CN102484301B - 空气阴极和金属-空气电池组 - Google Patents
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Abstract
本发明的主要目的是提供一种能够既实现高起始放电电容又实现高电容持久性的空气阴极。在本发明中，该问题通过提供用于金属-空气电池组的空气阴极而解决，该空气阴极包括：含有传导性材料、颗粒状催化剂和纤维状催化剂的空气阴极层；和用于收集空气阴极层的电流的空气阴极电流收集器，其中纤维状催化剂与颗粒状催化剂和纤维状催化剂的总重量之比为10重量％或更少。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够既实现高起始放电电容又实现高电容持久性的空气阴极。
背景技术
金属-空气电池组为如下电池组：其中将空气(氧)用作阴极活性材料。金属-空气电池组具有优点如能量密度高；和电池组可以容易地制成小和轻的。因此目前该电池组作为优于广泛使用的锂离子电池组的高电容电池组而引人瞩目。
该金属-空气电池组包括例如具有传导性材料(如炭黑)、催化剂(如二氧化锰)和粘合剂(如聚偏二氟乙烯)的空气阴极层，用于收集空气阴极层的电流的空气阴极电流收集器，含有阳极活性材料(如金属Li)的阳极层，用于收集阳极层的电流的阳极电流收集器和电解质(如非水电解质溶液)。
使用各种催化剂的金属-空气电池组通常是已知的。例如非专利文献1公开了非水电解质溶液类型的锂空气电池组，其中EMD(电解质二氧化锰，γ-MnO2)用作催化剂。此外，该文献公开了该电池组可以得到1000mAh/g-C的起始放电电容，可达到50个充电-放电循环，并且在10次循环后电容持久性(R10/1)相对于起始放电电容为约80％。此外，非专利文献2公开了非水电解质溶液类型的锂空气电池组，其中纳米线形式的α-MnO2用作催化剂。此外，该文献公开了该电池组得到3000mAh/g-C的起始放电电容。然而，在使用呈纳米线形式的α-MnO2的电池组中，在电池组重复充电和放电时，引起电容的大的恶化。因此在10次循环后电容持久性(R10/1)相对于起始放电电容低至约50％。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1Takeshi Ogasawara等，“Rechargeable Li2O2Electrodefor Lithium Batteries(用于锂电池的可充电Li2O2电极)”，J.Am.Chem.Soc.2006，128，1390-1393
非专利文献2Aurelie Debart等，“α-MnO2Nanowires：A Catalyst forthe O2Electrode in Rechargeable Lithium Batteries(α-MnO2纳米线：用于可充电锂电池组中的O2电极的催化剂)”，Angew.Chem.Int.Ed.2008，47，4521-4524
本发明的公开内容
本发明要解决的问题
由于在起始放电电容和电容持久性之间存在折衷关系，难以实现两者均高值。在该情况下，做出了本发明。其主要目的是提供一种能够既实现高起始放电电容又实现高电容持久性的空气阴极。
解决问题的方式
为了实现该目的，本发明提供了一种用于金属-空气电池组的空气阴极，该空气阴极包括：含有传导性材料、颗粒状催化剂和纤维状催化剂的空气阴极层；和用于收集空气阴极层的电流的空气阴极电流收集器，其中纤维状催化剂与颗粒状催化剂和纤维状催化剂的总重量之比为10重量％或更少。
根据本发明，通过将纤维状催化剂的比率设定为上述范围，可以既实现高起始放电电容又实现高电容持久性。这可获得可以长期在高能量密度下使用的空气阴极。
在上述发明中，纤维状催化剂与颗粒状催化剂和纤维状催化剂的总重量之比优选处于2-9重量％的范围内。由此可以以较高值实现起始放电电容和电容持久性。
在上述发明中，颗粒状催化剂优选为γ-MnO2，并且纤维状催化剂优选为α-MnO2。这是因为它们的催化剂功能是优异的。尤其是α-MnO2的优点在于它具有高形状选择性使得可以容易地获得纤维。
此外，本发明还提供了一种金属-空气电池组，该金属-空气电池组包括：上述空气阴极；具有含有阳极活性材料的阳极层和用于收集阳极层的电流的阳极电流收集器的阳极；和用于使金属离子在空气阴极层和阳极层之间传导的电解质。
根据本发明，使用上述空气阴极可获得可以长期在高能量密度下使用的金属-空气电池组。
附图简述
图1为显示本发明空气阴极的实例的示意性截面图。
图2A至2C各自为描述本发明空气阴极的说明图。
图3为显示本发明金属-空气电池组的实例的示意性截面图。
图4为显示α-MnO2的重量比与起始放电电容之间的关系的图。
图5为显示α-MnO2的重量比与电容持久性之间的关系的图。
实施本发明的最佳模式
下文将更详细地描述本发明空气阴极和金属-空气电池组。
A.空气阴极
首先描述本发明空气阴极。本发明空气阴极为用于金属-空气电池组的空气阴极，该空气阴极包括：含有传导性材料、颗粒状催化剂和纤维状催化剂的空气阴极层；和用于收集空气阴极层的电流的空气阴极电流收集器，其中纤维状催化剂与颗粒状催化剂和纤维状催化剂的总重量之比为10重量％或更少。
图1为显示本发明空气阴极的实例的示意性截面图。图1所示的空气阴极10包括：含有传导性材料、颗粒状催化剂和纤维状催化剂的空气阴极层1；和用于收集空气阴极层1的电流的空气阴极电流收集器2。此外，本发明主要特征在于空气阴极层1中的纤维状催化剂的含量在特定的范围内。
图2A至2C各自为描述本发明空气阴极的说明图。如图2A所示，在起始放电电容和电容持久性之间存在折衷关系。因此通常存在如下关系：高起始放电电容的纤维状催化剂A电容持久性低，而高电容持久性的颗粒状催化剂B起始放电电容低。为此，当将纤维状催化剂A和颗粒状催化剂B相互混合时，整体的催化剂持久性预期随着低电容持久性的纤维状催化剂A的比例变大而降低(图2B)。然而，与预期不同，在本发明中，已证实电容持久性明确增加。原因因此尚未确切知晓，然而，假定通过排列纤维状催化剂使得颗粒状催化剂之间桥连，改善了催化剂的使用效率。另一方面，当将纤维状催化剂A和颗粒状催化剂B相互混合时，整体的起始放电电容预期随着高起始放电电容的纤维状催化剂A的比例变大而变大(图2C)。在本发明中，还证实了起始放电电容的增加。
如上所述，根据本发明，通过将纤维状催化剂的比例设定为上述范围，可以既实现高起始放电电容又实现高电容持久性。因此可获得可以长期在高能量密度下使用的空气阴极。特别地，应注意与上述折衷关系不同，本发明人发现可以既实现明确高起始放电电容又实现明确高电容持久性。
下文将描述本发明空气阴极的各组分。
1.空气阴极层
下文将描述本发明所用空气阴极层。本发明所用空气阴极层为至少含有传导性材料、颗粒状催化剂和纤维状催化剂的层。如果需要，该层可进一步含有粘合剂。
(1)催化剂
本发明所用空气阴极层既含有颗粒状催化剂又含有纤维状催化剂。其中首先描述颗粒状催化剂。颗粒状催化剂的材料的实例可以包括：无机陶瓷材料如MnO2、CeO2、TiO2、Co3O4和Fe3O4；有机配合物如钴酞菁和铁卟啉；和由其中两种或更多种制成的复合材料。本发明中的颗粒状催化剂可为聚集体。在本发明中，颗粒状催化剂的材料优选为无机陶瓷材料，更优选为MnO2，因为该材料的催化功能优异。MnO2的晶体结构的实例可以包括α类型、β类型、γ类型、δ类型、λ类型和R类型(斜方锰矿(ramsdellite)类型)的那些。在本发明中，优选颗粒状催化剂为α-MnO2或γ-MnO2。
本发明中的颗粒状催化剂优选为微米数量级的，因为该颗粒状催化剂可以得到良好的电容持久性。颗粒状催化剂的形状的实例可以包括球形和椭圆形的球形形状。该形状可以通过使用例如扫描电子显微镜(SEM)而检测。颗粒状催化剂的平均粒径优选例如处于0.5-50μm的范围内，特别是处于1-20μm的范围内。平均粒径可以通过激光衍射类型粒度分布计而计算出。颗粒状催化剂的比表面积优选例如处于0.5-50m2/g的范围内，特别是处于1-30m2/g的范围内。比表面积可以通过BET方法计算出。
下文将描述本发明所用纤维状催化剂。纤维状催化剂的材料的实例可以包括：无机陶瓷材料如MnO2和TiO2；有机配合物如钴酞菁和铁卟啉；和由其中两种或更多种制成的复合材料。本发明中的纤维状催化剂可以为管状化合物。在本发明中，纤维状催化剂的材料优选为无机陶瓷材料，更优选为MnO2，因为该材料的催化功能优异。如上所述，MnO2的晶体结构的实例可以包括α类型、β类型、γ类型、δ类型、λ类型和R类型的那些。在本发明中，优选纤维状催化剂为α-MnO2，因为α-MnO2具有高形状选择性使得可以容易地获得纤维。
在本发明中，颗粒状催化剂和纤维状催化剂可以具有相同的化学组成，或可以具有不同的化学组成。在前者情况下，显示催化反应容易控制，因为两种催化剂具有相同的化学组成。前者的实例可以包括其中颗粒状催化剂和纤维状催化剂各自为MnO2的情况。另一方面，在后者情况下，通过组合高电容持久性的颗粒状催化剂与高起始放电电容的纤维状催化剂，可以获得高性能空气阴极。后者的实例可以包括其中颗粒状催化剂为CeO2且纤维状催化剂为α-MnO2的情况。
本发明中的纤维状催化剂优选为纳米数量级的，因为可以获得良好的起始放电电容。纤维状催化剂的形状可以通过使用例如透射电子显微镜(TEM)而检测。纤维状催化剂的平均长度优选例如处于100-10000nm的范围内，特别是处于500-5000nm的范围内。纤维状催化剂的平均直径优选例如处于10-100nm的范围内，特别是处于20-50nm的范围内。纤维状催化剂的纵横比(长度/直径)优选例如处于1-1000的范围内，特别是处于10-250的范围内。纤维状催化剂的比表面积通常大于上述颗粒状催化剂的表面积且优选例如处于5-100m2/g的范围内，特别是处于10-50m2/g的范围内。比表面积可以通过BET方法计算出。
在本发明中，纤维状催化剂与颗粒状催化剂和纤维状催化剂的总重量之比通常为10重量％或更少，优选9重量％或更少，更优选7重量％或更少。另一方面，纤维状催化剂的比例优选为1重量％或更多，更优选2重量％或更多，甚至更优选3重量％或更多。优选在本发明中纤维状催化剂的比例为能够显示出比单独使用颗粒状催化剂时更高的电容持久性的比例。因此可以既实现高起始放电电容又实现高电容持久性。空气阴极层中纤维状催化剂与颗粒状催化剂的混合物(混合催化剂)的比例优选例如处于1-90重量％的范围内。如果混合催化剂的含量太小，则会不显示出足够的催化剂功能。如果混合催化剂的含量太大，则传导性材料的含量相对降低使得反应位置减少。因此可能产生电池组电容的降低。
(2)传导性材料
并不特别限定空气阴极层所用传导性材料，只要该材料为具有导电性的材料。该材料可以包括碳材料等。碳材料可以具有或不具有多孔结构。然而，在本发明中，优选碳材料具有多孔结构，因为比表面积大使得可以提供许多反应位置。具有多孔结构的碳材料具体地可以包括中孔碳等。不具有多孔结构的碳材料具体地可以包括石墨、乙炔黑、碳纳米管、碳纤维等。优选传导性材料在空气阴极层中的含量根据其密度和体积而适当选择。具体地，传导性材料的含量优选位于10-99重量％的范围内。如果传导性材料的含量太小，则反应位置减少使得可能产生电池组电容的降低。如果传导性材料的含量太大，则催化剂和粘合剂的含量相对降低使得不能获得所需空气阴极层。
(3)粘合剂
本发明所用空气阴极层可以含有用于使传导性材料和催化剂固定的粘合剂。粘合剂的实例可以包括基于氟的粘合剂如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)。SBR或一些其他橡胶可以用作粘合剂。粘合剂在空气阴极层中的含量优选例如为40重量％或更少，特别是处于1-10重量％的范围内。如果粘合剂的量太大，则可能产生电池组电容的降低。如果粘合剂的量太小，则不能使传导性材料和催化剂充分固定。
(4)空气阴极层
本发明所用空气阴极层为含有上述传导性材料、颗粒状催化剂、纤维状催化剂和粘合剂的层。空气阴极层的厚度根据金属-空气电池组的用途和其他而变化。厚度优选例如处于2-500μm的范围内，特别是处于5-300μm的范围内。
2.空气阴极电流收集器
下文将描述本发明所用空气阴极电流收集器。本发明所用空气阴极电流收集器为用于收集空气阴极层的电流的元件。空气阴极电流收集器的材料的实例可以包括金属材料和碳材料。在这些材料中，优选碳材料，因为它们抗腐蚀性优异。该碳材料优选例如为碳纤维，因为可以使电子传导通过该纤维使得显示出高电子传导性。使用碳纤维的空气阴极电流收集器的实例可以包括碳布、炭纸、碳毡等。金属材料的实例可以包括不锈钢、镍、铝、铁、钛等。使用金属材料的空气阴极电流收集器可以为金属筛等。
并不特别限定本发明中空气阴极电流收集器的结构，只要该结构可以保证所需电子传导性。该结构可以为具有气体扩散性的多孔结构或可以为不具有气体扩散性的致密结构。在本发明中，优选空气阴极电流收集器具有具有气体扩散性的多孔结构，因为可以快速实现氧的扩散。并不特别限定多孔结构的孔隙率，且优选例如处于20-99％的范围内。空气阴极电流收集器的厚度优选例如处于10-1000μm的范围内，特别是处于20-400μm的范围内。
3.空气阴极
本发明空气阴极用于金属-空气电池组。金属-空气电池组的优选种类将详细描述于下文所给的“B.金属-空气电池组”中。特别地，本发明空气阴极优选用于使用非水电解质溶液的金属-空气电池组，因为可以充分显示出其催化功能。并不特别限定形成本发明空气阴极的方法，只要该方法为能够形成上述空气阴极的方法。形成空气阴极的方法的实例可以为如下方法：其中首先制备含有传导性材料、催化剂、粘合剂和溶剂的形成空气阴极层的组合物；然后，将该组合物施加至空气阴极电流收集器上，并且干燥。溶剂的实例可以包括丙酮、DMF(N，N-二甲基甲酰胺)、NMP(N-甲基吡咯烷酮)等。该溶剂的沸点优选为200℃或更低，因为干燥变得容易。
B.金属-空气电池组
下文将描述本发明金属-空气电池组。本发明金属-空气电池组为如下电池组，该电池组包括：上述空气阴极；具有含有阳极活性材料的阳极层和用于收集阳极层的电流的阳极电流收集器的阳极；和用于使金属离子在空气阴极层和阳极层之间传导的电解质。
图3为显示本发明金属-空气电池组的实例的示意性截面图。图3所示的金属-空气电池组20包括：阳极盒11a，在阳极盒11a内底表面上形成的阳极电流收集器12；与阳极电流收集器12连接的阳极铅12a；在阳极电流收集器12上形成且含有阳极活性材料的阳极层13；空气阴极层14；用于收集空气阴极层14的电流的空气阴极电流收集器15；与空气阴极电流收集器15连接的空气阴极铅15a；设置于阳极层13和空气阴极层14之间的分隔器16；非水电解质溶液17；具有微孔膜18的空气阴极盒11b；和在阳极盒11a和空气阴极盒11b之间形成的填料19。本发明的主要特征在于上述空气阴极用作包括空气阴极层14和空气阴极电流收集器15的空气阴极。
根据本发明，通过以该方式使用上述空气阴极可获得可以长期在高能量密度下使用的金属-空气电池组。
下文将描述本发明金属-空气电池组的各组件。
1.空气阴极
本发明所用空气阴极的有关描述与描述于上述题目“A.空气阴极”下的相同。因此这里省略其描述。
2.阳极
下文将描述本发明所用阳极。本发明所用阳极为具有含有阳极活性材料的阳极层和用于收集阳极层的电流的阳极电流收集器的电极。
本发明所用阳极层为至少含有阳极活性材料的层。阳极活性材料通常含有将为要传导的金属离子的金属元素。金属元素的实例可以包括：碱金属元素如Li、Na和K；碱土金属元素如Mg和Ca；两性金属元素如Al和Zn；和过渡金属元素如Fe。在本发明中，金属元素优选为碱金属元素或碱土金属元素，更优选碱金属元素，特别是Li，因为可以获得能量密度高的电池组。阳极活性材料的具体实例可以包括简单金属、合金、金属氧化物、金属氮化物等。
具有元素锂的合金的实例可以包括锂铝合金、锂锡合金、锂铅合金、锂硅合金等。具有元素锂的金属氧化物的实例可以包括氧化锂钛等。含有元素锂的金属氮化物的实例可以包括氮化锂钴、氮化锂铁、氮化锂锰等。
在本发明中阳极层可以仅含有阳极活性材料，或者可以含有至少一种传导性材料和除了阳极活性材料以外还含有粘合剂。当阳极活性材料例如呈箔形式时，可以使阳极层为仅含有阳极活性材料的阳极层。当阳极活性材料例如呈粉末形式时，可以使阳极层为含有阳极活性材料和粘合剂的阳极层。关于传导性材料和粘合剂，其含量与描述于题目“A.空气阴极”下的相同，这里省略其描述。优选根据目标金属-空气电池组的结构适当选择阳极层的厚度。
本发明所用阳极电流收集器为用于收集阳极层的电流的元件。并不特别限定阳极电流收集器的材料，只要该材料为传导性的。其实例可以包括铜、不锈钢、镍、碳等。阳极电流收集器的形状的实例可以包括箔形式、片形式、筛(网格)形式等。在本发明中，下文将描述的电池组盒还可以作为阳极电流收集器起作用。
并不特别限定形成本发明阳极的方法，只要该方法为能够形成上述阳极的方法。形成阳极的方法的实例可以包括如下方法，其中将箔形式的阳极活性材料置于阳极电流收集器上，并压制。形成阳极的方法的另一实例可以包括如下方法：其中制备含有阳极活性材料和粘合剂的形成阳极层的组合物；然后，将该组合物施加至阳极电流收集器上，并干燥。
3.电解质
下文将描述本发明所用电解质。本发明所用电解质为用于使金属离子在空气阴极层和阳极层之间传导的材料。金属离子的种类根据上述阳极活性材料的种类而变化。并不特别限定电解质的形式，只要该形式允许电解质具有金属离子传导性。其实例可以包括电解质溶液(含水电解质溶液或非水电解质溶液)，凝胶电解质(含水凝胶电解质或非水凝胶电解质)，聚合物电解质，无机固体电解质等。在本发明中，优选使用不含水的电解质。具体地，优选电解质为非水电解质溶液、非水凝胶电解质、聚合物电解质或无机固体电解质。
优选根据要传导的金属离子的种类适当选择本发明所用非水电解质溶液的种类。例如锂-空气电池组的非水电解质溶液通常含有锂盐和有机溶剂。锂盐的实例可以包括：无机锂盐如LiPF6、LiBF4、LiClO4和LiAsF6；和有机锂盐如LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)2、LiN(C2F5SO2)2和LiC(CF3SO2)3。有机溶剂的实例可以包括碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙基甲基酯(EMC)、碳酸亚丁酯、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、四氢呋喃和2-甲基四氢呋喃及其混合物等。有机溶剂优选为具有高氧溶解度的溶剂，因为溶解的氧可以有效用于反应。锂盐在非水电解质溶液中的浓度例如处于0.5-3mol/L的范围内。在本发明中，例如低挥发性的液体如离子液体可以用作非水电解质溶液。
优选本发明金属-空气电池组具有使非水电解质溶液保持在空气阴极层和阳极层之间的分隔器，因为所得电池组可以获得更高的安全性。分隔器的实例可以包括：聚乙烯、聚丙烯等的多孔膜；和非织造织物如树脂非织造织物和玻璃纤维非织造织物。
本发明所用非水凝胶电解质通常为通过将聚合物加入非水电解质溶液通过胶凝而得到的产物。例如锂-空气电池组的非水凝胶电解质可以通过将聚合物如聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等加入上述非水电解质溶液通过胶凝而得到。在本发明中，优选基于LiTFSI(LiN(CF3SO2)2)-PEO的非水凝胶电解质。
优选根据要传导的金属离子的种类适当选择本发明所用聚合物电解质。本发明所用无机固体电解质的实例可以包括Li-La-Ti-O类型的无机固体电解质。在本发明中，可以施加压力至无机固体电解质以使电解质成型为固体电解质层，并且该层可以设置在空气阴极层和阳极层之间。
4.电池组盒
下文将描述本发明所用电池组盒。并不特别限定本发明所用电池组盒的形状，只要它可以存储上述空气阴极、阳极和电解质。其具体实例可以包括硬币形式、扁平片形、圆筒形、层压形式等。该电池组盒可以为露天电池组盒，或密闭电池组盒。露天盒为可与大气接触的电池组盒，如图3所示。当该电池组盒为密闭电池组盒时，优选为密闭电池组盒提供用于供应气体(空气)的管道和用于排除该气体的管道。此时，要供应和排放的气体优选为高氧浓度的气体，更优选为纯氧。还优选当电池组放电时，使其中氧浓度变高，而当该电池组充电时，使氧浓度变低。
5.金属-空气电池组
本发明金属-空气电池组的种类根据要传导的金属离子的种类而变化。金属-空气电池组优选为锂-空气电池组、钠-空气电池组或钾-空气电池组，特别是锂-空气电池组。本发明金属-空气电池组可以为原电池组或二次电池组。本发明金属-空气电池组可以例如用于安装至交通工具上、用于固定电源、用于家庭电源等。并不特别限定生产本发明金属-空气电池组的方法，且与用于生产常规金属-空气电池组的方法相同。
并不将本发明限于上述实施方案。以上实施方案仅仅为示例性的，且本发明包括与本申请权利要求书中所示的技术方案基本具有相同组成且显示出相同工作效果的任意实施方案。
实施例
将借助如下实施例更具体地描述本发明。
实施例1
在该实施例中，形成用于评价锂-空气二次电池组的电池。该电池的制造在氩气盒内部进行。使用由Hokuto Denko Corp.制造的电化学电池的电池组盒。
首先，将金属Li片(由Honjo Metal Co.，Ltd.制造，直径：18mm，厚度：0.25mm)设置在电池组盒中。接下来，将由聚乙烯制成的分隔器(直径：18mm，厚度：25μm)设置在金属Li上。接下来，将4.8mL非水电解质溶液倾于该分隔器上，其中LiClO4(由Kishida Chemical Co.，Ltd.制造)溶于碳酸亚丙酯(PC，由Kishida Chemical Co.，Ltd.制造)中而得到1M的浓度。
接下来，制备的是：颗粒状催化剂(电解质二氧化锰，γ-MnO2，由MitsuiMining and Smelting Co.，Ltd.制造，平均粒径：15μm，比表面积：20.6m2/g)；和纤维状催化剂(通过溶液方法合成，α-MnO2，平均粒径：30nm，平均长度：300nm，比表面积：22m2/g)。接下来，混合催化剂通过使这些以使得颗粒状催化剂与纤维状催化剂的重量比为99∶1的方式相互混合而得到。接下来，空气阴极层(直径：18mm，每单位面积重量：5mg)通过用刮刀将组合物施加至炭纸(空气阴极电流收集器TGP-H-090，由Toray Industries，Inc.制造，直径：18mm，厚度：0.28mm)而形成。施加的组合物含有：25重量份炭黑；42重量份混合催化剂；33重量份聚偏二氟乙烯(PVDF)；和用作溶剂的丙酮。接下来，将如此获得的空气阴极的空气阴极层与分隔器相对设置，然后，将所得物密封以获得评价电池。
实施例2-5
以与实施例1相同的方式获得评价电池，不同的是纤维状催化剂在混合催化剂中的比例分别变为3重量％、5重量％、7重量％和10重量％。
对比例1
以与实施例1相同的方式获得评价电池，不同的是纤维状催化剂在混合催化剂中的比例变为0重量％。
评价
通过使用实施例1-5和对比例1得到的评价电池进行充电-放电评价。首先，将评价电池各自置于填充有氧的干燥器(氧浓度：99.99体积％，内压：1atm.，干燥器体积：1L)中。此后，在截止电压为2.0-4.3V且电流密度为0.02mA/cm2的条件下使电池经历5个中断(调整-驱动)循环。此后，在相同条件下，将电池在恒定电流下充电和放电5个循环。结果显示在表1以及图4和5中。在表1中，“g-C”表示炭黑的重量。
表1
如表1以及图4和5所示，在实施例5中，加入10重量％低电容持久性的α-MnO2。然而，其整体的电容持久性好于对比例1中的电容持久性。此外，实施例1中电容持久性与对比例1中的程度相同，而其中起始放电电容与对比例1相比极大地增加。证实在实施例2-4中，起始放电电容和电容持久性均好于对比例1。
附图标记说明
1 空气阴极层
2 空气阴极电流收集器
10 空气阴极
Claims (3)
1.一种用于金属-空气电池组的空气阴极，包括：
含有传导性材料、颗粒状催化剂和纤维状催化剂的空气阴极层；和
用于收集空气阴极层的电流的空气阴极电流收集器，
其中纤维状催化剂与颗粒状催化剂和纤维状催化剂的总重量之比处于2-9重量％的范围内，
其中所述颗粒状催化剂为γ-MnO2，并且所述纤维状催化剂为α-MnO2。
2.根据权利要求1的空气阴极，其中纤维状催化剂与颗粒状催化剂和纤维状催化剂的总重量之比处于3-7重量％的范围内。
3.一种金属-空气电池组，包括：
根据权利要求1或2的空气阴极；
具有含有阳极活性材料的阳极层和用于收集阳极层的电流的阳极电流收集器的阳极；和
用于使金属离子在空气阴极层和阳极层之间传导的电解质。
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