金属空气电池制造技术

本发明专利技术提供一种金属空气电池。该金属空气电池(1)具备：负极(2)，其从由金属Li、Zn、Mg、Al和Fe组成的群中选出的一种金属构成；正极(3)，其包含碳素材料和储氧材料的混合物；以及电解质，其配设在所述负极(2)和所述正极(3)之间。隔膜(4)受电解质浸渍。负极(2)由金属Li构成。储氧材料是钇和锰的复合氧化物。储氧材料优选具有六方晶结构。本发明专利技术的金属空气电池能够获得比现有的金属空气电池更大的充放电容量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及金属空气电池。
技术介绍
在现有技术中，作为电池反应，已知有利用正极处的氧的氧化还原反应的一种金属空气电池。在所述金属空气电池中，有从空气中获取氧进行所述氧化还原反应的一种金属空气电池和在正极中具备储氧材料、并利用该储氧材料释放出来的氧来进行所述氧化还原反应的一种金属空气电池。 在正极处具备储氧材料的金属空气电池的场合，放电时，在负极处金属被氧化成金属离子，并且该金属向正极一侧移动。另一方面，在正极处，所述储氧材料释放出的氧被还原成氧离子，与所述金属离子结合形成金属氧化物。另外，在所述金属空气电池中，充电时，所述负极和所述正极处，发生所述反应的逆反应。作为这种金属空气电池，已知有将含氧的锰络合物使用为所述储氧材料的一种金属空气电池(例如，参照专利文献I :日本特开2009 — 230985号公报)。或是使用了具有隹丐钛矿型(perovskite)型结构的铁系金属复合氧化物的一种金属空气电池(例如，参照专利文献2 :日本特开2009 - 283381号公报)。然而，在正极具备所述储氧材料的金属空气电池的场合，存在电池反应的反应速度受氧分子和氧离子向该储氧材料扩散的扩散速度主导的问题。其结果，在正极处具备所述储氧材料的金属空气电池的所述电池反应的反应速度下降，过电压上升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够解决上述问题，使所述电池反应的反应速度到达高速化，抑制过电压上升的金属空气电池。为了达到所述目的，本专利技术的金属空气电池的特征在于具备负极，其从由金属Li、Zn、Mg、Al和Fe组成的群中选出的一种金属构成；正极，其包含含氧化学物种的碳素材料与储氧材料的混合物；以及电解质，其配设在所述负极和所述正极之间。在本专利技术的金属空气电池中，构成负极的金属优选为从Li、Zn、Fe组成的群中选出的一种金属，更为优选的是由金属Li构成该负极。所述负极使用金属Zn、金属Fe的金属空气电池与使用了其他金属的金属空气电池相比，能够获得更高的理论电压以及电化当量，而使用了金属Li的金属空气电池则能够获得更高的理论电压以及电化当量。使用本专利技术的金属空气电池的场合，放电时，在负极处所述金属被氧化，生成该金属的离子的同时，生成的金属离子藉由所述电解质向正极移动。另一方面，在正极处，所述碳素材料及储氧材料的混合物中储存的所述含氧化学物种与所述金属离子结合形成金属化合物。其结果，能够获得电动势。同时，在充电时，发生与所述放电时相反的逆反应。在本专利技术的金属空气电池中，与所述金属离子结合而形成金属化合物时起到作用的所述含氧化学物种可以是所述储氧材料所吸收储存的物质，但是可以让吸附在所述碳素材料及储氧材料的混合物表面上的含氧化学物种发挥主导作用。只是吸附在所述碳素材料与储氧材料的混合物表面上的所述含氧化学物种没有必要扩散到所述储氧材料中。所以，根据本专利技术的金属空气电池，能够使所述电池反应的反应速度达到高速化。其结果，能够抑制过电压的上升。在本专利技术的金属空气电池中，作为储存在所述混合物中的所述含氧化学物种可以举出从由02、02_、CO、CO2, CO广、HCO3' CH3C00_组成的群中选出的至少一种分子或阴离子。根据所述含氧化学物种，放电时，在正极处能够形成构成负极的金属氧化物、碳氧化物、碳酸氢化物、醋酸盐。在本专利技术的金属空气电池中，所述储氧材料优选为钇和锰的复合氧化物，或是具有六方晶结构的化合物。