JP6216287B2 - リチウム空気二次電池 - Google Patents
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Description
金属共連続多孔体を含む空気極と、
金属リチウム又はリチウム含有物質を含む負極と、
前記空気極と前記負極に接する有機電解液とを含み、
前記金属共連続多孔体は、少なくとも銅(Cu)を含有し、5%以上60%以下のニッケル(Ni)を更に含むナノポーラスである三次元網目構造を有するものであることを特徴とする。
本発明に係るリチウム空気二次電池の基本的構造を図1に示す。本発明のリチウム空気二次電池100は、図1に示されるように、空気極(正極)1、負極2及び電解質3を少なくとも含む。
(I−1)空気極(正極)の材料
本発明では、前記空気極は、金属を含むことができる。本発明の空気極は、金属が共連続多孔構造を有する金属共連続多孔体であることが好ましい。
2Li++(1/2)O2+2e− → Li2O (1)
2Li++O2+2e− → Li2O2 (2)
本発明で空気極として使用される金属共連続多孔体、特に銅(Cu)を含有する金属共連続多孔体は、以下のように調製することができる。
本発明のリチウム空気二次電池は、負極に負極活物質を含む。この負極活物質は、リチウム二次電池の負極材料として用いることができる材料であれば特に制限されない。例えば、金属リチウムを挙げることができる。或いは、リチウム含有物質として、リチウムイオンを放出及び吸蔵することができる物質である、リチウムと、シリコン又はスズとの合金、或いはLi2.6Co0.4Nなどのリチウム窒化物を例として挙げることができる。
Li→Li++e− (3)
本発明のリチウム空気二次電池は電解質を含む。この電解質は、空気極(正極)及び負極間でリチウムイオンの移動が可能なものであればよい。本発明では、リチウムイオンを含む金属塩を適切な非水溶媒に溶解した有機電解液を使用することができる。具体的には、溶質の金属塩には、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、リチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド(LiTFSI)[(CF3SO2)2NLi]などを挙げることができる。また、溶媒は、例えば、炭酸ジメチル(DMC)、炭酸メチルエチル(MEC)、炭酸メチルプロピル(MPC)、炭酸メチルイソプロピル(MIPC)、炭酸メチルブチル(MBC)、炭酸ジエチル(DEC)、炭酸エチルプロピル(EPC)、炭酸エチルイソプロピル(EIPC)、炭酸エチルブチル(EBC)、炭酸ジプロピル(DPC)、炭酸ジイソプロピル(DIPC)、炭酸ジブチル(DBC)、炭酸エチレン(EC)、炭酸プロピレン(PC)、炭酸1,2−ブチレン(1,2−BC)などの炭酸エステル系溶媒、1,2−ジメトキシエタン(DME)、テトラエチレングリコールジメチルエーテル(TEGDME)などのエーテル系溶媒、γ−ブチロタクトン(GBL)などのラクトン系溶媒、又は、ジメチルスルホキシド(DMSO)などのスルホキシド系溶媒を挙げることができる。更に、これらの中から二種類以上を混合した溶媒を使用することもできる。
本発明のリチウム空気二次電池は、上記構成要素に加え、セパレータ、電池ケース、金属メッシュ(例えばチタンメッシュ)などの構造部材、その他のリチウム空気二次電池に要求される要素を含むことができる。これらは、従来公知のものを使用することができる。
先ず、前述した空気極1の電極として用いる三次元網目構造を有する銅(Cu)共連続多孔体単相を以下のようにして合成した。
本実施例は、ガス拡散型の空気極として、銅(Cu)にニッケル(Ni)を5%(重量%)含有させた金属共連続多孔体を用いた例である。
本実施例は、ガス拡散型の空気極として、銅(Cu)に、ニッケル(Ni)を60%(重量%)含有させた金属共連続多孔体を用いた例である。
本実施例は、ガス拡散型の空気極として、銅(Cu)にニッケル(Ni)を30%(重量%)含有させた金属共連続多孔体を用いた例である。
本実施例は、ガス拡散型の空気極として、銅(Cu)にニッケル(Ni)を30%(重量%)含有させた金属共連続多孔体に金(Au)で表面修飾した金属共連続多孔体を用いた例である。
本比較例は、空気極の電極触媒として公知であるカーボン(ケッチェンブラック)とコバルト酸化物(Co3O4)からなる触媒を含む空気極を用いた例である。この空気極を含むリチウム空気二次電池セルを以下のようにして作製した。
本比較例は、ガス核酸型の空気極として、銅(Cu)にニッケル(Ni)を1%(重量%)含有させた金属共連続多孔体を用いた例である。
本比較例は、ガス拡散型の空気極として、銅(Cu)にニッケル(Ni)を80%(重量%)含有させた金属共連続多孔体を用いた例である。
2 負極
3 有機電解液
4 空気極端子
5 セパレータ
6 負極固定用リング(PTFEリング)
7 負極固定用座金
8 正極固定用リング(PTFEリング)
9 Oリング
10 正極支持体(PTFE被覆)
11 負極支持体
12 セル固定ねじ(PTFE被覆)
13 負極端子
100 リチウム空気二次電池
200 リチウム空気二次電池セル
Claims (2)
- 金属共連続多孔体を含む空気極と、
金属リチウム又はリチウム含有物質を含む負極と、
前記空気極と前記負極に接する有機電解液とを含み、
前記金属共連続多孔体は、少なくとも銅(Cu)を含有し、5%以上60%以下のニッケル(Ni)を更に含むナノポーラスである三次元網目構造を有するものであることを特徴とするリチウム空気二次電池。 - 前記金属共連続多孔体は、更に金(Au)により表面修飾されていることを特徴とする請求項1に記載のリチウム空気二次電池。
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