JP6548984B2 - リチウム空気電池、およびリチウム空気電池を備える車両 - Google Patents
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Description
本発明は、高い容量およびリサイクル効率を有するリチウム空気電池に向けられている。
このおよび他の目的は本発明によって扱われ、その第1の実施形態はリチウム空気電池を含み、リチウム空気電池は、
アノード区画と、
カソード区画と、
アノード区画をカソード区画から分離するリチウムイオン伝導性膜とを備え、
アノード区画は活性金属としてリチウムまたはリチウム合金を有するアノードとリチウムイオン電解質とを備え、
カソード区画は空気電極とナトリウムイオン電解質とを備え、
リチウムイオン伝導性膜はナトリウムイオンを透過しない。
以上の段落は一般的な導入のために与えられており、以下の請求項の範囲を限定することを意図しない。現在好ましい実施形態は、さらなる利点とともに、添付の図面と関連して以下の詳細な説明を参照することによって最良に理解されるであろう。
この明細書を通じて、記載されるすべての範囲は、他に特に示されなければ、その中にすべての値および部分範囲を含む。加えて、不定冠詞「a」または「an」は、他に特に示されなければ、明細書を通じて「1つ以上」の意味を持つ。
アノード区画と、
カソード区画と、
アノード区画をカソード区画から分離するリチウムイオン伝導性膜とを備え、
アノード区画は活性金属としてリチウムまたはリチウム合金を有するアノードとリチウムイオン電解質とを備え、
カソード区画は空気電極とナトリウムイオン電解質とを備え、
リチウムイオン伝導性膜はナトリウムイオンを透過しない。
・空気露出;本発明の構造により、酸素源としての周囲空気への電池の露出が可能になる。なぜなら、固体リチウム電解質膜がアノードの高反応性のLi金属を保護するからである。これに代えて、酸素源は、純O2、またはO2とカソードでの還元に対して不活性の気体との混合物であってもよい。
本明細書中で、アノード区画の系をアノード液と参照することがある一方で、カソード区画の系をカソード液と参照することがある。
カソード:カーボン紙(TGP−H−120、東レ株式会社)
固体状態Liイオン導体(セパレータ):厚みが1mmのLATP系固体状態Liイオン導体、LIC−GC(OHARAガラス)
アノード室のための電解質:プロピレンカーボネート(キシダ化学株式会社)中1.0モル/LのLiTFSA*1(キシダ化学株式会社)
アノード:厚みが0.25mmのLi金属(FMCコーポレイション)
評価温度:摂氏25度
*1:TFSA=ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミドアニオン
実施例1
カソード区画のための電解質:DEME*2−TFSA(Kanto corp.)中0.352モル/kgのNaTFSA(キシダ化学株式会社)
導入される気体:純酸素(1.2atm、クローズド条件)
実施例2
カソード区画のための電解質:DEME*2−TFSA(Kanto corp.)中0.352モル/kgのNaTFSA(キシダ化学株式会社)
導入される気体:周囲空気(オープン条件)
比較例1
カソード区画のための電解質:DEME−TFSA中0.352モル/kgのLiTFSA
導入される気体:純酸素(1.2atm、クローズド条件)
比較例2
カソード区画のための電解質:DEME−TFSA中0.352モル/kgのLiTFSA
導入される気体:周囲空気(オープン条件)
*2:DEME=N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウムカチオン
図2は、得られた、実施例1および比較例1(クローズドO2供給)の放電曲線を示す。
放電は、2.0V対Liのオフセット電位および5mAのカットオフ電流まで、100mAによる定電流および定電圧(CC−CV)モードで行なった。この図は、実施例2がオープンO2供給条件では、比較例2よりも高い容量および高い出力特性を有する明確な証拠を示した。
Claims (18)
- リチウム空気電池であって、
アノード区画と、
O2源を供給されるカソード区画と、
前記アノード区画を前記カソード区画から分離するリチウムイオン伝導性膜とを備え、
前記アノード区画は、活性金属としてリチウムまたはリチウム合金を有するアノードとリチウムイオン電解質とを備え、
前記カソード区画は、空気電極とナトリウムイオン電解質とを備え、Li電解質を含まず、
前記リチウムイオン伝導性膜はナトリウムイオンを透過しない、リチウム空気電池。 - 前記カソード区画はイオン液体を備える、請求項1に記載のリチウム空気電池。
- 前記イオン液体は、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン、テトラフルオロボレートアニオン、およびヘキサフルオロホスフェートアニオンからなる群から選択されるアニオンに関連付けられるイミダゾリウムカチオン、ピペリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、またはアンモニウムカチオンである、請求項2に記載のリチウム空気電池。
- 前記カソード区画はさらに、テトラアルキルアンモニウム塩、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、およびピペリジニウム塩からなる群から選択される塩を備える、請求項3に記載のリチウム空気電池。
- 前記アノード区画を前記カソード区画から分離する前記リチウムイオン伝導性膜は、ポリマー、セラミック材料、またはその複合材である、請求項1に記載のリチウム空気電池。
- 前記リチウムイオン伝導性膜はセラミック材料を備え、前記セラミック材料は稠密なセラミック膜である、請求項5に記載のリチウム空気電池。
- 前記稠密なセラミック膜は、Li−La−Ti−O系ぺロブスカイト、Li−Al−Ti−P−O系NASICON、Li−La−Zr−O系ガーネット、Li−P−S系固体電解質、およびLi−Ge−P−S系固体電解質からなる群から選択される1つを備える、請求項6に記載のリチウム空気電池。
- 前記ナトリウムイオン電解質は、Na2SO4、NaNO3、NaClO4、Na3PO4、Na2CO3、NaPF6、およびNaOHからなる群から選択されるナトリウム塩を備える、請求項1に記載のリチウム空気電池。
- 前記アノード区画はさらに、環式炭酸塩、鎖状炭酸塩、環式エステル、環式エーテル、および鎖状エーテルからなる群から選択される非水系溶媒を備える、請求項1に記載のリチウム空気電池。
- 前記アノード区画はさらに、LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiN(CF3SO2)2、Li(CF3SO3)、およびLiN(C2F5SO2)2からなる群から選択される塩を備える、請求項9に記載のリチウム空気電池。
- 前記カソード区画に供給される前記O2源は、純O2、周囲空気、および不活性ガスで希釈されるO2からなる群から選択される1つである、請求項1に記載のリチウム空気電池
。 - 前記空気電極は酸化還元触媒および伝導性材料のうち少なくとも1つを備える、請求項1に記載のリチウム空気電池。
- 前記空気電極は化合物を含み、前記化合物は、Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、LiOH、NaOH、KOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2、Sr(OH)2、Ba(OH)2、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、MgCO3、CaCO3、SrCO3、およびBaCO3からなる群から選択される、請求項1に記載のリチウム空気電池。
- 前記空気電極は貴金属触媒をさらに備える、請求項13に記載のリチウム空気電池。
- 前記空気電極は伝導性材料を備え、前記伝導性材料は、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、気相成長炭素繊維、グラフェン、天然黒鉛、人造黒鉛、活性炭素、金属繊維、金属粉末、および有機伝導性材料からなる群から選択される、請求項1に記載のリチウム空気電池。
- 前記イオン液体は、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウム−ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド(DEME−TFSA)であり、前記ナトリウムイオン電解質はナトリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド(NaTFSA)である、請求項2に記載のリチウム空気電池。
- 請求項1に記載のリチウム空気電池を備える車両。
- 前記カソード区画に供給される前記O2源は周囲空気である、請求項17に記載の車両
。
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