电池和制造其正极的方法技术

电池包括正极(101)、负极(102)和电解质(103)。正极(101)由具有包括多个纳米结构的三维网络结构的双连续体制成。电解质(103)夹在正极(101)和负极(102)之间并且由盐制成。电解质(103)可以由例如氯化钾和氯化钠中的一种的水溶液或其混合物制成。负极(102)可以含有例如选自镁、锌、铁和铝的金属。

Batteries and methods of making their positive poles

Batteries include positive (101), negative (102) and electrolyte (103). The cathode (101) is composed of a bicontinuous body with a three-dimensional network structure comprising a plurality of nanostructures. The electrolyte (103) is sandwiched between the positive electrode (101) and the negative electrode (102) and is made of salt. An electrolyte (103) may be made from an aqueous solution or mixture of, for example, potassium chloride and sodium chloride. The negative electrode (102) may contain, for example, metals selected from magnesium, zinc, iron and aluminium.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电池和制造其正极的方法
本专利技术涉及使用金属如镁或锌作为负极的电池，以及制造其正极的方法。
技术介绍
通常，碱性电池和锌-碳电池已经广泛用作一次性原电池。此外，随着近年来IoT(物联网，InternetofThings)的发展，在自然世界如土壤和森林的所有位置安装的散布的传感器的开发正在向前发展。因此，对应于各种应用如除常规移动设备以外的这些传感器的小尺寸高性能锂离子电池是广泛流行的。遗憾的是，目前通常使用的一次性电池由稀有金属如锂、镍、锰和钴制成，并且因此具有资源消耗的问题。此外，使用强碱如氢氧化钠水溶液或有机电解质作为电解质，并且这使得最终处置是困难的。此外，根据使用环境，电池可能会影响周围环境，如使用它们作为埋入土壤中的传感器的驱动电源的情况。空气电池和水电池是目前作为下一代电池研究和开发从而解决如以上所述的问题的电池的实例。用作正极活性材料的空气中的氧被外部供给至空气电池。此外，水电池使用水作为正极活性材料。因此，在空气电池和水电池中，电池单元可以填充有金属负极。可以使用金属如镁、铁、铝和锌作为负极。因此，当使用丰富的材料作为资源时，可以形成在成本和环境负担两方面都低的空气电池或水电池。例如，使用锌作为负极的空气电池可作为助听器的驱动电源商购(参见非专利文献1、2和3)。此外，目前研究和开发了使用镁作为负极的空气电池作为低环境负担的电池(参见非专利文献4和5)。相关技术文献非专利文献非专利文献1：XienLiu等，“High-performancenon-spinelcobalt-manganesemixedoxide-basedbifunctionalelectrocatalystsforrechargeablezinc-airbatteries(用于可再充电锌-空气电池的高性能非尖晶石钴-锰混合氧化物系双官能电催化剂)”，NanoEnergy,vol.20,pp.315-325,2016。非专利文献2：P.Ganesan等，“NitrogenandSulfurCo-dopedGrapheneSupportedCobaltSulfideNanoparticlesasanEfficientAirCathodeforZinc-airBattery(作为用于锌-空气电池的有效空气正极的氮和硫共掺杂的石墨烯负载的硫化钴纳米粒子)”，ElectrochimicaActa,vol.183,pp.63-69,2015。非专利文献3：M.Yuasa等，“DischargepropertiesofMg-Al-Mn-CaandMg-Al-Mnalloysasanodematerialsforprimarymagnesium-airbatteries(作为用于一次镁-空气电池的负极材料的Mg-Al-Mn-Ca和Mg-Al-Mn合金的放电性质)”，JournalofPowerSources,vol.297,pp.449-456,2015。非专利文献4：Y.Xue等，“Template-directedfabricationofporousgasdiffusionlayerformagnesiumairbatteries(用于镁空气电池的多孔气体扩散层的模板引导的制造)”，JournalofPowerSources,vpl.297,pp.202-207,2015。非专利文献5：N.Wang等，“DischargebehaviourofMg-Al-PbandMg-Al-Pb-InalloysasanodesforMg-airbattery(作为用于Mg-空气电池的负极的Mg-Al-Pb和Mg-Al-Pb-In合金的放电行为)”，ElectrochimicaActa,vol.149,pp.193-205,2014。
