[发明专利]用于金属-空气电池的电解质和金属-空气电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于金属-空气电池中的电解质并且涉及金属-空气电池。

背景技术

便携式电话等近来的普及和发展对用作其电源的更高容量电池产生了日益增长的需求。在这样的情形下，因为在空气电极处使用来自大气的氧作为正电极活性材料而发生氧的氧化和还原反应并且在负电极处发生金属的氧化和还原反应而可被充放电的金属-空气电池具有高的能量密度并且作为超越目前广泛使用的锂离子电池的高容量电池而引起人们的关注(National Institute of Advanced Industrial Science And Technology (日本产业技术综合研究所，AIST)，“Development of New-type Lithium-Air Battery with Large Capacity”，[在线]，报道发表于2009年2月24日)[检索于2011年8月19日]，网址<http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2009/pr20090224/pr20090224.html>)。

常规上使用有机溶剂作为金属-空气电池的非水电解质。然而，有机溶剂是挥发性的并且与水混溶，因此当金属-空气电池被长时间运行时可能有稳定性问题。当金属-空气电池被长时间运行时，存在这样的可能性：电解质溶液从正电极(空气电极)侧的挥发可能引起电池电阻的增大或是水分进入电池中可能引起作为负电极的金属锂的腐蚀。这些现象可能削弱空气电池的长期放电特征。

为了提供可通过防止电解质溶液因挥发而减少及防止湿气进入电池中而稳定地长时间运行的锂空气电池，人们提出了其中使用离子液体如N-甲基-N-丙基哌啶双(三氟甲烷磺酰基)酰胺(缩写：PP13TFSA)作为非水电解质的空气电池(日本专利申请公开号2011-14478(JP 2011-14478A))。离子液体指仅由为阳离子和阴离子的组合的离子型分子组成并且在常温(15℃至25℃)下为液体的物质。

使用离子液体如N-甲基-N-丙基哌啶双(三氟甲烷磺酰基)酰胺(PP13TFSA)作为空气电池的电解质在一定程度上对防止电解质溶液因挥发而减少及防止水分进入电池中是有效的。然而，其中使用离子液体如PP13TFSA作为电解质的空气电池在电池的输出方面仍不尽如人意。因此，期望可进一步改善金属-空气电池的输出的电解质。

发明内容

根据本发明的一个实施方案的用于金属-空气电池的电解质包含10质量％至80质量％的二氟乙酸甲酯。

根据上述方面的用于金属-空气电池的电解质，提供一种可改善金属-空气电池的输出特性的电解质。

附图说明

本发明的示例性实施方案的特征、优点以及技术和工业重要性将在下文参照附图进行描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，且其中：

图1为包含根据本发明的电解质的电化学电池的一个实例的截面示意图，和

图2为示出了电解质中的二氟乙酸甲酯的含量与电化学电池的最大电流密度之间关系的图。

具体实施方式

根据本发明的一个实施方案的用于金属-空气电池的电解质包含10质量％至80质量％的二氟乙酸甲酯。

在常规的金属-空气电池中，当负电极金属在放电过程中溶出时，负电极金属的最外表面可能直接接触电解质。负电极金属的最外表面是高度活性的，因此易于形成电阻层。一旦形成电阻层，其导致电池电阻的增大并因此致使金属-空气电池的输出下降。

本发明人发现，当向电解质中加入10质量％至80质量％的二氟乙酸甲酯以改善金属-空气电池的输出时，在负电极处界面电阻的增大可得以防止并且金属-空气电池的输出性能可得以改善。

氧对于金属-空气电池中的电池反应来说是必要的，因此认为电解质中的氧浓度是饱和的。还认为二氟乙酸甲酯优先与氧结合，这是因为二氟乙酸甲酯溶解大量的氧。

为防止负电极处界面电阻的增大，认为在负电极的表面上形成稳定的界面层是有效的。为在金属-空气电池中的负电极的表面上形成稳定的界面层，鉴于二氟乙酸甲酯优先与氧结合的事实，发现向电解质中加入大量二氟乙酸甲酯是有效的。