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CN101821897A - 空气二次电池 - Google Patents

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CN101821897A
CN101821897A CN200880104967A CN200880104967A CN101821897A CN 101821897 A CN101821897 A CN 101821897A CN 200880104967 A CN200880104967 A CN 200880104967A CN 200880104967 A CN200880104967 A CN 200880104967A CN 101821897 A CN101821897 A CN 101821897A
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secondary battery
current collector
electrode layer
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Application number
CN200880104967A
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中西真二
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Abstract

本发明的主要目的在于,提供能够降低使用非水电解液的空气二次电池的充电电压的空气二次电池。本发明通过提供一种空气二次电池而解决了上述问题,该空气二次电池包括:空气极,具有含有导电性材料的空气极层及进行上述空气极层的集电的空气极集电体;负极,具有含有负极活性物质的负极层及进行上述负极层的集电的负极集电体;和非水电解液,在上述空气极层及上述负极层之间担负金属离子的传导,上述空气二次电池的特征在于,上述空气极集电体由碳材料构成,且上述非水电解液含有磺酰亚胺盐。

Description

空气二次电池
技术领域
本发明涉及使用非水电解液的空气二次电池,更详细地说,涉及能够使充电电压降低的空气二次电池。
背景技术
使用非水电解液的空气二次电池是以空气(氧气)作为正极活性物质使用的二次电池,具有能量密度高、容易小型化和轻量化等优点。因此,现在作为超过广泛使用的锂二次电池的高容量二次电池而正受到关注。
这种空气二次电池具有例如:含有导电性材料(例如炭黑)、催化剂(例如二氧化锰)和粘结材料(例如聚偏氟乙烯)的空气极层、进行该空气极层的集电的空气极集电体、含有负极活性物质(例如金属Li)的负极层、进行该负极层的集电的负极集电体以及担负金属离子(例如Li离子)的传导的非水电解液。
以往,使用网状的金属集电体作为空气极集电体。例如,专利文献1中,作为使用非水电解质的空气电池的空气极,公开了在网状的金属集电体上包层或涂布由碳、催化剂及粘合剂构成的混合物的空气极。而且,作为空气极集电体的材料,公开了不锈钢、镍、铝、铁、钛等金属。
另外,专利文献2中公开了不使用非水电解液、而使用水系电解液的铝空气电池。其中,公开了使用碳纸作为阴极催化剂电极的基材的技术。另外,专利文献3中也公开了不使用非水电解液、而使用水系电解液铝空气电池。其中,公开了使用导电性弱的碳布作为空气极集电体的技术。
专利文献1:日本特开2005-15737号公报
专利文献2:日本特开2004-327200号公报
专利文献3:美国专利4248682号说明书
发明内容
以往,在使用非水电解液的空气二次电池中,使用金属的空气极集电体。但是,金属的空气极集电体存在易腐蚀的问题。针对该问题,本发明人确认了,通过不使用金属的空气极集电体、而使用碳材料的空气极集电体,能够解决腐蚀问题。但是,使用碳材料的空气极集电体时,与使用金属的空气极集电体时相比,产生充电电压升高这一新的问题。
本发明是鉴于上述问题而完成的,其目的在于,提供能够降低使用非水电解液的空气二次电池的充电电压的空气二次电池。
为了解决上述问题,本发明人进行了专心研究,结果发现,若使用含有磺酰亚胺盐的非水电解液,则即使在使用碳材料的空气极集电体的情况下,也能够使充电电压降低。本发明基于这样的见解而完成。
即,在本发明中,提供一种空气二次电池,包括:空气极,具有含有导电性材料的空气极层及进行上述空气极层的集电的空气极集电体;负极,具有含有负极活性物质的负极层及进行上述负极层的集电的负极集电体;和非水电解液,在上述空气极层及上述负极层之间担负金属离子的传导,上述空气二次电池的特征在于,上述空气极集电体由碳材料构成,且上述非水电解液含有磺酰亚胺盐。
根据本发明,通过组合使用由碳材料构成的空气极集电体和含有磺酰亚胺盐的非水电解液,能够使充电电压降低。
在上述发明中,上述磺酰亚胺盐优选为下述通式(1)表示的化合物。这是因为能够有效地降低充电电压。
Figure GPA00001038673300031
通式(1)
另外,在通式(1)中,M为碱金属元素,R1及R2各自独立地为含有氟元素和碳元素的官能团。并且,R1及R2也可以相互键合而形成环状结构。
在上述发明中,上述碳材料优选为碳纤维。这是因为电子能通过纤维传导,电子传导性高。
在上述发明中,上述空气极集电体优选为使用上述碳纤维的碳纸或碳布。这是因为气体扩散性优良,能够快速地进行氧气的扩散。
在上述发明中,上述金属离子优选为Li离子。这是因为能得到能量密度高的电池。
发明效果
在本发明中,得到了能够降低使用非水电解液的空气二次电池的充电电压的效果。
附图说明
图1是表示本发明的空气二次电池的一例的概略截面图。
图2使表示实施例1中使用的评价用单元电池的概略截面图。
标记说明
1a…负极外壳
1b…空气极外壳
2…负极集电体
2a…负极导线
3…负极层
4…空气极层
5…空气极集电体
5a…空气极导线
6…隔膜
7…非水电解液
8…微多孔膜
9…密封层
具体实施方式
以下,对本发明的空气二次电池进行详细说明。
本发明的空气二次电池包括:空气极,具有含有导电性材料的空气极层及进行上述空气极层的集电的空气极集电体;负极,具有含有负极活性物质的负极层及进行上述负极层的集电的负极集电体;和非水电解液,在上述空气极层及上述负极层之间担负金属离子的传导,上述空气二次电池的特征在于,上述空气极集电体由碳材料构成,且上述非水电解液含有磺酰亚胺盐。
根据本发明,通过组合使用由碳材料构成的空气极集电体和含有磺酰亚胺盐的非水电解液,能够使充电电压降低。如上所述,使用由碳材料构成的空气极集电体时,虽然能防止空气极集电体的腐蚀,但存在充电电压升高的问题。在本发明中,对于这样的空气极集电体,通过组合使用含有磺酰亚胺盐的非水电解液,能使充电电压降低,进而能够效率良好地进行充电。
在本发明中,充电电压降低的原因虽然尚不清楚,但认为是由于含有磺酰亚胺盐的非水电解液的表面张力小,因而构成空气极集电体的碳材料表面的润湿性提高,离子的移动变得顺利,因此变得容易发生充电反应(放电生成物的分解反应)。例如,对于锂空气二次电池的情况,虽然由于放电而生成Li2O2等放电生成物,但认为在分解该放电生成物的充电时,若碳材料表面的润湿性提高,则放电生成物附近的Li离子的移动变得顺利,容易发生充电反应。并且,如后所述,磺酰亚胺盐具有氟元素时,通常能得到溶解氧量高的非水电解液。此时,认为由于通过非水电解液能溶解大量的氧气,因此能够将充电时产生的氧气从充电反应的反应位点顺利地排除,从而变得容易充电反应。
另外,在使用金属的空气极集电体的现有的空气二次电池中,充电电压低的原因虽然尚不清楚,但认为是因为金属本身作为催化剂发挥作用而变得容易发生充电反应的缘故。金属发挥催化剂作用的结果是,可能产生金属的腐蚀。与此相对,认为由碳材料构成的空气极集电体,由于不具有催化剂作用,因此不发生腐蚀,但充电电压升高。
图1是表示本发明的空气二次电池的一例的概略截面图。图1所示的空气二次电池10包括:负极外壳1a、在负极外壳1a的内侧底面形成的负极集电体2、与负极集电体2连接的负极导线2a、在负极集电体2上形成且含有负极活性物质的负极层3、含有导电性材料、催化剂及粘结材料的空气极层4、进行空气极层4的集电的空气极集电体5、与空气极集电体5连接的空气极导线5a、在负极层3及空气极层4之间配置的隔膜6、浸渍负极层3及空气极层4的非水电解液7、具有微多孔膜8的空气极外壳1b、在负极外壳1a及空气极外壳1b之间密封内容物的密封层9。在本发明中,较大的特征在于,空气极集电体5由碳材料构成,非水电解液7含有磺酰亚胺盐。
以下,对本发明的空气二次电池的各个构成进行说明。
1.空气极
首先,对本发明中使用的空气极进行说明。本发明中使用的空气极具有:含有导电性材料的空气极层和进行上述空气极层的集电的空气极集电体。
