[发明专利]用于空气电池的空气电极和空气电池

说明书

技术领域

本发明涉及空气电极，当用在空气电池中时，所述空气电极可使得电池的电流密度高于常规空气电池中的电流密度。本发明还涉及空气电池。

背景技术

空气电池为这样的电池，其可被充放电，并且其中单独使用金属或使用金属化合物作为负电极活性材料并使用氧作为正电极活性材料。因为用作正电极活性材料的氧可从空气获得，因而在电池内不必包含正电极活性材料。因此，空气电池理论上可比使用固体正电极活性材料的二次电池获得更大的容量。

在作为空气电池的一种的锂-空气电池中，在放电期间，在负电极处发生下式(I)的反应。

2Li→2Li⁺+2e^-   (I)

式(I)中形成的电子沿外电路行进并在外负载处做功，其后它们到达空气电极。式(I)中形成的锂离子(Li⁺)通过电渗从负电极侧经由保持在负电极和空气电极之间的电解质迁移至空气电极侧。

此外，在放电期间，在空气电极处发生下面式(II)和式(III)的反应。

2Li⁺+O₂+2e^-→Li₂O₂   (II)

2Li⁺+1/2O₂+2e^-→Li₂O   (III)

所形成的过氧化锂(Li₂O₂)和氧化锂(Li₂O)以固体积聚在空气电极处。在充电期间，在负电极处发生上面式(I)的逆反应并且在空气电极处发生式(II)和(III)的逆反应，从而在负电极处再生金属锂，由此使得电池能够再次放电。

在空气电池的空气电极内配混碳材料以确保空气电极内的导电性是可用的。例如，日本专利申请公开号2012-113929(JP 2012-113929A)提及用于空气电池的空气电极中作为碳材料的中孔碳(参见JP 2012-113929A的第[0039]段)。

发明内容

JP 2012-113929公开了一个工作实施例，其中将作为导电材料的科琴导电炭黑(KB)、作为粘合剂的聚四氟乙烯(PTFE)和作为空气电极催化剂的镍(Ni)粉以KB∶PTFE∶Ni＝80重量％∶10重量％∶10重量％的比率混合在一起来制得空气电极糊，并使用该空气电极糊来制造空气电极(参见JP 2012-113929 A的第[0058]和[0059]段)。然而，作为研究的结果，本发明人已发现，在JP 2012-113929 A中公开的种类的空气电池中存在低电流密度的风险。鉴于上述情况，本发明提供一种空气电极，当用在空气电池中时，所述空气电极能够将电流密度提高至比常规空气电池中高的水平。本发明还提供一种装配有这样的空气电极的空气电池。

根据本发明的用于空气电池的空气电极至少包含导电材料和无机氟化物，其中按导电材料和无机氟化物的总量为100重量％计，以11重量％至22重量％的比率包含所述无机氟化物。

本发明的空气电极可还包含粘合剂并且按导电材料、无机氟化物和粘合剂的总量为100重量％计，以10重量％至20重量％的比率包含无机氟化物。

在本发明中，无机氟化物可为选自氟化铝(AlF₃)、氟化硅(SiF₄)、氟化铁(III)(FeF₃)、氟化钙(CaF₂)、MgF₂和氟化钛(IV)(TiF₄)中的至少一种化合物。

所述空气电池至少包含空气电极、负电极以及介于空气电极和负电极之间的电解质层。这里使用的空气电极为前述用于空气电池的空气电极。

在本发明中，空气电极以最佳比例包含导电材料和无机氟化物，其将促进氧向空气电极的供给。在用于空气电池中时，该特征可使得电池的电流密度高于常规空气电池中的电流密度。

附图说明

本发明的示例性实施方案的特征、优点以及技术和工业重要性将在下文结合附图描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的要素，且其中：

图1为示出了根据本发明的一个实施方案的空气电池的层构造的一个实例的示意性截面视图；以及

图2示出了根据本发明的实施例1和2以及对比例1至3的锂-空气电池的放电曲线。

具体实施方式

1.用于空气电池的空气电极