[发明专利]空气电池用空气极以及空气电池

说明书

技术领域

本发明涉及高倍率放电性能优异的空气电池用空气极以及具备该空气极的空气电池。

背景技术

作为正极活性物质而利用氧的空气电池具有能量密度高、能够小型化和轻量化等优点。因此，现在，作为超过广泛使用的锂二次电池的高能量密度电池而受到关注。作为空气电池，例如已知锂空气电池、镁空气电池、锌空气电池、铝空气电池等金属空气电池。

金属空气电池通过在空气极（正极）进行氧的氧化还原反应、在负极进行负极活性物质的氧化还原反应而能够充放电。一般的金属空气电池例如具有含有导电材料和粘结材料的空气极、进行空气极的集电的空气极集电体、含有负极活性物质（金属、合金等）的负极、进行负极的集电的负极集电体、和存在于空气极与负极之间的电解质。

例如，认为在传导离子为一价金属离子的金属空气电池（二次电池）中，进行以下的充放电反应。应予说明的是，在下述式中，M表示金属种。

（放电时）

负极：M→M⁺+e^-

空气极：2M⁺+O₂+2e^-→M₂O₂

4M⁺+O₂+4e^-→2M₂O

（充电时）

负极：M⁺+e^-→M

空气极：M₂O₂→2M⁺+O₂+2_e^-

2M₂O→4M⁺+O₂+4e^-

上述充放电反应是电解质为非水系电解液、固体电解质的情况，放电时在空气极生成的金属氧化物在空气极中析出。另一方面，认为电解质为水系电解液时，进行下述充放电反应，放电时，在电解液中，溶解的金属离子（M⁺）与氢氧化物离子（OH^-）反应而生成水溶性的金属氢氧化物。

（放电时）

负极：M→M⁺+e^-

空气极：O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-

（充电时）

负极：M⁺+e^-→M

空气极：4OH^-→O₂+2H₂O+4e^-

为了促进空气极中的放电时和/或充电时的电极反应（氧的氧化还原反应）、提高空气电池的电池特性，进行向空气极添加催化剂（例如，专利文献1）。

具体而言，在专利文献1中公开了一种锂空气二次电池，其特征在于，具备正极和负极、且在上述正极与上述负极之间配置非水电解质的电解介质而构成，上述正极由以碳为主体的气体扩散层型氧电极构成，上述负极由能够进行金属锂或锂离子的吸留·放出的物质构成，在上述正极中含有具有钙钛矿型结构的Fe系的氧化物La_1-xA_xFe_1-yB_yO₃（A：碱土金属，0≤1.0，B：过渡金属，0≤y＜1.0）作为电极催化剂。

专利文献1：日本特开2009-283381号公报

发明内容

然而，专利文献1中公开的空气电池中的空气极具有在高电流密度下进行放电时的氧化还原电位低、其结果得不到具有良好的高倍率放电性能的空气电池的问题。

本发明是鉴于上述实际情况而进行的，本发明的目的是提供高倍率放电性能优异的空气电池用空气极以及具备该空气极的空气电池。

本发明的空气电池用空气极，其特征在于，是将氧作为活性物质的空气极，

构成具有负极和存在于该空气极与上述负极之间的电解质层的空气电池，具有至少含有电极催化剂和导电材料的催化剂层，

作为上述电极催化剂，至少包含对氧化还原反应具有活性的氧化物，

作为上述导电材料，包含选自碳化钨、碳化钛和碳化钼中的至少1种金属碳化物。