专利名称：用于金属-空气电池的空气电极和设置有其的金属-空气电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于金属-空气电池的空气电极和设置有该空气电极的金属-空气电池，所述空气电极能够通过被结合在金属-空气电池中来提高放电容量。相关技术描述金属-空气电池是对于负电极活性材料使用单质金属或金属化合物以及对于正电极活性材料使用氧的可再充电的电池。由于待用作正电极活性材料的氧得自空气，所以没有必要将正电极活性材料密封在这样的电池中。理论上这允许金属-空气 电池具有比使用固体正电极活性材料的二次电池大的容量。在作为一种类型的金属-空气电池的锂-空气电池中，在放电期间在负电极处进行下式(I)的反应。2Li — 2Li++2e_(I)在式(I)中产生并且输出到外部电路的电子在外部负荷中做功，然后所述电子达到空气电扱。在式(I)中产生的锂离子(Li+)通过电渗在保持在负电极和空气电极之间的电解质内从负电极侧向空气电极侧迁移。此外，在放电期间在空气电极处进行下式(II)和(III)的反应。2Li.+02+2e-— Li2O2(II)2Li+l/202+2e-— Li2O(III)所产生的过氧化锂(Li2O2)和氧化锂(Li2O)作为固体累积在空气电极上。在充电期间，在负电极处进行式⑴的逆反应，同时在空气电极处进行式(II)和(III)的逆反应，由此使得金属锂在负电极处再生并且使得能够再充电。近年来，已经对对于负电极活性材料使用碱金属元素(包括锂)的金属-空气电池进行了相当多的研究。日本专利申请公开2010-108904 (JP-A-2010-108904)公开了ー种具有负电极、空气电极和电解质的金属-空气电池，所述负电极具有包含具有碱金属元素的负电极活性材料的负电极层和对负电极层实施电流收集的负电极集流器，所述空气电极具有包含导电材料的空气电极层和对空气电极实施电流收集的空气电极集流器，所述电解质层在所述负电极和所述空气电极之间传导金属离子，其中所述空气电极集流器由碳材料或高电子传导性陶瓷材料构成。在JP-A-2010-108904中描述了ー个实验实施例(实施例I)，其中对于空气电极使用ニ氧化锰(MnO2)。然而，如在随后描述的实施例中所指出的，由于该申请的发明人所进行的研究，确定MnO2对催化剂具有少量的活性位点。
发明内容
本发明提供用于金属-空气电池的空气电极和设置有该空气电极的金属-空气电池，所述空气电极能够通过被结合在金属-空气电池中来提高放电容量。本发明的第一方面是ー种用于金属-空气电池的空气电极，所述空气电极包含空气电极催化剂和导电材料，其中所述空气电极催化剂包含层状复氢氧化物。在本发明的用于金属-空气电池的空气电极中，构成所述层状复氢氧化物的层可以在{003}面取向。在本发明的用于金属-空气电池的空气电极中，所述层状复氢氧化物可以具有带正电的阳离子层和带负电的阴离子层，和所述阳离子层可以包含具有相互不同的化合价的至少两种或更多种类型的金属阳离子。在本发明的用于金属-空气电池的空气电极中，所述阴离子层可包含水合水。在本发明的用于金属-空气电池的空气电极中，所述阴离子层可以包含选自氟离子(F_)、氯离子(CD、溴离子(Br_)、碘离子(1_)、碳酸根离子(C032_)、硫酸根离子(S042_)、硝酸根离子(NO3-)、氢氧根离子(0H_)和羧酸根离子(R-CO2-:其中R代表选自具有I至5个碳原子的烷基的取代基)的阴离子。 在本发明的用于金属-空气电池的空气电极中，所述层状复氢氧化物的组成的实例包括由下式(I)代表的组成[M2+^xM3+,(OH)2] [Anm yH20](I)(其中M2+ 代表选自 Mg2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+ 和 Zn2+ 的ニ价金属离子，M3+ 代表选自 Al3+、Cr3+、Fe3+、Co3+ 和 In3+ 的三价金属离子，An^ 代表选自 F' Cl' Br\ I' CO32' SO42'N03_、OF和R-C02_的n价阴离子，R代表选自具有I至5个碳原子的烷基的取代基，0 < x
