JP5285134B2 - リチウムイオン酸素電池 - Google Patents
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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電子と酸素とが生成し、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。そして、負極では前記リチウムイオンが電子を受け取り、金属リチウムとして析出する。析出した金属リチウムは、前記グラファイトに吸蔵(インターカレーション)される。
Li2O2 → 2Li+ + O2 + 4e−
(負極) 4Li+ +4e− → 4Li
前記リチウムイオン酸素電池によれば、前記正極は大気中の酸素を活物質とするので、正極活物質の質量に制約を受けることが無く、質量当たりのエネルギー密度を増大させることができる。
Li2O2 → 2Li+ + 2O−
(負極) Si + 4.4Li+ + 4.4e− → Li4.4Si
また、放電時には、次の式に示すように、負極3においてリチウム−シリコン合金が分解され、リチウムイオンと電子とが生成する。生成したリチウムイオンは、前記シリコンから放出され、電解質層4を介して正極2に移動する。一方、正極2においては、前記酸素貯蔵材料から化学結合の解離により放出され、或いはその表面から脱着されることにより取出された酸素が、負極3から移動して来た前記リチウムイオンと共に電子を受け取って、過酸化リチウム又は酸化リチウムを生成する。
(正極) 4Li+ + O2 + 4e− → 2Li2O
2Li+ + O2 + 2e− → Li2O2
そこで、負極3と正極2とを導線(図示せず)で接続することにより、電気エネルギーを取り出すことができる。
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、化学式YMnO3で表される複合金属酸化物を得た。
本比較例では、まず、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)40質量部と、導電材料としてケッチェンブラック(株式会社ライオン製)50質量部と、結着剤としてのカルボキシメチルセルロース10質量部とを、水に分散させて混合した。そして、得られた分散液を、アプリケータで厚さ12.5μmのAl箔上に塗布し、乾燥させた後、プレスにより打ち抜いて、直径15mm、厚さ100μmの正極を形成した。正極は、前記Al箔を正極集電体として備えている。
Claims (4)
- 酸素を活物質とすると共にリチウム源を含む正極と、リチウムイオンを吸蔵又は放出可能な材料を含む負極と、該正極と該負極とに挟持されリチウムイオンを伝導可能な電解質層を備えるリチウムイオン酸素電池において、
該正極、負極及び電解質層は筐体に密封されて収容されていると共に、該正極は酸素貯蔵材料と、該リチウム源としてのリチウム化合物とを含み、該負極はリチウムイオンを吸蔵又は放出可能な材料としてのリチウム−シリコン合金を含み、該電解質層と該負極との間に固体電解質界面層を備えることを特徴とするリチウムイオン酸素電池。 - 請求項1記載のリチウムイオン酸素電池において、前記負極は、リチウム−シリコン合金を含みリチウムイオンを吸蔵又は放出可能な材料からなる正極と、金属リチウムからなる負極と、該正極と該金属リチウムからなる負極とに挟持されリチウムイオンを伝導可能な電解質層とを備える電池に電流を印加し、該リチウム−シリコン合金を含みリチウムイオンを吸蔵又は放出可能な材料に対するリチウムイオンの挿入と脱離とを繰り返すことにより、該リチウム−シリコン合金を含みリチウムイオンを吸蔵又は放出可能な材料の表面に該固体電解質界面層が形成されたものであることを特徴とするリチウムイオン酸素電池。
- 請求項2記載のリチウムイオン酸素電池において、前記リチウム−シリコン合金を含みリチウムイオンを吸蔵又は放出可能な材料に対するリチウムイオンの挿入と脱離との繰り返しは、不可逆容量が消失するまで行うことを特徴とするリチウムイオン酸素電池。
- 請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のリチウムイオン酸素電池において、前記酸素貯蔵材料は、イットリウムとマンガンとを含む複合金属酸化物からなることを特徴とするリチウムイオン酸素電池。
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