本发明专利技术提供具有高理论电压、理论容量、能够反复进行充放电的电池。即，本发明专利技术的电池为通过包含正极、负极以及电解质而构成的电池，其特征在于，该正极含有正极活性物质，该正极活性物质包含下式(1)所表示的碱金属化合物而成，所述式(1)为AxOy(1)(式中，A表示碱金属原子。x＝0.5～2.5、y＝0.5～2.5)；该负极含有负极活性物质，该负极活性物质包含选自由碱金属、锡、钛、硼、氮、硅以及碳组成的组中的至少一种而成；该电池中，正极、负极以及电解质被密闭。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电池
本专利技术涉及电池。更详细地说，本专利技术涉及能够适当地用于电子器械或汽车等使用电池的各种用途的电池。
技术介绍
近来，在对环境问题的关心提高的背景下，在各种产业领域中进行了从石油或煤炭转换为电气的能源转换，不仅在移动电话、笔记本电脑等电子器械领域，而且在以汽车、航空器等领域为代表的各种领域中均显示出电池、电容器等蓄电装置的使用变得广泛。在这样的背景下，对于在这些蓄电装置中使用的材料，人们进行了活跃的研究开发。在这样的蓄电装置中，目前普及最广泛的是锂离子电池，其作为移动电话、笔记本电脑的电池等进行使用。但是，锂离子电池的充放电容量还不能说充分，因而要求开发出充放电容量更大的新型电池，近年来，理论容量大于锂离子电池的锂空气电池引起了人们的注意。关于锂空气电池，有人报告了使用有机系电解质的方式(参见非专利文献1)。【现有技术文献】【非专利文献】非专利文献1：小久見善八编著，《革新型蓄電池のすべて》(革新型蓄电池汇总)、工业调查会、2010年、59-61页
技术实现思路
【专利技术所要解决的课题】但是，锂空气电池尽管具有较大的理论能量密度，但在实际的电池中，仅能实现比该理论能量密度小得多的能量密度。其主要原因在于，正极的放电生成物(Li2O2或Li2O)会堵住多孔性正极(空气电极)的气孔，妨碍氧的供给。生成物所致的气孔闭塞在充电时会妨碍所生成的氧向外界的放出，还显示出了难以充分充电这样的妨碍效果。并且，在锂空气电池这样的金属空气电池还具有可靠性及处理上的困难。其原因在于，由于使用了外界与氧发生交换的空气电极，因而从机理上来说无法进行密封。本专利技术是鉴于上述现状而进行的，其目的在于提供一种具有高理论电压、理论容量且能够反复进行充放电的电池。【解决课题的手段】本专利技术人对于具有高理论电压、理论容量、能够反复进行充放电的电池进行了各种研究，结果发现，在使用特定的碱金属化合物作为电池的正极活性物质、使用碱金属作为负极活性物质时，随着充放电，在正极碱金属在A2O与A2O2(A为碱金属原子)之间发生变化，能够利用该反应来构成电池。该电池的理论容量大幅大于锂离子电池，并且能够进行不借助于氧分子的充放电，因而能够将电池密封，还不会发生上述锂空气电池之类的空气(氧)的供给妨碍的问题。进而，由于即使不使用稀有金属作为构成电池的材料也能够构成电池，因而从成本方面、环境适合性方面来看也是有利的。需要说明的是，在负极活性物质为含有选自由碱金属、锡、钛、硼、氮、硅以及碳组成的组中的至少一种而构成的物质时，也能够发挥出同样的效果。本专利技术人还发现新型电池具有这样的各种特征，从而完成了本专利技术。即，本专利技术涉及一种电池，其为通过包含正极、负极以及电解质而构成的电池，其特征在于，该正极含有正极活性物质，该正极活性物质包含下式(1)所表示的碱金属化合物而成，AxOy(1)(式中，A表示碱金属原子。x＝0.5～2.5、y＝0.5～2.5)；该负极含有负极活性物质，该负极活性物质包含选自由碱金属、锡、钛、硼、氮、硅以及碳组成的组中的至少一种而成；该电池中，正极、负极以及电解质被密封。以下详述本专利技术。需要说明的是，将2个以上的下述记载的本专利技术的各优选方式组合而成的方式也是本专利技术的优选方式。本专利技术的电池通过包含正极、负极以及电解质而构成，该正极含有正极活性物质，该正极活性物质包含下式(1)所表示的碱金属化合物而成，AxOy(1)(式中，A表示碱金属原子。x＝0.5～2.5、y＝0.5～2.5)；该负极含有负极活性物质，该负极活性物质包含选自由碱金属、锡、钛、硼、氮、硅以及碳组成的组中的至少一种而成；该电池中，正极、负极以及电解质被密封。本专利技术的电池中，通过使用含有包含特定碱金属化合物而成的正极活性物质的特定正极，能够进行不借助于氧分子的充放电，能够将电池中的电池单元(セル)密封，并且成本低、环境适合性高，可制成能够发挥出高电池性能的电池。需要说明的是，在本专利技术中，正极、负极以及电解质被密封是指，除去在向电池外部放电或向电池中充电时与外部连接的正极、负极的一部分，正极、负极的残留部分以及电解质处于不与外气接触的状态。此外，本专利技术的电池中，在各电极处的反应以及将它们合在一起的整体反应包括如下所示的反应(A表示碱金属原子)。需要说明的是，在各反应式中，均是从左侧到右侧的反应为放电反应、反方向的反应为充电反应。负极上的反应：正极上的反应：整体的反应：将这样的正极、负极上的反应组合的电池迄今为止尚不为人所知，本专利技术的电池为基于这样的新原理的电池。需要说明的是，作为A的碱金属，例如在使用锂的情况下，上述各反应可以如下来表示。