<1，并且y是大于零的实数)。根据本发明第二方面的金属-空气电池是至少设置有空气电极、负电极、和介于所述空气电极和所述负电极之间的电解质的空气-金属电池，其中所述空气电极是根据本发明第一方面的用于金属-空气电池的空气电扱。根据本发明，对于空气电极催化剂使用层状复氢氧化物使得能够改善被还原的氧的量并且表现出高放电容量。
下面将參考附图描述本发明的示例性实施方案的特征、优点和技术以及エ业重要性，附图中类似的附图标记表示类似的要素，并且其中图I是用于本发明的层状复氢氧化物的层结构的示意图；图2是示意性显示沿根据本发明的金属-空气电池的层结构的一个实例的层叠方向截取的横截面的图。
具体实施例方式本发明的用于空气-金属电池的空气电极是ー种用于金属-空气电池的空气电扱，所述空气电极包含空气电极催化剂和导电材料，并且所述空气电极催化剂包含层状复
氢氧化物。在本发明中，复氢氧化物是指通过复合两种类型的金属氢氧化物(或三种类型的金属氢氧化物或更多)所形成的高级化合物。此外，在本发明中，层状复氢氧化物是指其中复氢氧化物规则取向并且具有ニ维膨胀的板状晶体，并且所述板状晶体层叠为两层或更多层。
构成本发明中使用的层状复氢氧化物的层优选在固定的方向上取向，这是因为所述层的边缘能够用作还原的氧吸附位点。用于本发明的层状复氢氧化物更优选在{003}面取向。这是因为存在包括层状复氢氧化物并且通常在{003}面取向的许多层状结构，并且在1003}面取向的层状结构中，吸附位点以规则的间隔连续形成。另外，在说明书中，用于描述晶体平面的命名法为使用括号来代表等效面的组。例如，(003)面、(030)面、(300)面、(00 * )面、(0 * 0)面和(* 00)面(在上述命名法中，用星号(女)代表的数字是指“3 ”(3tilde))全都是指{003}面。用于本发明的层状复氢氧化物设置有带正电的阳离子层(氢氧化物基础层)和带负电的阴离子层(中间层)，并且阳离子层优选包含具有相互不同的化合价的至少两种或更多种类型的金属阳离子。其中，阴离子层优选包含水合水。此外，阴离子优选包含选自氟离子(F_)、氯离子(CD、溴离子(&■_)、碘离子(r)、碳酸根离子(co32_)、硫酸根离子(so42_)、硝酸根离子(NO3-)、氢氧根离子(0H_)和羧酸根离子(R-CO2-:其中R代表选自具有I至5个碳原子的烷基的取代基)的阴离子。
满足所有上述条件的层状复氢氧化物的结构的一个实例包括由下式(I)代表的结构[M2+^xM3+, (OH)2] [A%/n yH20](I)(其中M2+ 代表选自 Mg2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+ 和 Zn2+ 的ニ价金属离子，M3+ 代表选自 Al3+、Cr3+、Fe3+、Co3+ 和 In3+ 的三价金属离子，An^ 代表选自 F' Cl' Br\ I' CO32' SO42'N03_、OF和R-C02_的n价阴离子，R代表选自具有I至5个碳原子的烷基的取代基，0 < x
<1，并且y是大于零的实数)。层状复氢氧化物具有层状结构，并且具有层间结合阴离子的性能(所谓的插入)。在该层状结构内，由于用三价金属离子代替(放入液体溶液中)部分ニ价金属离子，所以阳离子层具有正电荷，并且用于通过将阴离子结合到阴离子层中以补偿该电荷而保持电中性。而且，尽管给出了具有一种类型的ニ价金属离子和一种类型的三价金属离子的层状复氢氧化物的ー个实例，但是用于本发明的层状复氢氧化物不必限于此，相反，例如，层状复氢氧化物可以是具有一种类型的ー价金属离子和一种类型的ニ价金属离子、或者具有一种类型的ニ价金属离子和两种类型的三价金属离子的层状复氢氧化物。亦即，对于本发明的层状复氢氧化物，可以使用层状复氢氧化物，只要其具有每种具有相互不同的化合价的一种或更多种类型的金属离子即可。而且，可以包含相同金属元素的金属离子，只要它们具有相互不同的化合价即可。用于本发明的层状复氢氧化物可以通过常规过程例如共沉淀过程或溶胶-凝胶过程来制造。根据上述过程制造的层状复氢氧化物尽管各自的材料不同，但是通常具有
0.Iym至几个Pm级别的平均颗粒直径，并且层间的间隔为纳米(nm)级。用于本发明的层状复氢氧化物的特定实例包括具有由下式(2)代表的结构的镍-铝复氢氧化物、和由下式(3)代表的结构的镁-铝复氢氧化物[Ni2+^xAl3+, (OH)2] [A%/n yH20](2)[Mg2YxAl3+X(OH)2] [An_x/n.yH20](3)(其中An_ 代表选自 F' Cl' Br' 1_、CO32' SO42' NO3' 0H_ 和 R_C02_ 的 n 价阴离子，R代表选自具有I至5个碳原子的烷基的取代基，0 < X < I，并且y是大于零的实数)。此夕卜，层状复氢氧化物的其它实例包括锂(ー价)-铝(三价)复氢氧化物、钴(ニ价)-铁(三价)复氢氧化物和镍(ニ价)-铁(三价)复氢氧化物。图I是示意性示出用于本发明的层状复氢氧化物的层结构的图，并且显示层结构中两个阳离子层和在所述阳离子层之间的阴离子层。层状复氢氧化物200的阳离子层11具有由前述式⑴中的[M2YxM3+X(OH)2]代表的组成，并且如从图中可以理解的，具有规则的八面体结构。另ー方面，层状复氢氧化物200的阴离子层12具有由式(I)的[An_x/n ^yH2O]代表的组成。由于阴离子是高度亲水的，所以其包含与干燥条件对应的量的水分子。由于阴离子层11的边缘(端部)容易吸附还原的氧，所以在氧化-还原反应场中可以改善还原的氧的活性。因此，在空气电极催化剂中使用层状复氢氧化物使得可以显著地提高金属-空气电池的放电容量。根据本发明的用于金属-空气电池的空气电极优选设置有空气电极层，并且通常除此之外，空气电极还设置有空气电极集流器和连接至空气电流集流器的空气电极引线。 根据本发明的用于金属-空气电池的空气电极的空气电极层至少包含前述层状 复氢氧化物和导电材料。而且，在必要的情况下其还可以包含粘结剂。上述层状复氢氧化物可以单独用作空气电极催化剂，或者可以作为与另外的氧还原催化剂的混合物来用作空气电极催化剂。另外的氧还原催化剂的实例包括钼族元素如镍、钯或钼、贵金属如银或金、包含过渡金属如钴、锰或铁的钙钛矿型氧化物、包含贵金属如钌、铱或钯的氧化物的无机化合物、具有卟啉骨架或酞菁骨架的金属配位有机化合物、无机陶瓷如ニ氧化锰(MnO2)或氧化铈(CeO2)以及由这些材料的混合物构成的复合材料。基于整个空气电极层的重量为100重量％的值，在空气电极层中的空气电极催化剂的含量比优选为I重量％至90重量％，并且更优选为5重量％至80重量％。如果空气电极催化剂的含量比极低，则存在不能够表现出足够的催化功能的风险，而如果空气电极催化剂的含量比极高，则导电材料的相对含量比降低，由此导致反应场降低以及导致电池容量降低的风险。从允许电极反应更为平稳地进行的角度，催化剂优选负载在将在下文描述的导电材料上。尽管对于用于前述空气电极层的导电材料没有特别限制，只要其具有电导率即可，但是实例包括碳材料、钙钛矿型导电材料、多孔导电聚合物和金属多孔体。特别地，尽管碳材料可以或者可以不具有多孔结构，但是在本发明中碳材料优选具有多孔结构。这是因为多孔结构的使用导致更大的比表面积，由此使得可以提供众多的反应场。具有多孔结构的碳材料的ー个特定实例是介孔碳。另ー方面，没有多孔结构的碳材料的特定实例包括具有高比表面积的碳材料如石墨、こ炔黑、碳纳米管、碳纤维和活性碳。基于整个空气电极层的重量为100重量％的值，在空气电极层中的导电材料的含量比优选为10重量％至99重量％，并且更优选为20重量％至95重量％。如果导电材料的含量比极低，则反应场的数目減少，由此导致电池容量降低的可能性，而如果导电材料的含量比极高，则这导致催化剂含量的相对降低，由此导致不能够表现出足够的催化功能的可能性。尽管前述空气电极层至少包含空气电极催化剂和导电材料，但是它优选还包含固定导电材料的粘结剂。粘结剂的实例包括基于橡胶的树脂例如聚偏ニ氟こ烯(PVdF)、聚四氟こ烯(PTFE)或苯こ烯-丁ニ烯橡胶(SBR)。尽管对其没有特别限制，但是基于整个空气电极层的重量为100重量％的值，在空气电极层中的粘结剂的含量比优选为40重量％或更少，并且更优选为I重量％至30重量％。
空气电极层通过将由空气电极催化剂、导电材料和粘结剂构成的空气电极混合物涂覆到下文将描述的载体如空气电极集流器上而形成。可以使用溶剂来制备空气电极混合物。具有200°C或更低的沸点的溶剂是优选用于制备空气电极混合物的溶剂，并且可以使用的溶剂的实例包括丙酮、N，N- ニ甲基甲酰胺(DMF)和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。尽管根据空气电池的应用等变化，但是空气电极层的厚度例如在2 ii m至500 ii m的范围内，并且优选在5 ii m至300 ii m的范围内。用于根据本发明的金属-空气电池的空气电极中的空气电极集流器对空气电极层实施电流收集。尽管对于空气电极集流器的材料没有特别 限制，只要其具有电导率即可，但是材料的实例包括不锈钢、镍、铝、铁、钛和碳。空气电极集流器的实例包括箔状集流器、板状集流器、多孔集流器、纤维集流器、非织造织物集流器和网孔(格柵)状集流器。在本发明中，特别地，从具有优异的集流效率的观点，优选碳纸和网孔状集流器。其中，在使用网孔状集流器的情况下，网孔状空气集流器通常布置在空气电极层的内部。而且，根据本发明的用于金属-空气电池的空气电极还可以具有收集由网孔状空气电极集流器累积的电荷的另一空气电极集流器(例如箔状集流器)。此外，在本发明中，下文将描述的电池壳也可以具有空气电极集流器的功能。空气电极集流器的厚度例如优选在10 ii m至1000 u m的范围内，并且特别优选在20 ii m至400 ii m的范围内。本发明的金属-空气电池是至少设置有空气电极、负电极和介于空气电极和负电极之间的电解质的金属-空气电池，并且空气电极是之前描述的用于金属-空气电池的空气电极。图2是示意性显示沿根据本发明的金属-空气电池的层结构的一个实例的层叠方向截取的横截面的图。而且，根据本发明的金属-空气电池不必限于该实例。金属-空气电池100具有设置有空气电极2和空气电极集流器4的空气电极6、设置有负电极活性材料层3和负电极集流器5的负电极7、和位于空气电极6和负电极7之间的电解质I。根据本发明的金属-空气电池的空气电极与前文描述的相同。下文提供由负电极、电解质、隔离器和电池壳构成的根据本发明的金属-空气电池的组件的详细说明。在根据本发明的金属-空气电池中的负电极优选具有包含负电极活性材料的负电极层，并且通常额外地具有负电极集流器和连接至负电极集流器的负电极引线。在根据本发明的金属-空气电池中的负电极层包含含有金属和合金材料的负电极活性材料。可以用于负电极活性材料的金属和合金材料的特定实例包括碱金属例如锂、钠或钾、第2族元素例如镁或韩、第13族元素例如招、过渡金属例如锌或铁、以及包含这些金属的合金材料和化合物。