空气电池用正极片、制造该正极片的方法以及使用该正极片的空气电池技术

本发明专利技术的实施方式的空气电池用正极片由具有波浪的纤维状碳构成，BET法比表面积满足300～1200m2/g的范围，直径5～1000nm的细孔表面积满足200～600m2/g的范围，直径0.1～10μm的细孔的细孔容积满足大于2.0且10.0cm3/g以下的范围，直径2～1000nm的细孔的细孔容积满足1.0～5.0cm3/g的范围，片密度满足0.05～0.23g/cm3的范围。的范围。的范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】空气电池用正极片、制造该正极片的方法以及使用该正极片的空气电池


[0001]本专利技术涉及空气电池用正极片、制造该空气电池用正极片的方法以及使用该空气电池用正极片的空气电池，详细而言，涉及使用纤维状碳的空气电池用正极片、制造该空气电池用正极片的方法以及使用该空气电池用正极片的空气电池。

技术介绍

[0002]近年来，由于对可再生能源普及、汽车电动化的要求，要求开发轻量且大容量，即具有更高能量密度的蓄电池。在能够设想实现的二次电池中，锂空气电池具有最高的理论能量密度，能够实现大幅超过当前普及的锂离子电池的能量密度。
[0003]锂空气电池使用锂金属作为负极活性物质，使用空气中的氧作为正极活性物质。放电时，锂金属从负极溶出(Li
→
Li
+
+e
‑
)，生成的锂离子与在正极从空气吸收的氧反应而析出过氧化锂(2Li
+
+2e
‑
+O2→
Li2O2)。充电时发生与之相反的反应，通过反复进行这样的过程而进行充放电。在此，正极是具有随着充放电而吸收、排出空气中的氧的功能的电极，因此也被称为空气极。
[0004]作为这样的正极，开发了由碳纳米管构成的片状电极(例如，参照非专利文献1)。非专利文献1报告了将在异丙醇中分散有单层碳纳米管的浆料经由聚四氟乙烯(PTFE)过滤器进行抽滤，由此得到自支撑的碳纳米管片。通过将这样的碳纳米管片用于空气电池的正极，电池的容量飞跃性地提高。然而，高速放电特性(提高了输出速率的、以更大的电流密度取出电流的情况下的放电容量)仍不充分。另外，在循环特性中，能够充放电的次数也存在限制。
[0005]另外，有将使用了碳纳米管的无纺布状的片材用于正极的其他空气电池的报告(例如，参照非专利文献2)。非专利文献2报告了使通过各种制法得到的直线状的单层碳纳米管分散于溶剂中，进行过滤，由此得到碳纳米管凝聚而成为束(bundle)的无纺布状的片材，电池的容量得以提高。在非专利文献2中，通过选择碳纳米管的制法，高速放电特性得到改善，但在实用化方面并不充分。
[0006]已知另一种包含具备碳骨架和空隙的多孔质碳材料的金属空气电池用电极材料(例如，参照专利文献1)。专利文献1报告了：使可碳化树脂10～90重量％和消失树脂90～10重量％相容而得到树脂混合物，使相容状态的树脂混合物相分离、固定化，将其通过加热烧成进行碳化，由此得到一种多孔碳材料，其具有由碳构成的骨架和空隙形成共连续结构的共连续结构部分，且共连续结构部分的由X射线散射法或X射线CT法算出的结构周期为0.002～10μm。但是，仍不能说高速放电特性是充分的。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1：国际公开第2016/009935号
[0010]非专利文献
[0011]非专利文献1：Akihiro Nomura等，Scientific Reports 7，Article number：45596，2017
[0012]非专利文献2：野村晃敬，“锂空气电池的开发”，太阳能，Vol.46，No.3(总卷数257号)，第23页～28页，2020

