金属空气二次电池制造技术

该金属空气二次电池设有由多孔碳材料形成的电极。多孔碳材料的由氮BET法确定的比表面积为280m2/克以上，优选地，700m2/克以上，且更优选地，1500m2/克以上。该金属空气二次电池的平均充电电压为4.4伏以下，优选地，4.3V伏以下，且更优选地，4.1V伏以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及金属空气二次电池。
技术介绍
其中高能量密度金属和空气中的氧分别被用作负极和正极活性物质的金属空气 二次电池理论上能够提供高能量密度。例如，JP2002-015737A公开了非水性电解质电池， 其包括：正极，主要由含碳物质组成，在含碳物质中具有至少lnm的直径的细孔占据1. 0ml/ g以上的容积；负极，包括能够嵌入和脱嵌金属离子的负极活性物质；以及正极和负极之间 的非水性电解质层。 引用列表 专利文献 专利文献 1:JP2〇〇2_015737A
技术实现思路
本专利技术要解决的问题 现在，在诸如锂空气二次电池等的金属空气二次电池的商业化中存在各种问题。 一个问题是降低平均充电电压。具体地，金属空气二次电池具有高的过电压，即热力学上有 利反应的理论电位与实际反应进行时所实现的电极的电位之间的差值。换言之，金属空气 二次电池具有高的平均充电电压。这是阻碍能量效率改善的较大因素。 因此，本公开的目的是提供一种可以具有更低的平均充电电压的金属空气二次电 池。 问题的解决方案 为了实现该目标，本公开的金属空气二次电池具有包括多孔碳材料的电极，其中 多孔碳材料具有通过氮BET法确定的280m2/g或更大的，优选地，700m2/g或更大的，更优选 地，1500m2/g或更大的比表面积，并且本公开的金属空气二次电池具有4. 4V或更低的，优选 地，4. 3V或更低的，更优选地，4.IV或更低的平均充电电压。"平均充电电压"可被定义为通 过将从0%的充电容量至100%的充电容量的充电曲线的电压积分并且将积分值求平均而 获得的值。 本专利技术的效果 本公开的金属空气二次电池具有包括多孔碳材料的电极，该多孔碳材料具有通过 氮BET法确定的指定的比表面积。本公开的金属空气二次电池还具有指定的平均充电电 压。这些特征使得可以提供具有更低的平均充电电压的金属空气二次电池。【附图说明】 图1是示出根据实施例1的金属空气二次电池的充放电容量的测量结果的 曲线图。图2是示出图1所示的关于根据实施例1的金属空气二次电池的充电容量 测量结果的标准化数据的曲线图。图3A是示出细孔分布的极大值和平均充电电压之间的关系的曲线图，这是 从根据实施例1的金属空气二次电池的充电容量的测量结果获得的，并且图3B是示出BET 比表面积和平均充电电压之间的关系的曲线图，这是从根据实施例1的金属空气二次电池 的充电容量的测量结果获得的，图4是示出根据实施例2的金属空气二次电池的充电容量的测量结果的标 准化数据的曲线图。图5A和图5B是示出分别根据实施例1和比较例1的金属空气二次电池放 电后的正极的X射线衍射分析的结果的曲线图。图6是示出根据实施例1的金属空气二次电池放电后的正极的电子显微镜 照片。图7是示出实施例1A、实施例1B、实施例1C、实施例1D、实施例1E、和实施 例1F以及比较例1A中的每个的多孔碳材料的细孔分布的测量结果的曲线图。【具体实施方式】 在下文中，将参照附图，基于实施例来描述本公开。将理解的是，实施例不旨在限 制本公开并且实施例中的各种值和材料仅作为示例。将按以下顺序给出描述。 1.本公开的金属空气二次电池的所有方面的说明 2.实施例1(金属空气二次电池） 3.实施例2 (实施例1的变形例）及其他 本公开的金属空气二次电池优选地具有在a?SBET+b至c?SBET+d的范围内的平均 充电电压Vehave(a?SBET+b彡Vehave彡c?SBET+d)，其中，SBET是通过氮BET法确定的多孔碳 材料的比表面积，a= _2X10 4(V?g?m2)，c= _2X10 4(V?g?m2)，b= 4. 0 (V)且d= 5. 