(1)空气极集电体
本发明中使用的空气极集电体进行空气极层的集电。而且,本发明中使用的空气极集电体通常由碳材料构成。碳材料具有耐腐蚀性优良的优点、电子传导性优良的优点、由于比金属轻而单位重量的能量密度变高的优点。作为这样的碳材料,可以列举例如碳纤维(carbonfiber)、活化碳(活化碳板后的材料)等,其中优选碳纤维。这是因为电子能通过纤维传导,电子传导性高。作为碳纤维的种类,可以列举例如PAN碳纤维、沥青碳纤维等。
本发明的空气极集电体的结构只要能够确保所期望的电子传导性则没有特别的限定,可以是具有气体扩散性的多孔质结构,也可以是具有气体扩散性的致密结构。其中,在本发明中,优选空气集电体具有具备气体扩散性的多孔质结构。作为多孔质结构的具体例子,可以列举网格结构、无纺布状结构及具有连接孔等的三维网状结构等。作为多孔质结构的气孔率,虽然没有特别的限定,但优选例如在20%~99%的范围内。
作为使用上述碳纤维的空气极集电体,可以列举例如碳布及碳纸等。碳布一般是指将碳纤维有规则地编织而成的材料(相当于上述的网格结构)。与此相对,碳纸一般是指使碳纤维不规则地排列而成的材料(相当于上述的无纺布结构)。并且,碳布和碳纸也可以是烧结处理后或活化处理后的材料。并且,在本发明中,还可以将碳布、碳纸各自重叠使用。这是因为由此能得到机械强度提高的空气极集电体。
本发明的空气极集电体的厚度例如在10μm~1000μm的范围内,其中优选在20μm~400μm的范围内。
(2)空气极层
本发明中使用的空气极层至少含有导电性材料。而且,也可以根据需要含有催化剂和粘结材料中的至少一种。
作为空气极层使用的导电性材料,只要具有导电性则没有特别的限定,可以列举例如碳材料等。而且,该碳材料可以具有多孔质结构,也可以不具有多孔质结构,但在本发明中,优选具有多孔质结构的碳材料。这是因为其比表面积大,能够提供较多的反应位点。作为具有多孔质结构的碳材料,具体可以列举介孔碳等。另一方面,作为不具有多孔质结构的碳材料,具体可以列举石墨、乙炔黑、碳纳米管及碳纤维等。作为空气极层中导电性材料的含量,例如优选在10重量%~99重量%的范围内。这是因为若导电性材料的含量过少,则反应位点减少,存在发生电池容量降低的可能性,若导电性材料的含量过多,则催化剂、粘结材料的含量相对地减少,存在不能得到所期望的空气极层的可能性。
另外,本发明中使用的空气极层也可以含有促进反应的催化剂。这是因为电极反应能够更加顺利地进行。其中,优选导电性材料负载催化剂。作为上述催化剂,可以列举例如二氧化锰(MnO2)、二氧化铈(CeO2)等氧化物催化剂,酞菁、重楼皂苷等大环化合物以及在上述大环化合物上配位结合了过渡金属(例如Co)的配合物。作为空气极层中催化剂的含量,例如在1重量%~30重量%的范围内,其中优选在5重量%~20重量%的范围内。这是因为,若催化剂的含量过少,则存在不能发挥充分的催化功能的可能性,若催化剂的含量过多,则导电性材料的含量相对地减少,反应位点减少,存在发生电池容量降低的可能性。
并且,本发明中使用的空气极层也可以含有固定导电性材料的粘结材料。作为粘结材料,可以列举例如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)等含氟粘结材料等。作为空气极层中粘结材料的含量,例如为40重量%以下,其中优选在1重量%~10重量%的范围内。
空气极层的厚度根据空气二次电池的用途等而不同,例如在2μm~500μm的范围内,其中优选在5μm~300μm的范围内。
(3)空气极的形成方法
本发明的空气极的形成方法,只要是能够形成上述空气极的方法就没有特别的限定。作为空气极形成方法的一例,可以列举如下方法等:首先,制作含有导电性材料、催化剂及粘结材料的空气极层形成用的组合物,然后将该组合物涂布到空气极集电体上,并进行干燥。
2.非水电解液
接着,对本发明中使用的非水电解液进行说明。本发明中使用的非水电解液在负极层及空气极层之间进行金属离子的传导。而且,非水电解液通常含有磺酰亚胺盐及有机溶剂(非水溶剂)。作为本发明中的磺酰亚胺盐,可以列举例如由下述通式(1)表示的化合物。在通式(1)中,M为碱金属元素,R1及R2各自独立地为含有氟元素及碳元素的官能团。并且,R1及R2也可以相互键合而形成环状结构。
通式(1)
在通式(1)中,M为碱金属金属元素,通常,该碱金属离子成为空气二次电池的传导离子。作为上述碱金属离子,可以列举例如Li离子、Na离子及K离子等,其中优选Li离子。这是因为能够得到能量密度高的电池。另一方面,在通式(1)中,R1及R2是含有氟元素及碳元素的官能团,其中,优选仅由氟元素和碳元素构成的官能团。特别是,在本发明中,R1及R2优选为-CnF2n+1。这是因为能够充分地降低充电电压。另外,n的值例如优选为1~6,更优选为1~4。
作为M为Li、R1及R2为-CnF2n+1的磺酰亚胺盐,具体可以列举(CF3SO2)2NLi(有时称为LiTFSI)、(C2F5SO2)(CF3SO2)NLi、(C2F5SO2)2NLi(有时称为LiBETI)、(C3F7SO2)(CF3SO2)NLi、(C3F7SO2)(C2F5SO2)NLi、(C3F7SO2)2NLi、(C4F9SO2)(CF3SO2)NLi、(C4F9SO2)(C2F5SO2)NLi、(C4F9SO2)(C3F7SO2)NLi、(C4F9SO2)2NLi等,其中优选LiTFSI及LiBETI。
并且,在通式(1)中,R1及R2也可以相互键合而形成环状结构。作为这样的环状磺酰亚胺盐,具体可以列举CF2(CF2SO2)2NLi等。并且,非水电解液中磺酰亚胺盐的浓度,例如在0.3mol/L~3mol/L的范围内,其中优选在0.5mol/L~2mol/L的范围内。
作为上述有机溶剂,可以列举例如:碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸丁烯酯、γ-丁内酯、环丁砜、乙腈、1,2-二甲氧基甲烷、1,3-二甲氧基丙烷、乙醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃及它们的混合物等。并且,上述有机溶剂优选氧溶解性高的溶剂。这是因为能够将溶解的氧高效地用于反应。另外,在本发明中,作为溶剂,也可以使用离子性液体(常温熔融盐)。
并且,本发明中使用的非水电解液也可以添加聚合物而作为非水凝胶电解质使用。例如,锂空气二次电池的非水凝胶电解质能够通过向上述非水电解液中添加聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等聚合物,使其凝胶化而得到。
3.负极
接着,对本发明中使用的负极进行说明。本发明中使用的负极具有含有负极活性物质的负极层和进行上述负极层的集电的负极集电体。
(1)负极层
本发明中使用的负极层至少含有负极活性物质。负极活性物质只要能够吸藏/放出金属离子则没有特别限制,可以列举例如金属单体、合金、金属氧化物、金属氮化物等。作为上述金属离子,可以列举例如碱金属离子。而且,作为上述碱金属离子,可以列举例如Li离子、Na离子及K离子等,其中优选Li离子。这是因为能够得到能量密度高的电池。
并且,作为含有锂元素的合金,可以列举例如锂铝合金、锂锡合金、锂铅合金、锂硅合金等。并且,作为含有锂元素的金属氧化物,可以列举例如锂钛氧化物等。并且,作为含有锂元素的金属氮化物,可以列举例如锂钴氮化物、锂铁氮化物、锂锰氮化物等。
并且,本发明的负极层可以是仅含有负极活性物质的负极层,也可以是除了负极活性物质之外还含有导电性材料和粘结材料中的至少一种的负极层。例如,负极活性物质为箔状时,能够形成仅含有负极活性物质的负极层。另一方面,负极活性物质为粉末状时,能够形成具有导电性材料及粘结材料的负极层。另外,关于导电性材料及粘结材料,由于与上述“1.空气极”中记载的内容相同,因此在此省略说明。另外,关于负极层的厚度,优选根据作为目标的空气二次电池的构成进行适当选择。
(2)负极集电体
本发明中使用的负极集电体进行负极层的集电。作为负极集电体的材料,只要是具有导电性的材料则没有特别的限定,可以列举例如铜、不锈钢、镍等。作为上述负极集电体的形状,可以列举例如箔状、板状和网(栅)状等。在本发明中,后述的电池外壳可以兼具负极集电体的功能。并且,关于负极集电体的厚度,优选根据作为目标的空气二次电池的构成进行适当选择。
(3)负极的形成方法
本发明的负极的形成方法,只要是能够形成上述负极的方法则没有特别的限定。作为负极形成方法的一例,可以列举如下方法:将箔状的负极活性物质配置到负极集电体上,然后进行加压。并且,作为负极形成方法的其他例子,可以列举如下方法等:制作含有负极活性物质及粘结材料的负极层形成用的组合物,然后将该组合物涂布到负极集电体上,并进行干燥。
4.电池外壳
接着,对本发明中使用的电池外壳进行说明。作为本发明中使用的电池外壳的形状,只要能够收容上述空气极、负极、非水电解液则没有特别的限定,具体可以列举硬币型、平板型、圆筒型、层压型等。并且,电池外壳可以是大气开放型的电池外壳,也可以是密闭型的电池外壳。大气开放型的电池外壳如上述图1所示,是可以与大气接触的电池外壳。另一方面,当电池外壳为密闭型电池外壳时,优选在密闭型电池外壳上设置气体(空气)的导入管及排出管。此时,优选导入/排出的气体的氧浓度高,更优选为纯氧。并且,优选在放电时提高氧浓度,充电时降低氧浓度。
5.空气二次电池
本发明的空气二次电池优选在空气极层及负极层之间具有保持非水电解液的隔膜。这是因为能够得到安全性更高的空气二次电池。作为上述隔膜,可以列举例如:聚乙烯、聚丙烯等的多孔膜;以及树脂无纺布、玻璃纤维无纺布等无纺布等。并且,隔膜的厚度优选根据空气二次电池的用途等进行适当选择。
并且,本发明的空气二次电池的种类根据成为传导离子的金属离子的种类而不同。作为上述金属离子,可以列举例如碱金属离子。而且,作为上述碱金属离子,可以列举例如Li离子、Na离子及K离子等,其中优选Li离子。即,作为本发明的空气二次电池的种类,可以列举例如锂空气二次电池、钠空气二次电池及钾空气二次电池等,其中优选锂空气二次电池。这是因为能够得到能量密度高的电池。并且,作为本发明的空气二次电池的用途,可以列举例如:车载用途、固定型电源用途、家庭用电源用途等。制造本发明的空气二次电池的方法没有特别的限定,与一般的空气二次电池的制造方法相同。
另外,本发明并不限于上述实施方式。上述实施方式只是例示,具有与本发明请求保护的范围记载的技术思想实质上相同的构成且起到相同的作用效果的技术方案均包含在本发明的技术范围内。
实施例
以下,示出实施例并更具体地说明本发明。
[实施例1]
(空气极的制作)
首先,混合科琴黑(ケッチエソブラックイソタ一ナショナル公司制)85重量份、电解二氧化锰(高纯度化学研究所制)15重量份、PVDF溶液(クレハ公司制)100重量份,向其中添加NMP(N-甲基吡咯烷酮,关东化学公司制),用混炼机进行混合,由此得到空气极层形成用糊。然后,将空气极层形成用糊涂布在碳纸(空气极集电体、東レ公司制,TGP-H-090,厚度0.28mm)上,通过干燥除去NMP。然后,以Φ18mm进行冲裁,得到空气极。
(锂空气二次电池的组装)
接着,制作使用所得空气极的空气二次电池(参照图2)。另外,电池的组装全部在氩气箱(argon box)内(露点-40℃以下)进行。这里,锂空气二次电池20具有特氟纶(注册商标)制的电池外壳11a、11b和SUS制的电池外壳11c。另外,电池外壳11b及电池外壳11c通过螺丝12连接。而且,电池外壳11a上具有提供氧气的开口部,且在该开口部上设有中空状的电流输出部13。并且,空气极14使用通过上述方法得到的空气极,非水电解液15使用将(CF3SO2)2NLi以浓度1M溶解在碳酸丙烯酯(PC)中而得到的非水电解溶液,负极层16使用金属锂(本城金属公司制,厚度200μm、直径19mm)。另外,添加非水电解液15直至浸没空气极14的上部的程度。
(评价用单元电池的制作)
接着,将空气极导线23连接到SUS制的电流输出部13上,将负极导线25连接到SUS制的电池外壳11c上,将锂空气二次电池元件20收容到容积1000cc的玻璃容器21中。然后,密封玻璃容器21,将密封后的玻璃容器21从氩气箱内取出。接着,通过气体导入部22从氧气瓶导入氧气,同时,由气体排出部24进行排气,将玻璃容器内由氩气气氛置换成氧气气氛。由此,得到评价用单元电池。
[实施例2]
除了在非水电解液15中使用(C2F5SO2)2NLi代替(CF3SO2)2NLi之外,与实施例1同样地操作,得到评价用单元电池。
[比较例1]
除了在非水电解液15中使用LiClO4代替(CF3SO2)2NLi之外,与实施例1同样地操作,得到评价用单元电池。
[比较例2]
除了在非水电解液15中使用LiPF6代替(CF3SO2)2NLi之外,与实施例1同样地操作,得到评价用单元电池。
[评价]
使用通过实施例1、2及比较例1、2得到的评价用单元电池进行充放电试验。下面示出充放电的条件。另外,充放电从放电开始,使用25℃的恒温槽进行充放电。
(1)以100mA/(g-碳)的电流进行放电,直到电池电压达到2V,
(2)放电后停止1小时,
(3)停止结束后,以100mA/(g-碳)的电流进行充电,直到电池电压达到4.3V。
这里,“g-碳”表示粉末碳的重量。将得到的结果示于表1。
[表1]
第1循环的放电容量D1(mAh/g-碳) 第1循环的充电容量C1(mAh/g-碳) C1/D1(%)   第5循环的充电容量/第1循环的充电容量(%)
 实施例1   6830   6820   100   100
 实施例2   6850   6840   100   100
 比较例1   4560   3550   78   90
 比较例2   4210   2540   60   83
如表1所示,在实施例1、2中,第1循环的充电容量相对于第1循环的放电容量几乎为100%。与此相对,在比较例1、2中,第1循环的充电容量相对于第1循环的放电容量分别为78%、60%。特别是使用LiPF6时(比较例2),充电相对于放电的效率降低。这认为是因为产生了LiF等副反应生成物。
认为在实施例1、2中,充电相对于放电的效率良好的原因在于,与比较例1、2相比,其充电电压低。认为在比较例1、2中,由于充电电压高,充电时较早地达到4.3V,因此充电相对于放电的效率变差。另外,认为充电电压降低的原因在于,如上所述,含有磺酰亚胺盐的非水电解液的表面张力小,因而构成空气极集电体的碳材料的表面润湿性提高,离子的移动变得顺利,变得容易发生充电反应(放电生成物的分解反应)。
并且,如表1所示,在实施例1、2中,第5循环的充电容量与第1循环的充电容量几乎相同(约100%),本发明的空气二次电池表现出良好的循环特性。

Claims (5)

1.一种空气二次电池,包括:空气极,具有含有导电性材料的空气极层及进行所述空气极层的集电的空气极集电体;负极,具有含有负极活性物质的负极层及进行所述负极层的集电的负极集电体;和非水电解液,在所述空气极层及所述负极层之间担负金属离子的传导,所述空气二次电池的特征在于,
所述空气极集电体由碳材料构成,且所述非水电解液含有磺酰亚胺盐。
2.如权利要求1所述的空气二次电池,其特征在于,所述磺酰亚胺盐是下述通式(1)表示的化合物,
通式(1)
在通式(1)中,M为碱金属元素,R1及R2各自独立地为含有氟元素和碳元素的官能团,并且,R1及R2也可以相互键合而形成环状结构。
3.如权利要求1或2所述的空气二次电池,其特征在于,所述碳材料为碳纤维。
4.如权利要求3所述的空气二次电池,其特征在于,所述空气极集电体为使用所述碳纤维的碳纸或碳布。
5.如权利要求1至4中任一项所述的空气二次电池,其特征在于,所述金属离子为Li离子。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103219527A (zh) * 2013-04-12 2013-07-24 中国科学院长春应用化学研究所 一种锂-空气电池用空气电极及其制备方法
CN103370830A (zh) * 2011-02-22 2013-10-23 丰田自动车株式会社 非水电解质空气电池
CN103636058A (zh) * 2011-06-24 2014-03-12 汉阳大学校产学协力团 锂空气电池
CN104078722A (zh) * 2013-03-26 2014-10-01 株式会社东芝 非水电解质空气电池
CN105810891A (zh) * 2016-04-20 2016-07-27 浙江大学 具有多孔结构的MnO2/CeO2复合电极及其制备方法和应用

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5585372B2 (ja) * 2010-10-15 2014-09-10 株式会社豊田中央研究所 非水電解液空気電池
CA2724307A1 (fr) * 2010-12-01 2012-06-01 Hydro-Quebec Batterie lithium-air
KR102031349B1 (ko) 2013-02-21 2019-10-14 삼성전자주식회사 양극, 이를 포함하는 리튬공기전지, 및 양극의 제조방법
JP6155864B2 (ja) * 2013-06-07 2017-07-05 スズキ株式会社 リチウム空気電池の正極構造及び正極製造方法
KR102155696B1 (ko) 2013-09-13 2020-09-15 삼성전자주식회사 복합막, 그 제조방법 및 이를 포함한 리튬 공기 전지
KR102255300B1 (ko) 2014-05-16 2021-05-24 삼성전자주식회사 금속-공기 전지
EP2950380B1 (en) 2014-05-27 2017-04-12 Samsung Electronics Co., Ltd Electrolyte for lithium air battery and lithium air battery including the same
US9780386B2 (en) 2014-08-08 2017-10-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Composite for lithium air battery, method of preparing the composite, and lithium air battery employing positive electrode including the composite
KR102280684B1 (ko) 2014-08-27 2021-07-22 삼성전자주식회사 리튬공기전지 및 이의 제조방법
KR102372086B1 (ko) 2014-12-19 2022-03-10 삼성전자주식회사 복합막, 그 제조방법, 이를 포함한 음극 구조체 및 리튬이차전지
KR102364843B1 (ko) 2015-04-28 2022-02-18 삼성전자주식회사 전기 화학 전지, 이를 포함하는 전기 화학 전지 모듈 및 전기 화학 전지 제조방법
EP3116058B1 (en) 2015-07-08 2019-12-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Electrochemical battery and method of operating the same
KR102409386B1 (ko) 2015-07-08 2022-06-15 삼성전자주식회사 금속 공기 전지 시스템 및 그 작동 방법
EP3457467B1 (en) * 2016-05-12 2023-03-15 Eliiy Power Co., Ltd. Positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, and non-aqueous electrolyte secondary battery
US10916762B2 (en) 2016-11-01 2021-02-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Cathode for metal-air battery including spaces for accommodating metal oxides formed during discharge of metal-air battery and metal-air battery including the same
US11476522B2 (en) 2017-11-15 2022-10-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Metal-air battery
KR102626920B1 (ko) 2018-09-14 2024-01-18 삼성전자주식회사 금속-공기 전지
KR102640206B1 (ko) 2019-01-03 2024-02-23 삼성전자주식회사 전도성 어레이, 이를 포함한 복합막과 리튬전지 및 전도성 어레이의 제조방법
KR20210048291A (ko) 2019-10-23 2021-05-03 삼성전자주식회사 금속공기전지용 양극, 그 제조방법 및 이를 포함하는 금속공기전지
KR20210076688A (ko) 2019-12-16 2021-06-24 삼성전자주식회사 복합 고체전해질, 이를 포함하는 전기화학 셀, 및 상기 복합 고체전해질의 제조방법
WO2024243263A2 (en) * 2023-05-22 2024-11-28 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Biodegradable batteries operational in the air and soil

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1681148A (zh) * 2004-04-06 2005-10-12 中国科学院大连化学物理研究所 一种双效空气电极及其制备方法
JP2006286414A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Toshiba Corp 非水電解質空気電池

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4248682A (en) * 1979-09-27 1981-02-03 Prototech Company Carbon-cloth-based electrocatalytic gas diffusion electrodes, assembly and electrochemical cells comprising the same
US5476734A (en) * 1994-04-28 1995-12-19 Westinghouse Electric Corporation Current collector with integral tab for high temperature cell
JP2002298934A (ja) * 2001-03-30 2002-10-11 Toshiba Corp 非水電解質電池
JP4102184B2 (ja) * 2002-03-15 2008-06-18 株式会社東芝 アルミニウム負極電池
JP4015899B2 (ja) * 2002-07-29 2007-11-28 株式会社東芝 非水電解質空気電池
CN101147286A (zh) * 2005-08-25 2008-03-19 松下电器产业株式会社 氧还原用电极
JP4458117B2 (ja) * 2007-06-01 2010-04-28 株式会社豊田中央研究所 非水系空気電池及びその触媒

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1681148A (zh) * 2004-04-06 2005-10-12 中国科学院大连化学物理研究所 一种双效空气电极及其制备方法
JP2006286414A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Toshiba Corp 非水電解質空気電池

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103370830A (zh) * 2011-02-22 2013-10-23 丰田自动车株式会社 非水电解质空气电池
CN103370830B (zh) * 2011-02-22 2016-05-25 丰田自动车株式会社 非水电解质空气电池
CN103636058A (zh) * 2011-06-24 2014-03-12 汉阳大学校产学协力团 锂空气电池
CN104078722A (zh) * 2013-03-26 2014-10-01 株式会社东芝 非水电解质空气电池
CN103219527A (zh) * 2013-04-12 2013-07-24 中国科学院长春应用化学研究所 一种锂-空气电池用空气电极及其制备方法
CN105810891A (zh) * 2016-04-20 2016-07-27 浙江大学 具有多孔结构的MnO2/CeO2复合电极及其制备方法和应用
CN105810891B (zh) * 2016-04-20 2018-12-11 浙江大学 具有多孔结构的MnO2/CeO2复合电极及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010061451A1 (ja) 2010-06-03
JP5104942B2 (ja) 2012-12-19
JPWO2010061451A1 (ja) 2012-04-19
US20110129739A1 (en) 2011-06-02

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