[发明专利]锂空气电池用的电解液

说明书

技术领域

本发明涉及用于锂空气电池的电解液。

背景技术

伴随着近年来手机等设备的普及、进步，期待作为其电源的电池的高容量化。其中金属空气电池在空气极中利用大气中的氧作为正极活性物质，进行该氧的氧化还原反应，另一方面，在负极中通过进行构成负极的金属的氧化还原反应，能够进行充电或放电，因此，作为能量密度高、且比目前通用的锂离子电池优异的高容量电池备受瞩目（非专利文献1）。

以往，使用有机溶剂作为金属空气电池的非水电解质，但有机溶剂具有挥发性，并且还具有与水的混合性，因此在长期工作中存在稳定性的问题。电池长期工作时，可能因电解液从正极（空气极）侧挥发而电池电阻增大，或者因水分浸入电池内部而作为负极的金属锂被腐蚀。这些现象可能成为损害空气电池长时间放电这种特征的主要因素。

为了提供一种能够抑制因电解液的挥发性而导致的减少以及水分向电池内部混入、且电池能够长期稳定工作的锂空气电池，提出了一种空气电池，所述空气电池使用N-甲基-N-丙基哌啶双（三氟甲烷磺酰基）酰胺（PP13TFSA）等离子液体作为非水电解质（专利文献1）。离子液体是指仅由组合阳离子和阴离子而成的离子分子构成的物质且在常温（15℃～25℃）下为液体的物质。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-14478号公报

非专利文献

非专利文献1：独立行政法人产业技术综合研究所（产综研），“开发新的结构的高性能锂空气电池”，“online”，2009年2月24日报道发表，“平成23年8月19日检索”，网络＜http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2009/pr20090224/pr20090224.html＞

发明内容

通过使用N-甲基-N-丙基哌啶双（三氟甲烷磺酰基）酰胺（PP13TFSA）等离子液体作为空气电池的电解液，对抑制因电解液挥发而导致的减少以及水分向电池内部混入有一定的效果，但使用PP13TFSA等现有的离子液体作为电解液的空气电池，作为电池的输出可以说尚不充分。因此，期待能够进一步提高锂空气电池的输出的电解液。

对能够进一步提高锂空气电池的输出的电解液进行了深入研究，结果可知使锂空气电池放电时析出的Li₂O₂溶解性高的电解液有助于锂空气电池的输出提高，发现了Li₂O₂溶解性高的电解液。

本发明是用于锂空气电池的电解液，所述电解液包含含有烃基和供电子性官能团的离子液体，供电子性官能团的锂离子亲和性高于烃基的锂离子亲和性。

根据本发明，能够提供对锂空气电池放电时的析出物Li₂O₂的溶解性优异的电解液。

附图说明

图1是表示电解液中的Li₂O₂溶解浓度的图。

图2是表示离子液体的供氧能力的图。

图3是表示电解液的锂离子迁移率的图。

图4是表示空气电池的I-V特性的图。

图5是表示F型电化学电池的截面示意图。

图6是表示溶剂与Li₂O₂的总键合力和溶剂的Li₂O₂溶解量之间的关系的图。

图7是表示溶剂的Li₂O₂溶解量与使用了含有各溶剂的电解液的空气电池的放电容量之间的关系的图。

图8是表示使用溶剂的空气电池的循环数与库仑效率之间的关系的图。

图9是表示使用溶剂的空气电池的放电容量与输出密度之间的关系的图。

图10是对电解液测定的线性扫描伏安法（LSV）曲线。

图11是表示含有离子液体和有机溶剂的电解液中的离子液体的比例与空气电池的电流密度之间的关系的图。

图12是表示使用溶剂的空气电池的电压和输出相对于电流密度的关系的图。

具体实施方式

（实施方式1：适于锂空气电池的电解液）