專利名稱：金屬空氣電池的制作方法
技術領域：
本發明涉及金屬空氣電池。
背景技術：
在現有技術中，作為電池反應，已知有利用正極處的氧的氧化還原反應的一種金屬空氣電池。在所述金屬空氣電池中，有從空氣中獲取氧進行所述氧化還原反應的一種金屬空氣電池和在正極中具備儲氧材料、并利用該儲氧材料釋放出來的氧來進行所述氧化還原反應的一種金屬空氣電池。
在正極處具備儲氧材料的金屬空氣電池的場合，放電時，在負極處金屬被氧化成金屬離子，并且該金屬向正極一側移動。另一方面，在正極處，所述儲氧材料釋放出的氧被還原成氧離子，與所述金屬離子結合形成金屬氧化物。另外，在所述金屬空氣電池中，充電時，所述負極和所述正極處，發生所述反應的逆反應。作為這種金屬空氣電池，已知有將含氧的錳絡合物使用為所述儲氧材料的一種金屬空氣電池(例如，參照專利文獻I :日本特開2009 — 230985號公報)。或是使用了具有隹丐鈦礦型(perovskite)型結構的鐵系金屬復合氧化物的一種金屬空氣電池(例如，參照專利文獻2 :日本特開2009 - 283381號公報)。然而，在正極具備所述儲氧材料的金屬空氣電池的場合，存在電池反應的反應速度受氧分子和氧離子向該儲氧材料擴散的擴散速度主導的問題。其結果，在正極處具備所述儲氧材料的金屬空氣電池的所述電池反應的反應速度下降，過電壓上升。

發明內容
本發明的目的在于提供一種能夠解決上述問題，使所述電池反應的反應速度到達高速化，抑制過電壓上升的金屬空氣電池。為了達到所述目的，本發明的金屬空氣電池的特征在于具備負極，其從由金屬Li、Zn、Mg、Al和Fe組成的群中選出的一種金屬構成；正極，其包含含氧化學物種的碳素材料與儲氧材料的混合物；以及電解質，其配設在所述負極和所述正極之間。在本發明的金屬空氣電池中，構成負極的金屬優選為從Li、Zn、Fe組成的群中選出的一種金屬，更為優選的是由金屬Li構成該負極。所述負極使用金屬Zn、金屬Fe的金屬空氣電池與使用了其他金屬的金屬空氣電池相比，能夠獲得更高的理論電壓以及電化當量，而使用了金屬Li的金屬空氣電池則能夠獲得更高的理論電壓以及電化當量。使用本發明的金屬空氣電池的場合，放電時，在負極處所述金屬被氧化，生成該金屬的離子的同時，生成的金屬離子藉由所述電解質向正極移動。另一方面，在正極處，所述碳素材料及儲氧材料的混合物中儲存的所述含氧化學物種與所述金屬離子結合形成金屬化合物。其結果，能夠獲得電動勢。同時，在充電時，發生與所述放電時相反的逆反應。在本發明的金屬空氣電池中，與所述金屬離子結合而形成金屬化合物時起到作用的所述含氧化學物種可以是所述儲氧材料所吸收儲存的物質，但是可以讓吸附在所述碳素材料及儲氧材料的混合物表面上的含氧化學物種發揮主導作用。只是吸附在所述碳素材料與儲氧材料的混合物表面上的所述含氧化學物種沒有必要擴散到所述儲氧材料中。所以，根據本發明的金屬空氣電池，能夠使所述電池反應的反應速度達到高速化。其結果，能夠抑制過電壓的上升。在本發明的金屬空氣電池中，作為儲存在所述混合物中的所述含氧化學物種可以舉出從由02、02_、CO、CO2, CO廣、HCO3' CH3C00_組成的群中選出的至少一種分子或陰離子。根據所述含氧化學物種，放電時，在正極處能夠形成構成負極的金屬氧化物、碳氧化物、碳酸氫化物、醋酸鹽。在本發明的金屬空氣電池中，所述儲氧材料優選為釔和錳的復合氧化物，或是具有六方晶結構的化合物。其結果，所述儲氧材料能夠在其表面上吸附更多量的所述含氧化學物種。作為所述儲氧材料，例如能夠舉出由化學式YMnO3表述的復合氧化物，該復合氧化 物更為優選的是具有六方晶結構的化合物。另外，在本發明的金屬空氣電池中，所述正極優選的是由所述碳素材料及所述儲氧材料的混合物和粘結劑構成。通過所述粘結劑將所述碳素材料和所述儲氧材料粘結，所述正極能夠簡單地形成所述混合物。此外，在本發明的金屬空氣電池中，優選為所述儲氧材料的平均粒徑在50 Pm以下，該儲氧材料在受所述碳素材料負載的同時，該儲氧材料的質量是在所述正極的總質量的10 90%的范圍內。當所述儲氧材料的平均粒徑比50 y m大時，其表面無法充分吸附所述含氧化學物種，因此會導致無法充分地促進充放電反應，會有過電壓增大從而導致容量降低的可能性。同時，當所述儲氧材料的質量未滿所述正極總質量的10%時，在本發明的金屬空氣電池中，有可能無法充分獲得充放電容量。而另一方面，當所述儲氧材料的質量超過所述正極的總質量的90%時，該正極的電子傳導性會降低，從而可能產生無法獲得充分的充放電容量的問題。另外，在本發明的金屬空氣電池中，所述混合物優選為具有10 90%的孔隙率，更為理想的是具有40 80%的孔隙率。所述混合物在所述孔隙率未滿10%時，氧則無法充分地擴散。放電時，在正極生成的金屬化合物的析出會受到阻礙。同時，當所述孔隙率超過90%時，催化劑上的Li離子等負極金屬離子和氧之間的反應會進行得不充分。并且，所述混合物在所述孔隙率超過90%時，機械性強度降低，循環特性發生惡化。


圖I是表示本發明的金屬空氣電池第一形態的構成例的示意性斷面圖。圖2是表示本發明的金屬空氣電池第二形態的構成例的示意性斷面圖。圖3是表示本發明的金屬空氣電池中使用的儲氧材料的X射線衍射測定結果的圖表。圖4是表示本發明的金屬空氣電池中使用的儲氧材料的粒度分布的圖表。圖5是表示本發明的金屬空氣電池中使用的儲氧材料和氧化鈰(CeO2)之間進行的吸附氧量的比較的圖表。圖6是表示本發明第一實施例中的金屬空氣電池中使用的正極混合物的孔隙率的圖表。圖7是表不本發明的第一實施例的金屬空氣電池的放電容量和充電容量的圖表。圖8是表不本發明的第二實施例的金屬空氣電池的放電容量和充電容量的圖表。圖9是表不本發明的第三實施例的金屬空氣電池的放電容量的圖表。圖10是表示本發明的第四實施例的金屬空氣電池的放電容量的圖表。圖11是表示本發明第二形態的金屬空氣電池中使用的正極混合物的孔隙率的圖表。 圖12是表示本發明的第五實施例的金屬空氣電池的放電容量以及充電容量的圖表。圖13是表示本發明的第六至第九實施例的金屬空氣電池的放電容量的圖表。符號說明I :金屬空氣電池；2 :負極；3 :正極；4 :浸潰了電解質的隔膜
具體實施例方式以下，參照附圖進一步詳細地說明本發明的實施方式。如圖I所示，本實施方式的金屬空氣電池I是圓柱狀，具備負極2、正極3和設置在負極2及正極3之間的隔膜4。隔膜4受電解質浸潰。負極2從由金屬Li、Zn、Mg、Al、Fe組成的群中選擇一種金屬構成，優選為從由金屬Li、Fe、Zn組成的群中選擇一種金屬構成。負極2更為優選的是由金屬鋰構成。負極2藉由不銹鋼、鎳絲網(Ni-mesh)等構成的負極集電體5被裝入到不銹鋼制的負極容器6中。正極3是由碳素材料、儲氧材料和粘結劑組成的混合物構成的多孔體，受由鋁網(Al-mesh)、鎳(Ni)制多孔體等構成的正極集電體7擠壓并粘接。正極3藉由正極集電體7被裝入到不銹鋼制的正極容器8中。負極容器6和正極容器8通過設置在隔膜4周圍的絕緣樹脂構件9被互相電氣絕緣。隔膜4例如由聚丙烯膜、玻璃纖維濾紙等構成。另外，作為所述電解質，例如可以舉出以下的溶液在碳酸亞乙酯(ethylene carbonate)和碳酸乙酯(diethyl carbonate)的混合液中，溶解作為支持電解質的六氟磷酸鋰(lithium hexafluorophosphate /LiPF6)。隔膜4受所述電解質浸潰。在正極3中，所述碳素材料起到導電材料的作用的同時，起到所述儲氧材料的載體的作用。作為這種碳素材料，例如可以舉出科琴導電碳黑(Ketjen black /獅王(LION)株式會社制)等。作為所述儲氧材料，例如可以舉出由化學式YMnO3表述的具有六方晶結構的釔和錳的復合氧化物。另外，所述儲氧材料優選其質量是在正極總質量的10 90%范圍內。所述復合氧化物例如可以通過以下方式制成在釔鹽和錳鹽的混合物中另外添加有機酸，在加熱的環境下使其反應規定時間，并將反應生成物搗碎混合后進行焚燒。作為所述釔鹽，可以使用釔的硝酸鹽或醋酸鹽。作為錳鹽，可以使用錳的硝酸鹽或醋酸鹽。作為所述有機酸，例如可以使用蘋果酸等。通過這種方式制成的所述復合氧化物優選為其平均粒徑在50 u m以下。所述粘結劑可以讓正極3中的所述碳素材料和所述儲氧材料的混合處于良好狀態。作為這種粘結劑，例如可以使用聚四氟乙烯(polytetra fIuoroethylene /略稱PTFE)
坐寸O另外，所述碳素材料、所述儲氧材料和所述粘結劑構成的混合物優選具有10 90%的孔隙率、更為優選的是具有40 80%范圍的孔隙率。可以利用將所述混合物擠壓并粘接到正極集電體7上時的壓力來調整該混合物的所述孔隙率。在具有上述構成的本實施方式的金屬空氣電池I中，所述金屬在負極2處氧化生成的金屬離子在正極3處生成金屬化合物時，儲存在所述混合物中的所述含氧化學物種被利用到。這時，所述混合物將所述含氧化學物種吸附到所述儲氧材料中的同時，該混合物的表面吸著所述含氧化學物種并將其附著在表面上。 這里，只是吸著在所述碳素材料和儲氧材料的混合物表面的所述含氧化學物種與吸附在所述儲氧材料上的含氧化學物種不同，該含氧化學物種不必擴散到所述儲氧材料內部，與所述混合物的結合能也較低。其結果，根據本實施方式中的金屬空氣電池1，所述金屬離子在正極3處生成金屬化合物時，吸著在所述碳素材料和儲氧材料的表面上的所述含氧化學物種能夠起到支配性的作用。其結果，根據金屬空氣電池1，由于所述電池反應的反應速度達到高速化，能夠抑制過電壓的上升，所以，與現有的金屬空氣電池相比，能夠獲得較大的充放電容量。另外，如圖2所示，本實施方式的金屬空氣電池I的正極容器8可以具備裝入有正極3和支承體的孔部10、以及與孔部10連通的圓筒狀氣穴11。這時，正極容器8在其底部具有不銹鋼制的按壓構件12，該按壓構件12將正極3和正極集電體7推壓向隔膜4。按壓構件12具備使孔部10和氣穴11連通的貫穿孔13。本實施方式的金屬空氣電池I具有具備如圖2所示的氣穴11的構成的情況下，也與如圖I所示的構成一樣，與現有的金屬空氣電池相比，能夠獲得較大的充放電容量。以下，出示本發明的實施例以及比較例。(實施例I)在本實施例中，如下所述，制成具有如圖I所示構成的金屬空氣電池I。首先，作為儲氧材料，調制由化學式YMnO3表述的復合氧化物。在調制所述復合氧化物時，首先將硝酸釔五水合物、硝酸錳六水合物和蘋果酸以摩爾比1:1:6的形式搗碎并混合。然后，將獲得的混合物置于250度溫度下使其反應30分鐘后，置于300度溫度下反應30分鐘，再在350度溫度下反應一個小時。接著，將反應生成物的混合物搗碎并混合后，置于1000度溫度下焚燒一個小時，從而獲得所述復合氧化物。接著，測定在本實施方式中獲得的所述復合氧化物的X射線衍射圖。測定中使用X射線衍射裝置(德國布魯克AXS公司制)，管電壓為50kV、管電流為150mA、衍射儀的速度為4。/分、計測范圍(2 0)為10 90°。結果如圖3所示。從圖3中可知，本實施方式中獲得的所述復合氧化物是由化學式YMnO3表述的復合氧化物，具有六方晶結構。然后，測定通過本實施方式獲得的所述復合氧化物的粒徑分布。測定中，使用激光衍射/散亂式粒度分布測定裝置(株式會社堀場制作所制)，以乙醇為溶劑，計算出平均粒徑D50。結果如圖4所示。從圖4中可知，本實施方式中獲得的所述復合氧化物的平均粒徑為 5. 75 μ m。接著，將重量O. Ig的通過本實施方式獲得的所述復合氧化物放入到石英制的采樣管中，將該采樣管放置到管狀爐內。從所述采樣管的入口一側，將含有3%的H2的氬氣(Ar gas)以IOOml /分的流量導入到該采樣管中。并且，在所述采樣管的出口一側測定氫氣(H2)的濃度，直到氫氣濃度被維持在恒定。然后，在向所述采樣管導入含有所述H2的氬氣(Ar gas)的同時，使所述管狀爐以10°C /分的速度升溫到600°C，在該管狀爐升溫時測定采樣管的出口一側排出的氣體中的H2O濃度，并根據測得的H2O濃度確定所述復合氧化物的吸附氧量的含量。接著，代替本實施方式中使用的所述復合氧化物而采用Ce02。其他的條件以與采 用本實施例中獲得的所述復合氧化物的情形完全相同的方式，測定CeO2的吸附氧量。結果顯示于圖5中。從圖5明顯可知，通過本實施例獲得的所述復合氧化物的吸附氧量是采用CeO2時的吸附氧量的三倍以上，因而通過本實施例獲得的所述復合氧化物具有優異的氧吸附能力。然后，將通過本實施例獲得的所述復合氧化物40質量份、科琴導電碳黑(Ketjenblack /獅王(LION)株式會社制)50質量份以及作為粘結劑的PTFE (大金工業株式會社制)10質量份混合，獲得正極材料混合物。以5MPa的壓力將上述獲得的正極材料混合物按壓到由直徑15mm的招網(Al mesh)構成的正極集電體7上,制成直徑是15mm、厚度是Imm的正極3。確認到通過本實施例獲得的正極3利用水銀壓入法具有80%的孔隙率。結果表示于圖6中。然后，藉由直徑為15mm的不銹鋼構成的負極集電體5,將直徑是15mm、厚度是Imm的由金屬Li構成的負極2裝入到內徑為15_的有底圓筒狀的不銹鋼制負極容器6中。接著，在負極2上面放置由直徑15mm的聚丙烯膜(Tapyrus株式會社制/TapyrusCo.，Ltd)構成的隔膜4。然后，將正極3和正極集電體7以使正極3與隔膜4相接觸的形式放置到隔膜4上。之后，向隔膜4注入電解質。所述電解質是指以下一種溶液(岸田(KISHIDA)化學株式會社制)在碳酸亞乙酯(ethylene carbonat_e) 30質量份和碳酸乙酯(diethylcarbonate) 70質量份的混合液中，以I摩爾/升的濃度溶解作為支持電解質的六氟磷酸鋰(lithium hexafluoro-phosphate / LiPF6)。然后，用正極容器8對正極3和正極集電體7進行封蓋，獲得具有圖I中所示構成的金屬空氣電池I。在金屬空氣電池I中，正極容器8和負極容器6通過設置在隔膜4周圍的絕緣樹脂構件9被互相電氣絕緣。絕緣樹脂構件9是外徑為32mm、內徑為30mm以及厚度為5mm的環狀，由PTFE構成。接著，將通過本實施例獲得的金屬空氣電池I設置到電氣化學測定裝置(東方技研株式會社制)上,在負極2和正極3之間施加O. ImA / cm2的電流，進行放電，直到槽電壓變成2.0V。槽電壓與容量之間的關系見圖7(a)。并且，將通過本實施例獲得的金屬空氣電池I設置到電氣化學測定裝置(東方技研株式會社制)上，在負極2和正極3之間施加0. ImA / cm2的電流，進行放電，直到槽電壓變成4. IV。槽電壓與容量之間的關系見圖7(b)。(實施例2)在本實施例中，首先，與實施例I中的條件相同，調制由化學式YMnO3表述的復合氧化物作為儲氧材料。確認到通過本實施例獲得的所述復合氧化物是通過化學式YMn03表述的復合氧化物，具有六方晶結構。接著，將通過本實施例獲得的所述復合氧化物80質量份、科琴導電碳黑(Ketjenblack /獅王(LION)株式會社制)10質量份以及作為粘結劑的PTFE(大金工業株式會社制)10質量份混合，獲得正極材料混合物。以5MPa的壓力將上述獲得的正極材料混合物按壓到由直徑15mm的招網(Al mesh)構成的正極集電體7上,制成直徑是15mm、厚度是Imm的正極3。
確認到通過本實施例獲得的正極3利用水銀壓入法具有70%的孔隙率。結果表示于圖6中。然后，除了使用通過本實施例獲得的正極3以外，其余的以與實施例I的條件完全相同的方式，制成具有圖I所示構成的金屬空氣電池I。接著，將通過本實施例獲得的金屬空氣電池I放置到電氣化學裝置(東方技研株式會社制)上,在負極2和正極3之間施加0. ImA / cm2的電流，進行放電，直到槽電壓變成2.0V。槽電壓與容量之間的關系見圖8(a)。并且，將通過本實施例獲得的金屬空氣電池I放置到電氣化學裝置(東方技研株式會社制)上,在負極2和正極3之間施加0. ImA / cm2的電流，進行放電，直到槽電壓變成4.0V。槽電壓與容量之間的關系見圖8(b)。(實施例3)在本實施例中，除了使用直徑是15_、厚度是0. 5_的金屬鐵作為負極2以及使用6摩爾/升的氫氧化鉀(KOH)水溶液作為電解質以外，其他的與實施例I的條件完全相同，制成具有圖I構成的金屬空氣電池I。接著，將通過本實施例獲得的金屬空氣電池I放置到電氣化學測定裝置(東方技研株式會社制)上,在負極2和正極3之間施加0. ImA / cm2的電流，進行放電，直到槽電壓變成0. IV。槽電壓與容量之間的關系見圖9。(實施例4)在本實施例中，除了使用直徑是15_、厚度是0. 5_的金屬鋅作為負極2以及使用6摩爾/升的氫氧化鉀(KOH)水溶液作為電解質以外，其他的與實施例I的條件完全相同，制成具有圖I構成的金屬空氣電池I。接著，將通過本實施例獲得的金屬空氣電池I放置到電氣化學測定裝置(東方技研株式會社制)上,在負極2和正極3之間施加0. ImA / cm2的電流，進行放電，直到槽電壓變成0.5V。槽電壓與容量之間的關系見圖10。(實施例5)在本實施例中，按以下方式制成具有圖2所示構成的金屬空氣電池I。首先，以與實施例I相同條件的方式，調制由化學式YMnO3表述的復合氧化物作為儲氧材料。確認到通過本實施例獲得的所述復合氧化物是通過化學式YMn03表述的復合氧化物，具有六方晶結構。接著，將通過本實施例獲得的所述復合氧化物10質量份、科琴導電碳黑(Ketjenblack /獅王(LION)株式會社制)80質量份以及PT FE (大金工業株式會社制)10質量份混合，獲得正極材料混合物。以5MPa的壓力將上述獲得的正極材料混合物按壓并粘接到鎳(Ni)制多孔體構成的正極集電體7上。所述鎳制多孔體具有O. 45mm的孔徑和8000m2 /m3的比表面積。然后，使用全自動細孔分布測定裝置(Quantachrome公司制)，利用水銀壓入法測定所述混合物的孔隙率。結果表示于圖11中。根據圖11可知，本實施例中的所述正極材料混合物的孔隙率為66%。接著,藉由直徑為15mm的鎳(Ni)制網格狀體構成負極集電體5,將直徑為15mm、厚度為Imm的由金屬鋰(Li)構成的負極2放入到內徑為15mm的有底圓筒狀的不銹鋼制的 負極容器6中。然后，在負極2上放置由直徑是15mm的玻璃纖維濾紙(ADVANTEC東洋株式會社制，商品名GA200)構成的隔膜4。接著，在隔膜4上，以正極3與隔膜4相接觸的形式放置正極3和正極集電體7。然后，將電解質注入到隔膜4中。所述電解質是以下一種溶液(岸田(KISHIDA)化學株式會社制))在碳酸亞乙酯(ethylene carbo_nate) 50質量份和碳酸乙酯(diethylcarbonate) 50質量份的混合溶液中,溶解了作為支持電解質的濃度為I摩爾/升的六氟磷酸鋰(LiPF6)。