DE102014112191A1 - Lithium-Luft-Batterie und zusammengesetzte Positivelektrode - Google Patents

Lithium-Luft-Batterie und zusammengesetzte Positivelektrode Download PDF

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Abstract

[Gegenstand] Eine Lithium-Luft-Batterie, die eine kontinuierliche Entladung mit einer großen Stromstärke ermöglicht, bereitzustellen. [Lösungsmittel] Bereitgestellt wird eine Lithium-Luft-Batterie, die mindestens aufweist: eine zusammengesetzte Positivelektrode, bei der Sauerstoff als aktives Material der Positivelektrode verwendet wird, eine Negativelektrode, bei der Lithium als aktives Material der Negativelektrode verwendet wird, und einen wässrigen Elektrolyten, der zwischen der Positivelektrode und der Negativelektrode vorhanden ist, wobei der wässrige Elektrolyt Borsäure, Phosphorsäure, oder eine Kombination aus beiden, sowie Lithiumchlorid enthält, und die zusammengesetzte Positivelektrode mindestens eine Positivelektrode, Borsäure und einen Metallkatalysator aufweist.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lithium-Luft-Batterie und auf eine zusammengesetzte Positivelektrode und insbesondere auf eine Lithium-Luft-Batterie, die eine kontinuierliche Entladung mit einer großen Stromstärke ermöglicht.
  • [Bisheriger Stand der Technik]
  • Theoretisch weist eine Lithium-Luft-Batterie, bei der Sauerstoff in der Luft als aktives Material der Positivelektrode und Lithium als aktives Material der Negativelektrode verwendet wird, eine hohe Energiedichte auf. Aus diesem Grund wird erwartet, dass Lithium-Luft-Batterien die Fähigkeit besitzen, eine Energiedichte zu erreichen, die um ein Vielfaches höher ist als die von Lithium-Ionen-Batterien und die als notwendig für eine wirklich flächendeckende Einführung von Elektrofahrzeugen betrachtet wird.
  • Lithium-Luft-Batterien können, je nach Art des Elektrolyts, grob unterteilt werden in Batterien, bei denen ein wässriger Elektrolyt zur Anwendung kommt, und in Batterien, bei denen ein nicht wässriger Elektrolyt verwendet wird. Als wässriger Elektrolyt wird eine wässrige Lithiumhydroxyd-Lösung, eine wässrige Kaliumhydroxid-Lösung oder dergleichen verwendet. Inzwischen wird als nicht wässriger Elektrolyt Ethylencarbonat oder dergleichen verwendet.
  • Die Hauptrichtung in der Forschung und Entwicklung von Lithium-Luft-Batterien bezieht sich auf Batterien, bei denen ein nicht wässriger Elektrolyt verwendet wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass eine solche Batterie einen einfachen Aufbau besitzt und Technologien der Lithium-Ionen-Batterien mit Ausnahme der Positivelektrode auf die Batterie angewendet werden können.
  • Andererseits, wenn auch immer noch nicht mit Nachdruck, sind Forschungen über Lithium-Luft-Batterien, bei denen ein wässriger Elektrolyt (zum Beispiel, Patentdokument 1) verwendet wird, durchgeführt worden. Lithium-Luft-Batterien, bei denen ein wässriger Elektrolyt verwendet wird, bieten Vorteile gegenüber Lithium-Luft-Batterien, bei denen ein nicht wässriger Elektrolyt verwendet wird, in der Weise, dass der verwendete wässrige Elektrolyt kostengünstig und nicht entzündbar ist.
  • Im Allgemeinen erhöht sich bei gleichbleibender Stromstärke die elektrische Leistung (W) einer Batterie, ausgedrückt durch Strom (A)× Spannung (V), mit der Zunahme der Entladespannung. Aus diesem Grund erhöht sich die elektrische Energie (Wh), ausgedrückt durch elektrische Leistung (W)× Zeit (h), ebenfalls. Demzufolge kann durch Erhöhen der Entladespannung die elektrische Energieentladung einer Batterie gesteigert werden. Mit anderen Worten ist es notwendig, die Anfangsspannung zu erhöhen, um die elektrische Energie einer Batterie zu verbessern.
  • Hier sind die Reaktionen an der Positivelektrode und an der Negativelektrode in einer Lithium-Luft-Batterie während der Entladung wie in den nachstehenden Formeln (1) und (2) dargestellt.
  • [Formel 1]
    • O2 + 2H2O + 4e– → 4OH– (1)
  • [Formel 2]
    • Li → Li+ + e– (2)
  • Während des Entladens reagieren Li+, das gemäß Formel (2) gebildet wird, und OH–, das gemäß Formel (1) gebildet wird, miteinander und bilden Lithiumhydroxid (LiOH). Wird Lithiumhydroxid in dem wässrigen Elektrolyten aufgelöst, wird der wässrige Elektrolyt alkalisch. Hier, wenn der pH-Wert des wässrigen Elektrolyten in einen alkalischen Bereich ansteigt, nimmt die Aktivität der Positivelektrode ab, so dass sich die Menge an OH–, das gemäß Formel (1) gebildet wird, verringert. Das heißt, wenn der wässrige Elektrolyt alkalisch gemacht wird, erfolgt die Reaktion von Formel (1) weniger leicht, und die Menge an Elektronen e– nimmt ab, so dass sich die Stromstärke verringert. Ist die Stromstärke groß, ist es auf Grund des Auftretens momentaner und lokaler Erhöhungen des pH-Wertes schwierig, kontinuierlich zu entladen.
  • [Dokument des Standes der Technik]
  • [Patentschrift]
    • [Patentschrift 1] Japanische Patentnummer 4298234
  • [Zusammenfassung der Erfindung]
  • [Durch die Erfindung zu lösende Probleme]
  • Angesichts des oben beschriebenen Problems ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Lithium-Luft-Batterie bereitzustellen, die kontinuierliche Entladung mit großer Stromstärke ermöglicht.
  • [Mittel zum Lösen des Problems]
  • Um das oben beschriebene Problem zu lösen, haben die gegenwärtigen Erfinder intensive Forschung über eine wässrige Lithium-Luft-Batterie durchgeführt, die Entladen mit großer Stromstärke ermöglicht. Als Ergebnis haben die gegenwärtigen Erfinder herausgefunden, dass, indem der pH-Wert eines wässrigen Elektrolyten schwach sauer gemacht wird, die Aktivität eines Metallkatalysators einer zusammengesetzten Positivelektrode zunimmt und die Reaktion an der Positivelektrode gefördert wird, so dass eine Entladung mit einer großen Stromstärke erreicht werden kann. Ferner kann, wenn die zusammengesetzte Positivelektrode eine vorab bestimmte anorganische Säure enthält, der pH-Wert des wässrigen Elektrolyten schwach sauer gehalten werden, so dass die Entladung mit einer großen Stromstärke kontinuierlich erreicht werden kann. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse haben die gegenwärtigen Erfinder die vorliegende Erfindung konzipiert.
  • Speziell weist eine Lithium-Luft-Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens auf: eine zusammengesetzte Positivelektrode, bei der Sauerstoff als aktives Material der Positivelektrode verwendet wird, eine Negativelektrode, bei der Lithium als aktives Material der Negativelektrode verwendet wird, und einen wässrigen Elektrolyten, der zwischen der Positivelektrode und der Negativelektrode vorhanden ist, wobei der wässrige Elektrolyt Borsäure, Phosphorsäure, oder eine Kombination aus beiden, und Lithiumchlorid enthält und die zusammengesetzte Positivelektrode mindestens eine Positivelektrode, Borsäure und einen Metallkatalysator aufweist.
  • Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine zusammengesetzte Positivelektrode, die für eine Lithium-Luft-Batterie verwendet wird, wobei die zusammengesetzte Positivelektrode mindestens eine Positivelektrode, Borsäure und einen Metallkatalysator aufweist.
  • [Auswirkungen der Erfindung]
  • Die Lithium-Luft-Batterie der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine kontinuierliche Entladung mit einer großen Stromstärke.
  • [Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
  • ist eine schematische Schnittdarstellung einer Lithium-Luft-Batterie 1 der vorliegenden Erfindung.
  • ist eine schematische Darstellung einer zusammengesetzten Positivelektrode 2.
  • ist eine grafische Darstellung, die Entladecharakteristika von Lithium-Luft-Batterien zeigt.
  • [Art und Weise der Ausführung der Erfindung]
  • Nachstehend wird eine allgemeine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die nachfolgend beschriebene Ausführungsform beschränkt.
  • Eine Lithium-Luft-Batterie der vorliegenden Erfindung weist mindestens auf: eine zusammengesetzte Positivelektrode, eine Negativelektrode und einen wässrigen Elektrolyten. Bei der zusammengesetzten Positivelektrode wird Sauerstoff als aktives Material der Positivelektrode verwendet, während bei der Negativelektrode Lithium als aktives Material der Negativelektrode verwendet wird.
  • Ferner ist der wässrige Elektrolyt zwischen der Positivelektrode und der Negativelektrode vorhanden und enthält Borsäure, Phosphorsäure, oder eine Kombination aus beiden, und Lithiumchlorid. Da der Elektrolyt zwischen der Positivelektrode und der Negativelektrode vorhanden ist, wird eine Batterie gebildet, die Gleichstrom erzeugt. Ferner ist beabsichtigt, dass das Lithiumchlorid die Ausfällung von LiOH bewirkt, das während des Entladens gebildet wird, um den Anstieg des pH-Wertes auf Grund einer übermäßigen Lösung von LiOH zu verhindern.
  • Die Borsäure und die Phosphorsäure sind anorganische Säuren, die den pH-Wert des wässrigen Elektrolyten schwach sauer machen. Da der wässrige Elektrolyt schwach sauer gemacht wird, wird die Reaktion an der Positivelektrode gefördert, was eine Entladung mit einer großen Stromstärke ermöglicht. Eine beliebige von Borsäure und Phosphorsäure kann enthalten sein, oder eine Kombination aus beiden kann enthalten sein. Hinsichtlich des pH-Wertes des wässrigen Elektrolyten reagieren Li+, das gemäß Formel (2) gebildet wird, und OH–, das gemäß Formel (1) während des Entladens gebildet wird, miteinander und bilden Lithiumhydroxid, so dass der pH-Wert allmählich ansteigt. Für eine kontinuierliche Entladung mit einer großen Stromstärke ist es notwendig, den pH-Wert des wässrigen Elektrolyten für lange Zeit im schwach sauren Bereich zu halten. In dieser Hinsicht ist es vorzuziehen, dass die Konzentration der anorganischen Säure hoch ist, und ist es noch stärker vorzuziehen, dass eine gesättigte Menge der anorganischen Säure in dem wässrigen Elektrolyten gelöst ist.
  • Neben der zusammengesetzten Positivelektrode, der Negativelektrode und dem wässrigen Elektrolyten, kann die Lithium-Luft-Batterie der vorliegenden Erfindung einen organischen Elektrolyten und einen festen Elektrolyten aufweisen. Der organische Elektrolyt ist zwischen der Negativelektrode und dem festen Elektrolyten vorhanden und fungiert als ein Pfad für Lithium-Ionen (Li+), die aus dem Lithium in der Negativelektrode gelöst wurden. Ein Beispiel für den organischen Elektrolyten ist ein trockener Polymerelektrolyt, der aus einem Polymer besteht. Mittlerweile ist der feste Elektrolyt zwischen dem organischen Elektrolyten und dem wässrigen Elektrolyten vorhanden und hat die Funktion, selektiv nur Li+ von der Negativelektrode zum wässrigen Elektrolyten gelangen zu lassen. Ein Beispiel für den festen Elektrolyten ist LTAP (Li1+x+yTi2-xAlxP3-ySiyO12), das Glaskeramik ist.
  • In der vorliegenden Erfindung weist die zusammengesetzte Positivelektrode mindestens eine Positivelektrode, Borsäure und einen Metallkatalysator auf. Die Borsäure kann den pH-Wert des wässrigen Elektrolyten im schwach sauren Bereich halten, indem sie sich allmählich in dem wässrigen Elektrolyten löst, und ermöglicht eine kontinuierliche Entladung mit einer großen Stromstärke. Zwischenzeitlich ist der Metallkatalysator in der Lage, die Reaktion von Formel (1) an der Positivelektrode zu fördern. Beispiele für den Metallkatalysator schließen Kohlenstoffpulver mit Platin darauf, Übergangsmetalloxide und dergleichen ein. Die Borsäure kann die Aktivität des Metallkatalysators erhöhen, wenn sie sich nahe dem Metallkatalysator befindet.
  • In der vorliegenden Erfindung ist die Positivelektrode vorzugsweise ein Kohlenstofftuch, Kohlenstoffvliesstoff, Kohlenstoffpapier oder dergleichen. Diese Materialien werden vorzugsweise als Materialien für eine Positivelektrode einer Lithium-Luft-Batterie verwendet, da diese Materialien Durchlässigkeit für das Einleiten von Sauerstoff in die Luft, elektrische Leitfähigkeit, die für einen Stromabnehmer geeignet ist, und hinreichende Korrosionsbeständigkeit, um dem alkalischen Elektrolyten standzuhalten, aufweisen.
  • Die zusammengesetzte Positivelektrode kann zum Beispiel gebildet werden, indem Kohlenstofftuch als die Positivelektrode verwendet wird, und platintragendendes Kohlenstoffpulver und Borsäure an einer Oberfläche des Kohlenstofftuchs gebunden werden. Ein spezifisches Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung der zusammengesetzten Positivelektrode ist wie folgt. Insbesondere werden zunächst ein platintragendes Kohlenstoffpulver, ein Borsäurepulver und als ein Bindemittel Polyvinylidenfluorid (PVDF) vermischt, um ein Pulvergemisch zuzubereiten. Zu dem Pulvergemisch wird N-Methylpyrrolidon (NMP) als Lösungsmittel gegeben, um eine Paste zu erhalten. Dann wird die Paste mit einer Schichtstärke von 200 µm bis 400 µm gleichmäßig auf das Kohlenstofftuch aufgetragen und in einem Vakuum durch Erhitzen bei etwa 90°C getrocknet. Mit diesen Schritten kann die zusammengesetzte Positivelektrode hergestellt werden.
  • Neben dem oben beschriebenen PVDF kann Polytetrafluorethylen (PTFE), Carboxymethylcellulose (CMC) und dergleichen als Bindemittel verwendet werden. In der Zwischenzeit sind neben dem oben beschriebenen NMP organische Lösungsmittel in der Lage, das Bindemittel aufzulösen, zum Beispiel können Dimethylsulfoxid (DMSO), Dimethylformamid (DMF) und Tetrahydrofuran (THF) als Lösungsmittel verwendet werden.
  • In der Lithium-Luft-Batterie der vorliegenden Erfindung kann die Negativelektrode jedes beliebige Lithium-Metall, Li4SiO4, Li7Sn3, LiSn, Li2Sn5, Li2SO4H2O, Mg-9%Li, LiAlH4, LiBH4 und LiC6 sein. Diese Lithiumverbindungen sind in der Lage, gemäß Formel (2) zu reagieren, und können als die Negativelektrode verwendet werden.
  • Nachstehend wird eine Ausführungsform der Lithium-Luft-Batterie der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In diesem Fall ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsform in den Zeichnungen beschränkt.
  • ist eine schematische Schnittdarstellung einer Lithium-Luft-Batterie 1 der vorliegenden Erfindung. Die Lithium-Luft-Batterie 1 weist auf: Eine zusammengesetzte Positivelektrode 2, bei der Sauerstoff als aktives Material der Positivelektrode verwendet wird; eine Negativelektrode 3, bei der Lithium als aktives Material der Negativelektrode verwendet wird, und einen wässrigen Elektrolyten 4, der zwischen der zusammengesetzten Positivelektrode 2 und der Negativelektrode 3 vorhanden ist. Der organische Elektrolyt 5 ist zwischen der Negativelektrode 3 und einem festen Elektrolyten 6 vorhanden, und der feste Elektrolyt 6 ist zwischen dem organischen Elektrolyten 5 und dem wässrigen Elektrolyten 4 vorhanden.
  • Wie in der durch folgende Formel (2) dargestellten Reaktion löst sich Lithium in der Negativelektrode 3 in den organischen Elektrolyten 5, um Li+ zu bilden, und Elektronen e– werden über einen Zuleitungsdraht 7 zu der zusammengesetzten Positivelektrode 2 geführt. Das gelöste Li+ bewegt sich durch den festen Elektrolyten 6 zu dem wässrigen Elektrolyten 4.
