[发明专利]空气电池用离子性液体、含有该液体的电解液及空气电池

说明书

技术领域

本发明涉及在空气电池中使用时提高输出密度和放电容量的离子性液体、以及含有该离子性液体的锂空气电池用电解液及空气电池。 

背景技术

空气电池是将金属单体或金属化合物用于负极活性物质、将氧用于正极活性物质并可充放电的电池。由于作为正极活性物质的氧从空气中获得，因此不需要在电池内封入正极活性物质，所以理论上空气电池可以实现比使用固体的正极活性物质的二次电池更大的容量。 

对于作为空气电池的一种的锂空气电池，放电时，负极中进行式（Ｉ）的反应。 

2Li→2Li⁺+2e^-    （Ｉ） 

式（Ｉ）中生成的电子经由外部电路，以外部负荷工作后，到达空气极。然后，式（Ｉ）中生成的锂离子（Li⁺）在挟持于负极与空气极中的电解质内通过电渗透从负极侧迁移到空气极侧。 

另外，放电时空气极中进行式（Ⅱ）和式（Ⅲ）的反应。 

2Li⁺+O₂+2e^-→Li₂O₂    （Ⅱ） 

2Li⁺+1/2O₂+2e^-→Li₂O    （Ⅲ） 

生成的过氧化锂（Li₂O₂）和氧化锂（Li₂O）以固体的形式蓄积于空气极。 

在充电时，分别为负极中进行上述式（Ｉ）的可逆反应、空气极中进行上述式（Ⅱ）和（Ⅲ）的可逆反应，负极中金属锂再生，因此可进行再放电。 

对于以往的锂二次电池，电解液中使用具有可燃性、挥发性的有机 溶剂，因此安全性的提高具有界限。 

对此，作为用于提高安全性的对策，以往以来已知将离子性液体（常温熔融盐）用于电解液的锂二次电池。在此离子性液体是指在100℃以下为液体的盐，一般来说具有阻燃性、不挥发性。这种阻燃性的电解液具有以下优点：不仅可以使安全性提高，而且电位窗（电位区域）比较宽，并且显示出比较高的离子传导性。 

在专利文献1的说明书的段落［0054］中，例示了疏水性离子性液体作为在金属空气电池的负极层和空气极层之间负责碱金属离子传导的电解液。 

另一方面，专利文献2中公开了包含含有1个、2个、或者4个P-N键的离子作为阳离子成分的离子性液体。该文献的说明书的段落［0001］中记载了将含有该离子的离子性液体用于锂二次电池。 

专利文献 

专利文献1：日本特开2011-3313号公报 

专利文献2：国际公开第2007/063959号 

发明内容

专利文献1的说明书的段落［0057］中记载了N,N-二乙基-N-甲基-N-（2-甲氧基乙基）铵双（三氟甲烷磺酰基）酰胺、1-乙基-3-甲基咪唑 双（三氟甲烷磺酰基）酰胺、以及1-丁基-3-甲基咪唑双（三氟甲烷磺酰基）酰胺作为疏水性离子性液体的具体例。但是，本发明人研究的结果，可知使用了这些离子性液体的空气电池的输出密度和放电容量均低。 

另外，专利文献2的说明书的段落［0077］中，关于包含含有1个P-N键的阳离子的离子性液体的循环伏安法，该文献的说明书的段落［0044］中，关于包含含有2个P-N键的阳离子的离子性液体的循环伏安法，该文献的说明书的段落［0132］中，关于包含含有4个P-N键的阳离子的离子性液体的循环伏安法，分别有记载。另外，该文献的图1-图3是由这些循环伏安法得到的循环伏安曲线。但是，该文献中， 除这些循环伏安曲线的数据以外，仅记载了含有该文献的发明所涉及的 离子的离子性液体的NMR、熔点、以及电导率等基本的物性数据，关于使用了该离子性液体的空气电池的记载、暗示一概没有。另外，该文献中，对于将含有阳离子的离子性液体用于空气电池的具体方式也没有任何暗示，另外，关于将含有阳离子的离子性液体用于空气电池时的效果的暗示、关于证明该效果的数据的记载也一概没有。 

本发明是鉴于上述实际情况而完成的，目的在于提供在空气电池中使用时提高输出密度和放电容量的离子性液体、以及含有该离子性液体的锂空气电池用电解液和空气电池。 

本发明的空气电池用离子性液体，其特征在于，是含有阳离子及其抗衡阴离子的离子性液体，上述阳离子具有下述通式（1）、下述通式（2）、或者下述通式（3）表示的结构。