锂空气电池用的电解液制造技术

本发明专利技术提供一种能够进一步提高锂空气电池的输出的电解液。所述锂空气电池用的电解液与Li2O2之间的总键合力为0.14以上。

Electrolyte for a lithium air battery

The invention provides an electrolyte capable of further improving the output of a lithium air battery. The total bonding force between the electrolyte and the Li2O2 of the lithium air battery is more than 0.14.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于锂空气电池的电解液。
技术介绍
伴随着近年来手机等设备的普及、进步，期待作为其电源的电池的高容量化。其中金属空气电池在空气极中利用大气中的氧作为正极活性物质，进行该氧的氧化还原反应，另一方面，在负极中通过进行构成负极的金属的氧化还原反应，能够进行充电或放电，因此，作为能量密度高、且比目前通用的锂离子电池优异的高容量电池备受瞩目（非专利文献1）。以往，使用有机溶剂作为金属空气电池的非水电解质，但有机溶剂具有挥发性，并且还具有与水的混合性，因此在长期工作中存在稳定性的问题。电池长期工作时，可能因电解液从正极（空气极）侧挥发而电池电阻增大，或者因水分浸入电池内部而作为负极的金属锂被腐蚀。这些现象可能成为损害空气电池长时间放电这种特征的主要因素。为了提供一种能够抑制因电解液的挥发性而导致的减少以及水分向电池内部混入、且电池能够长期稳定工作的锂空气电池，提出了一种空气电池，所述空气电池使用N-甲基-N-丙基哌啶双（三氟甲烷磺酰基）酰胺（PP13TFSA）等离子液体作为非水电解质（专利文献1）。离子液体是指仅由组合阳离子和阴离子而成的离子分子构成的物质且在常温（15℃～25℃）下为液体的物质。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2011-14478号公报非专利文献非专利文献1：独立行政法人产业技术综合研究所（产综研），“开发新的结构的高性能锂空气电池”，“online”，2009年2月24日报道发表，“平成23年8月19日检索”，网络＜http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2009/pr20090224/pr20090224.html＞
技术实现思路
通过使用N-甲基-N-丙基哌啶双（三氟甲烷磺酰基）酰胺（PP13TFSA）等离子液体作为空气电池的电解液，对抑制因电解液挥发而导致的减少以及水分向电池内部混入有一定的效果，但使用PP13TFSA等现有的离子液体作为电解液的空气电池，作为电池的输出可以说尚不充分。因此，期待能够进一步提高锂空气电池的输出的电解液。对能够进一步提高锂空气电池的输出的电解液进行了深入研究，结果可知使锂空气电池放电时析出的Li2O2溶解性高的电解液有助于锂空气电池的输出提高，发现了Li2O2溶解性高的电解液。本专利技术是用于锂空气电池的电解液，所述电解液包含含有烃基和供电子性官能团的离子液体，供电子性官能团的锂离子亲和性高于烃基的锂离子亲和性。根据本专利技术，能够提供对锂空气电池放电时的析出物Li2O2的溶解性优异的电解液。附图说明图1是表示电解液中的Li2O2溶解浓度的图。图2是表示离子液体的供氧能力的图。图3是表示电解液的锂离子迁移率的图。图4是表示空气电池的I-V特性的图。图5是表示F型电化学电池的截面示意图。图6是表示溶剂与Li2O2的总键合力和溶剂的Li2O2溶解量之间的关系的图。图7是表示溶剂的Li2O2溶解量与使用了含有各溶剂的电解液的空气电池的放电容量之间的关系的图。图8是表示使用溶剂的空气电池的循环数与库仑效率之间的关系的图。图9是表示使用溶剂的空气电池的放电容量与输出密度之间的关系的图。图10是对电解液测定的线性扫描伏安法（LSV）曲线。图11是表示含有离子液体和有机溶剂的电解液中的离子液体的比例与空气电池的电流密度之间的关系的图。图12是表示使用溶剂的空气电池的电压和输出相对于电流密度的关系的图。