JP6187868B2 - リチウム空気電池の複合正極およびその製造方法並びにリチウム空気電池 - Google Patents
リチウム空気電池の複合正極およびその製造方法並びにリチウム空気電池 Download PDFInfo
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[複合正極の作成]
ポリアクリル酸ナトリウム(住友精化(株)製 アクアコークTWB−P)20mgと、白金坦持カーボン(田中貴金属販売株式会社製 TEC10E50E)80mgを計り取り、1mLのアセトニトリルを添加して混合溶媒を調製した。混合溶媒を超音波で1時間撹拌および分散を行った後、ドクターブレード法によりカーボンクロス(エレムトロケム社製EC−CC1−060 厚さ約230μm、密度0.48g/cm3、比表面積0.023m2)に混合溶媒を3g/cm3塗布した。その後、100℃、減圧下で2時間乾燥し、得られた電極に、電解液を電極に対して1g/cm3となるように0.1mL添加した。電解液としては、塩化リチウム84.78gと精製水1Lを混合して得られた2M(mol/L)の混合溶液を使用した。これらの工程を経て、複合正極Aを作成した。
ガラスセラミックスであるLTAPを固体電解質とし、LTAPと同じ面積のガラス板(絶縁体)を向かい合わせそれぞれの側にガスケットを用いて中空となるような空間を設けた。その空間に、Ar雰囲気下のグローブボックス中にて、銅集電体上にリチウム金属を有する負極およびガラスセラミックスとリチウム金属を隔てるセルロースセパレータを配置した後、有機電解液でその空間を満たし、外周部をエポキシ系の接着剤にて密閉し、複合負極を作製した。この複合負極は、金属リチウムが厚さ200μm、面積2cm2で容量が84mAh相当となる。
複合正極Aを固体電解質に接触させ、複合負極と合わせることにより、図1に示す実施例1のリチウム空気電池を製造した。
[複合正極の作成]
カーボン粉末(平均粒子径50μm)に白金粉末(平均粒子径3nm)が45.8質量%担持した金属触媒(田中貴金属販売株式会社製 TEC10E50E)80mg、およびポリフッ化ビニリデン(和光純薬工業株式会社)20mgをビーカーに測り取り、混合して混合粉末とした。この混合粉末にN−メチルピロリドン1.5mlを加え、超音波洗浄機(アズワン製)により35KHzの超音波振動を常温で30分加え、触媒ペーストを得た。このペーストを、カーボンクロスの上に四角の型枠を置いてカーボンクロス上に流し込むことにより、厚さが200〜400μmで均等となるようにペーストをカーボンクロスに塗布した。その後、ペーストを塗布したカーボンクロスを90℃で1時間真空乾燥させた。これらの工程を経て、複合正極Bを作成した。
精製水100mlに塩化リチウム8.48gを溶解して水溶液系電解質を作製した。
複合負極は実施例と同様のものを用い、複合正極Bおよび上記水溶液系電解質を使用して複合負極の固体電解質上に複合正極Bを載せた。この工程を経て、図2に示す比較例1のリチウム空気電池を製造した。
外部直流電源装置を使用し、2mA/cm2の条件により、実施例1、および比較例1のリチウム空気電池を定電流放電することにより、放電特性を評価した。結果を図3に示す。
実施例1、および比較例1のリチウム空気電池の無負荷の状態の電圧を測定し、その後、4mA/cm2の条件により定電流放電し、放電特性を評価した。結果を図4に示す。
2 複合正極
3 負極
5 有機電解質
6 固体電解質
7 負極集電体
8 導線
9 正極集電体
101 リチウム空気電池
102 複合正極
103 負極
104 水溶液系電解質
105 有機電解質
106 固体電解質
107 負極集電体
108 導線
109 正極集電体
Claims (8)
- 酸素を正極活物質とする複合正極2と、リチウムを負極活物質とする負極3と、前記複合正極2と前記負極3との間に介在する固体電解質6を少なくとも備えたリチウム空気電池1に用いる複合正極であって、
前記複合正極2は、多孔質かつ導電性を備える基材と、当該基材に保持された吸水性ポリマーと、当該吸水性ポリマーに保持された水溶液系電解質からなり、水溶液系電解質を単独で設けることなく、正極であると共に、水溶液系電解質としての役割を果たす、リチウム空気電池1の複合正極。 - 前記複合正極は、リチウムイオンを含む請求項1に記載のリチウム空気電池の複合正極。
- 前記複合正極は、疎水性であり、基材に触媒を担持させる結着剤としてのバインダを含まない請求項1又は2に記載のリチウム空気電池の複合正極。
- 前記複合正極は、白金、パラジウム、ロジウムから選択される少なくとも一つの触媒を含む請求項1乃至3のいずれかに記載のリチウム空気電池の複合正極。
- 前記基材は、カーボンクロス、カーボン不織布、カーボンペーパー、多孔質アルミニウム、および多孔質ニッケルから選択される少なくとも一つを含む請求項1乃至4のいずれかに記載のリチウム空気電池の複合正極。
- 吸水性ポリマーを有機溶媒に溶解する溶解工程と、
前記吸水性ポリマーを溶解した有機溶媒に、白金、パラジウム、ロジウムから選択される少なくとも一つの触媒を添加する触媒添加工程と、
前記触媒を添加した有機溶媒を、基材に塗布する塗布工程と、
前記塗布工程後、前記基材を乾燥する乾燥工程と、
前記乾燥工程後の基材に、リチウムイオンを含む溶液を添加するリチウムイオン含有溶液添加工程と
を少なくとも含むリチウム空気電池の複合正極の製造方法。 - バインダを添加しない請求項6に記載のリチウム空気電池の複合正極の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の複合正極と、リチウムを負極活物質とする負極と、前記複合正極と前記負極との間に介在する固体電解質を少なくとも備えるリチウム空気電池であって、
前記複合正極は、前記固体電解質と接触しているリチウム空気電池。
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