技术实现思路
专利技术要解决的问题在上述技术中，使用钴-锰混合氧化物作为电极材料。这引起了资源消耗的问题。此外，作为强碱的氢氧化钾用作电解质。这使得电池的处置不容易，并且也使得电池的处理不容易，例如电池可能会影响周围环境。已经做出了本专利技术以解决如以上所述的问题，并且本专利技术以有利于处理使用金属如镁或锌作为负极的电池作为其目标。解决问题的方式根据本专利技术的电池包括由具有包括多个纳米结构的三维网络结构的双连续体制成的正极，负极，和夹在正极和负极之间并且由盐制成的电解质。在上述电池中，所述多个纳米结构中的每一个可以是纳米片，所述纳米片由碳、氧化铁、氧化锰、氧化锌、氧化钼和硫化钼中的至少一种制成，或纳米纤维，所述纳米纤维由碳、氧化铁、氧化锰、氧化锌、氧化钼、硫化钼和纤维素中的至少一种制成。上述电池还可以包括被正极负载的催化剂，其中所述催化剂可以由选自铁、锰、锌、铜和钼中的至少一种金属或选自钙、铁、锰、锌、铜和钼中的至少一种金属的氧化物制成。在上述电池中，催化剂可以由氯化钾和氯化钠中的一种的水溶液或其混合物制成。上述电池还包括外壳，所述外壳被配置成容纳包括正极、电解质和负极的电池，其中所述外壳由可自然降解的材料制成。在上述电池中，正极是空气电极。在上述电池中，在正极中的活性材料是水。此外，负极可以含有镁、锌、铁和铝中的一种。根据本专利技术的制造电池的正极的方法是制造这样的电池的正极的方法，所述电池包括由具有包括多个纳米结构的三维网络结构的双连续体制成的正极、负极和夹在正极和负极之间并且由盐制成的电解质，所述方法包括通过将其中分散有多个纳米结构的溶胶或凝胶冷冻来获得冷冻体的冷冻步骤，和通过将所述冷冻体在真空中干燥来获得所述双连续体的干燥步骤。上述制造电池的正极的方法还可以包括使细菌产生其中分散有由氧化铁、氧化锰和纤维素中的一种制成的纳米纤维的凝胶的凝胶产生步骤，其中在所述冷冻步骤中，可以通过将在凝胶产生步骤中产生的凝胶冷冻来获得所述冷冻体。上述制造电池的正极的方法还可以包括通过在其中纤维素不燃烧的气体气氛中加热而将从凝胶获得的双连续体碳化的碳化步骤，其中在所述凝胶产生步骤中，纤维素在上述制造电池的正极的方法中，正极是空气电极。此外，在正极中的活性材料是水。在上述制造电池的正极的方法中，负极可以含有镁、锌、铁和铝中的一种。专利技术效果在如以上解释的本专利技术中，正极由具有包括多个纳米结构的三维网络结构的双连续体制成，并且电解质由盐制成。这实现了使得电池较容易处理的优秀效果。附图简述图1是示出根据本专利技术的第一实施方案的电池的布置的视图；图2A是示出根据本专利技术的第二实施方案的电池的布置的视图；图2B是示出根据本专利技术的第二实施方案的电池的布置的视图；图3是用于解释根据本专利技术的第二实施方案的制造方法1的流程图；图4是用于解释根据本专利技术的第二实施方案的制造方法2的流程图；图5是用于解释根据本专利技术的第二实施方案的制造方法3的流程图；图6是用于解释根据本专利技术的第二实施方案的制造方法4的流程图；图7A是示出根据本专利技术的第二实施方案的纽扣电池型电池的详细配置实例的截面图；图7B是示出根据本专利技术的第二实施方案的纽扣电池型电池的配置实例的平面图；图8是示出根据本专利技术的第二实施方案的另一个电池的布置的视图；图9是示出根据本专利技术的第二实施方案的实验例1的使用镁作为负极的空气电池的初始放电曲线的图表；图10是示出根据本专利技术的第二实施方案的实验例1的使用锌作为负极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池，所述电池包含：正极，所述正极由具有包括多个纳米结构的三维网络结构的双连续体制成；负极；和电解质，所述电解质由盐制成并且夹在所述正极和所述负极之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.01 JP 2016-131439;2016.07.01 JP 2016-131441.一种电池，所述电池包含：正极，所述正极由具有包括多个纳米结构的三维网络结构的双连续体制成；负极；和电解质，所述电解质由盐制成并且夹在所述正极和所述负极之间。2.根据权利要求1所述的电池，其中所述多个纳米结构中的每一个包括：纳米片，所述纳米片由碳、氧化铁、氧化锰、氧化锌、氧化钼和硫化钼中的至少一种制成；或纳米纤维，所述纳米纤维由碳、氧化铁、氧化锰、氧化锌、氧化钼、硫化钼和纤维素中的至少一种制成。3.根据权利要求1所述的电池，所述电池还包含被所述正极负载的催化剂，其中所述催化剂由选自铁、锰、锌、铜和钼中的至少一种金属或选自钙、铁、锰、锌、铜和钼中的至少一种金属的氧化物制成。4.根据权利要求1所述的电池，其中所述催化剂由氯化钾、氯化钠中的一种的水溶液或其混合物制成。5.根据权利要求1所述的电池，所述电池还包含外壳，所述外壳被配置成容纳包括所述正极、所述电解质和所述负极的电池，其中所述外壳由可自然降解的材料制成。6.根据权利要求1所述的电池，其中所述负极含有镁、锌、铁和铝中的一种。7.根据权利要求1至6中任一项所述的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：野原正也，小野阳子，岩田三佳誉，林政彦，小松武志，
申请(专利权)人：日本电信电话株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP