[发明专利]非水电解质空气电池

说明书

技术领域

本发明涉及非水电解质空气电池。

背景技术

近年来，手机和电子邮件终端等便携型信息设备的市场不断迅速扩大。随着这些设备的小型轻量化的发展，要求电源也要小型并且轻量。目前，这些便携设备中大多使用高能量密度的锂离子二次电池，但还需要能够获得高容量的电池。

将空气中的氧用于正极活性物质的空气电池由于不需要将正极活性物质内藏于电池内，所以能够期待高容量化。特别是使用锂作为负极的非水电解质空气电池具有高的理论能量密度，正在被广泛研究。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：Journal of The Electrochemical Society，149（9）A1190－A1195（July29，2002）

发明内容

本发明要解决的问题

本发明提供一种放电容量得以改善的非水电解质空气电池。

解决问题的手段

本发明的非水电解质空气电池具备：正极、负极、被正极和负极夹持的隔膜以及具有用于向正极供给氧的空气孔的外包装材，其中，正极至少具有将氧活化的催化剂、导电材料和粘结剂，当粘结剂的热解开始温度为T1℃、热解结束温度为T2℃时，在T1℃～T2℃的范围内，粘结剂的热解质谱分析中存在质量数为81、100、132和200中的任意信号，将T1－100℃以上且低于T1℃的质谱信号面积设定为X，将T1℃～T2℃的质谱信号面积设定为Y时，X≤Y；粘结剂是含有氟的高分子，粘结剂的热解开始温度是指利用热重量分析装置分析粘结剂时，在主要的重量减少过程中，重量减少过程中的重量减少部分的5％发生减少时的温度，粘结剂的热解结束温度是指利用热重量分析装置分析粘结剂时，在主要的重量减少过程中，所述重量减少过程中的重量减少部分的95％发生减少时的温度，质谱信号面积是指在粘结剂单体的质谱中，从质量数为81、100、132和200中选择的多个信号中，T1℃～T2℃的质谱信号面积为最大面积的质量数的信号面积。

附图说明

图1是实施方式的非水电解质空气电池的截面示意图。

图2是实施方式的正极的截面示意图。

图3是PVdF的热质量变化坐标图。

图4是正极催化剂层的质谱。

符号说明

1：外包装材、2：隔膜、3：正极、4：负极、5：空气孔、6：正极催化剂层、7：正极集电体、8：正极端子、9：空气扩散层、10：负极活性物质含有层、11：负极集电体、12：负极端子、13：密封胶带

具体实施方式

一般，在使用空气中的氧作为正极活性物质的空气电池的情况下，正极是起到催化剂的作用，所以本来正极的放电容量无限大，电池容量由负极活性物质量确定。例如对于空气锌电池，放电会继续到负极被消耗为止。另一方面，在使用锂作为负极的非水电解质空气电池的情况下，由于正极的放电容量有限，比理论值差，所以要求正极容量的进一步增大。

对于非水电解质锂空气电池，进入电池内的氧被负载于正极上的催化剂活化，与溶解于非水电解质中的锂离子反应，生成锂氧化物。曾指出了：在锂空气电池中，固体反应产物会积蓄在正极上。反应产物如果积蓄在正极的催化剂上，则氧就无法到达催化剂，反应停止。即，对于使用非水电解液作为电解液的非水电解质电池，因正极上的催化剂被固体的反应产物覆盖而使放电反应停止。

另外，在另一种非水电解质空气电池中，负极使用非水电解质，正极使用水系电解质。进入电池内的氧被负载于正极上的催化剂活化，与水系电解质中的水反应而形成OH^－，所以催化剂上不会产生固体的产物。但是，生成的OH^－与水系电解质中的Li离子反应，作为LiOH析出。因此，在正极使用水系电解质的空气电池中，也会因正极上的催化剂被固体的反应产物覆盖而使放电反应停止。即，可以认为：对于锂空气电池，有效催化剂面积的增大对放电容量的增大是有效的。

因此，发明者们对上述课题进行了深入研究，结果发现：加热正极时产生的来自粘结剂的气体与非水电解质空气电池的放电容量有相关性。

如上所述，正极中的氧的还原反应是在负载于正极上的催化剂表面上发生的，将催化剂表面保持在活性高的状态是重要的。因此，作为将催化剂固定于导电材料上的粘结剂，使用耐氧化性优良的氟树脂。氟树脂尽管化学稳定性优良，但如果分解，就会放出高活性的氟，所以有可能使催化剂劣化。因此，通过抑制粘结剂引起的正极催化剂的劣化、即通过抑制粘结剂与正极催化剂的反应，可以改善放电容量。