[发明专利]锂空气电池和锂空气电池装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于在2014年10月30日申请的日本专利申请号2014－221188号和在2015年9月30日申请的日本专利申请号2015－192600号，将其记载内容援引于此。

技术领域

本申请涉及锂空气电池和锂空气电池装置。

背景技术

近年来，随着个人计算机、移动电话等便携设备的开发，作为其电源的电池的寻求正在大幅扩大。而且，出于实现更大容量的电池的目的，正在进行使用空气中的氧作为正极活性物质的锂空气电池的研究。锂空气电池的能量密度高。

有报告显示锂空气电池由于不需要填充正极活性物质，因此，显示非常大的放电容量。

锂空气电池例如具有含有导电性材料、催化剂和粘结材料的正极层、进行正极层的集电的正极集电体、由金属或合金构成的负极层、进行负极层的集电的负极集电体和介于正极层与负极层之间的电解质。而且，认为锂空气电池进行如下的充放电反应。

[放电时]

负极：Li→Li⁺+e^－

正极：2Li⁺+O₂+2e－→Li₂O₂

[充电时]

负极：Li⁺+e^－→Li

正极：Li₂O₂→2Li⁺+O₂+2e－

以往，作为电池的电解质，使用使支持电解质盐溶解于有机溶剂的电解液。以有机溶剂为介质的电解液显示高的离子传导率。

然而，使用电解液的锂空气电池为了防止有机溶剂的燃烧，需要安装抑制短路时的温度上升的安全装置、改善用于防止短路的结构·材料面。另外，认为由于有机溶剂为挥发性，所以对于具有将空气收进电池内的结构且通过将空气中的氧收进正极内而工作的锂空气电池，长期工作下的稳定性存在课题。即，锂空气电池长期工作时，电解液有可能从正极挥发。推测由于电解液挥发，锂空气电池的电池电阻增大，电池性能显著降低。

另一方面，将电解液变更为固体电解质的全固体空气电池在电池内不使用有机溶剂。另外，固体电解质由于升温而离子传导度提高。因此，实现了用于防止升温的安全装置的简化，制造成本、生产率优异。另外，全固体空气电池也没有有机溶剂从正极挥发的顾虑。因此，能够防止因有机溶剂挥发所致的电池性能降低。

专利文献1公开了一种锂空气电池，具备负极、包含用于氧还原的催化剂和第1固体电解质层的正极、配置在负极与正极之间的第2固体电解质层。专利文献1还进一步公开了第1固体电解质层和第2固体电解质层未物理性地分离而是连续的。然而，由于需要在空气极表面使用有机电解液、水溶液电解液，因此，无法防止因其挥发所致的性能的降低。

针对这些电解液挥发的问题，也正在研究不需要该水溶液、电解质的构成的电池。

而且，已知以往的锂空气电池在放电后的充电时产生过电压。若产生过电压，则存在如下问题：导致电池容量的降低，作为结果，导致锂空气电池的性能降低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011－96586号公报

发明内容

本申请的目的在于提供一种能够抑制过电压、能够进行大电流的充放电的锂空气电池和锂空气电池装置。

本申请的第一形态中，锂空气电池具有负极、正极和固体电解质层，所述负极具有能够吸留放出锂离子的负极材料，所述正极具有以氧作为正极活性物质且具备还原氧的催化剂的正极材料，所述固体电解质层介于该负极与该正极之间且含有固体电解质。充电和放电中的至少一方在气相的水的存在下进行。即，氧、氧化物的还原在气相的水的存在下进行。通过该构成，空气电池发挥能够降低过电压的效果。

本申请的第二形态中，锂空气电池具有负极、正极和固体电解质层，所述负极具有能够吸留放出锂离子的负极材料，所述正极具有以氧作为正极活性物质且具备还原氧的催化剂的正极材料，所述固体电解质层介于该负极与该正极之间且含有固体电解质。通过放电而生成的反应生成物含有非晶相。即，通过放电而生成的反应生成物含有非晶相，由此发挥与上述的第1空气电池同样的效果。