负极上的反应：正极上的反应：整体的反应：本专利技术的电池中的正极含有包含下式(1)所表示的碱金属化合物而成的正极活性物质，AxOy(1)(式中，A表示碱金属原子。x＝0.5～2.5、y＝0.5～2.5)。作为式(1)中的A的碱金属原子，可以举出Li、Na、K、Rb、Cs、Fr。从理论容量的方面考虑，优选Li、Na、K，更优选Li、Na，进一步优选Li。式(1)中，优选x＝1或2，并且优选y＝1或2。作为上述碱金属化合物，更优选碱金属氧化物(A2O；即x＝2、y＝1)、碱金属过氧化物(A2O2；即x＝2、y＝2)、碱金属超氧化物(AO2；即x＝1、y＝2)，进一步优选碱金属氧化物、碱金属过氧化物。上述碱金属化合物可以使用1种、也可以使用2种以上。本专利技术的电池中所用的正极活性物质只要含有上述碱金属化合物，也可以进一步含有上述碱金属化合物以外的其它化合物。上述正极通过包含集电体与活性物质层而构成，该活性物质层中，相对于活性物质层的质量，优选含有0.1质量％以上的上述式(1)所表示的碱金属化合物。从理论容量的方面考虑，上述式(1)所表示的碱金属化合物的含量更优选为1质量％以上、进一步优选为3质量％以上、特别优选为5质量％以上。并且，作为其上限没有特别限定，从电传导性的方面考虑，优选为99.99质量％以下、更优选为99.9质量％以下。需要说明的是，在本说明书中，关于活性物质层的质量，在正极(或负极)由集电体和活性物质层构成的情况下，其是指除去集电体的正极(或负极)整体的质量。在上述正极活性物质中，在完全充电时，相对于正极活性物质层的质量(100质量％)，下式(2)所表示的碱金属过氧化物优选含有1质量％以上，A2O2(2)(式中，A表示碱金属原子)。通过以这样的比例含有，上述反应式(II)的反应为本专利技术电池的正极反应的主反应(正极反应整体的50％以上)，本专利技术的电池能够更充分地发挥出上述优点。上述式(2)所表示的碱金属过氧化物相对于正极的活性物质层的质量的比例更优选为1质量％～99.999质量％、进一步优选为20质量％～99.9质量％。作为上述式(2)中的A的碱金属原子，可以举出与上述式(1)中的A的碱金属原子的例示相同的碱金属原子。此外，在本专利技术的电池中，在完全充电时，相对于正极所含有的下式(2)所表示的碱金属过氧化物，负极所含有的碱金属的摩尔比优选为100以下，A2O2(2)(式中，A表示碱金属原子)。在本专利技术的电池中，在充电反应时，在负极、正极分别发生上述反应式(I)、(II)的从右侧到左侧的反应，在完全充电时，负极活性物质全部从碱金属离子变成碱本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电池，其为通过包含正极、负极以及电解质而构成的电池，其特征在于，该正极含有正极活性物质，该正极活性物质包含下式(1)所表示的碱金属化合物而成，AxOy (1)式(1)中，A表示碱金属原子；x＝0.5～2.5、y＝0.5～2.5；该负极含有负极活性物质，该负极活性物质包含选自由碱金属、锡、钛、硼、氮、硅以及碳组成的组中的至少一种而成；该电池中，正极、负极以及电解质被密封。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.10.22 JP 2012-233060;2013.08.05 JP 2013-162661.一种二次电池，其为通过包含正极、负极以及电解质而构成的二次电池，其特征在于，该正极含有正极活性物质，该正极活性物质包含下式(1)所表示的碱金属化合物而成，在该正极上的反应包括如下所示的反应；AxOy(1)式(1)中，A表示碱金属原子；x＝0.5～2.5、y＝0.5～2.5；正极上的反应：上述反应式中的A表示碱金属原子；该负极含有负极活性物质，该负极活性物质包含选自由碱金属、锡、钛、硼、氮、硅以及碳组成的组中的至少一种而成；该正极含有电极用催化剂，该电极用催化剂含有选自由Ag、Au、Cu、Mn、Co、和Ni组成的组中的至少一种元素；该二次电池中，正极、负极以及电解质被密闭。2.如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，上述正极通过包含集电体和活性物质层而构成；该活性物质层中，相对于活性物质层的质量，含有5质量％以上的上述式(1)所表示的碱金属化合物。3.如权利要求1或2所述的二次电池，其特征在于，在上述二次电池中，在完全充电时，相对于正极所含有的下式(2)所表示的碱金属过氧化物，负极所含有的碱金属的摩尔比为100以下；A2O2(2)式(2)中，A表示碱金属原子。4.如权利要求1或2所述的二次电池，其特征在于，上述...
【专利技术属性】
技术研发人员：水野哲孝，工藤徹一，日比野光宏，小笠原义之，须贺阳介，山田淳夫，山田裕贵，奥冈晋一，米原宏司，小野博信，住田康隆，
申请(专利权)人：国立大学法人东京大学，株式会社日本触媒，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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