包含元素锂的合金的实例包括锂-铝合金、锂-锡合金、锂-铅合金和锂-娃合金。此外，包含元素锂的金属氧化物的实例包括锂钛氧化物。此外，包含元素锂的金属氮化物的实例包括锂钴氮化物、锂铁氮化物和锂锰氮化物。此外，在负电极中还可以使用涂有固体电解质的锂。此外，负电极层可以仅包含负电极活性材料，或者除了负电极活性材料之外可以包含导电材料和粘结剂中的至少ー种。例如，在负电极活性材料为箔的形式的情况下，负电极层可以是仅包含负电极活性材料的负电极层。另ー方面，在负电极活性材料为粉末的形式的情况下，负电极层可以为包含负电极活性材料和粘结剂的负电极层。而且，此处省略了导电材料和粘结剂的说明，因为它们之前与在描述空气电极的部分中描述的那些相同。
尽管对在根据本发明的金属-空气电池中的负电极集流器的材料没有特别限制，只要它是导电的即可，但是材料的实例包括铜、不锈钢、镍和碳。负电极集流器的形式的实例包括箔、板和网孔(格柵)形式。在本发明中，将在下文描述的电池壳还可以具有负电极集流器的功能。在根据本发明的金属-空气电池中的电解质保 留在空气电极层和负电极层之间，并且具有在空气电极层和负电极层之间交换金属离子的功能。可以使用含水电极或非水电极用于电解质。对于非水电解质，可以使用非水电解质溶液或非水凝胶电解质。非水电解质的类型优选对应于所传导的金属离子的类型来合适地选择。例如，锂空气电池的非水电解质通常包含锂盐和非水溶剤。锂盐的实例包括无机锂盐如LiPF6、LiBF4, LiClO4和LiAsF6以及有机锂盐如 LiCF3SO3' LiN(SO2CF3)2(Li-TFSI)、LiN(SO2C2F5)2 和 LiC(SO2CF3)3O 非水溶剂的实例包括碳酸亚こ酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸ニ甲酯(DMC)、碳酸ニこ酯(DEC)、碳酸甲こ酷(EMC)、碳酸こ酷、碳酸亚丁酷、Y-丁内酷、环丁砜、こ腈(AcN)、ニ甲氧基甲烷、1，2_ ニ甲氧基こ烷(DME)、1，3_ ニ甲氧基丙烷、ニこ基醚、四こニ醇ニ甲基醚(TEGDME)、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、ニ甲亚砜(DMSO)和它们的混合物。此外，非水溶剂优选是从能够在反应中有效地使用的溶解氧的角度而言具有高的氧的溶解度的溶剂。在非水电解质溶液中的锂盐的浓度例如在0. 5摩尔/L至3摩尔/L的范围内。而且，在本发明中，对于非水电解质溶液或非水溶剂，可以使用低挥发性液体如离子液体，其典型例子包括N-甲基-N-丙基哌啶鎗双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺(PP13TFSI)、N-甲基-N-丙基吡咯烷鎗双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺(P13TFSI)、N-丁基-N-甲基吡咯烷鎗双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺(P14TFSI)、N，N-ニこ基-N-甲基-N-(2-甲氧基こ基)铵双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺(DEMETFSI)和N，N，N-三甲基-N-丙基铵双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺(TMPATFSI)。在上述非水溶剂中，更优选相对于氧自由基稳定的电解质溶剂，这是因为它允许由上述式(II)或式(III)代表的氧还原反应进行。