[发明专利]用于可充电金属空气电池的阴极催化剂和可充电金属空气电池

说明书

技术领域

本发明涉及用于可充电金属空气电池的阴极催化剂和可充电金属空气电池。

背景技术

近些年来，随着诸如计算机、摄像机和蜂窝电话的信息相关装置和通信装置的迅速的广泛使用，重点被放在开发被用作上面的装置的电源的电池上。而且，在汽车工业中，鼓励用于具有高输出和容量的电动汽车和混合动力汽车的电池的开发。在各种电池中，可充电锂电池受到关注，因为可充电锂电池的能量密度和输出高。

作为用于需要高能量密度的电动汽车和混合动力汽车的可充电锂电池，锂空气电池特别受到关注。锂空气电池使用在空气中的氧气来作为正电极活性材料。因此，锂空气电池的容量可以比使用诸如锂钴氧化物的过渡金属氧化物来作为正电极活性材料的传统可充电锂电池更大。

锂空气电池的反应随着使用的电解液不同而不同。然而，已知当锂金属被用作负电极活性材料时的锂空气电池的如下反应。

（放电）

阳极：Li→Li⁺+e^-

空气阴极：2Li⁺+O₂+2e^-→Li₂O₂

或

4Li⁺+O₂+4e^-→2Li₂O

（充电）

阳极：Li⁺+e^-→Li

空气阴极：Li₂O₂→2Li⁺+O₂+2e^-

或

2Li₂O→4Li⁺+O₂+4e^-

在放电时在空气阴极处的反应中的锂离子（Li⁺）是已经通过电化学氧化从阳极溶解并且已经从阳极经由电解质移动到空气阴极的锂离子（Li⁺）。氧气（O₂）是向空气阴极供应的氧气。

因为在空气阴极处的氧气的电化学反应的反应速率低，所以空气阴极的过电位大，使得电池的电压容易降低。因此，为了提高氧气的电化学反应的反应速率，已经尝试向空气阴极加上氧气反应催化剂（例如，专利文献1至4和非专利文献1至9）。例如，专利文献1和非专利文献4公开了使用MnO₂来作为在空气阴极处的氧气反应催化剂的空气电池。在非专利文献3中，已经研究了在可充电锂空气电池的阴极处的诸如Fe₂O₃、Fe₃O₄、CuO和CoFe₂O₄的催化剂的影响。

另一方面，非专利文献10公开了作为锂离子电池的阳极材料的NiFe₂O₄纳米粒子。

专利文献1：日本公开专利申请（JP-A）2009-170400

专利文献2：US 7,147,967B1

专利文献3：US 7,807,341B1

专利文献4：WO 02/13292A2

非专利文献1：Rechargeable Li₂O₂ Electrode for Lithium Batteries,T.Ogasawara,A.Debart,M.Holzapfel和P.G.Bruce,J Am Chem.Soc.,128,1390-1393(2006)

非专利文献2：Effect of catalyst on the performance of rechargeablelithium/air batteries,A.Debart,J.Bao,G.Armstrong,P.G.Bruce.ECSTransactions,3225-2328(2007)

非专利文献3：An O₂Cathode for Rechargeable Lithium Batteries,the effect of catalyst,A.Debart,J.Bao,G.Armstrong,和P.G.Bruce.JPower sources,174.1177-1182(2007)