0(V)〇 在本公开的包括以上优选模式的金属空气二次电池中，多孔碳材料可以源自植物 并且具有通过BJH法和MP法确定的0.lcm3/g或更多的细孔容积。多孔碳材料还可以由具 有按质量计的5%或更多的硅含量的源自植物的材料制成。为了方便，这种多孔碳材料将称 为"源自植物的多孔碳材料"。可替换地，在本公开的包括以上优选的模式的金属空气二次电池中，多孔碳材料 可以包括反蛋白石型多孔碳材料或通过模板方法（templatemethod)制造的多孔碳材料。 在这种情况下，例如，反蛋白石型多孔碳材料或通过模板方法制造的多孔碳材料可具有三 维规则性，并且，具体地，可具有三维上规则地排列且以形成宏观上的晶体结构的图案排列 的细孔并且具有极大值在2nm至300nm范围内的细孔分布。在下文中，为了方便，这样的反 蛋白石型多孔碳材料或这样的通过模板方法制造的多孔碳材料将称为"反蛋白石型多孔碳 材料等"。细孔宏观上可以与（macroscopically)的晶体结构对应的任何图案排列。这样 的晶体结构可以是，例如，单个晶体结构。具体地，这样的晶体结构可以是面心立方结构、体 心立方结构、简单立方结构等。具体地，优选面心立方结构，换言之，优选密堆积结构以增加 多孔碳材料的表面积。呈对应于晶体结构的图案的细孔的布置是指细孔以与晶体中的原子 的图案（pattern，晶格）类似的图案来排列。在这样的模式中，细孔优选呈宏观的面心立方 结构布置，并且，更优选地，细孔宏观地以相当于面心立方结构的（111)面定向的图案排列 (具体地，以与面心立方结构的（111)面中的原子的图案类似的图案布置）。细孔还优选地 连续布置。换言之，至少一些细孔优选地彼此连通。细孔可具有任何形状。如以下描述的， 例如，细孔的形状在某种程度上由用于制造多孔碳材料的模板颗粒集合体（用作模板的无 机颗粒、无机材料颗粒、或无机化合物颗粒的集合体并且还称为胶体晶体）的形状确定。优 选地，考虑到多孔碳材料的机械强度和在纳米级上控制模板颗粒集合体的形状的能力，细 孔的形状是球形的或大致球形的。此外，优选多孔碳材料的起始材料，使得可以从中获得不 可石墨化碳材料或石墨化碳材料。 如在本文中使用的，术语"宏观地"是指在大于微小区域（诸如大小为 10ymX10ym的区域）的区域中观察至IJ对应于晶体结构的布置图案。术语"宏观地"还暗 指多孔碳材料的表面的反射光谱大致在单个波长显示出吸收并且整个多孔碳材料具有单 个颜色的情形。具体地，例如，当白光以0°掠入射角施加至暗处的多孔碳材料时，可以测 量从多孔碳材料反射的光的波长。在这种情况下，如果产生的反射光谱在与细孔大小对应 的特定波长显示出单峰值吸收，则材料内部的细孔可以被认为是几乎以特定间隔规则地布 置。更具体地，例如，450nm的波长的单个峰值吸收显示了具有约280nm的直径的细孔是几 乎规则地布置的。 可替换地，多孔碳材料优选地具有三维网络结构。在这种情况下，细孔优选地连续 形成。换言之，至少一些细孔优选地彼此连通。 本公开的包括以上优选模式和特征的金属空气二次电池可以包括被配置为形成 正极的电极并且可以被设计成锂空气二次电池。具体地，锂（Li)可以在负极中被包含作为 负极活性物质。 在下文中，将描述源自植物的多孔碳材料和反蛋白石型的多孔碳材料等。 如上所述的，源自植物的多孔碳材料优选地具有通过BJH方法确定的0.lcm3/g或 更多的细孔容积或者通过MP方法确定的0.lcm3/g以上的细孔容积。在这种情况下，源自 植物的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属空气二次电池，包括包含多孔碳材料的电极，其中，所述多孔碳材料具有通过氮BET法确定的280m2/g或更大的比表面积，所述金属空气二次电池具有4.4V或更低的平均充电电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：饭田广范，田畑诚一郎，山之井俊，山田心一郎，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP