空气电池用空气极以及空气电池制造技术

本发明专利技术提供空气电池用空气极以及空气电池，即，提供高倍率放电性能优异的空气电池用空气极以及具备该空气极的空气电池。本发明专利技术提供的空气电池用空气极，其特征在于，是将氧作为活性物质的空气极，构成具有负极和介于该空气极与上述负极之间的电解质层的空气电池，具有至少含有电极催化剂和导电材料的催化剂层，作为上述电极催化剂，至少包含对氧化还原反应为活性的氧化物，作为上述导电材料，包含选自碳化钨、碳化钛和碳化钼中的至少1种金属碳化物，本发明专利技术还提供具备该空气电池用空气极的空气电池。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】 本申请是申请号为201310473072. 3、专利技术名称为"空气电池用空气极以及空气电 池"的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及高倍率放电性能优异的空气电池用空气极以及具备该空气极的空气 电池。
技术介绍
作为正极活性物质而利用氧的空气电池具有能量密度高、能够小型化和轻量化等 优点。因此，现在，作为超过广泛使用的锂二次电池的高能量密度电池而受到关注。作为空 气电池，例如已知锂空气电池、镁空气电池、锌空气电池、铝空气电池等金属空气电池。 金属空气电池通过在空气极（正极）进行氧的氧化还原反应、在负极进行负极活 性物质的氧化还原反应而能够充放电。一般的金属空气电池例如具有含有导电材料和粘结 材料的空气极、进行空气极的集电的空气极集电体、含有负极活性物质（金属、合金等）的 负极、进行负极的集电的负极集电体、和存在于空气极与负极之间的电解质。 例如，认为在传导离子为一价金属离子的金属空气电池（二次电池）中，进行以下 的充放电反应。应予说明的是，在下述式中，Μ表示金属种。(放电时） 负极：Μ - M++e 空气极：2M++02+2e - Μ 202 4M++02+4e - 2Μ 20 (充电时）负极：M++e - Μ 空气极：Μ202- 2Μ ++02+2e 2M20 - 4M +02+4e 上述充放电反应是电解质为非水系电解液、固体电解质的情况，放电时在空气极 生成的金属氧化物在空气极中析出。另一方面，认为电解质为水系电解液时，进行下述充放 电反应，放电时，在电解液中，溶解的金属离子（M+)与氢氧化物离子（0H)反应而生成水溶 性的金属氢氧化物。 (放电时） 负极：Μ - M++e 空气极：02+2H20+4e - 40H (充电时） 负极：M++e - Μ 空气极：40Η - 0 2+2H20+4e 为了促进空气极中的放电时和/或充电时的电极反应（氧的氧化还原反应）、提高 空气电池的电池特性，进行向空气极添加催化剂（例如，专利文献1)。 具体而言，在专利文献1中公开了一种锂空气二次电池，其特征在于，具备正极和 负极、且在上述正极与上述负极之间配置非水电解质的电解介质而构成，上述正极由以碳 为主体的气体扩散层型氧电极构成，上述负极由能够进行金属锂或锂离子的吸留·放出的 物质构成，在上述正极中含有具有钙钛矿型结构的Fe系的氧化物L&1 xAxFei yBy03(A :碱土金 属，0彡1. 0, B :过渡金属，0彡y < 1. 0)作为电极催化剂。 专利文献1 :日本特开2009-283381号公报
技术实现思路
然而，专利文献1中公开的空气电池中的空气极具有在高电流密度下进行放电时 的氧化还原电位低、其结果得不到具有良好的高倍率放电性能的空气电池的问题。 本专利技术是鉴于上述实际情况而进行的，本专利技术的目的是提供高倍率放电性能优异 的空气电池用空气极以及具备该空气极的空气电池。 本专利技术的空气电池用空气极，其特征在于，是将氧作为活性物质的空气极， 构成具有负极和存在于该空气极与上述负极之间的电解质层的空气电池，具有至 少含有电极催化剂和导电材料的催化剂层， 作为上述电极催化剂，至少包含对氧化还原反应具有活性的氧化物， 作为上述导电材料，包含选自碳化钨、碳化钛和碳化钼中的至少1种金属碳化物。 本专利技术的空气电池用空气极即便在高电流密度下的放电中氧化还原电位的降低 也小，所以能够提供高倍率放电性能优异的空气电池。 在本专利技术的空气电池用空气极中，上述金属碳化物为上述碳化钨时，上述碳化钨 相对于上述催化剂层的总量的比例优选为28~71重量％，上述碳化钨相对于上述氧化物 与上述碳化钨的合计量的比例优选为28~71重量％。 另外，上述金属碳化物为上述碳化钛时，上述碳化钛相对于上述催化剂层的总量 的比例优选为5~71重量％，上述碳化钛相对于上述氧化物与上述碳化钛的合计量的比例 优选为5~71重量％。 另外，上述金属碳化物为上述碳化钼时，上述碳化钼相对于上述催化剂层的总量 的比例优选为5~71重量％，上述碳化钼相对于上述氧化物与上述碳化钼的合计量的比例 优选为5~71重量％。 作为上述氧化物，可举出如下的复合氧化物，该复合氧化物包含例如选自铁、钴、 镍、钛、锰和铜中的至少1种金属元素，并且具有钙钛矿结构或尖晶石结构。 另外，作为上述氧化物，可举出具有钙钛矿结构、并且具有由Lai χΑχΒ03(Α为选自 Sr和Ca中的至少1种，B为选自Co、Fe和Μη中的至少1种，X为满足0彡X彡1的数）表 示的组成的复合氧化物。 在本专利技术的空气电池用空气极中，上述导电材料还可以进一步包含导电性碳。 本专利技术的空气电池用空气极还具有至少包含导电性碳粒子和粘结材料的气体扩 散层，可以从上述电解质层侧起依次层叠上述催化剂层与上述气体扩散层。 本专利技术的金属空气电池，其特征在于，是具有将氧作为活性物质的空气极、负极、 以及存在于上述空气极与上述负极之间的电解质层的空气电池， 上述空气极是上述本专利技术的空气电池用空气极。 本专利技术的空气电池用空气极即便在高电流密度下的放电中氧化还原电位的降低 也小。因此，根据本专利技术，能够提供高倍率放电性能高的空气电池。【附图说明】 图1是表示具备本专利技术的空气极的空气电池的一个实施方式的剖面示意图。 图2是实施例1~4、比较例1~2中用于空气极的评价的2室电池单元的剖面示 意图。 图3是表示实施例1~2、比较例1中的空气极的氧化还原反应的电流电位特性评 价结果的图。 图4是表示实施例1~2、比较例1中的空气极的氧化还原反应的电流电位特性评 价结果的图。 图5是表示实施例1~2、比较例1中的空气极的充放电循环数与氧化还原电位的 关系的图。 图6是表示实施例3~4、比较例2中的空气极的氧化还原反应的电流电位特性评 价结果的图。 图7是实施例5~7、比较例3~4中用于空气极的评价的2室电池单元的剖面示 意图。 图8是表示实施例5~7、比较例3~4中的空气极的氧化还原反应的电流电位特 性评价结果的图。 符号说明 1…空气极 2…负极 3…电解质层 4…催化剂层 5…气体扩散层 5a…第1气体扩散层 5b···第2气体扩散;层 6…空气极集电体 7…空气极罐 8…负极罐 9…密封垫 10…吸氧孔 11…空气电池 12…空气极 13…阳极室 14…阴极室 15…作用极 16…集电体 17…催化剂层 18…碳纸 19…对极 20…参比电极 21···碳片【具体实施方式】 本专利技术的空气电池用空气极，其特征在于，是将氧作为活性物质的空气极， 构成具有负极和存在于该空气极与上述负极之间的电解质层的空气电池， 具有至少含有电极催化剂和导电材料的催化剂层， 作为上述电极催化剂，至少包含对氧化还原反应具有活性的氧化物， 作为上述导电材料，包含选自碳化钨、碳化钛和碳化钼中的至少1种金属碳化物。 以下，参照附图，对本专利技术的空气电池用空气极和空气电池进行说明。 图1是表示具备本专利技术的空气电池用空气极的空气电池的一个实施方式的剖面 示意图。 在当前第1页1 2 3 4 5 本文档来自技高网...

【技术保护点】
空气电池用空气极，以氧作为活性物质，其特征在于，构成具有负极和存在于该空气极与所述负极之间的电解质层的空气电池，具有至少含有电极催化剂和导电材料的催化剂层，作为所述电极催化剂，至少包含对氧化还原反应具有活性的氧化物，作为所述导电材料，包含选自碳化钛和碳化钼中的至少1种金属碳化物，所述金属碳化物相对于所述催化剂层的总量的比例为5～71重量％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小谷幸成，中西真二，西尾晃治，奥垣智彦，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，国立大学法人京都大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP