[发明专利]金属空气电池

说明书

技术领域

本发明涉及金属空气电池。

背景技术

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1：日本特开2009－230985号公报)。或是使用了具有钙钛矿型(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。

发明内容

本发明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，本发明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。

在本发明的金属空气电池中，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。

使用本发明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。

在本发明的金属空气电池中，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，根据本发明的金属空气电池，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。

在本发明的金属空气电池中，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O₂、O^2-、CO、CO₂、CO₃^2-、HCO₃^-、CH₃COO^-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。

在本发明的金属空气电池中，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，在本发明的金属空气电池中，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，在本发明的金属空气电池中，优选为所述储氧材料的平均粒径在50μm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。