[发明专利]可再充电的电化学电池

说明书

本发明涉及可再充电的电化学电池，其包含(A)至少一个阴极，该阴极包含(A1)至少一种阴极活性材料，该阴极活性材料包含(a)至少一种石墨化碳黑及(aa)至少一种粘合剂，以及任选地至少一种气体可扩散穿过或任选地用作该阴极活性材料的载体的固体材料，以及B)至少一个阳极，该阳极包含金属镁、金属铝、金属锌、金属钠或金属锂。

本发明进一步涉及本发明电化学电池的用途，且涉及包含后者的金属-空气电池组。

二次电池组、蓄电池或“可再充电的电池组”仅为在产生电能后储存电能及在需要时使用电能的某些实施方案。由于显著更好的功率密度，研发方向最近由水基二次电池组转移至由锂离子完成电池中的电荷输送的那些电池组。

然而，具有碳阳极及基于金属氧化物的阴极的常规锂离子蓄电池的能量密度有限。关于能量密度的新视野已由锂-硫电池及尤其锂-氧或锂-空气电池开启。在常用实施方案中，金属(尤其锂)在非水性电解质中经大气氧氧化而形成氧化物或过氧化物，即在锂的情形下形成Li₂O或Li₂O₂。以电化学方式利用所释放的能量。该类电池组可通过还原在放电过程中所形成的金属离子再充电。已知的是，出于此目的可使用气体扩散电极(GDE)作为阴极。气体扩散电极是多孔的且具有双功能作用。金属-空气电池组必须能够实现放电过程中大气氧还原成氧化物或过氧化物离子及充电过程中氧化物或过氧化物离子氧化成氧。例如，已知的是，可将气体扩散电极构建于由细碳组成的具有一或多种用于催化氧还原或氧释放的催化剂的载体材料上。

例如，A.Débart等人，Angew.Chem.2008,120,4597(Angew.Chem.Int.Ed.Engl.2008,47,4521)公开，该类气体扩散电极需要催化剂。Débart等人提及Co₃O₄、Fe₂O₃、CuO及CoFe₂O₄，且其给出关于α-MnO₂纳米线的报导且比较所述α-MnO₂纳米线与MnO₂、β-MnO₂、γ-MnO₂、λ-MnO₂、Mn₂O₃及Mn₃O₄。

J.Electrochem.Soc.,157,A1016(2010)阐述包含那些空气电极的锂-空气电池组，所述空气电极仅包含碳黑或碳黑载贵金属作为阴极活性材料。

然而，自上文所引用现有技术已知的材料仍需要在以下性质中的至少一个方面加以改进：电催化活性、耐化学品性、耐电化学腐蚀性、机械稳定性、于载体材料上的良好粘附性及与粘合剂、导电碳黑及/或电解质的低相互作用。此外，也应考虑优化由材料及生产支出所造成的成本，以促进此新颖能量储存技术的扩展。

因此，本发明的目的是提供在上述性质中的至少一个方面有所进展的可再充电的电化学电池。可再充电的电化学电池的尤其重要的特征最终是循环稳定性，其必须与电池的其他方面的相当性质一起加以改进。

此目的通过在一开始所定义的可再充电的电化学电池来实现，该可再充电的电化学电池包含

A)至少一个阴极，该阴极包含

(A1)至少一种阴极活性材料，该阴极活性材料包含

(a)至少一种石墨化碳黑及

(aa)至少一种粘合剂，以及

任选地至少一种气体可扩散穿过或任选地用作阴极活性材料的载体的固体介质，

以及

B)至少一个阳极，该阳极包含金属镁、金属铝、金属锌、金属钠或金属锂。

可再充电的电化学电池的阴极(在本发明的上下文中也简称为阴极(A))包含至少一种阴极活性材料(在下文中也简称为阴极活性材料(A1))，该阴极活性材料包含至少一种石墨化碳黑(在下文中也简称为石墨化碳黑(a))及至少一种粘合剂(在本发明的上下文中也简称为粘合剂(aa))，以及任选地至少一种气体可扩散穿过且任选地用作阴极活性材料的载体的固体介质。

在本发明可再充电的电化学电池的优选实施方案中，阴极(A)是气体扩散电极。