空气电池制造技术

本发明专利技术提供一种空气电池，其在空气极层中含有氧还原反应的反应起点比现有碳材料多的针状碳材料。空气电池至少具备空气极、负极以及介于该空气极及该负极之间的电解质层，其特征在于，所述空气极至少具备空气极层，所述空气极层含有平均纵横比为10以上且D/G比为0.1以上的针状碳材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】空气电池
本专利技术涉及一种空气电池，其在空气极层中含有氧还原反应的反应起点比现有碳材料多的针状碳材料。
技术介绍
空气电池是将金属单体或金属化合物利用于负极活性物质且将氧利用于正极活性物质的可充放电的电池。作为正极活性物质的氧可从空气得到，所以不需要在电池内封入正极活性物质，因此，在理论上，空气电池能够实现比使用固体的正极活性物质的二次电池大的容量。在作为空气电池的一种的锂空气电池中，在放电时，在负极中，进行式(I)的反应。2Li —2Li++2e- (I)由式⑴产生的电子经由外部电路，在外部的负荷作功以后，到达空气极。而且，由式(I)产生的锂离子(Li + )在负极和空气极所夹持的电解质内，通过电气渗透而从负极侧移动到空气极侧。另外，在放电时，在空气极中，进行式(II)及式(III)的反应。2Li + O2 2e — Li2O2(II)2Li + + 1/202 十 2e — Li2O (III)所产生的过氧化锂(Li2O2)及氧化锂(Li2O)作为固体而蓄积于空气极。在充电时，在负极中进行上述式(I)的逆反应，在空气极中进行上述式(II)及(III)的逆反应，在负极中，金属锂进行再生，所以可实现再放电。目前，作为空气极中的导电性材料，使用科琴黑等球状碳材料。但是，在使用球状碳材料的情况下，存在虽然初始容量高但重复充放电以后的容量大大地降低这种课题。作为以解决这种课题为目的的技术，专利文献I公开的是一种金属空气二次电池的技术，所述金属空气二次电池具备空气极、负极及非水电解质，所述空气极具备含有导电性材料的空气极层，所述金属空气二次电池的特征为，上述导电性材料是平均纵横比为10以上的针状碳。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2010-287390号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题本【专利技术者】对专利文献I记载的金属空气二次电池进一步进行了探讨，可知，就一次放电而言，可取出的放电容量极其低。本专利技术是鉴于上述实际状况而完成的，其目的在于，提供一种空气电池，其在空气极层中含有氧还原反应的反应起点比现有碳材料多的针状碳材料。用于解决课题的技术方案本专利技术的空气电池至少具备空气极、负极以及介于该空气极及该负极之间的电解质层，所述空气电池的特征在于，所述空气极至少具备空气极层，所述空气极层包含平均纵横比为10以上且D/G比为0.1以上的针状碳材料。在本专利技术中，所述针状碳材料的(002)面的平均面间隔优选为0.335nm以上且小于 0.370nm。在本专利技术中，也可以是，所述针状碳材料的BET比表面积为10?3000m2/g。在本专利技术中，也可以是，所述针状碳材料为叠杯式碳素纳米管。专利技术效果根据本专利技术，空气极层中含有D/G比为0.1以上的针状碳材料，即，氧还原反应的反应起点比现有碳材料多的针状碳材料，所以能够实现该针状碳材料和更多的氧分子之间的电子的授受，其结果是，与现有空气电池相比，能够实现高容量化且高能量密度化。【附图说明】图1是叠杯式碳素纳米管的立体示意图；图2是表示本专利技术空气电池的层结构的一个例子的图，且是示意性地表示沿层叠方向切断后的剖面的图；图3是现有碳素纳米管的立体示意图；【具体实施方式】本专利技术的空气电池是至少具备空气极、负极以及介于该空气极及该负极之间的电解质层的空气电池，其特征为，上述空气极至少具备空气极层，上述空气极层包含平均纵横比为10以上且D/G比为0.1以上的针状碳材料。如上所述，将科琴黑等球状碳粒子用于空气极层的空气电池虽然初始容量高，但耐久劣化显著，所以不可能重复使用。另一方面，本【专利技术者】探讨的结果可知，如上述专利文献I记载的将VGCF等针状碳材料用于空气极层的空气电池耐重复使用，但就一次放电而言，可取出的放电容量极其低。