JP2013077553A - 金属酸素電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】酸素貯蔵材料及びリチウム酸化物を含み、酸素を活物質とする正極2と、リチウムイオンを吸収放出可能な負極3と、該正極2及び該負極3に挟持された電解質層4とを備えるとともに、正極2、負極3及び電解質層4は筐体5に密封されて収容されている金属酸素電池1において、前記酸素貯蔵材料は、充電開始時において貯蔵されている酸素量が貧化されている。
【選択図】 図1
Description
Li2O2 → 2Li+ + 2O2−
(負極) 4Li+ + 4e− → 4Li
前記酸素貯蔵材料は、前記複合金属酸化物を水素雰囲気下に保持して加熱処理し、該複合金属酸化物の表面から酸素を除去することにより、貯蔵されている酸素量が貧化されていて、0〜6mmol/gの範囲の酸素が貯蔵されている。これにより、本実施形態の金属酸素電池1は、充電から使用を開始するときに、酸素が前記酸素貯蔵材料へ吸蔵又は吸着されやすくなる。この結果、本実施形態の金属酸素電池1は、充電から使用を開始するとき、正極2で前記リチウム酸化物の分解反応をより進行させることができ、充電過電圧を低減することができる。
(正極) O2 + 4e− → 2O2−
4Li+ + 2O2− → 2Li2O
2Li+ + 2O2− → Li2O2
このとき、前記充電の際に正極2で前記リチウム酸化物の分解反応が進行して負極3側へ移動するリチウムイオンの量を十分に確保することができたことにより、負極3側から正極2側へ移動するリチウムイオンの量を十分に確保することができる。この結果、本実施形態の金属酸素電池1は、放電時に正極2で酸化リチウム又は過酸化リチウムの生成反応を進行させることができ、放電過電圧を低減することができる。
本実施例では、まず、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、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、さらに、300℃の温度で30分間反応させた後、350℃の温度で1時間反応させた。次に、得られた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、化学式YMnO3で表される複合金属酸化物を得た。
次に、本実施例で得られた金属酸素電池1を電気化学測定装置(東方技研株式会社製)に装着して、負極3と正極2との間に、0.2mA/cm2の電流を印加し、セル電圧が3.9Vになるまで定電流充電を行った。セル電圧が3.9Vに達した時点で定電圧充電に移行し、電流値が0.015mA/cm2になるまで充電した。次に、負極3と正極2との間に、0.2mA/cm2の電流を印加し、セル電圧が2.0Vになるまで放電した。得られた充電容量とセル電圧との関係を図2に示し、得られた放電容量とセル電圧との関係を図3に示す。
本実施例では、複合金属酸化物を500℃の温度に保持して加熱処理を行った以外は、実施例1と全く同一にして、酸素貯蔵材料を得た。
本実施例では、複合金属酸化物を150℃の温度に保持して加熱処理を行った以外は、実施例1と全く同一にして、酸素貯蔵材料を得た。
本比較例では、実施例1と全く同一にして、前記複合金属酸化物を得た。そして、前記複合金属酸化物を全く加熱処理せずに、該複合金属酸化物自体を酸素貯蔵材料とした。前記酸素貯蔵材料は、貯蔵されている酸素量が貧化されていない状態である。
前記酸素貯蔵材料は、前記酸素量が6mmol/gを超えると、充電時に前記リチウム酸化物の分解反応により生成した酸素イオンが前記酸素貯蔵材料中へ吸蔵されたり、該酸素イオンが酸素分子となって該酸素貯蔵材料の表面へ吸着されたりすることが妨げられる。これにより、前記リチウム酸化物の分解反応の進行が阻害される結果、充電から使用を開始するときに充放電過電圧を十分に低減することができない場合がある。
Claims (4)
- 酸素貯蔵材料及びリチウム酸化物を含み、酸素を活物質とする正極と、リチウムイオンを吸収放出可能な負極と、該正極及び該負極に挟持された電解質層とを備えるとともに、該正極、該負極及び該電解質層は筐体に密封されて収容されている金属酸素電池において、
前記酸素貯蔵材料は、充電開始時に貯蔵されている酸素量が貧化されている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、複合金属酸化物を水素雰囲気下に保持して加熱処理し、該複合金属酸化物から酸素を除去することにより得られたものであることを特徴とする金属酸素電池。 - 請求項1又は請求項2記載の金属酸素電池において、
前記酸素貯蔵材料は、前記酸素量が0〜6mmol/gの範囲であることを特徴とする金属酸素電池。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の金属酸素電池において、
前記酸素貯蔵材料は、YとMnとを含む複合金属酸化物であることを特徴とする金属酸素電池。
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