[发明专利]空气电池系统和使用及控制空气电池系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及包括密封的空气电池单电池的空气电池系统和使用及 控制这种空气电池系统的方法。

背景技术

空气电池是利用空气作为正电极活性材料的非水电池，并且它们具 有相对高的能量密度，易于制成小尺寸和轻重量，这是令人期望的。当 使用金属Li作为这种空气电池的负电极活性材料时，发生下述反应 (1)～(4)：

放电状态：

负电极：2Li→2Li⁺+2e^-    (1)

空气电极：2Li⁺+2e^-+O₂→Li₂O₂ (2)

可能产生一定量的Li₂O。

充电状态：

负电极：2Li⁺+2e^-→2Li    (3)

空气电极：Li₂O₂→2Li⁺+2e^-+O₂  (4)

空气电池构建为从外部吸入氧，因此它们通常具有有高的氧透过性 的多孔膜。然而，在这种开放型空气电池的情况下，空气中的水分也随 氧一起被吸入空气电池中，并且水分使空气电池劣化。此外，开放型空 气电池具有如下缺点：电解质倾向于容易地蒸发。考虑到空气电池的这 些缺点，已经提出了密封的空气电池。

例如，日本专利3764623记载了一种密封的氧锂二次电池，其具有 其中封闭有含增压氧的气体的外部构件。根据该电池，因为所述电池是 密封的，所以空气中的水分不进入电池，这增强了电池的可储存性，并 且延长了电池的循环寿命。然而，这种密封的氧锂二次电池具有以下缺 点。

也就是说，如从上述反应(4)可知的，因为在充电时在电池的空 气电极处产生氧，所以如果将增压氧封闭在电池外壳中，则电池外壳中 的氧分压变高，这使得反应(4)较不易发生，导致充电效率降低。

同时，PCT申请2002-516474的公开的日文译文描述了一种金属/ 氧电池，其中利用氧浓缩器浓缩氧，并且将获得的高浓度氧供给到负电 极。根据该技术，为了提供高输出电池，根据电池的目标输出电流控制 待供给到电池的氧的浓度。此外，日本专利申请公开2003-07357 (JP-A-2003-07357)描述了一种利用其中溶解有碳氧化物的非水电解质 溶液的非水电解质空气电池(权利要求3)。根据该技术，通过将碳氧化 物溶解在非水电解质溶液中，使负电极的直接氧化最小化，因此改善了 电池的循环特性。

发明内容

本发明提供一种空气电池系统及使用和控制空气电池系统的方法， 其防止空气中的水分进入空气电池中，由此提供高放电性等。

本发明的第一方面涉及一种空气电池系统，包括：(i)密封的空气 电池单电池，所述密封的空气电池单电池具有：具有包含导电材料的空 气电极层和用于从所述空气电极层收集电力的空气电极集电体的空气 电极；具有包含吸附和释放金属离子的负电极活性材料的负电极层和用 于从所述负电极层收集电力的负电极集电体的负电极；设置在所述空气 电极层和所述负电极层之间的隔离器；和密封的空气电池外壳；和(ii) 将所述密封的空气电池单电池的内压降低至低于大气压的减压部。

根据本发明第一方面的空气电池系统，由于所述减压部，所述空气 电池系统可在减压状态下充电。空气电池在减压状态下充电降低了溶解 在电解质溶液中的氧浓度，并且降低了密封的空气电池单电池中的氧分 压，由此获得高的充电效率。

在本发明第一方面的空气电池系统中，所述减压部可适于从所述密 封的空气电池单电池中抽出气体。

在该情况下，所述空气电池系统还可以具有将所抽出的气体送回所 述密封的空气电池单电池的气体输回部。根据该结构，可以通过在充电 时降低密封的空气电池单电池的内压来实现高的充电效率，并且可以通 过在放电时将密封的空气电池单电池的内压升高至初始水平来实现高 的放电效率。

在上述空气电池系统中，所述气体输回部可以连接至所述减压部。