JP2013016385A - 金属酸素電池及びそれに用いる酸素貯蔵材料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属酸素電池1は、酸素を活物質とする正極2と、金属リチウムを活物質とする負極3と、正極2と負極3とに挟持された電解質層4とを備える。正極2は、YMnO3と、Y2O3と、Mn2O3との混晶からなる酸素貯蔵材料を含む。前記酸素貯蔵材料はYMn2O5を含むことが好ましい。
【選択図】 図1
Description
(正極) O2 + 4e− → 2O2−
4Li+ + 2O2− → 2Li2O
2Li+ + 2O2− → Li2O2
また、充電時には、次の式に示すように前記正極において酸化リチウムまたは過酸化リチウムからリチウムイオンと酸素イオンとが生成し、生成したリチウムイオンは前記電解質層を透過して負極に移動する。また、生成した酸素イオンは、そのままで、又は酸化されることにより生成した酸素分子として、前記酸素貯蔵材料に吸蔵又は吸着される。そして、負極では前記リチウムイオンが還元されて、金属リチウムとして析出する。
Li2O2 → 2Li+ + 2O2−
(負極) 4Li+ +4e− → 4Li
ここで、本発明の金属酸素電池は、前記正極に、YMnO3と、Y2O3と、Mn2O3との混晶からなる前記酸素貯蔵材料が含まれている。前記酸素貯蔵材料において、YMnO3は酸素貯蔵材料としての作用と触媒としての作用とを併せ持つために、前記電極反応における触媒としての作用が不十分となる傾向があるが、Y2O3及びMn2O3が助触媒として作用することにより該電極反応が促進される。従って、本発明の金属酸化電池によれば、過電圧を低下させることができる。
前記混合物を800〜1000℃の範囲の温度で、1〜30時間の範囲の時間焼成する工程とを含み、イットリウムマンガン複合酸化物と、酸化イットリウムと、酸化マンガンとの混晶を得ることを特徴とする。
(正極) O2 + 4e− → 2O2−
4Li+ + 2O2− → 2Li2O
2Li+ + 2O2− → Li2O2
一方、充電時には次の式に示すように、正極2において、酸化リチウム又は過酸化リチウムからリチウムイオンと酸素イオンとが生成する。生成したリチウムイオンは負極3に移動し、負極3で還元されることにより金属リチウムとして析出する。
Li2O2 → 2Li+ + 2O2−
(負極) 4Li+ +4e− → 4Li
このとき、正極2は、前記酸素貯蔵材料が前記混晶からなるので、前記電極反応においてYMnO3が触媒として作用すると共に、Y2O3及びMn2O3が助触媒として作用する。従って、金属酸化電池1によれば、YMnO3のみが触媒として作用する場合に比較して該電極反応が促進され、過電圧を低下させることができる。
本実施例では、まず、酸化イットリウムと、硝酸マンガン6水和物と、リンゴ酸とを、1:1:6のモル比となるようにして混合した後、純水を加え、回転式ボールミルを用い100rpmで10時間粉砕、混合し、複合金属酸化物材料の混合物を得た。次に、得られた複合金属酸化物材料の混合物を250℃の温度で30分間反応させた後、さらに、300℃の温度で30分間、350℃の温度で1時間反応させた。次に、反応生成物の混合物を粉砕混合した後、1000℃の温度で1時間焼成して複合金属酸化物を得た。
本実施例では、酸化イットリウムと、硝酸マンガン6水和物と、リンゴ酸とを、1:2:6のモル比となるようにして混合した以外は、実施例1と全く同一にして複合金属酸化物を得た。
本比較例では、酸化イットリウムに代えて硝酸イットリウム5水和物を用い、硝酸イットリウム5水和物と、硝酸マンガン6水和物と、リンゴ酸とを、1:1:6のモル比となるようにして混合した以外は、実施例1と全く同一にして複合金属酸化物を得た。
本比較例では、酸化イットリウムに代えて硝酸イットリウム5水和物を用い、硝酸イットリウム5水和物と、硝酸マンガン6水和物と、リンゴ酸とを、1:2:6のモル比となるようにして混合した以外は、実施例1と全く同一にして複合金属酸化物を得た。
本比較例では、酸素貯蔵材料として、Mn2O3(和光純薬工業株式会社製)を用いた以外は、実施例1と全く同一にして、図1に示す金属酸素電池1を得た。
本比較例では、酸素貯蔵材料として、Y2O3(第一稀元素化学工業株式会社製)を用いた以外は、実施例1と全く同一にして、図1に示す金属酸素電池1を得た。
本比較例では、比較例1で得られたYMnO3と、比較例2で得られたYMn2O5と、比較例3で用いたものと同一のMn2O3と、比較例4で用いたものと同一のY2O3とを、1:1:1:1のモル比として、乳鉢で10分間混合し、酸素貯蔵材料を得た。本比較例で得られた酸素貯蔵材料は、YMnO3と、YMn2O5と、Mn2O3と、Y2O3との単なる混合物であり、混晶を形成してはいない。
Claims (4)
- 酸素を活物質とする正極と、金属リチウムを活物質とする負極と、該正極と負極とに挟持された電解質層とを備える金属酸素電池において、
該正極は、YMnO3と、Y2O3と、Mn2O3との混晶からなる酸素貯蔵材料を含むことを特徴とする金属酸素電池。 - 請求項1記載の金属酸素電池において、前記酸素貯蔵材料はYMn2O5を含むことを特徴とする金属酸素電池。
- 請求項1または請求項2記載の金属酸素電池において、前記正極、前記負極及び前記電解質層は密封ケース内に配設されていることを特徴とする金属酸素電池。
- 酸化イットリウムとマンガン塩と有機酸とをボールミルを用いて混合し、複合金属酸化物材料の混合物を得る工程と、
前記混合物を800〜1000℃の範囲の温度で、1〜30時間の範囲の時間焼成する工程とを含み、
イットリウムマンガン複合酸化物と、酸化イットリウムと、酸化マンガンとの混晶を得ることを特徴とする酸素貯蔵材料の製造方法。
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