空气电池制造技术

本公开的一个技术方案涉及的空气电池，具备：负极，其能够吸藏和释放金属离子；正极，其使用空气中的氧气作为正极活性物质而构成；非水系金属离子传导体，其配置在所述负极和所述正极之间；和多个产氧催化剂。所述正极包含碳材料。所述多个产氧催化剂的至少一部分通过Si‑O键固定在所述碳材料的表面。

【技术实现步骤摘要】
空气电池
本公开涉及空气电池。
技术介绍
空气电池是使用空气中的氧气作为正极活性物质、并使用能够吸藏和释放金属离子的金属或化合物作为负极活性物质的电池。空气电池具有能量密度高、容易小型化、容易轻量化的优点。因此，空气电池作为具有超过目前被认为能量密度最高的锂离子电池的能量密度的电池而受到关注。例如，在锂空气电池中，通过放电反应而使过氧化锂在正极析出，通过充电反应而使过氧化锂进行分解。由于过氧化锂缺乏电子传导性，所以难以进行充电反应。这妨碍了锂空气电池的循环特性的提高。为了使过氧化锂高效地分解，日本特表2013-527567号公报所记载的空气电池，在电解液中含有产氧催化剂(氧发生催化剂)。产氧催化剂通过在正极与过氧化锂之间作为电子移动的媒介来促进过氧化锂的分解，并使充电电位降低。
技术实现思路
本公开的一个技术方案涉及的空气电池，具备：负极，其能够吸藏和释放金属离子；正极，其使用空气中的氧气作为正极活性物质而构成；非水系金属离子传导体，其配置在所述负极和所述正极之间；和多个产氧催化剂。所述正极包含碳材料。所述多个产氧催化剂的至少一部分通过Si-O键固定在所述碳材料的表面。附图说明图1是本公开的一个实施方式涉及的锂空气电池的概略截面图。图2是表示实施例1和比较例1的锂空气电池的充放电曲线的图。图3是表示实施例1、比较例1以及比较例2的锂空气电池的循环特性的图。图4是表示产氧催化剂的合成图解的图。附图标记说明1：锂空气电池11：电池外壳11a：筒状部11b：底部11c：盖部12：负极12a：负极层13：正极13a：正极层13b：正极集电体14：电解质层15：空气导入孔具体实施方式(成为本公开的基础的见解)本专利技术人对于产氧催化剂的作用和效果进行了验证，结果发现使用了产氧催化剂的以往的空气电池存在以下的问题。即，当电解液中含有的产氧催化剂接触负极的金属时，其活性丧失。在日本特表2013-527567号公报所记载的空气电池的一个技术方案中，产氧催化剂作为主链的一部分、或者作为侧基而被组入到聚合物结构中。在日本特表2013-527567号公报中，记载了聚合物结构的端部也可以化学性地接枝到正极的表面。本公开的第1方式涉及的空气电池，具备：负极，其能够吸藏和释放金属离子；正极，其使用空气中的氧气作为正极活性物质而构成；非水系金属离子传导体，其配置在所述负极和所述正极之间；和多个产氧催化剂。所述正极包含碳材料，所述多个产氧催化剂的至少一部分通过Si-O键固定在所述碳材料的表面。在第1方式的空气电池中，多个产氧催化剂的至少一部分通过Si-O键固定在正极的碳材料的表面。根据这样的结构，能够抑制由产氧催化剂接触负极的金属所导致的产氧催化剂的失活。由于能够长期地得到催化效果(例如，促进过氧化锂分解的效果)，所以空气电池的循环特性提高。与产氧催化剂只混合于正极中的情况相比，在第1方式的空气电池中，产氧催化剂能够均匀地配置于正极。因而，即使是少量的产氧催化剂，也不仅能够得到充分的活性，还能够期待正极的内阻的降低。作为用于在碳材料的表面固定产氧催化剂的结构，使用了Si-O键。Si-O键能够在简便的操作和平稳的条件下形成，因此也能够控制固定于碳材料的产氧催化剂的量。使用了Si-O键的产氧催化剂的固定化，与使用了酰胺键等的固定化、以及使用了电解聚合的固定化等的其它的固定化方法相比，在能够不使用固定化用的催化剂而以简便的操作将适当的量容易地固定于碳材料这一点上是有利的。多个产氧催化剂的另外的一部分可以存在于非水系金属离子传导体中。在本公开的第2方式中，例如，第1方式涉及的空气电池的所述多个产氧催化剂可以是具有氧化还原特性的化合物。根据第2方式，通过氧化而进行了阳离子化的化合物作为产氧催化剂发挥作用，因此化合物的氧化电位成为电池的充电电位。即，理论上通过选择产氧催化剂能够将充电电位规定为所期望的值。另外，由于不使用贵金属催化剂，所以本方式涉及的空气电池便宜且轻量。在本公开的第3方式中，第2方式涉及的空气电池的所述多个产氧催化剂可以是有机化合物。在本公开的第4方式中，例如，第1～第3方式中的任一方式涉及的空气电池的所述多个产氧催化剂可以是具有由下述式(1)表示的结构的化合物。具有由下述式(1)表示的结构的化合物，能够充分地发挥对产氧催化剂所要求的功能。在式(1)中，R1～R4分别独立地表示包含选自链状脂肪族基团、环状脂肪族基团、氢原子、羟基、氰基、氨基、硝基、亚硝基、乙烯基、环氧基、甲基丙烯基、丙烯酰基、脲基、巯基和异氰酸酯基之中的一种的官能团。在本公开的第5方式中，第4方式涉及的空气电池的所述链状脂肪族基团可以包含选自氧原子、氮原子、硫原子、硅原子、磷原子、硼原子和卤原子之中的一种。在本公开的第6方式中，第4方式涉及的空气电池的所述环状脂肪族基团可以包含选自氧原子、氮原子、硫原子、硅原子、磷原子、硼原子和卤原子之中的一种。在本公开的第7方式中，例如，第4方式涉及的空气电池的选自所述R1到R4之中的至少一方可以通过所述Si-O键结合在所述碳材料的所述表面。根据第7方式，能够将产氧催化剂中显示活性的部分(例如，四硫富瓦烯(TTF：tetrathiafulvalene)骨架)牢固地固定于碳材料。在本公开的第8方式中，例如，第1～第3方式中的任一方式涉及的空气电池的所述多个产氧催化剂可以是具有由下述式(2)表示的结构的化合物。具有由下述式(2)表示的结构的化合物能够充分地发挥对产氧催化剂所要求的功能。在式(2)中，R1～R4分别独立地表示包含选自链状脂肪族基团、环状脂肪族基团、氢原子、羟基、氰基、氨基、硝基、亚硝基、乙烯基、环氧基、甲基丙烯基、丙烯酰基、脲基、巯基和异氰酸酯基之中的一种的官能团，R5表示碳原子数为1～6的饱和烃基、或碳原子数为1～6的不饱和烃基，R6～R8分别独立地表示包含选自甲氧基、乙氧基、2-甲氧基乙氧基和乙酰氧基之中的至少一种的官能团。在本公开的第9方式中，第8方式涉及的空气电池的所述链状脂肪族基团可以包含选自氧原子、氮原子、硫原子、硅原子、磷原子、硼原子和卤原子之中的一种。在本公开的第10方式中，第8方式涉及的空气电池的所述环状脂肪族基团可以包含选自氧原子、氮原子、硫原子、硅原子、磷原子、硼原子和卤原子之中的一种。在本公开的第11方式中，第8方式涉及的空气电池的所述碳原子数为1～6的饱和烃基可以具有取代基。在本公开的第12方式中，第8方式涉及的空气电池的所述碳原子数为1～6的不饱和烃基可以具有取代基。以下，对于本公开的实施方式，一边参照附图，一边进行说明。本公开并不被以下的实施方式限定。如图1所示，本实施方式的锂空气电池1，具备电池外壳11、负极12、正极13、和作为非水系锂离子传导体的电解质层14。电池外壳11具备：上面侧和底面侧这两侧开口的筒状部11a；以堵塞筒状部11a的底面侧的开口的方式设置的底部11b；和以堵塞筒状部11a的上面侧的开口的方式设置的盖部11c。在盖部11c设置有用于将空气导入电池外壳11内的空气导入孔15。负极12具备配置在电池外壳11的底部11b的内底面上的负极层12a。电池外壳11的底部11b兼具负极12的负极集电体的功能。即，由兼作为负极集电体的底部11b和负极层12a构成了负极12。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空气电池，具备：负极，其能够吸藏和释放金属离子；正极，其使用空气中的氧气作为正极活性物质而构成；非水系金属离子传导体，其配置在所述负极和所述正极之间；和多个产氧催化剂，所述正极包含碳材料，所述多个产氧催化剂的至少一部分通过Si‑O键固定在所述碳材料的表面。

【技术特征摘要】
2017.06.12 JP 2017-1151831.一种空气电池，具备：负极，其能够吸藏和释放金属离子；正极，其使用空气中的氧气作为正极活性物质而构成；非水系金属离子传导体，其配置在所述负极和所述正极之间；和多个产氧催化剂，所述正极包含碳材料，所述多个产氧催化剂的至少一部分通过Si-O键固定在所述碳材料的表面。2.根据权利要求1所述的空气电池，所述多个产氧催化剂是具有氧化还原特性的化合物。3.根据权利要求2所述的空气电池，所述多个产氧催化剂是有机化合物。4.根据权利要求1～3的任一项所述的空气电池，所述多个产氧催化剂是具有由下述式表示的结构的化合物，式中，R1～R4分别独立地表示包含选自链状脂肪族基团、环状脂肪族基团、氢原子、羟基、氰基、氨基、硝基、亚硝基、乙烯基、环氧基、甲基丙烯基、丙烯酰基、脲基、巯基和异氰酸酯基之中的一种的官能团。5.根据权利要求4所述的空气电池，所述链状脂肪族基团包含选自氧原子、氮原子、硫原子、硅原子、磷原子、硼原子和卤原子之中的一种。6.根据权利要求4所述的空气电池，所述环状脂肪族基团包含选自氧原子、氮原子、硫原子、硅原...

【专利技术属性】
技术研发人员：森石麻纱子，大冢友，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP