JPS5848369A - リチウム−酸素電池 - Google Patents

リチウム−酸素電池

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JPS5848369A
JPS5848369A JP14559481A JP14559481A JPS5848369A JP S5848369 A JPS5848369 A JP S5848369A JP 14559481 A JP14559481 A JP 14559481A JP 14559481 A JP14559481 A JP 14559481A JP S5848369 A JPS5848369 A JP S5848369A
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JP
Japan
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oxygen
lithium
battery
active carbon
activated carbon
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Pending
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JP14559481A
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English (en)
Inventor
Shuji Yamada
修司 山田
Takahisa Osaki
隆久 大崎
Yuichi Sato
祐一 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/14Cells with non-aqueous electrolyte
    • H01M6/16Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明社リチウムー酸素電池、更に詳しくはリチウム極
の劣化を起さず、耐漏液性にすぐれかつ高出力のリチウ
ム−酸素電池に関する。
リチウムを負極活物質とする電池は、高エネルギー密度
の電池とし【知られ、種々の開発が進められて−る。
しかしながら、この電池にあって社、電解質として例え
社水濤液系の電解液を用いることはで食ない。なぜなら
ば、リチウム極が電解液の水と反応して負極活物質とし
ての機能を喪失するためである。
そのため、電解質としては通常、過塩素酸リチウムなど
の電解質物をプロピレンカーがネート、γ−ブチ窒ラク
トンなどの有機溶媒に溶解して成る有機溶媒電解液、又
は窒化リチウムのようなリチウムイオン導電性の固体電
解質が用いられている。また、正極活物質としては、例
えば有機接媒電池の場合に社、7ツ化炭素、二酸化マン
ガンなどが用−られている。
一方、上記した電池の一稙として、正極活物質に空気中
の酸素を用いるリチウム−空気電池の研veが進められ
ている。この電池の1例を縦断面図2して第1図に示し
た。図にお−て、1は例えば多孔質の活性炭の階から成
る正極52Fiリチウム金属からなる負−で、両者は例
えば過塩素酸リチウムをプロピレンカーボネートKWI
解さぜた有機溶媒電解液を保持する七パレータ3及び集
電体であるニッケルネット4を介して当接されている・
これ−らは、ステンレススティールの電池ケース5に装
填され、負&2に#i、負極端子も兼える負極封口板6
が冠着されている。負極封口板6と電池ケース5のna
 tc uガスケツ)7が介挿されて全体が気密構1!
llIcなっている08は空気取入れ口で、ζこからこ
の電池にとっての正極活物質である酸素が空気の形で取
り入れられる。9は、電解液の漏洩を防止するためのフ
ィルムで、通常テアpンフイルムが用いられている。
しかしながら、このような電池にあっては、空気取入れ
口8かも空気とともに空気中の水分亀取シ入れられる。
その結果、該水分によってリチウムs2の劣化が進行す
る。また、電池社密閉されていないので耐漏液性も満足
いくものとはならないO 本発明者らは、以上の間履点を解消するために鋭意研究
を重ねた結果、正極活物質である酸素又はその酸素を供
給し得る物質を予め正極構成材に担持せしめれば、空気
取入れ口を設けることは不要に&ゐとの着想を得、本発
明電池を開発するに到った。
本発明社、空気中水分の混入によるリチウム極の劣化を
防止し、かつ耐漏液性にもすぐれた密閉構造のりチウム
−酸素電池の提供を目的とする。
本発明の電池は、空気取入れ口を具備しない構造の電池
であって、負極がリチウム、正極が酸素ガスを吸着した
活性炭又は酸素供給体を担持した活性炭であることを特
徴とする。
本発明でいう酸素供給体と社、酸素ガス濱解能な有する
71−フルロ化合物、フッ素溶媒又はそれらの混合物に
酸素ガスを溶解して成るものであって、電池反応の進行
時に譲反応域に酸素ガスを供給し得るものである。
用−るパー70−化合物としては、例えけパー70pト
リーn−ブチルアミン、ノ母−70ロトリーフ璽ヒルア
ミン、ノ4−70vxfカリン、ノ臂−フロpメチルデ
カリン、フッ素化エーテルの1積又は2種以上の化合物
であって、これらはいずれも酸素ガス溶解能が約40容
量覧と大きく、また酸素ガス授受速度も14〜261m
−城と大自い。
tた、#4−るフッ素溶媒としては、例えば1−クール
−1,2,2−)す7−ロエチレン、l。
1.2.2−テ)フタロルー1.2−シフ0ロエタン、
1,1.2−)リクロル−1,2,2−)リフシロエタ
ンの1llIIx社2種以上の化合物である。これらの
酸素ガス溶解能社約40容I1%である0 これら/母−70口化合物、フッ素溶媒社、それぞれ単
独で又祉両者を適宜な混合比で混合して成る混合物の彫
で用いられる。
本発明kかかる正極の第1の態様は、表面又韓内部細孔
内KI!接酸素ガスを吸着・固定した活性炭の粉末を常
用の結着剤(例えばPTFE ’)を用−て成形したも
のであり、第2の態様としては、上記したパー7四p化
合瞼、フッ素溶媒又は両者の混合物Kl!素ガスを溶解
せしめ、このようにして得られた酸素供給体を担持せし
めえ活性炭の粉末を、第1の態様と同様にして成形した
ものである・かかる態様において、活性炭に吸着又は担
持される酸素ガス又は酸素供給体の量の多寡によって、
得られる電池の放電容量の大小が規定される。しかし、
第2の態様の場合、酸素供給体の活性炭への担持量が、
活性炭重量に対し20襲を超えると得られた正極自体の
抵抗が上昇し、その結果、重負荷放電時の電圧降下が大
きくなる。したがって、その相持量は活性炭重量に対し
20重重量級下でなお、比表面積の大禽い活性炭を用い
れば、活性炭の単位量に対する酸素ガス吸着量が大きく
なり、また酸素供給体の相持量も大急くすることができ
るので、放電容量が増大する効果を示すことはいうまで
もない。
本発明電池においては、正極活物質である酸素が電池の
中に予め内蔵されて−るため、該電池に空気取入れ口を
設けることは不t’になる。そのため、従来電池のよう
に、空気取入れ口から水分が電池内に混入する虞れが全
くなくなるので、リチウム極の劣化という間I!II′
i解決される。また、全体が密閉構造になるので、電解
液の電池外への漏洩という事態も防止され、耐漏液性の
点でもすぐれたものである。
以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。
実施例 る電池 比表面積800 w!/11の市販の活性炭粉末(平均
粒径15μ)を真空中で500℃、8時間加熱処理し、
そのtま室温まで冷却した・ついで、こ仁に酸素ガスを
流入し、活性炭に酸素を吸着せしめた・酸素の吸着量社
活性炭11当り5ミリモルであった。
得られた粉末とテア0ン粉末とを重量比9+1で混合し
た後、常法によりプレス加工して直径8゜7■厚み0.
7■のペレットを正極として成形した。
負極として直径5.0簡厚み1.0■の金属リチウム円
板、電解液としてIMの過塩素酸リチウムを溶解したグ
田ピレンカーがネートの有機溶媒電解液を用−1亀2図
に示した電池を作製した。
第2図で10は正極、11は負極、13は上記電解液が
含浸された七/臂レータである。14社ステンレスステ
イールーの電池ケース、15a負極封口板、16はガス
ケットである。
得られた電池IIi直径9.4 m総高2.6 Mであ
った。
電池lの作製で示した方法で酸素ガスを5Rすそル/活
性炭11吸着せしめた活性炭の粉末を、10%/譬−フ
ロロデカリンの四塩化炭素溶液に懸濁し、撹拌しながら
ここに酸素ガスを導入して、酸素ガスを飽和して溶解す
るパー7aロデカリンを活性炭重量に対し1%担持せし
めた。
以下、これを正極とし【電池1の作製方法と同様にして
、第2図に示した構造の電池を組立て、これを電池2と
した。
電池1の作製で示し北方法で酸素ガスを5tリモル/活
性炭lI@着せしめた活性炭の粉末と酸素ガスを飽和し
て溶解する1−りpルー1,2゜2−トリフ0ロエチレ
ンとを重量比9:1で混練し、これを正極として電池l
の作製方法と同様にして、第2図に示した構造の電池を
組立て、これを電池3としたー 2.2−トリフ0田エチレンの混合物 ノや一70ロトリーn−ブチルアミンと1−タール−1
,2,2−)す70ロエチレンとを略容積混合後酸素ガ
スを導入して酸素ガスを飽和させる。
電池10作製で示した方法で贈素ガスを5建すモル/活
性炭11@着せしめ門活性炭の粉末と上記混合物とを重
量比9:1で混練し、これを正極として電池10作製方
法と同様にして、第2図に示した構造の電池を組立て、
これを電池4とした。
電池1〜4で用いた活性炭粉末、金属リチウム円板、有
機溶媒電解液をそれぞれ正極、負極、電解液として電池
1〜4と同様の方法で第1図に示した電池を組立てた。
漏液防止用のフィルム9としては、厚み25μのテフp
ンフイルムを用いた。
電池5F1直径9.4論総高2.6 mであった。
これら各電池20個につき、室温下で200KOの定負
荷放電特性を調べた。製造直後と6ケ月閤放置後との平
均放電持続時間の結果社表に示した通)であった。
なお、電池5は、製造直後の放電試験中に5個漏液し、
6+月後には全数漏液したO電池1〜4には、そのよう
な現象はみちれなかった。
表に示した結果から明らかなように1電池5(比較例)
はその放電特性が着しく劣イヒしたが、電池1〜4(実
施例)の本発明電池の劣イしは殆んどみちれなかった。
以上の説明で明らかなように、本発明電池はその劣化が
少なく、耐漏液性にもすぐれるのでその工業的価値は極
めて大である。
【図面の簡単な説明】 第1図、第2図はそれぞれ従来構造のリチウム−空気電
池、本発明電池の縦断面図である。 1.10・・・正極、2.11・・・負極、3.12・
・・七ノぐレータ、4・・・ニッケルネツ)、5.13
・・・電池ケース、6.14・・・負極封目板、7.1
5・・・ガスケット、8・・・空気取入れ口、9・・・
テフロンシートO 第1図 第2図 013

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、空気取入れ口を具備しない構造の電池であって、 負極がリチウム、正極が酸素ガスを吸着し友活性炭又社
    酸素供給体を担持した活性炭であることを特徴とするリ
    チウム−酸素電池。 2、該酸素供給体が、酸素ガスを溶解した/譬−フリロ
    化合物である特許請求の範囲第1項記載のリチウム−酸
    素電池。 3、  該Ie−フロロ化合物カ、ノや一フロ四トリー
    n−ブチルア之ン、ノ4′−70田トリープロピルア電
    ン、ノ母−7vロデカリン、I4−7田田メチルデカリ
    ン、フッ素化エーテルの群から選ばれる少くとも1種の
    化合物である特許請求の範囲第2項記載のリチウム−酸
    素電池。 4、該酸素供給体が、酸素ガスを溶解したフッ素溶媒で
    ある特許請求の範匪第1項記載のリチウム−酸素電池。 5Mフッ素溶媒が、1−クロル−1,2,2−トリフ0
    ロエチレン、1,1.2.2−テトラク胃ルー1,2−
    シフv:10エタン、1゜1.2−)   リ  り 
    ロ ル −1,2,2−ト  リ  7 ロpエタンの
    群から選ばれる少くとも1種の化合物である特許請求の
    範囲第4項記載のリチウム−酸素電池。 6゜ 該酸素供給体が、パー70口化合物とフッ素溶媒
    の混合物に酸素ガスを溶解して成る特許請求の範囲第1
    項記載のリチウム−酸素電池0 7、 該ノ奇−70口化合物が、パー7aロトリーn−
    ブチルアミン、パー70ロシリーグpビルアミン、パー
    70冒テカリン、パー70pメチルデカリン、フッ素化
    エーテルの群から1illIばれる少くとも1種の化合
    物である特許請求の範囲第6項記載のリチウム−酸素電
    池。 8、該フッ素溶媒が、1−りpルー1. 2. 2−)
    す7四ロエチレン、1,1,2.2−テトラクロル−1
    ,2,2−シフ0ロエタン、1.   1.   2−
    )   リ  り 1)ル −  1.2.2−)  
     リフ0ロエタンの群から選けれる少くとも1穏の化合
    物である特許請求の範囲第6項記載のりチウム−酸素電
    池0
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9954261B2 (en) 2010-06-25 2018-04-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Air battery

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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