这样的非水溶剂的实例包括AcN、DME、DMSO, N-甲基-N-丙基哌啶鎗双(三氟甲烷-磺酰基)酰亚胺(PP13TFSI)、N-甲基-N-丙基吡咯烷鎗双(三氟甲烷-磺酰基)酰亚胺(P13TFSI)和N- 丁基-N-甲基吡咯烷鎗双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺(P14TFSI)。此外，用于本发明的非水凝胶电解质通常是通过向非水电解质溶液添加聚合物和凝胶化而获得的。例如，锂空气电池的非水凝胶电解质可以通过向前述非水电解质溶液添加聚合物如聚环氧こ烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和随后凝胶化而获得。在本发明中，优选LiTFSI (LiN(CF3SO2)2)-PEO基非水凝胶电解质。在水中包含锂盐的含水电解质溶液通常用于在金属-空气电池、特别是锂空气电池中使用的含水电解质溶液。锂盐的实例包括LiOH、LiCl、LiNO3和CH3CO2Li15另外，固体电解质可以通过混合到上述含水电解质或非水电解质中来使用。可以使用的固体电解质的实例包括Li-La-Ti-O-基固体电解质(钙钛矿型)、LATP基固体电解质(NASIC0N型)和Li-La-Zr-O基固体电解质(石榴石型)。优选根据本发明的电池优选具有在空气电极和负电极之间的隔离器。隔离器的实例包括由聚こ烯或聚丙烯制成的多孔膜，以及非织造织物如树脂非织造织物或玻璃纤维非织造织物。用于隔离器的这些材料也可以通过浸溃如上所述的电解质而用作电解质载体。
根据本发明的金属-空气电池通常具有容纳空气电极、负电极、电解质等的电池売。电池壳的形状的特定实例包括硬币形状、扁平形状、圆柱形状和层合形状。电池壳可以是朝大气开放的电池壳或密封的电池壳。朝大气开放的电池壳是具有至少允许空气电极层充分接触大气的结构的电池売。另ー方面，在电池壳为密封电池壳的情况下，气体(空气)引入管和排放管优选设置在密封的电池壳中。在这种情况下，被引入和排放的气体优选具有高的氧浓度，并且更优选是纯氧。此外，氧浓度优选在放电期间增加，并且在充电期间减少。制造实施例I和对比例1-5中的空气-金属电池。首先，制备[Ni2+Q.75A13+Q.25 (OH)2][C03%.25/2 .yH20](其中，y是大于零的实数)用作空气电极催化剂，制备具有60m2/g的比表面积的炭黑作为导电材料，并且制备PTFE用作粘结剂。然后，混合这些材料来制备空气电极混合物，使得导电材料空气电极催化剂粘结剂的比率为80重量％ 10重量％ 10
重量％。制备由SUS304制成的网孔作为集流器。将空气电极混合物附着到集流器，以制 造空气电扱。此外，将锂金属层叠到集电器以制造负电扱。将双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺锂溶解在N-甲基-N-丙基吡咯烷鎗双(三氟甲烷-磺酰基)酰亚胺中至0. 32摩尔/kg的浓度，以制备电解质溶液。然后将电解质溶液浸溃到聚丙烯非织造织物中，以制备电解质层。将电解质层定位在空气电极和负电极之间，以获得由集流器、金属锂、电解质层、空气电极混合物和集流器顺序构成的结构，以制造实施例I的金属-空气电池。上述所有步骤都在包含氮气氛的手套箱中实施。除了在实施例I的空气电极混合物的制备过程中不使用空气电极催化剂的情况下，通过以90重量％ 10重量％的比例混合导电材料和粘结剂来制备空气电极混合物之夕卜，以与实施例I相同的方式制备对比例I的金属-空气电池。除了在实施例I的空气电极混合物的制备过程中使用MnO2的多晶粉末用于空气电极催化剂来代替[Ni2+a75A1\25(OH)2] [C03%.25/2 *yH20]之外，以与实施例I相同的方式制备对比例2的金属-空气电池。