技术实现思路

[0013]专利技术所要解决的课题
[0014]由以上可知，本专利技术的课题在于，提供能够发挥优异的高速放电特性的空气电池用正极片、其制造方法以及使用其的空气电池。
[0015]用于解决课题的方法
[0016]本专利技术的空气电池用正极片由具有波浪的纤维状碳构成，BET法比表面积满足300～1200m2/g的范围，直径5～1000nm的细孔表面积满足200～600m2/g的范围，直径0.1～10μm的细孔的细孔容积满足大于2.0cm3/g且10.0cm3/g以下的范围，直径2～1000nm的细孔的细孔容积满足1.0～5.0cm3/g的范围，片密度满足0.05～0.23g/cm3的范围。本专利技术的空气电池用正极片由此解决上述课题。
[0017]上述直径0.1～10μm的细孔的细孔容积可以满足2.5～9.0cm3/g的范围。
[0018]上述直径0.1～10μm的细孔的细孔容积可以满足2.6～8.7cm3/g的范围。
[0019]上述直径2～1000nm的细孔的细孔容积可以满足2.0～4.0cm3/g的范围。
[0020]上述直径2～1000nm的细孔的细孔容积可以满足2.5～3.5cm3/g的范围。
[0021]上述波浪可以在0.002～0.2nm
‑1的空间频域具有功率谱成分。
[0022]上述BET法比表面积可以满足350～700m2/g的范围。
[0023]上述BET法比表面积可以满足550～690m2/g的范围。
[0024]上述片密度可以满足0.05～0.2g/cm3的范围。
[0025]上述片密度可以满足0.07～0.19g/cm3的范围。
[0026]上述纤维状碳可以选自由碳纳米管、碳纳米角和碳纳米纤维组成的组。
[0027]上述纤维状碳的一部分可以为束状。
[0028]上述正极片的空隙率可以满足80～95％的范围。
[0029]上述正极片的单位面积重量可以满足2～3.5mg/cm2的范围。
[0030]本专利技术的制造上述空气电池用正极片的方法包括：使具有波浪的纤维状碳分散于溶剂中从而得到纤维状碳的预分散液；在上述预分散液中进一步添加溶剂并用振荡频率为20～60kH的范围、额定输出功率为30～95W的范围的超声波进行10～600秒的处理从而得到分散液；以及用过滤器过滤上述分散液。本专利技术的制造上述空气电池用正极片的方法由此完成上述课题。
[0031]上述纤维状碳的BET法比表面积可以满足500～1200m2/g的范围，上述纤维状碳的直径2～1000nm的细孔的细孔容积可以满足9.5～15.0cm3/g的范围。
[0032]上述波浪可以在0.002～0.2nm
‑1的空间频域具有功率谱成分。
[0033]上述分散液中的上述纤维状碳的浓度可以满足0.005～0.3质量％的范围。
[0034]本专利技术的空气电池具备正极、负极和填充于上述正极与负极之间的能够传导金属离子的电解液，上述正极具备上述正极片。本专利技术的空气电池由此解决上述课题。
[0035]上述负极可以具备锂金属层，上述金属离子可以是锂离子。
[0036]专利技术效果
[0037]本专利技术的空气电池用正极片由具有波浪的纤维状碳构成，BET法比表面积满足300～1200m2/g的范围，直径5～1000nm的细孔表面积满足200～600m2/g的范围，直径0.1～10μm的细孔的细孔容积满足大于2.0cm3/g且10.0cm3/g以下的范围，直径2～1000nm的细孔的细孔容积满足1.0～5.0cm3/g的范围，片密度满足0.05～0.23g/cm3的范围。通过以满足这样的特定条件的方式进行调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种空气电池用正极片，其由具有波浪的纤维状碳构成，BET法比表面积满足300～1200m2/g的范围，直径5～1000nm的细孔表面积满足200～600m2/g的范围，直径0.1～10μm的细孔的细孔容积满足大于2.0cm3/g且10.0cm3/g以下的范围，直径2～1000nm的细孔的细孔容积满足1.0～5.0cm3/g的范围，片密度满足0.05～0.23g/cm3的范围。2.根据权利要求1所述的正极片，其中，所述直径0.1～10μm的细孔的细孔容积满足2.5～9.0cm3/g的范围。3.根据权利要求2所述的正极片，其中，所述直径0.1～10μm的细孔的细孔容积满足2.6～8.7cm3/g的范围。4.根据权利要求1～3中任一项所述的正极片，其中，所述直径2～1000nm的细孔的细孔容积满足2.0～4.0cm3/g的范围。5.根据权利要求4所述的正极片，其中，所述直径2～1000nm的细孔的细孔容积满足2.5～3.5cm3/g的范围。6.根据权利要求1～5中任一项所述的正极片，其中，所述波浪在0.002～0.2nm
‑1的空间频域具有功率谱成分。7.根据权利要求1～6中任一项所述的正极片，其中，所述BET法比表面积满足350～700m2/g的范围。8.根据权利要求7所述的正极片，其中，所述BET法比表面积满足550～690m2/g的范围。9.根据权利要求1～8中任一项所述的正极片，其中，所述片密度满足0.05～0.2g/cm3的范围。10.根据权利要求9所述的正极片，其中，所述片密度满足0.07～0.19g/cm3的范围。...

【专利技术属性】
技术研发人员：野村晃敬，久保佳实，藤井惠美子，
申请(专利权)人：国立研究开发法人物质，
类型：发明
国别省市：