  • [Formel 2]
    • Li → Li+ + e– (2)
  • Wie in der durch die folgende Formel (1) dargestellten Reaktion reagieren Sauerstoff in der Luft, Wasser in dem wässrigen Elektrolyten 4 und Elektronen e–, die von der Negativelektrode 3 zugeführt wurden, miteinander, um Hydroxydionen (OH–) zu bilden. Das OH– reagiert mit Li+, das von der Negativelektrode stammt, um Lithiumhydroxid (LiOH) zu bilden.
  • [Formel 1]
    • O2 + 2H2O + 4e– → 4OH– (1)
  • Das Lithiumhydroxid löst sich in dem wässrigen Elektrolyten und erhöht den pH-Wert des wässrigen Elektrolyten bis zu einem alkalischen Wert. Als Resultat nimmt die Aktivität der Positivelektrode ab, und die Menge des gemäß Formel (1) gebildeten OH– verringert sich. In dieser Hinsicht wird die anorganische Säure in dem wässrigen Elektrolyten 4 gelöst, um den wässrigen Elektrolyten 4 schwach sauer zu halten.
  • ist eine schematische Darstellung der zusammengesetzten Positivelektrode 2. Ein Metallkatalysator 9 und Borsäure 10 werden mit einem Bindemittel 11 auf eine Oberfläche einer Positivelektrode 8 gebunden. Der Metallkatalysator 9 fördert die oben beschriebene Reaktion aus Formel (1). Zwischenzeitlich löst sich die Borsäure 10 auf Grund der Lösung von Lithiumhydroxid allmählich in den wässrigen Elektrolyten 4, um den Anstieg des pH-Wertes des wässrigen Elektrolyten 4 zu verhindern, und hält somit den wässrigen Elektrolyten 4 schwach sauer.
  • Wie oben beschrieben, ermöglicht die Lithium-Luft-Batterie der vorliegenden Erfindung die Entladung mit einer großen Stromstärke, indem der pH-Wert des wässrigen Elektrolyten schwach sauer gemacht wird. Ferner kann der pH-Wert des wässrigen Elektrolyten durch Hinzufügen der anorganischen Säure zur zusammengesetzten Positivelektrode schwach sauer gehalten werden, und die Entladung kann mit einer großen Stromstärke kontinuierlich durchgeführt werden.
  • [Beispiel]
  • Nachstehend wird die gegenwärtige Erfindung insbesondere mit Hilfe von Beispielen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
  • [Herstellen von wässrigen Elektrolyten]
  • Auf 100 ml Ionenaustauschwasser wurden 4,328 g Borsäurepulver gelöst, um eine 0,7 M gesättigte Borsäurelösung herzustellen. Dann wurde 8,4 g Lithiumchlorid zusätzlich hinzugegeben, um den wässrigen Elektrolyten A herzustellen.
  • In der Zwischenzeit wurde der wässrige Elektrolyt B hergestellt, indem 8,4 g Lithiumchlorid zu 100 ml Ionenaustauschwasser zugegeben wurde, ohne Borsäure hinzuzufügen.
  • [Herstellen der zusammengesetzten Positivelektrode]
  • In einem Messbecher wurden 60 mg eines Metallkatalysators (TEC10E50E hergestellt von TANAKA KIKINZOKU HANBAI K.K.), in dem 45,8 Masseprozent Platinpulver (durchschnittlicher Partikeldurchmesser: 3 nm) auf einem Kohlenstoffpulver (durchschnittlicher Partikeldurchmesser: 50 µm) als Träger enthalten waren, 60 mg eines Borsäurepulvers (durchschnittlicher Partikeldurchmesser: 100 µm) und 25 mg Polyvinylidenfluorid (hergestellt von Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) gewogen und vermischt, um ein Pulvergemisch zu bilden. Zu diesem Pulvergemisch wurden 1,5 ml N-Methylpyrrolidon hinzugegeben, und die Mischung wurde mit Hilfe eines Ultraschallreinigungsgeräts (hergestellt von AS ONE Corporation) 30 Minuten bei 35 KHz bei normaler Temperatur Ultraschallschwingungen ausgesetzt, um eine Katalysatorpaste zu erhalten. Die Paste wurde mit einer Schichtstärke von 300 µm gleichmäßig auf Kohlenstofftuch aufgetragen, indem die Paste in einen viereckigen Rahmen, der auf das Kohletuch platziert wurde, gegossen wurde. Danach wurde das Kohletuch mit der aufgetragenen Paste 1 Stunde in einem Vakuum bei 90°C getrocknet. Auf diese Weise wurde die zusammengesetzte Positivelektrode A hergestellt.
  • Ferner wurde die zusammengesetzte Positivelektrode B mit dem gleichen Verfahren wie für die zusammengesetzte Positivelektrode A hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Borsäurepulver nicht hinzugegeben wurde.
  • [Herstellung von Lithium-Luft-Batterien]
  • Ein LTAP aus Glaskeramik wurde als ein fester Elektrolyt verwendet. Ein SBR-Gummi-basiertes Klebemittel wurde auf einen Endabschnitt des festen Elektrolyten aufgetragen, und ein Verpackungsmaterial aus Aluminiumlaminat (PP-Harz/Al/PET-Harz) auf den festen Elektrolyten geklebt. Dann wurde in einer Atmosphäre von Ar-Gas, das ein inertes Gas ist, Lithiummetall auf eine Fläche einer Kupferfolie laminiert und als eine Negativelektrode dienend in das Verpackungsmaterial aus Aluminiumlaminat platziert. Eine Schutzschicht, die durch Imprägnieren eines Zelluloseabscheiders mit einer organischen Elektrolytlösung gewonnen wurde, wurde zwischen die Glaskeramik und das Lithiummetall platziert. Um eine zuverlässig dichte Struktur zu erhalten, wurden vier Kanten an Endabschnitten des Verpackungsmaterials aus Aluminiumlaminat zwecks fester Versiegelung thermisch verschweißt. Ferner wies in der hergestellten Negativelektrode das Lithiummetall eine Stärke von 200 µm und eine Fläche von 0,25 cm2 auf und entsprach 21 mAh. Es wurden der wässrige Elektrolyt A und die zusammengesetzte Positivelektrode B verwendet. Ein Zelluloseabscheider, der mit 500 µl des wässrigen Elektrolyten A imprägniert war, wurde auf das LTAP der zusammengesetzten Negativelektrode platziert, und die zusammengesetzte Positivelektrode B wurde auf das LTAP platziert. Somit wurde eine Lithium-Luft-Batterie gemäß Vergleichsbeispiel 1 unter Verwendung des borsäurehaltigen wässrigen Elektrolyten A hergestellt.
  • Durch Verwenden des wässrigen Elektrolyten A und der zusammengesetzten Positivelektrode A wurde eine Lithium-Luft-Batterie gemäß Beispiel 1 unter Verwendung des borhaltigen wässrigen Elektrolyten und der Bor enthaltenden zusammengesetzten Positivelektrode mit den gleichen Schritten wie im Vergleichsbeispiel 1 hergestellt.
  • Durch Verwenden des wässrigen Elektrolyten B und der zusammengesetzten Positivelektrode B wurde eine Lithium-Luft-Batterie gemäß Vergleichsbeispiel 2, die keine Borsäure enthielt, mit den gleichen Schritten wie in Vergleichsbeispiel 1 hergestellt,
  • [Auswertung der Entladecharakteristika]
  • Laschen von jeder der hergestellten Luft-Batterien wurden mit einer Lade-/Entladevorrichtung (elektromechanischer Analysator hergestellt von ALS) verbunden, und es wurde eine kontinuierliche Entladung bei jeder der in Tabelle 1 dargestellten Stromdichten durchgeführt. So wurden Entladecharakteristika der Lithium-Luft-Batterien aus Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 ausgewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und dargestellt. [Tabelle 1]
    Beispiel 1 Vergleichsbeispiel 1 Vergleichsbeispiel 2
    Arbeitsspannung 3,70 3,61 3,50
    Entladerate (mA/cm2) Anfangsspannung Spannung 300 Sekunden später Anfangsspannung Spannung 300 Sekunden später Anfangsspannung Spannung 300 Sekunden später
    1 3,22 3,17 2,90 2,82 2,94 2,88
    2 2,94 2,86 2,79 2,60 × ×
    4 2,60 2,42 2,29 2,03 1,94 1,78
    8 1,77 1,46 1,65 1,40 0,93 0,36
    12 1,03 0,73 0,82 0,55 × ×
    16 0,75 0,30 × × × ×
  • Die Stromdichte nimmt mit steigender Entladerate zu. Tabelle 1 zeigt Messergebnisse der Anfangsspannung und der Spannung bei 300 Sekunden nach Beginn der Entladung. zeigt die Ergebnisse der Anfangsspannung. Ferner bedeutet × in Tabelle 1, dass die Spannung nicht erfolgreich gemessen wurde. Aus den Ergebnissen in Tabelle 1 und geht hervor, dass die Spannung jeder der Lithium-Luft-Batterien aus Vergleichsbeispiel 1 und Beispiel 1 bei einer Entladerate von 12 mA/cm2, bei der die Spannung der Lithium-Luft-Batterie aus Vergleichsbeispiel 2 nicht erfolgreich gemessen wurde, erfolgreich gemessen wurde. Ferner wurde nur die Spannung der Lithium-Luft-Batterie aus Beispiel 1 bei einer Entladerate von 16 mA/cm2 gemessen.
  • Weiterhin ist eine größere Arbeitsspannung von Vorteil, da bei konstantem Widerstand eine größere Arbeitsspannung eine höhere Spannung während der Entladung ergibt. Die Ergebnisse der Arbeitsspannung zeigen, dass die Arbeitsspannung von Beispiel 1 höher war als die der Vergleichsbeispiele 1 und 2.
  • Anhand der oben beschriebenen Ergebnisse wurde herausgefunden, dass die Zugabe von Borsäure zu dem wässrigen Elektrolyten eine kontinuierliche Entladung in einem Zustand mit hoher Stromdichte ermöglicht, und dass die weitere Beimischung von Borsäure in der zusammengesetzten Positivelektrode eine kontinuierliche Entladung in einem Zustand mit einer höheren Stromdichte ermöglicht.
  • [Industrielle Anwendung]
  • Die vorliegende Erfindung ist industriell von Nutzen, da es möglich ist, eine Lithium-Luft-Batterie bereitzustellen, die eine kontinuierliche Entladung mit einer großen
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Lithium-Luft-Batterie
    2
    Zusammengesetzte Positivelektrode
    3
    Negativelektrode
    4
    Wässriger Elektrolyt
    5
    Organischer Elektrolyt
    6
    Fester Elektrolyt
    7
    Leitungsdraht
    8
    Positivelektrode
    9
    Metallkatalysator
    10
    Borsäure
    11
    Bindemittel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 4298234 [0009]

Claims (4)

  1. Lithium-Luft-Batterie, umfassend: eine zusammengesetzte Positivelektrode, bei der Sauerstoff als aktives Material der Positivelektrode verwendet wird, eine Negativelektrode, bei der Lithium als aktives Material der Negativelektrode verwendet wird, und einen wässrigen Elektrolyten, der zwischen der zusammengesetzten Positivelektrode und der Negativelektrode vorhanden ist, wobei der wässrige Elektrolyt Borsäure, Phosphorsäure, oder eine Kombination aus beiden, sowie Lithiumchlorid enthält, und wobei die zusammengesetzte Positivelektrode mindestens eine Positivelektrode, Borsäure und einen Metallkatalysator aufweist.
  2. Lithium-Luft-Batterie gemäß Anspruch 1, wobei die Positivelektrode ein Kohlenstofftuch, Kohlenstoffvliesstoff oder Kohlenstoffpapier ist.
  3. Lithium-Luft-Batterie gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Negativelektrode Lithiummetall, Li4SiO4, Li7Sn3, LiSn, Li2Sn5, Li2SO4H2O, Mg-9%Li, LiAlH4, LiBH4, oder LiC6 ist.
  4. Zusammengesetzte Positivelektrode, die für eine Lithium-Luft-Batterie verwendet wird, umfassend: eine Positivelektrode, Borsäure und einen Metallkatalysator.
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