具有凝胶状固体电解质的金属-空气电池的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种锂空气二次电池，其具有空气电极、负极和凝胶状固体电解质，所述负极含有金属锂或含锂物质，其特征在于，所述凝胶状固体电解质含有固体电解质盐、溶剂和特定的脂质肽型胶凝剂。
【专利说明】具有凝胶状固体电解质的金属-空气电池
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有凝胶状固体电解质的金属空气电池、特别是锂空气电池，详细地说，涉及具有使用低分子脂质肽型胶凝剂的离子传导性凝胶状固体电解质的锂空气二次电池。
【背景技术】
[0002]锂空气电池，使用能够从电池外部供给的空气中的氧气作为正极活性物质，所以需要在电池内储藏正极活性物质，因此，人们期待能够在电池内填充大量的作为负极活性物质的锂金属，获得非常大的放电容量，从而能够长时间进行驱动。
[0003]例如，在专利文献I中，作为溶质使用lmol/L的双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)，作为有机溶剂使用碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯的混合溶剂而制作锂空气(氧气)电池并进行了评价。
[0004]此外、专利文献2中，作为电解液,溶质使用lmol/L的六氟化磷酸锂(LiPF6)，有机溶剂使用碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯的混合溶剂，而制作锂空气电池并进行了评价。
[0005]在任一文献中，所制作的锂空气电池都比通常的锂离子电池获得了非常大的放电容量。
[0006]但在这些文献介绍的锂离子电池中，作为电解液的一成分使用的有机溶剂是挥发性，而且与水的混和性也有一些，所以可以想到，它们在长期工作时稳定性方面存在问题。即、在长期的电池工作时，不仅可以预测到由于电解液从正极侧挥发而使电池电阻增大，而且通过氧气和水分浸入电池内部，会有负极的锂金属被腐蚀、此外产生氢的悬念。这些现象是有损于锂空气电池的长时间放电这一特征的重要原因。
[0007]针对这样的问题，在专利文献3中提出了不使用电解液而使用锂离子传导性固体电解质的锂空气电池。但是，该锂空气电池只能在95°C这样的较高的温度下工作。
[0008]另一方面，为了抑制水分侵入负极，专利文献4中提出了一种锂空气电池，其在负极侧配置有机溶剂系的电解液、在空气电极侧配置水溶液系的电解液，共计使用2种电解液。该锂空气电池，负极侧的有机溶剂系的电解液和空气电极侧的水溶液系的电解液被仅能够传导锂离子的固体电解质(隔板)隔开，抑制了水分从空气电极侧向负极侧的浸透，所以安全性优异。
[0009]但是，使用这种方式需要分别配制负极侧(有机溶剂系)和空气电极侧(水溶液系)的电解液，而且还要将它们用锂离子固体电解质隔开，所以有电池制造步骤复杂化之虞，而且由于水溶液成为空气电极的电极活性物质，所以容量上受到制约。
[0010]现有技术文献
[0011]专利文献
[0012]专利文献1:日本特开2010-176907号公报
[0013]专利文献2:日本特开2008-198590号公报
[0014]专利文献3:日本特开2010-3694号公报[0015]专利文献4:日本特开2010-176941号公报
【发明内容】
[0016]发明要解决的课题
[0017]如上文所述，在以往公开的文献中，由于充当电解质的一成分而使用的有机溶剂具有一些挥发性以及与水、氧气的混和性，所以在长期工作时在稳定性方面存在课题。
[0018]此外，尽管针对该课题已经提出了改善方法，但要限定工作条件、电池容量等，仍然没有得到令人满意的结果，需要重新进行讨论。
[0019]本发明基于上述现状而完成，其要解决的课题是提供一种对于以往的液体状的电解质而言、被视为问题的 有机溶剂的挥发量减少、水分的混入等得到抑制的新的锂空气电池。
[0020]解决课题的手段
[0021]本发明人为了解决上述课题而进行了深入研究，结果发现，通过作为锂空气电池的固体电解质采用含有低分子脂质肽或其可药用盐的脂质肽型胶凝剂、固体电解质盐和溶剂的凝胶状固体电解质，能够使对于以往的电解质而言、视为问题的有机溶剂的挥发、水分的混入得到抑制、且具有良好的离子传导性，得到与以往的使用液状电解质的电池同样的充放电特性，从而完成本发明。
[0022]即、本发明，作为观点I是一种锂空气二次电池，具有空气电极、负极、和凝胶状固体电解质，所述负极含有金属锂或含锂物质，其特征在于，
[0023]所述凝胶状固体电解质含有固体电解质盐、溶剂和脂质肽型胶凝剂，所述脂质肽型胶凝剂含有选自下式(I)~式(3)所表示的化合物或其可药用盐中的至少一种，
[0024]
【权利要求】
1.一种锂空气二次电池，具有空气电极、负极、和凝胶状固体电解质，所述负极含有金属锂或含锂物质，其特征在于， 所述凝胶状固体电解质含有固体电解质盐、溶剂和脂质肽型胶凝剂，所述脂质肽型胶凝剂含有选自下式(I)~式(3)所表示的化合物或其可药用盐中的至少一种，
2.如权利要求1所述的锂空气二次电池，其特征在于，所述凝胶状固体电解质中含有的溶剂含有: 链状碳酸酯、和 环状碳酸酯类或醚化合物。
3.如权利要求2所述的锂空气二次电池，所述链状碳酸酯类选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯。
4.如权利要求2所述的锂空气二次电池，所述环状碳酸酯类是碳酸亚乙酯或碳酸亚丙酯。
5.如权利要求2所述的锂空气二次电池，所述醚化合物是1，2-二甲氧基乙烷。
6.如权利要求1所述的锂空气二次电池，其特征在于，所述凝胶状固体电解质中含有的溶剂含有链状碳酸酯类、环状碳酸酯类和环状羧酸酯类。
7.如权利要求6所述的锂空气二次电池，所述环状羧酸酯类是Y-丁内酯。
8.如权利要求1~7的任一项所述的锂空气二次电池，其特征在于，所述空气电极具有担载有催化剂的多孔质碳或微细化碳，作为所述催化剂是以下中的至少一者， 选自钼、铑、钯、银和钌中的贵金属，以及 选自钙钛矿型氧化物、锰氧化物、钴氧化物、氧化镍、氧化铁和氧化铜中的金属氧化物。
9.如权利要求8所述的锂空气二次电池，其特征在于，所述空气电极具有担载有锰氧化物的多孔质碳。
10.如权利要求1~9的任一项所述的锂空气二次电池，其特征在于，所述负极是金属锂。
11.如权利要求1~10的任一项所述的锂空气二次电池，其特征在于，所述凝胶状固体电解质中含有的固体电解质盐含有能够在锂离子二次电池中使用的固体电解质盐。
12.如权利要求11所述的锂空气二次电池，所述固体电解质盐选自LiN(SO2C2F5)2、LiPF6, LiBF4' LiClO4' LiAsF6, LiCF3SO3' LiN(SO2CF3)2、和它们的混合物。
【文档编号】H01M4/90GK103988361SQ201280061610
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2012年10月12日 优先权日:2011年10月14日
【发明者】石原达己, 三井滋, 宫地伸英 申请人:日产化学工业株式会社, 国立大学法人九州大学