[发明专利]金属空气电池

说明书

技术领域

本发明涉及金属空气电池。

背景技术

以往，将金属作为负极的活性物质、并将空气中的氧作为正极的活性物质的金属空气电池已被公众所知。例如，日本专利公开公报特开2008-66202号（文献1）公开有下述方案：在正极和负极之间设置电解质含有层的金属空气电池中，电解质含有离子液体、无机微粒和电解质盐。此外，日本专利公开公报特开2009-230981号（文献2）公开有下述方案：在非水电解液中配置正极和负极的金属空气电池中，设有氧气泵，用于将空气中的氧借助氧离子传导性的固体电解质向正极供给。

日本专利公开公报特开2008-112724号（文献3）的锂空气二次电池中，正极含有具备储/释氧能力的正极催化剂、碳材料和有机粘合剂（碳纤维等），负极由板状的锂形成。正极催化剂使用二氧化锰（MnO₂）和钙钛矿型氧化物等。日本专利公开公报特开2009-283381号（文献4）的锂空气二次电池中，正极是以碳（C）为主体的气体扩散型氧电极，负极由金属锂或能吸附/放出锂离子的物质形成。此外，正极含有20～60重量%的具备钙钛矿型结构的铁（Fe）系氧化物。

另一方面，金属空气电池中，由于充电时在负极上局部析出金属，所以存在正极和负极发生短路的危险。因此，公开有通过在正极和负极之间设置隔板，防止正极和负极发生短路的方法（例如参照文献1、2）。

可是，文献1至文献4的金属空气电池中，由于正极含有作为导电性物质的碳，所以放电时在正极上析出作为负极金属的碳酸盐的炭酸锂（Li₂CO₃）等。这种金属空气电池由于充电时将炭酸锂电分解而离子化，所以需要较大的能量，导致充电电压变高。

此外，由于金属空气电池的正极为多孔性构件，因而存在电解液浸透正极后漏出的危险。当电解液漏出时，电池性能（电池容量等）显著下降。

另一方面，金属空气电池中设有充电用的辅助电极（即第三电极），通过放电时利用正极和负极、充电时利用负极和辅助电极，可以提高金属空气电池的充电和放电的性能。但是，这种金属空气电池中，也可能充电时在负极上局部析出金属而导致负极和辅助电极发生短路。

发明内容

本发明着眼于金属空气电池，主要目的是防止放电时在正极上生成金属碳酸盐。此外，本发明的目的还在于防止电解液浸透正极后漏出以及防止负极和辅助电极发生短路。

本发明一个优选方式的金属空气电池包括：负极，含有金属且放电时生成金属离子；多孔性的正极，包含具有导电性的钙钛矿型氧化物和促进氧化还原反应的催化剂且不含碳，放电时生成氧离子；以及电解质层，配置在所述负极和所述正极之间。由此，可以防止放电时在正极上生成金属碳酸盐。

此外，优选所述正极包括：支承部；导电膜，在所述支承部上由所述钙钛矿型氧化物形成；以及催化剂层，在所述导电膜上由所述催化剂形成。

更优选的是，金属空气电池还包括疏液层，所述疏液层设置于所述正极，且相对于所述电解质层含有的电解液具有疏液性。由此，可以防止电解液浸透正极后漏出。

本发明另一优选方式的金属空气电池包括：负极层，含有金属且放电时生成金属离子；多孔性的正极层，包含导电性材料和促进氧化还原反应的催化剂，且放电时生成氧离子；第一电解质层，配置在所述负极层和所述正极层之间；辅助电极层，具有与所述负极层的、和所述正极层相反一侧的面相对的面；以及第二电解质层，配置在所述负极层和所述辅助电极层之间，并与所述第一电解质层连通，所述负极层的所述面具有从与所述辅助电极层的所述面的边缘部相对的部位向外侧扩展的部位，充电时通过向所述负极层和所述辅助电极层之间施加电压，在所述负极层上析出所述金属。由此，可以防止负极层和辅助电极层发生短路。

更优选的是，所述正极层、所述负极层和所述辅助电极层为筒状，且所述正极层配置在所述负极层的内侧，所述辅助电极层配置在所述负极层的外侧。

所述导电性材料为钙钛矿型氧化物，在所述正极层不含碳时，可以防止放电时在正极层上生成金属碳酸盐。

参照附图并根据以下的本发明的详细说明，将清楚地了解本发明的上述目的和其他目的、特征、方式和优点。

附图说明

图1是第一实施方式的金属空气电池的纵断面图。

图2是金属空气电池的横断面图。

图3是第二实施方式的金属空气电池的纵断面图。

图4是金属空气电池的横断面图。

图5是第三实施方式的金属空气电池的横断面图。