为了解决该问题，在空气电极的内侧上设置阴离子交换膜用以透过在空气电极上生成的氢氧化物离子，以及通过阻断阳离子例如碱性电解液中的碱金属离子(例如K+)或负极金属离子(例如Zn2+)等透过空气电极一侧来试图抑制其在空气电极上与空气中的二氧化碳反应生成的碳酸盐(K2CO3)或金属氧化物(ZnO)的析出(例如，参见专利文献I (国际公开第2009/104570号论文))。然而，因为阴离子交换膜的材料为树脂，故充电时，在负极生成的锌树枝状结晶贯通阴离子交换膜从而与空气电极接触，产生正负极之间短路的问题。为了抑制在二次电池中生成树枝状结晶，也尝试提出在电解液中包含树枝状结晶生成防止剂(例如，参见专利文献2 (特开2009-93983号公报))，但该尝试不是针对二氧化碳的混入。与锂空气电池相比，锌空气电池中与反应相关的问题不大，故如果能解决锌树枝状结晶所导致的正负极之间的短路以及与二氧化碳的混入相关的问题，那么可以说其作为高容量二次电池的可行性较高。因此，就锌空气二次电池来说，高度期望可同时防止锌树枝状结晶所导致的短路以及二氧化碳混入的技术。此外，如通式iThM' (OH) 2An_x/n.HiH2O (式中，M2+表示2价阳离子，M3+表示3价阳离子，A1"表示η价阴离子)所示的层状双氢氧化物(LDH)作为具有氢氧化物离子导电性的固体电解质是已知的，近年来，提出使用层状双氢氧化物的膜作为直接醇类燃料电池的碱性电解质膜(例如，参见专利文献3 (国际公开第2010/109670号论文))。现有技术文献专利文献专利文献1:国际公开第2009/104570号论文专利文献2:日本专利特开2009-93983号公报专利文献3:国际公开第2010/109670号论文
技术实现思路
本专利技术人通过在锌空气电池中使用具有氢氧化物离子导电性的无机固体电解质体作为隔膜并且将无机固体电解质体设置成紧贴在空气电极的一个表面上，可同时防止充电时锌树枝状结晶所导致的正负极之间的短路以及二氧化碳向电解液中的混入，于是，可将锌空气电池作为可靠性高的二次电池加以应用。因此，本专利技术的目的在于提供可同时防止锌树枝状结晶所导致的正负极之间的短路以及二氧化碳混入的锌空气二次电池。根据本专利技术的一个实施方式，提供一种锌空气二次电池，其包括:作为正极的空气电极；具有氢氧化物离子导电性的无机固体电解质体，其被设置成粘着在所述空气电极的一个表面上；含有锌或锌合金的金属负极，其设置在所述无机固体电解质体的设有所述空气电极侧的相反侧上；浸溃所述金属负极的电解液，其通过所述无机固体电解质体与所述空气电极隔离。【专利附图】【附图说明】图1为显示根据本专利技术的锌空气二次电池的例子的横截面图。【具体实施方式】下面，结合附图对根据本专利技术的一个实施方式的锌空气二次电池进行说明。锌宇气二次电池图1显示根据本专利技术的锌空气二次电池的一个例子。图1所示的锌空气二次电池10具有作为正极的空气电极12、无机固体电解质体14、金属负极16,以及电解液。无机固体电解质体14被设置成紧贴在空气电极12的一个表面上，以及具有氢氧化物离子导电性。金属负极16被设置在无机固体电解质体14的空气电极12的相对侧上，以及含有锌或锌合金。电解液通过无机固体电解质体14与空气电极12隔离，以及金属负极16被浸溃在该电解液中。通过该方式，本专利技术的锌空气二次电池10使用具有氢氧化物离子导电性的无机固体电解质体14作为隔膜，以及具有将无机固体电解质体14紧贴在空气电极12的一个表面上的结构。于是，通过使用具有氢氧化物离子导电性的固体电解质体14作为隔膜，可如专利文献I所公开的阴离子交换膜那样防止来自空气电极中的二氧化碳的透过。此外，由于无机固体电解质体14典型地由致密的硬的无机固体构成，故可通过物理性地阻止充电时生成的锌树枝状结晶所导致的隔膜的贯通，从而可防止正负极之间的短路。于是，可同时防止锌树枝状结晶所导致的正负极之间的短路以及二氧化碳的混入，结果是，锌空气电池作为二次电池使用是可能的。此外，锌空气电池放电时，正极(空气电极)和负极(锌电极)的反应如下所示。正极:02+2H20+4e— 4OH (1)负极:2Ζη+40— 2Zn0+2H20+4e_ (2)虽然现有的锌空气电池在空气电极与锌负极之间具有碱性水溶液的电解液，但为了防止空气电极与锌负极之间的直接短路而设置了绝缘性多孔隔膜。在该情况下，由于电解液通过往返于隔膜中而与空气电极接触，故正极反应(1)在电解液、空气电极(催化剂)和空气的三相界面上发生。因此，电解液中的H2O被用作正极反应式(1)中的H20。相反，本专利技术的锌空气二次电池10中，由于将无机固体电解质体14设置成紧密地紧贴在空气电极12的一个表面上，故电解液仅存在于无机固体电解质体14的金属负极16 —侧，而不存在于空气电极12—侧。于是，可防止空气中的二氧化碳溶入电解液中所产生的反应产物的析出。在该情况中，正极反应(1)中所需的&0不可能由电解液中获得，本专利技术的电池使用空气中的水分作为正极反应(1)中所需的&0。因此，为了有效地使电池运作，本专利技术的电池优选在增湿空气存在下使用。无机固体电解质体无机固体电解质体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锌空气二次电池，其包括：作为正极的空气电极；具有氢氧化物离子导电性的无机固体电解质体，其被设置成紧贴在所述空气电极的一个表面上；含有锌或锌合金的金属负极，其设置在所述无机固体电解质体的设有所述空气电极侧的相反侧上；浸渍所述金属负极的电解液，其通过所述无机固体电解质体与所述空气电极隔离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：山田直仁，山本一博，富田崇弘，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP