锂空气电池和锂空气电池装置制造方法及图纸

锂空气电池(2)具有负极(4)、正极(3)和固体电解质层(5)，所述负极(4)具有能够吸留放出锂离子的负极材料(40)，所述正极(3)具有以氧作为正极活性物质且具备还原氧的催化剂(31)的正极材料，所述固体电解质层(5)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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂空气电池和锂空气电池装置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。
本申请涉及锂空气电池和锂空气电池装置。
技术介绍
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
技术实现思路
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。本申请的第三形态中，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氢原子。即，通过放电而生成的反应生成物含有氢原子，由此发挥与上述的第1～第2空气电池同样的效果。应予说明，反应生成物中的氢原子表示原子状态的氢。原子状态的氢包含质子状态(离子状)的氢。本申请的第四形态中，锂空气电池装置具有锂空气电池单元和水供给部，所述锂空气电池单元具有负极、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，所述水供给部向该锂空气电池单元的正极供给气相的水。该锂空气电池装置发挥能够得到与上述的本专利技术的第1～第3空气电池同样的效果的效果。附图说明关于本申请的上述目的和其它目的、特征、优点通过参照附图和下述的详细记述而更加明确。该附图是：图1是表示实施方式1的空气电池系统的构成的图；图2是示意性地表示实施方式1的空气电池单元的构成的构成图；图3是表示试验例的空气电池单元的构成的截面图；图4是表示试验例的空气电池系统的放充电电压的变化的图；图5是表示比较试验例的空气电池系统的放充电电压的变化的图；图6是表示试验例的空气电池系统的放充电电压的变化的图；图7是表示比较试验例的空气电池系统的放充电电压的变化的图；图8是试验例的空气电池单元的放电后的固体电解质层的SEM照片；图9是试验例的空气电池单元的放电后的固体电解质层的拉曼光谱分析结果的图；图10是试验例的空气电池单元的放电后的固体电解质层的XRD；图11是试验例的空气电池单元的放电后的固体电解质层的SIMS分析结果；图12是示意性地表示实施方式2的空气电池系统的构成的构成图；图13是示意性地表示实施方式3的空气电池系统的构成的构成图。具体实施方式以下，以实施方式的形式对本申请的锂空气电池和锂空气电池装置具体地进行说明。[实施方式1]本方式的锂空气电池系统1如图1所示，具有锂空气电池单元2和加湿装置6。空气电池系统1相当于本申请的空气电池装置。空气电池单元2也相当于本申请的第1～第3空气电池。(空气电池单元2)本方式的空气电池单元2如图2所示，具有正极3、负极4、固体电解质层5作为能够充放电的要素。在此，在空气电池中，正极3也称为空气极。正极3具有以氧作为活性物质且具备还原氧的催化剂的正极材料。正极3具备用于使作为活性物质的氧(或含有氧的气体)进行电池反应的空气导入装置。负极4具有能够吸留放出锂离子的负极材料。固体电解质层5为介于负极4与正极3之间且含有固体电解质的层。固体电解质层5作为锂离子在正极3与负极4之间迁移的传递路径发挥作用。本方式的空气电池单元2如图2所示，可以形成正极3、负极4、固体电解质层5层叠而成的层叠体。应予说明，空气电池单元2也可以不形成层叠体。对于本方式的空气电池单元2，其外形的形状只要是能够使含有氧的气体与正极3接触的形状就没有特别限定。作为能够使气体与正极3接触的形状(构成)，可例示具有气体收进口的形状。作为外形，可以采用例如圆筒型、方型、纽扣型、硬币型或扁平型等期望的形状。本方式的空气电池单元2可以为一次电池，也可以为二次电池，任一形态均可。优选为能够充放电的二次电池。(固体电解质层5)固体电解质层5介于正极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂空气电池，是具有负极(4)、正极(3)和固体电解质层(5)的锂空气电池(2)，所述负极(4)具有能够吸留放出锂离子的负极材料(40)，所述正极(3)具有以氧作为正极活性物质且具备还原氧的催化剂(31)的正极材料，所述固体电解质层(5)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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.30 JP 2014-221188;2015.09.30 JP 2015-192601.一种锂空气电池，是具有负极(4)、正极(3)和固体电解质层(5)的锂空气电池(2)，所述负极(4)具有能够吸留放出锂离子的负极材料(40)，所述正极(3)具有以氧作为正极活性物质且具备还原氧的催化剂(31)的正极材料，所述固体电解质层(5)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。2.一种锂空气电池，是具有负极(4)、正极(3)和固体电解质层(5)的锂空气电池(2)，所述负极(4)具有能够吸留放出锂离子的负极材料(40)，所述正极(3)具有以氧作为正极活性物质且具备还原氧的催化剂(31)的正极材料，所述固体电解质层(5)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。3.根据权利要求2所述的锂空气电池，其中，所述反应生成物的90％以上为非晶相。4.一种锂空气电池，是具有负极(4)、正极(3)和固体电解质层(5)的锂空气电池(2)，所述负极(4)具有能够吸留放出锂离子的负极材料(40)，所述正极(3)具有以氧作为正极活性物质且具备还原氧的催化剂(31)的正极材料，所述固体电解质层(5)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氢原子。5.一种锂空气电池装置，具...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木洋介，加美谦一郎，平田和希，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：日本,JP