接著，用不銹鋼制的正極容器8對正極3和正極集電體7進行封蓋，獲得具有圖2中所不構成的金屬空氣電池I。如圖2所示的金屬空氣電池I中，正極容器8是內周一側具備孔部10的有底圓筒狀物體，具備多個與孔部10的底部連通的圓筒狀氣穴11。孔部10中容納有正極3、正極集電體7和按壓構件12。按壓構件12具備內周一側與氣穴11連通的多個貫穿孔13。另外，在金屬空氣電池I中，正極容器8和負極容器6通過設置在隔膜4周圍的絕緣樹脂構件9被互相電氣絕緣。絕緣樹脂構件9為外徑是32mm、內徑是30mm以及厚度是5mm的環狀，由PTFE構成接著，將通過本實施例獲得的金屬空氣電池I放置到電氣化學測定裝置(英國Solartron公司制，商品名S11287)上,在負極2和正極3之間施加O. ImA / cm2的電流，進行放電，直到槽電壓變成2. 0V。槽電壓與容量之間的關系見圖12(a)。并且，將通過本實施例獲得的金屬空氣電池I放置到電氣化學測定裝置(英國Solartron公司制，商品名S11287)上,在負極2和正極3之間施加O. ImA / cm2的電流，進行放電，直到槽電壓變成4. 0V。槽電壓與容量之間的關系見圖12(b)。(比較例)在本比較例中，除了用二氧化錳代替實施例5中的所述儲氧材料進行使用以外，其他的條件以與實施例5完全相同的方式，制成具有圖2所示構成的金屬空氣電池I。然后，除了使用通過本比較例獲得的金屬空氣電池I以外，其他的條件以與實施例5完全相同的方式，測定通過本實施例獲得的金屬空氣電池I的放電性能以及充電性能。放電性能的測定結果表示于圖12(a)，充電性能的測定結果表示于圖12(b)。
從圖12(a)以及圖12(b)明顯可知，與將二氧化錳用做正極3的現有的金屬空氣電池相比，本發明的實施例5的金屬空氣電池I能夠獲得更大的放電容量。(實施例6)在本實施例中，將正極材料混合物按壓并粘接到由鎳(Ni)制多孔制體構成的正極集電體7上時，除了壓力設定在IMPa以外，其他的條件以與實施例5完全相同的方式，獲得正極3。其中，所述正極混合物由通過實施例5獲得的所述復合氧化物、碳黑以及PTFE構成。然后，除了使用通過本實施例獲得的正極3以外，其他的以與實施例5條件完全相同的方式，測定所述正極材料混合物的孔隙率。其結果表示于圖11。從圖11中明顯可知，本實施例中的所述正極材料混合物的孔隙率為78%。接著，除了使用通過本實施例獲得的正極3以外，其他的以與實施例5條件完全相同的方式，制成金屬空氣電池I。然后，除了使用通過本實施例獲得的金屬空氣電池I以外，其他的以與實施例5的·條件完全相同的方式，測定通過本實施例獲得的金屬空氣電池I的放電性能。結果示于圖13。(實施例7)在本實施例中，將正極材料混合物按壓并粘接到由鎳(Ni)制多孔制體構成的正極集電體7上時，除了壓力設定在IOMPa以外，其他的條件以與實施例5完全相同的方式，獲得正極3。然后，除了使用通過本實施例獲得的正極3以外，其他的以與實施例5的條件完全相同的方式，測定所述混合物的孔隙率。其結果表示于圖11中。從圖11中明顯可知，本實施例中的所述正極材料混合物的孔隙率為44%。另外，從圖11中明顯可知，在將所述正極材料混合物按壓并粘接到由鎳(Ni)制多孔制體構成的正極集電體7上時，通過將壓力設定在I IOMPa范圍內，能夠將該正極材料混合物的孔隙率調整在40 80%的范圍內。然后，除了使用通過本實施例獲得的正極3以外，其他的以與實施例5條件完全的方式，制成金屬空氣電池I。接著，除了使用通過本實施例獲得的金屬空氣電池I以外，其他的以與實施例5條件完全相同的方式，測定通過本實施例獲得的金屬空氣電池I的放電性能。其結果表示于圖13中。