除了在实施例I的空气电极混合物的制备过程中使用Laa6Sra4CoO3的多晶粉末用于空气电极催化剂来代替[Ni2+Q.75A13+Q.25(OH)2] [C03%.25/2 *yH20]之外，以与实施例I相同的方式制备对比例3的金属-空气电池。除了在实施例I的空气电极混合物的制备过程中使用具有{003}面的LiCoO2的多晶粉末用于空气电极催化剂来代替[Ni'75A1\25(OH)2] [C03%.25/2 *yH20]之外，以与实施例I相同的方式制备对比例4的金属-空气电池。除了在实施例I的空气电极混合物的制备过程中使用具有{002}面的气相生长的碳纤维(VGCF)用于空气电极催化剂来代替[Ni2+Q.75A13+Q.25(OH)2] [C03%.25/2 yH20]之外，以与实施例I相同的方式制备对比例5的金属-空气电池。测量实施例I和对比例1-5的金属-空气电池在0. 02mA/cm2和60°C下的恒定电流充电和放电，然后确定每电极重量的初始放电容量。下表I汇总了实施例I和对比例1-5的金属-空气电池的初始放电容量。[表 I]
权利要求
1.一种用于金属-空气电池的空气电极，所述空气电极具有空气电极催化剂和导电材料， 其特征在于 所述空气电极催化剂包含层状复氢氧化物。
2.根据权利要求I所述的用于金属-空气电池的空气电极，其中构成所述层状复氢氧化物的层在{003}面取向。
3.根据权利要求I或2所述的用于金属-空气电池的空气电极，其中 所述层状复氢氧化物包含带正电的阳离子层和带负电的阴离子层，和 所述阳离子层包含具有相互不同的化合价的至少两种或更多种类型的金属阳离子。
4.根据权利要求3所述的用于金属-空气电池的空气电极，其中所述阴离子层包含水合水。
5.根据权利要求3或4所述的用于金属-空气电池的空气电极，其中所述阴离子层包含选自氟离子(F_)、氯离子(CD、溴离子(Br_)、碘离子(1_)、碳酸根离子(C032_)、硫酸根离子(S042_)、硝酸根离子(N03_)、氢氧根离子(OH_)和羧酸根离子(R-C02_:其中R代表选自具有I至5个碳原子的烷基的取代基)的阴离子。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的用于金属-空气电池的空气电极，其中所述层状复氢氧化物具有由下式(I)所代表的组成 [M2VxM3+x (OH)2] [A%/n * yH20](I) (其中M2+代表选自Mg2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+和Zn2+的ニ价金属离子，M3+代表选自Al3+、Cr3+、Fe3+、Co3+ 和 In3+ 的三价金属离子，An^ 代表选自 F' Cl' Br\ I' CO32' SO42' NO3'0H_和R-C02_的n价阴离子，R代表选自具有I至5个碳原子的烷基的取代基，0 < x < I,并且y是大于零的实数)。
7.一种金属-空气电池，其特征在于包括 根据权利要求1-6中任一项所述的空气电极； 负电极；和 介于所述空气电极和所述负电极之间的电解质。
8.一种用于金属-空气电池的空气电极，包括 包含层状复氢氧化物的空气电极催化剂；和 导电材料。
全文摘要
一种用于金属-空气电池的空气电极(6)，包括空气电极催化剂和导电材料，并且所述空气电极催化剂包含层状复氢氧化物(11、12)。通过将本发明的空气电极(6)结合在金属-空气电极中可以提高放电容量。
文档编号H01M12/06GK102792500SQ201180012405
公开日2012年11月21日 申请日期2011年8月3日 优先权日2010年8月17日
发明者水野史教 申请人:丰田自动车株式会社