其结果，所述储氧材料能够在其表面上吸附更多量的所述含氧化学物种。作为所述储氧材料，例如能够举出由化学式YMnO3表述的复合氧化物，该复合氧化 物更为优选的是具有六方晶结构的化合物。另外，在本专利技术的金属空气电池中，所述正极优选的是由所述碳素材料及所述储氧材料的混合物和粘结剂构成。通过所述粘结剂将所述碳素材料和所述储氧材料粘结，所述正极能够简单地形成所述混合物。此外，在本专利技术的金属空气电池中，优选为所述储氧材料的平均粒径在50 Pm以下，该储氧材料在受所述碳素材料负载的同时，该储氧材料的质量是在所述正极的总质量的10 90%的范围内。当所述储氧材料的平均粒径比50 y m大时，其表面无法充分吸附所述含氧化学物种，因此会导致无法充分地促进充放电反应，会有过电压增大从而导致容量降低的可能性。同时，当所述储氧材料的质量未满所述正极总质量的10%时，在本专利技术的金属空气电池中，有可能无法充分获得充放电容量。而另一方面，当所述储氧材料的质量超过所述正极的总质量的90%时，该正极的电子传导性会降低，从而可能产生无法获得充分的充放电容量的问题。另外，在本专利技术的金属空气电池中，所述混合物优选为具有10 90%的孔隙率，更为理想的是具有40 80%的孔隙率。所述混合物在所述孔隙率未满10%时，氧则无法充分地扩散。放电时，在正极生成的金属化合物的析出会受到阻碍。同时，当所述孔隙率超过90%时，催化剂上的Li离子等负极金属离子和氧之间的反应会进行得不充分。并且，所述混合物在所述孔隙率超过90%时，机械性强度降低，循环特性发生恶化。附图说明图I是表示本专利技术的金属空气电池第一形态的构成例的示意性断面图。图2是表示本专利技术的金属空气电池第二形态的构成例的示意性断面图。图3是表示本专利技术的金属空气电池中使用的储氧材料的X射线衍射测定结果的图表。图4是表示本专利技术的金属空气电池中使用的储氧材料的粒度分布的图表。图5是表示本专利技术的金属空气电池中使用的储氧材料和氧化铈(CeO2)之间进行的吸附氧量的比较的图表。图6是表示本专利技术第一实施例中的金属空气电池中使用的正极混合物的孔隙率的图表。图7是表不本专利技术的第一实施例的金属空气电池的放电容量和充电容量的图表。图8是表不本专利技术的第二实施例的金属空气电池的放电容量和充电容量的图表。图9是表不本专利技术的第三实施例的金属空气电池的放电容量的图表。图10是表示本专利技术的第四实施例的金属空气电池的放电容量的图表。图11是表示本专利技术第二形态的金属空气电池中使用的正极混合物的孔隙率的图表。 图12是表示本专利技术的第五实施例的金属空气电池的放电容量以及充电容量的图表。图13是表示本专利技术的第六至第九实施例的金属空气电池的放电容量的图表。符号说明I :金属空气电池；2 :负极；3 :正极；4 :浸溃了电解质的隔膜具体实施例方式以下，参照附图进一步详细地说明本专利技术的实施方式。如图I所示，本实施方式的金属空气电池I是圆柱状，具备负极2、正极3和设置在负极2及正极3之间的隔膜4。隔膜4受电解质浸溃。负极2从由金属Li、Zn、Mg、Al、Fe组成的群中选择一种金属构成，优选为从由金属Li、Fe、Zn组成的群中选择一种金属构成。负极2更为优选的是由金属锂构成。负极2藉由不锈钢、镍丝网(Ni-mesh)等构成的负极集电体5被装入到不锈钢制的负极容器6中。正极3是由碳素材料、储氧材料和粘结剂组成的混合物构成的多孔体，受由铝网(Al-mesh)、镍(Ni)制多孔体等构成的正极集电体7挤压并粘接。正极3藉由正极集电体7被装入到不锈钢制的正极容器8中。负极容器6和正极容器8通过设置在隔膜4周围的绝缘树脂构件9被互相电气绝缘。隔膜4例如由聚丙烯膜、玻璃纤维滤纸等构成。另外，作为所述电解质，例如可以举出以下的溶液在碳酸亚乙酯(ethylene carbonate)和碳酸乙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：田名网洁，矶谷祐二，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：