(實施例8)在本實施例中，除了代替空氣而是將含90%容量的氧且殘留部分是氮(N2)的氣體注入到氣穴11中以外，其他的以與實施例5條件完全相同的方式，制成金屬空氣電池I。接著，除了使用通過本實施例獲得的金屬空氣電池I以外，其他的以與實施例5條件完全相同的方式，測定通過本實施例獲得的金屬空氣電池I的放電性能。其結果表示于圖13。(實施例9)在本實施例中，除了將通過實施例5獲得的所述復合氧化物90質量份、科琴導電碳黑(Ketjen black /獅王(LION)株式會社制)5質量份以及PTFE (大金工業株式會社制)5質量份混合制成正極材料混合物以外，其他的以與實施例5條件完全相同的方式制成金屬空氣電池I。
接著，除了使用通過本實施例獲得的金屬空氣電池I以外，其他的以與實施例5條件完全相同的方式，測定通過本實施例獲得的金屬空氣電池I的放電性能。其結果表示于圖13。從圖13明顯可知，根據將所述混合物的孔隙率調整在40 80%范圍內的實施例6以及實施例7的金屬空氣電池1，能夠獲得與實施例5的金屬空氣電池I同等的充放電容量。另外，明顯可知，根據實施例8的金屬空氣電池1，能夠獲得穩定的槽電壓和優異 的放電容量。其中，實施例8中，代替空氣而是使用含90%容量的氧且殘留部分是氮(N2)的氣體。此外，明顯可知，根據實施例9的金屬空氣電池1，能夠獲得實施例5 7和實施例8的中等程度的放電容量。其中，實施例9的所述正極材料混合物中的儲氧材料含有量比實施例5的正極材料混合物中的儲氧材料的要高。
權利要求
1.一種金屬空氣電池，具備負極，其從由金屬Li、Zn、Mg、Al和Fe組成的群中選出的一種金屬構成；正極，其包含含氧化學物種的碳素材料與儲氧材料的混合物；以及電解質，其配設在所述負極和所述正極之間。
2.根據權利要求I所述的金屬空氣電池，其特征在于，所述負極由從由金屬Li、Zn、Fe組成的群中選出的一種金屬構成。
3.根據權利要求I所述的金屬空氣電池，其特征在于，所述負極由金屬Li構成。
4.根據權利要求I所述的金屬空氣電池，其特征在于，儲存在所述混合物表面的所述含氧化學物種是從由02、02_、CO、CO2, CO廣、HCO3' CH3C00_組成的群中選出的至少一種分子或陰離子。
5.根據權利要求I所述的金屬空氣電池，其特征在于，所述儲氧材料是釔和錳的復合氧化物。
6.根據權利要求I所述的金屬空氣電池，其特征在于，所述儲氧材料具有六方晶結構。
7.根據權利要求I所述的金屬空氣電池，其特征在于，所述正極由所述碳素材料與所述儲氧材料的混合物以及粘結劑構成。
8.根據權利要求I所述的金屬空氣電池，其特征在于，所述儲氧材料的平均粒徑在50 y m以下，所述儲氧材料受所述碳素材料負載，該儲氧材料的質量在所述正極總質量的10 90%的范圍內。
9.根據權利要求I所述的金屬空氣電池，其特征在于，所述混合物具有10 90%的孔隙率。
10.根據權利要求9所述的金屬空氣電池，其特征在于，所述混合物具有40 80%的孔隙率。
全文摘要
本發明提供一種金屬空氣電池。該金屬空氣電池(1)具備負極(2)，其從由金屬Li、Zn、Mg、Al和Fe組成的群中選出的一種金屬構成；正極(3)，其包含碳素材料和儲氧材料的混合物；以及電解質，其配設在所述負極(2)和所述正極(3)之間。隔膜(4)受電解質浸漬。負極(2)由金屬Li構成。儲氧材料是釔和錳的復合氧化物。儲氧材料優選具有六方晶結構。本發明的金屬空氣電池能夠獲得比現有的金屬空氣電池更大的充放電容量。
文檔編號H01M12/08GK102812590SQ20118001429
公開日2012年12月5日 申請日期2011年3月16日 優先權日2010年3月16日
發明者田名網潔, 磯谷祐二 申請人:本田技研工業株式會社