具体实施方式（实施方式1：适于锂空气电池的电解液）使用含有以往所使用的作为离子液体的N-甲基-N-丙基哌啶双（三氟甲烷磺酰基）酰胺（以下，称为PP13TFSA）的电解液的锂空气电池尚不能满足作为电池的输出。作为其原因之一，可举出作为放电析出物的绝缘性的锂氧化物几乎不溶于PP13TFSA，因放电析出物的堆积而使得锂空气电池内部的电阻增大，放电的电流密度降低。因此，作为锂空气电池所使用的电解液，寻求在锂空气电池放电时可生成的绝缘性放电析出物即锂氧化物的溶解性优异的电解液。作为这样的锂空气电池所使用的电解液，发现了与锂氧化物Li2O2的总键合力为0.14以上、优选为0.20以上的电解液。总键合力是指电解液与Li2O2之间的键合力的总计，数值越大，Li2O2的溶解性越高。总键合力采用量子化学计算可以如下进行计算：（1）对Li2O2进行结构最优化，（2）制作电解液所使用的溶剂分子或者阳离子一个分子模型来进行结构最优化，（3）在（2）中进行了结构最优化的溶剂分子或者阳离子一个分子模型的附近的各种位置配置在（1）中进行了结构最优化的Li2O2分子来进行体系整体的结构最优化，（4）计算体系整体的总能量、各原子间的距离以及各原子间的键级（Wibergbondindex），（5）从（4）中算出的总能量最低的体系选择＋10kcal/mol以内的稳定结构，（6）在（5）中选择的稳定结构中选择配置的Li2O2与溶剂分子的原子间距离为2.1以下的键，（7）计算（6）中选择的键的键级的总计与具有（6）中选择的键的稳定结构的数量，按下式计算每一个稳定结构的总键合力：总键合力＝（（6）中选择的键的键级的总计）/（具有（6）中选择的键的稳定结构的数量）。在（5）中，从总能量最低的体系中选择＋10kcal/mol以内的稳定结构是因为，相对于具有最小总能量的结构具有超过＋10kcal/mol的总能量的结构在室温下稳定性低。另外，在（6）中，选择配置的Li2O2与溶剂分子的原子间距离为2.1以下的键是因为，与Li2O2之间的原子间距离超过2.1的溶剂不与Li2O2键合。通过提高Li2O2等锂氧化物在电解液中的溶解性，能够抑制锂空气电池内的放电析出物的堆积。由此，在锂空气电池中，能够抑制锂离子和氧气的通道堵塞，因此能够实现锂空气电池的放电容量提高、库仑效率的提高、放电中的输出降低的抑制等。本专利技术的电解液的Li2O2溶解性优异，优选能够溶解0.005mol/L以上的Li2O2，更优选能够溶解0.1mol/L以上的Li2O2。本专利技术的与Li2O2之间的总键合力为0.14以上的电解液可以是离子液体、有机溶剂等，优选可以是包含离子液体的电解液，所述离子液体含有烃基和供电子性官能团，且供电子性官能团的锂离子亲和性高于烃基。可知通过将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂空气电池用的电解液，其与Li2O2之间的总键合力为0.14以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.07 JP 2011-223474;2012.01.23 JP 2012-011331.一种锂空气电池用的电解液，其与Li2O2之间的总键合力为0.14
以上。
2.根据权利要求1所述的电解液，其中，Li2O2溶解量为0.005mol/L
以上。
3.根据权利要求1或2所述的电解液，其包含含有烃基和供电子
性官能团的离子液体，所述供电子性官能团的锂离子亲和性高于所述烃
基的锂离子亲和性。
4.根据权利要求3所述的电解液，其中，所述供电子性官能团含
有氧。
5.根据权利要求3或4所述的电解液，其中，所述供电子性官能
团含有醚基。
6.根据权利要求5所述的电解液，其中，所述离子液体含有2个
以上的醚基。
7.根据权利要求5所述的电解液，其中，所述离子液体含有2～4
个的醚基。
8.根据权利要求5所述的电解液，其中，所述离子液体含有由式
（1）表示的铵阳离子DEME：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：中本博文，汐月大志，白泽淳，铃木裕士，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP