[发明专利]空气电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种空气电池，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。

背景技术

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(I)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^＋＋1/2O₂＋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1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

发明内容

发明所要解决的课题

本发明者对专利文献1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。

本发明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

本发明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。

在本发明中，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。

在本发明中，也可以是，所述针状碳材料的BET比表面积为10～3000m²/g。

在本发明中，也可以是，所述针状碳材料为叠杯式碳素纳米管。

发明效果

根据本发明，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是表示本发明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

本发明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，本发明者探讨的结果可知，如上述专利文献1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。