非水电解质空气电池制造技术

本发明专利技术提供循环特性优良的非水电解质空气电池。本发明专利技术的非水电解质空气电池具备：正极、隔膜、负极以及具有用于向正极供给氧的空气孔的外包装材，其中，所述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℃时的峰面积设定为X，将T2℃时的峰面积设定为Y，X和Y满足2X≥Y的条件，粘结剂是含有氟的高分子。

【技术实现步骤摘要】
非水电解质空气电池
[0001 ] 本专利技术涉及非水电解质空气电池。
技术介绍
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)
技术实现思路
本专利技术要解决的问题 本专利技术提供循环特性优良的非水电解质空气电池。 解决问题的手段 本专利技术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Tl°c、热解结束温度为T2°C时，在T1°C?T2°C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°C时的峰面积设定为乂，将T2°C时的峰面积设定为Y，X和Y满足2X > Y的条件，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°C?T2°C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PVdF的热解气相色谱的离子色谱图(1n chromatogram)。 图5是实施方式的正极催化剂层的热解气相色谱的离子色谱图。 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】 在以往的非水电解质空气电池中，放电时进入电池内的氧被负载于正极上的催化剂活化，与非水电解质中溶解的锂离子反应，生成锂氧化物。另一方面，充电时锂氧化物被还原，放出锂离子和氧。反应是可逆的，本来寿命是无限的，但实际上会劣化。在非水电解质空气电池中，充放电时的反应机理是已知的。例如,充电时除了来自锂氧化物的锂离子、氧的放出反应之外，还会因非水电解质的分解产生二氧化碳。因此，由于充放电会消耗非水电解质，所以循环寿命变短。 另一方面，【专利技术者】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循环寿命有相关性。 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产生的，作为将催化剂固定于导电材料上的粘结剂，可以使用耐氧化性优良的氟树脂。如上所述，据认为，充电时从锂氧化物放出氧，在此过程中，由于活性的氧与非水电解质接触而使非水电解质分解。即，通过将正极催化剂与非水电解质的接触控制为最小限度，可以抑制活性氧与非水电解质的反应，从而改善循环寿命。 活性氧与非水电解质的反应必须在实际组装电池后使其工作才能测定，但【专利技术者】们发现:通过着眼于使正极升温时放出的气体成分的温度依赖性，能够预测活性氧与非水电解质的反应，改善循环特性。 以下，对实施方式的非水电解质空气电池进行详细说明。实施方式的非水电解质空气电池具有正极、负极、被正极和负极夹持的隔膜，还具有含浸有非水电解质并具有收纳它们的外包装材，该外包装材具备用于向正极供给氧的空气孔。 图1表示实施方式的非水电解质空气电池的示意图。图1的非水电解质空气电池由外包装材1、隔膜2、正极3、负极4、空气孔5、正极催化剂层6、正极集电体7、正极端子8、空气扩散层9、负极活性物质含有层10、负极集电体11、负极端子12、密封胶带13构成。 非水电解质空气电池具有例如后述的内表面由热塑性树脂层形成的层压薄膜制的外包装材I。外包装材I例如由通过热密封将各内表面重合后的三边密封而得到的层压薄膜构成。隔膜2配置于外包装材I内，端部也可以被夹在外包装材I的热密封部分之间。以夹着隔膜2的方式，在上侧收纳有正极3，在下侧收纳有负极4，空气孔5在外包装材I的壁面的正极侧开口。空气孔7用于向正极3供给氧。 正极3包括与隔膜2的一个面接触的正极催化剂层6、和负载正极催化剂层6的例如由多孔性导电性基板构成的正极集电体7。图2表示正极3的截面示意图。图2的正极催化剂层6由正极催化剂61、粘结剂62和导电材料63构成。正极端子8的一端与正极集电体7电连接，并且另一端经过外包装材I的热密封部(层压薄膜间被热熔融粘合了的部分)而伸出到外部。空气扩散层9配置于正极集电体7上。对于空气扩散层9，只要是能够将从空气孔5进入的空气供给至正极3，就没有特别限定，例如可以列举出含有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、或聚四氟乙烯(PTFE)等氟树脂的多孔质膜、聚丙烯或PTFE等的合成树脂制无纺布、玻璃纤维无纺布等。 负极5包括与隔膜2的相反侧的面接触的负极活性物质含有层10、和负载负极活性物质含有层10的例如由多孔性导电性基板构成的负极集电体11。负极端子12的一端与负极集电体11电连接，并且另一端经过外包装材I的热密封部(层压薄膜间被热熔融粘合了的部分)而伸出到外部。负极端子12的伸出方向与正极端子8的伸出方向是相反的方向。 在外包装材I的外表面上，以可装卸的方式配置有闭塞空气孔5的密封胶带13。在电池使用时，取下该密封胶带13就可以向正极催化剂层6供给空气。 外包装材I例如可以由金属板、具有树脂层的层压薄膜制的片材等形成。 金属板例如可以由铁、不锈钢、铝形成。 片材优选含有金属层和覆盖金属层的树脂层。金属层优选由铝箔形成。另一方面，树脂层可以由聚乙烯、聚丙烯等热塑性树脂形成。树脂层可以设定成单层或多层结构。 (正极) 实施方式的正极可以如下所述地制作。正极的最小限的构成要素是催化剂、导电材料、粘结剂和集电体。在这种情况下，首先将导电材料和粘结剂进行混炼，制作被粘结剂覆盖的导电材料。另一方面，将催化剂和导电材料进行混炼，制作表面负载有催化剂的导电材料。接着，将被粘结剂覆盖的导电材料和负载了催化剂的导电材料进行混合，成型为片材状，同时使其与集电体粘接，由此可以制作实施方式的正极。 用于正极的粘结剂可以使用含有氟的高分子。作为含有氟的高分子，优选含有聚偏氟乙烯(PVdF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯三氟乙烯、聚氟乙烯、乙烯、四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯一六氟丙烯共聚物以及聚四氟乙烯一六氟丙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水电解质空气电池，其具备：正极、隔膜、负极以及具有用于向所述正极供给氧的空气孔的外包装材，其中，所述正极至少具有将氧活化的催化剂、导电材料和粘结剂，当所述粘结剂的热解开始温度为T1℃、热解结束温度为T2℃时，在所述T1℃～T2℃的范围内，所述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，将所述T1℃时的峰面积设定为X，将所述T2℃时的峰面积设定为Y，所述X和Y满足2X≥Y的条件，所述粘结剂是含有氟的高分子，所述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，所述重量减少过程中的重量减少部分的5%发生减少时的温度，所述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，所述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，所述T1℃～T2℃的质谱信号面积为最大面积的质量数的信号面积。

【技术特征摘要】
2013.03.26 JP 2013-064795;2014.03.12 JP 2014-049511.一种非水电解质空气电池，其具备:正极、隔膜、负极以及具有用于向所述正极供给氧的空气孔的外包装材， 其中，所述正极至少具有将氧活化的催化剂、导电材料和粘结剂， 当所述粘结剂的热解开始温度为Tl°C、热解结束温度为T2°C时，在所述T1°C~T2°C的范围内，所述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，将所述T1°C时的峰面积设定为X，将所述T2°C时的峰面积设定为Y，所述X和Y满足2X≤Y的条件， 所述粘结剂是含有氟的高分子， 所述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，所述重量减少过程中的重量减少...

【专利技术属性】
技术研发人员：近藤亚里，久保木贵志，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP