空气电池系统技术方案

本发明专利技术的主要目的在于提供能够抑制氢气产生的空气电池系统。本发明专利技术为一种空气电池系统，其特征在于，具备：电池单元，其具备：空气极、含有能够释放锂离子的活性物质的负极、以及配设在空气极与负极之间且具有锂离子传导性的固体电解质层和水系电解液层；检测装置，能够检测负极与空气极之间的电压；和信号装置，当由该检测装置检测到的电压达到2.2V以下时会发出信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及空气电池系统。
技术介绍
空气电池是以氧气作为正极活性物质的电池，放电时从外部摄入含氧气的气体来使用。因此，与电池内具有正极活性物质和负极活性物质的其他电池相比，能够增大负极活性物质在电池容器内所占的比例。因此，原理上可放电的电容大，具有容易小型化和轻量化的特点。此外，由于作为正极活性物质使用的氧气的氧化力強，因此电池的电动势比较高。而且，还具有氧气是不受资源限制的緑色材料的特点，因此空气电池的环境负荷小。这样，具有很多优点的空气电池被期待用于混合动カ车用电池、便携设备用电池等，近年来，开始要求空气电池的高性能化。作为涉及这种空气电池的技术，例如在专利文献I中，公开了具备锂负极、非水性 电解质、固体电解质、水性电解质和正极的电池单元。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特表2007-524204号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题使用专利文献I中公开的电池单元时，有时在放电时从正极侧产生氢气。如果产生氢气，则可能导致性能的降低和安全性的降低等，因此，专利文献I中公开的技术存在可能导致性能降低和安全性降低的问题。因此，本专利技术的课题在于提供能够抑制氢气产生的空气电池系统。用于解决问题的方法为了解决上述问题，本专利技术采用了以下的方法。即，本专利技术为ー种空气电池系统，其特征在于，具备结构体，其具备空气极、含有能够释放锂离子的活性物质的负极、配设在空气极与负极之间且具有锂离子传导性的固体电解质层和水系电解液层；检测装置，能够检测负极与空气极之间的电压；和信号装置，当由该检测装置检测到的电压达到2. 2V以下时会发出信号。在此，“水系电解液层”是指含有溶剂中含有水且具有锂离子传导性的电解液(以下称为“水系电解液”)的层。水系电解液层例如可以设定为通过在多孔的隔膜中含浸水系电解液而构成的层。本专利技术中，水系电解液可以使用例如溶解有锂盐的碱性的水溶液电解质等。本专利技术中，可以在水系电解液中溶解LiN03、LiOH, LiCl和Li2S等锂盐，例如溶解LiOH的情况下，其浓度可以设定为lmol/L以上且5mol/L以下。上述本专利技术中，优选基于发出的信号对电池単元的输出进行控制，以使电压大于2. 2V。此外，上述本专利技术中，优选基于发出的信号使电池单元的电流值减小，以使电压大于 2. 2V。此外，在使电池单元的电流值减小的上述本专利技术中，优选基于发出的信号使与电池单元连接的可变电阻的电阻值増大，以使电压大于22V。此外，上述本专利技术中，优选基于发出的信号停止电池单元的工作。 专利技术的效果本专利技术的空气电池系统中，具备当空气极与负极之间的电压(以下有时简称“电压”)达到2. 2V以下时会发出信号的信号装置。当电压达到2. 2V以下吋，由空气极ー侧产生氢气，因此，通过具备信号装置，能够实施用于抑制氢气产生的对策。因此，根据本专利技术，可以提供能够抑制氢气产生的空气电池系统。本专利技术中，通过基于发出的信号对电池単元的输出进行控制以使电压大于2. 2V，能够抑制氢气产生。此外，本专利技术中，在基于发出的信号使电池单元的电流值减小以使电压大于2. 2V的情况下，也能够抑制氢气产生。此外，在基于发出的信号使电池单元的电流值减小的本专利技术中，通过增大可变电阻的电阻值，能够容易地使电压大于2. 2V。此外，本专利技术中，通过基于发出的信号停止电池单元的工作，能够防止氢气产生。附图说明图I是说明空气电池系统10的图。图2是说明用于防止氢气产生的控制方式的流程图。图3是表示恒流放电时的电位-电流曲线的图。图4是表示放电产生的气体的气相色谱结果的图。图5是说明放电时的空气极的主要反应的图。标号说明I…空气电池单元Ia…负极Ib…空气极Ic…非水系电解液层Id…固体电解质层Ie…水系电解液层If…壳体2…电压传感器(检测装置)3…电流传感器4…可变电阻器(可变电阻)5…控制装置(信号装置)6…电子电路7…设备10…空气电池系统具体实施例方式关于使用碱性水溶液电解质和锂负极的空气电池，迄今为止，提出了在锂负极与空气极之间配设固体电解质、进而在锂负极与固体电解质之间填充有机电解液、在固体电解质与空气极之间填充碱性水溶液电解质的结构。该电池的放电反应如下，02+2H20+4Li — 40H>4Li+电动势为3. 446V。本专利技术人使用金属Li作为负极，使用含有Imol/LLiTFSA的聚碳酸酯溶液作为有机电解液，使用LATP(0HARA公司制OHARA玻璃)作为固体电解质，使用溶解有r5mol/L LiOH的LiOH水溶液作为碱性水溶液电解质，使用负载有Pt的碳布电极或者将科琴黒、PTFE和MnO2催化剂混炼并涂布到碳布上而得到的电极作为空气极，由此制作空气电池单元。然后，进行使该空气电池单元在大气中、25°C下、100%加湿下、0. 5mA/cm2的条件下工作的恒流放电试验，由此得到电位-电流曲线，并且对空气电池的状态进行观察。电位-电流曲线示于图3中。图3的纵轴为电流I的对数(IogI)，横轴为电压E[V]。 上述恒流放电试验的结果是，即使在电压大于2. 2V的约2. 5V下进行约10小时的放电，碱性水溶液电解质中也没有产生气泡，而在电压为2. 2V以下、例如约2. IV下进行约10小时的放电时，碱性水溶液电解质中产生气泡。气泡的产生在电压为2. 2V以下的情况下显著。另ー方面，在负极侧的有机电解液中未确认到气泡。本专利技术人使用分析仪器(GC-8A、株式会社岛津制作所制)，利用气相色谱法对气泡的成分进行了分析。将结果示于图4中。图4的纵轴为峰值强度，横轴为时间。如图4所示，气泡中含有大量的氢气。氧气和氮气与大气中组成为相同程度。根据以上，本专利技术人发现，具有含有能够释放锂离子的活性物质的负极和空气极、并且具有配设在负极与空气极之间的固体电解质以及填充在固体电解质与空气极之间的碱性水溶液电解质的空气电池，当电压达到2. 2V以下时，在空气极侧产生氢气，另一方面，当电压大于2. 2V时，在空气极侧不产生氢气，在负极侧也不产生氢气。认为这是因为，当电压大于2. 2V吋，空气极的反应以氧的还原反应为主要反应，而当电压达到2. 2V以下吋，空气极的表面上水的吸附和脱离被活性化，结果，本来并非主要反应的产氢反应成为空气极的反应的主要反应。碱性水溶液电解质中的产氢反应的一例如下所示。2H20+2e_ — 20r+H2-0. 828V vs SHE已知空气电池的输出电压随着电流值的上升而降低，因此,放电时电流值增大时，电压值降低从而容易产生氢气。图5中不出放电时空气极的主要反应与电流和电压的关系。图5的纵轴为电流，横轴为电压，图5中越靠近下侧电流越大，越靠近右侧电压越大。由于氢气为可燃性气体，因此，为了确保空气电池的安全性等，优选防止氢气产生。此外，产生氢气时，可能使对氢气不具有耐性的密封材料和树脂材料发生劣化，除此之夕卜，当氢气滞留在空气极与电解液的界面处时，电解液与空气极的界面电阻増大，从而可能导致电压下降或放电停止。而且，可能因氢气的氧化还原平衡而产生电噪声，除此之外，当氢气泡在电池内部成长时，电池的内压上升，可能使电解液经由空气极而泄漏。因此，为了避免上述情况，抑制氢气的产生也是很重要的。由上述结果可知，在电压降低至2. 2V以下的状态下继续放电时会产生氢气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.ー种空气电池系统，其特征在于，具备 电池单元，其具备空气极、含有能够释放锂离子的活性物质的负极、配设在所述空气极与所述负极之间且具有锂离子传导性的固体电解质层和水系电解液层； 检测装置，能够检测所述负极与所述空气极之间的电压；和 信号装置，当由该检测装置检测到的所述电压达到2. 2V以下时发出信号。2.如权利要求I所述的空气电池系统，其特征在于，基于发出的所述信号对所述电池単元的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：须藤贡治，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：