[发明专利]电池装置及其制造方法和适用于电子设备的空气电池

说明书

相关申请的交叉引用

本公开包含与于2012年4月2日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP2012-083479中公开的主题有关的主题，其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及电池领域，具体地，涉及电池装置及其制造方法和适用于电子设备的空气电池。

背景技术

在空气电池(也称为金属-空气电池)中，具有高能量密度的金属可以用作负电极活性物质，且空气中的氧用作正极活性物质。因此，空气电池可作为一半电池而操作，且电极活性物质的量可以减少或减半。因此，空气电池理论上可获得改进的能量密度。空气电池的电动势和容量很大程度上根据用于负电极的金属种类而不同。例如，已经对空气电池的实际应用进行了研究，其中锂(即，具有最小原子序数的金属)用于负电极，因为可以得到大容量，以及改进的理论电动势大约为3V。

空气电池例如可包括空气电极(正极)、负电极、电解质层和设有开口的壳体，氧气可通过开口从外部吸入。在某些实施方式中，空气电极由碳材料和催化剂(诸如其在氧的反应场中被添加到碳材料的金属)形成。如上所述，负电极可由诸如锂的金属元素形成。用于电解质层的电解质溶液大致分为有机电解质溶液和电解质水溶液。各种电解质溶液都具有优点和缺点。然而，有机电解质溶液具有的优点是，理论容量大于电解质水溶液的容量。此外，电解质层可由用电解质溶液浸渍的隔膜形成，以防止空气电极和负电极之间的短路。

在现有技术中的空气电池中，用于集电的金属网设置在空气电极的氧摄入表面，并且在充电和放电期间，相对于负电极为正的电压被施加至金属网。

发明内容

然而，空气电池都存在问题，即，在放电过程中，当相对于负电极为正的电压被施加至设置在空气电极的氧摄入表面上的金属网时，绝缘的放电产物(反应产物，诸如Li₂O₂、Li₂O，或其他L土产物)可从靠近电池的空气电极中的氧引入部分的一侧产生。当空气电极的表面上覆盖放电产物时，它将堵塞空隙，否则该空隙会允许空气电极中的氧气通过。因此，从初始放电阶段抑制了氧气扩散到空气电极的内部，放电被抑制和/或终止。换句话说，空气电池的放电容量被减少或消除。随着空气电极的厚度增加，这个问题也随之增加。

因此，希望提供一种空气电池，其能够基本上保持在放电过程中随着时间的推移，氧气扩散到空气电极的内部很长一段时间，且能够在放电过程中获得高放电容量，且其能够防止在充电过程中氧气滞留在空气电极内部;以及使用空气电池的方法。

此外，希望提供一种适用于电力设备的空气电池。上述目的和其他目的通过参照附图对下面的说明书的描述将会显而易见。在本公开的各个方面，提供了一种电池装置，包括:负电极、空气电极、被置于负电极和空气电极之间的电解质层、空气电极的最接近负电极的第一表面上的第一集电器，和空气电极的于负电极相对设置的第二表面上的第二集电器;其中第一集电器和第二集电器均电连接至空气电极。

此外，根据本公开的其他实施方式，提供了一种使用空气电池的方法，当使用包括负电极、空气电极、置于负电极和空气电极之间的电解质层、空气电极的最接近负电极的第一表面上的第一集电器，和空气电极的与负电极相对设置的第二表面上的第二集电器;其中第一集电器和第二集电器均电连接至空气电极的空气电池时，所述方法包括:在放电过程中，将相对于负电极为正的电压施加到第一集电器和第二集电器中的至少第一集电器;以及在充电期间将相对于负电极为正的电压施加至到第一集电器和第二集电器中的至少第二集电器。

此外，根据本公开的其他方面，提供一种适用于电子设备的空气电池，其中所述空气电池包括负电极、空气电极、置于负电极和空气电极之间的电解质层、空气电极的最接近负电极的第一表面上的第一集电器，和空气电极的于负电极相对设置的第二表面上的第二集电器，其中第一集电器和第二集电器均电连接至空气电极。

在本公开的各个方面，第二集电器可具有透氧配置。例如，第二集电器可具有开口，氧气可通过开口透过。在某些实施方式中，第一集电器和第二集电器可由金属网(例如，具有网状结构的金属)形成。负电极可由金属电极，或包含作为主要成分的至少一种金属的电极构造。负电极可包含锂(Li)、钾(K)、钠(Na)、镁(Mg)、钙(Ca)、锌(Zn)和铝(Al)中的至少一种，但其不限于此。