在使用VGCF等针状碳材料的情况下，作为每一次的放电容量大幅度地降低的理由，认为是因为针状碳材料中的反应起点的数量、间隔及反应场所的面积比球状碳粒子等现有碳材料格外小。在此所说的反应主要是上述式(II)及/或(III)所示的氧还原反应。作为反应起点的数量的指标,可例示D/G比。D/G比是指针状碳材料的拉曼光谱的UeOcnTHD峰)的峰值强度相对于MSOcnTHG峰)的峰值强度之比。D峰是在针状碳材料中与易变成反应起点的缺陷部位例如碳边缘部、变形的某部位等对应的峰值。另一方面，G峰是在针状碳材料中与难以变成反应起点的石墨部位例如碳素网面等对应的峰值。因此，认为D/G比的值越大,反应起点的数量越多。此外，对应于D峰的缺陷部位被认为是氧分子从针状碳材料最初获取电子的场所。认为氧分子获取到电子的结果生成的氧自由基及在电解质层中进行了传导的金属离子等进行反应，在对应于D峰的缺陷部位及对应于G峰的石墨部位析出金属氧化物。作为反应起点的间隔的指标，可例示通过X射线衍射法或粉末X射线衍射法而求出的针状碳材料的(002)面的平均面间隔‘2。通常认为，Clcitl2的值越小，反应起点即碳边缘部彼此的间隔越小。作为反应场所的面积的指标，可例示通过N2吸附法而求出的BET比表面积。BET比表面积被认为不一定限于在电化学上有效的表面积，但BET比表面积越大，放电容量越高。此外，BET比表面积相当于与上述D峰对应的缺陷部位的面积及与上述G峰对应的石墨部位的面积之和。本【专利技术者】发现，通过将平均纵横比及D/G比都在规定值以上的针状碳材料用于空气极层，可在空气极层中含有氧还原反应的反应起点比现有碳材料多的针状碳材料，所以能够实现该针状碳材料和更多的氧分子之间的电子的授受，结果是，与现有空气电池相比，均能够提高使用了该空气极层的空气电池的容量及能量密度，从而完成了本专利技术。本专利技术所使用的针状碳材料的平均纵横比为10以上。在针状碳材料的平均纵横比小于10的情况下，平均纵横比过小，所以认为在空气极的制成时，就该针状碳材料而言，在进行了粉碎混合等时，该针状碳材料被破碎，成为类似球状碳材料的构造的碳材料。当将该破碎后的碳材料用于空气极时，与将球状碳材料用于空气极的情况同样，碳材料的电子传导性及机构性强度都下降，有可能引起空气电池的显著的循环劣化。本专利技术所使用的针状碳材料的平均纵横比优选为20?100，更优选为30?70。在本专利技术中，作为测定针状碳材料的平均纵横比的方法，例如可举出在透射式电子显微镜(Transmission Electron Microscope ;下称TEM)图像中测定长径及短径，并根据该长径及短径计算出纵横比的方法等。本专利技术所使用的针状碳材料的D/G比为0.1以上。在针状碳材料的D/G比小于0.1的情况下，如上所述，与氧还原相关的反应起点的数量过少，所以在将该针状碳材料用于空气电池的空气极的情况下，空气电池的放电容量有可能减小。本专利技术所使用的针状碳材料的D/G比优选为0.6?1.0，更优选为0.8?1.0。在本专利技术中，作为测定针状碳材料的D/G比的方法，例如，如上所述，可举出根据针状碳材料的拉曼光谱中的G峰及D峰的峰值强度来计算的方法。本专利技术所使用的针状碳材料的(002)面的平均面间隔即Cltltl2优选为0.335nm以上且小于0.370nm。(Icici2小于0.335nm的针状碳材料在理论上不存在。另外，在针状碳材料的Cltltl2为0.370nm以上的情况下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气电池，至少具备空气极、负极以及介于该空气极及该负极之间的电解质层，所述空气电池的特征在于，所述空气极至少具备空气极层，所述空气极层包含平均纵横比为10以上且D/G比为0.1以上的针状碳材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种空气电池，至少具备空气极、负极以及介于该空气极及该负极之间的电解质层，所述空气电池的特征在于， 所述空气极至少具备空气极层， 所述空气极层包含平均纵横比为10以上且D/G比为0.1以上的针状碳材料。2.如权利要求1所述的空气电池，其中， 所述针状碳...

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