[发明专利]锂空气电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂空气电池。

背景技术

为了实现低碳社会，迫切需要开发具有显著提高的容量的电池。

近年来，已经积极开发了通过采用空气中的氧而实现显著提高的容量的锂空气电池和锂空气二次电池。对空气电池的报告的实例包括以下。

在题为“Air Battery”(“空气电池”)的后述专利文献1中，给出了以下描述。图5(A)对应于专利文献1中所示的图1，其示出了空气电池的示意图。

根据专利文献1的发明的空气电池包括负极(阳极，anode)、具有催化剂的正极(阴极，cathode)和在所述正极和所述负极之间存在的非水电解质，所述催化剂包含铈且其中直径为5nm以上至35nm以下的细孔的容积等于或大于0.15ml/g。在专利文献1，给出了这样的描述，使得空气电池可具有较大的放电容量且可具有较大的充电容量。

如图5(A)中所示，空气电池110包括在集电体112上形成的正极113和与集电体114邻接的锂负极115之间的电解液118。正极113在更接近电解液118的侧上设置有隔膜117。正极113通过利用粘结剂113b对催化剂116和导电体(导电剂)113a进行压制成形而制造。在专利文献1中给出了上述描述。

在题目″Development of a New-type Lithium-Air Battery with Large Capacity″(“具有大容量的新型锂空气电池的开发”)的后述非专利文献1中，给出了以下描述。图5(B)对应于中非专利文献1中所示的图2，其示出了锂空气电池的构造(左图：在放电时，右图：在充电时)。

在将仅透过锂离子的固体电解质用作更接近负极的有机电解液与更接近空气电极的含水电解液(水性电解液)之间的隔离壁的情况下，可以防止所述两种电解液的混合，并且可以促进电池反应。已经发现，可以由此防止在正极中析出作为固体反应产物的氧化锂(LI₂O)。即，在该电池中，放电反应产物不是固体氧化锂(LI₂O)而是易溶于含水电解液中的氢氧化锂(LiOH)，且不发生空气电极的碳细孔的堵塞。此外，由于使得水、氮等不能透过作为隔离壁的固体电解质，所以不存在其与负极的金属锂发生反应的风险。而且，在充电时，通过设置充电专用正极，可以防止因充电而造成的空气电极的腐蚀和劣化。

将作为负极的金属锂带和作为负极电解液的包含锂盐的有机电解液结合(合并)。作为将正极与负极隔开的隔离壁，在中央设置锂离子固体电解质。作为正极含水电解液，使用碱性含水凝胶，将其与由微制造的碳和便宜的氧化物催化剂形成的正极结合(组合)。

在放电时的电极中的反应如下。在负极中，金属锂作为锂离子(Li⁺)溶于有机电解液中(反应：Li→Li⁺+e^-)，且将电子供应至导电线。溶解的锂离子(Li⁺)通过固体电解质并移动至正极含水电解液。在正极中，从导电线供应电子，空气中的氧和水在微制造的碳的表面上相互反应，并产生氢氧根离子(OH^-)(反应：O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-)。氢氧根离子与正极含水电解液中的锂离子(Li⁺)相遇，因此产生含水氢氧化锂(LiOH)。

在充电时的电极中的反应如下。在负极中，从导电线供应电子，并且锂离子(Li⁺)通过固体电解从正极含水电解液到达负极表面，在那里引发金属锂的析出反应(反应：Li⁺+e^-→Li)。在正极中，引发氧产生反应(反应：4OH^-→O₂+2H₂O+4e^-)。将产生的电子供应至导电线。

如果通过使用诸如盒的方法代替放电后的充电而改变正极的含水电解液并改变更接近负极的金属锂，则可以连续使用新的锂空气电池。这种电池是一种燃料电池，且可以被称作“金属锂燃料电池”。如果从使用的含水电解液中回收在更接近空气电极的区域中产生的氢氧化锂(LiOH)，则可以容易地用电力再现金属锂并将其重新用作燃料。在非专利文献1中给出了上述描述。

此外，使用氧选择性渗透膜和扩散层的空气电池是已知的(例如，参见后述专利文献2，3和4)。