[发明专利]空气电池的空气极用碳材料、以及包含该碳材料的空气电池

说明书

技术领域

本发明涉及氧还原反应的反应起点比以往的碳材料多的空气电池的空气极用碳材料、以及包含该碳材料的空气电池。

背景技术

空气电池是在负极活性物质中利用了金属单体或者金属化合物且在正极活性物质中利用了碳的可充放电的电池。因为从空气获得作为正极活性物质的氧，所以无需在电池内封入正极活性物质，因此理论上，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更大的容量。

在作为空气电池的一种的锂空气电池中，在放电时，在负极中发生式(I)的反应。

2Li→2Li⁺+2e^-  (I)

式(I)中产生的电子经由外部电路在外部的负载中作功之后到达空气极。然后，式(I)中产生的锂离子(Li⁺)通过电气浸透在负极和空气极夹着的电解质内从负极侧移动到空气极侧。

另外，在放电时，在空气极中，发生式(II)以及式(III)的反应。

2Li⁺+O₂+2e^-→Li₂O₂  (II)

2Li⁺+1/2O₂+2e^-→Li₂O  (III)

所产生的过氧化锂(Li₂O₂)以及氧化锂(Li₂O)作为固体积蓄在空气极中。

在充电时，在负极中发生上述式(I)的逆反应，在空气极中发生上述式(II)以及(III)的逆反应，在负极中再生金属锂，所以能够再放电。

通常，在空气电池的空气极中使用碳材料。但是，未得到关于碳材料的什么样的性质影响空气极容量的决定性的见解。因此，关于如何改良在空气极中调配的碳材料才能实现空气电池的高容量化，尚无决定性的方针。作为以得到高容量的非水电解质电池为目的的技术，在专利文献1中公开了一种非水电解质电池，其特征在于，具备以直径1nm以上的细孔所占的细孔容积为1.0mL/g以上的碳质物为主体的正极、具备吸收以及释放金属离子的负极活性物质的负极、和夹在所述正极以及负极之间的非水电解质层。

专利文献1：日本特开2002-015737号公报

发明内容

在专利文献1的段落[0056]-[0064]中，记载了在空气极中使用了科琴黑的非水电解质电池的实施例。但是，本发明人在进一步研究了专利文献1公开的非水电解质电池时，发现在空气极中使用了科琴黑的情况下，容量依然低并且反应电阻也高。

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氧还原反应的反应起点比以往的碳材料多的、空气电池的空气极用碳材料、以及包含该碳材料的空气电池。

本发明的空气电池的空气极用碳材料的特征在于，该碳材料的平均纵横比为1以上且小于10，该碳材料的表面的边缘面积是55m²/g以上。

本发明的空气电池的空气极用碳材料优选为膨胀碳纤维。

本发明的第1空气电池至少具备空气极、负极、以及介于该空气极与该负极之间的电解质层，其特征在于，所述空气极包含上述空气电池的空气极用碳材料。

在本发明的第1空气电池中，所述负极也可以含有锂金属或者锂化合物。

本发明的第2空气电池是在空气极与锂金属或者锂化合物负极之间介入有电解质的空气电池，其特征在于，所述空气极含有具有连通了的三相界面位置的多孔性的碳纤维材料，通过该碳纤维材料的拉曼位移得到的石墨化部D相对缺陷部G的比例D/G比为0.1～1.5，并且所述三相界面位置的边缘面积是55m²/g以上。

在本发明的第2空气电池中，所述多孔性的碳纤维材料优选为膨胀碳纤维。

在本发明的第2空气电池中，所述多孔性的碳纤维材料的平均纵横比优选为1以上且小于10。

根据本发明，表面的边缘面积是55m²/g以上，所以氧还原反应的反应起点比以往的碳材料更多，其结果，在空气电池的空气极中使用这样的碳材料的情况下，能够实现该碳材料与更多的氧分子之间的电子的授受，能够实现比以往的空气电池更高的容量。

附图说明

图1是示出本发明的空气电池的层结构的一个例子的图，是示意地示出在层叠方向上切断的剖面的图。

图2是示出本发明中使用的碳材料的化学构造的示意图。