鋰空氣電池和鋰電池的正極結構體的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鋰空氣電池和鋰空氣電池的正極結構體。
【背景技術】
[0002] 近年來，主要作為電動汽車用途，對于與鋰離子電池相比具有非常大的能量密度 的空氣電池寄予期待。空氣電池將空氣中的氧用于正極活性物質。作為這樣的空氣電池， 公知有一種將金屬鋰、以鋰為主要成分的合金、或者以鋰為主要成分的化合物用于負極活 性物質的鋰空氣電池。這樣的鋰空氣電池由負極、電解質以及正極（空氣極）構成，作為上 述電解質，使用水系電解質或者非水系電解質。
[0003] 其中，水系電解質的鋰空氣電池通常由負極（例如金屬鋰）、緩沖層（例如滲入了 有機電解質的纖維素）、固體電解質層（例如也標記為鋰離子傳導性玻璃陶瓷、或者鋰離子 電導性玻璃陶瓷）、水系電解質（例如氫氧化鋰水溶液等）以及作為空氣極的正極（例如附 著有碳負載鉑等催化劑的碳纖維布）構成。與上述非水系電解質的鋰空氣電池相比，這樣 的水系電解質的鋰空氣電池存在不受空氣中的水分的影響、電解質廉價、具有不燃性等優 點。
[0004] 另外，在專利文獻1中記載有這樣的內容：在鋰一水電池中放電時，在正極發生下 述式（1)的反應，產生氫。在專利文獻1中提出了這樣的做法：將水用作具有較高的氫儲存 率的儲存物質，自由自在地供給氫；將所供給的氫用作燃料電池的燃料。
[0005] 化學式1
[0006] 2H20+2e--20H>H2 ? ? ? (1)
[0007] 專利文獻1 :日本特開2011 - 228162號公報
【發明內容】
[0008] 發明要解決的問題
[0009] 在水系電解質的鋰空氣電池中，只要能夠利用長時間的放電維持正極的氧化還原 能力，就不會發生下述式（2)的反應而自正極產生氫。但是，發明人等發現：在采用水系 電解質的鋰空氣電池中，在進行長時間的放電、特別是較高的電流密度（約4mA/cm 2以上） 下的長時間放電的情況下，有時正極的氧化還原能力降低，發生式（1)的反應，自正極產生 氫。還發現如下問題：在正極上產生氫的情況下，正極的放電電壓降低，放電時間變短。并 且，其結果，產生的氫過度地存在于空氣中。此外，在為了提高正極的氧化還原能力而增加 每單位面積的催化劑負載量的情況下，由催化劑的比表面積降低等所導致的催化活性降 低、催化活性相對于催化劑量的非效率化、費用上升等成為課題。
[0010] 化學式2
[0011] H20+2e+l/202- 20H ? ? ? (2)
[0012] 鑒于上述課題，本發明的目的在于，提供一種通過防止產生氫來防止長時間的放 電過程中的放電電壓的下降和放電時間的縮短，防止在空氣中過度存在氫的鋰空氣電池。
[0013] 用于解決問題的方案
[0014] 為了達到上述目的，本發明的鋰空氣電池具備負極、固體電解質、電解質、正極，該 鋰空氣電池的特征在于，上述正極的表面積大于上述負極的表面積。
[0015] 發明的效果
[0016] 參照上述課題，通過防止自鋰空氣電池的正極產生氫，能夠防止由長時間的高電 流密度的放電導致電池特性（放電電壓和放電時間）下降，并且在空氣中不會過度存在氫。
【附圖說明】
[0017] 圖1是表示本發明的第一實施方式的鋰空氣電池的示意性的立體圖。
[0018] 圖2是表示本發明的第一實施方式的鋰空氣電池的內部結構的示意性的立體圖。
[0019] 圖3是表示本發明的第一實施方式的鋰空氣電池單元電池的內部結構的示意性 的剖視圖。
[0020] 圖4是表示本發明的第二實施方式的鋰空氣電池的內部結構的示意性的立體圖。
[0021] 圖5是表示本發明的第二實施方式的鋰空氣電池的電路圖。
[0022] 圖6的（a)是表示本發明的第二實施方式的鋰空氣電池單元電池的內部結構的示 意性的剖視圖，圖6的（b)是表示鋰空氣電池單元電池的負極復合體的內部結構的示意性 的剖面圖。
[0023] 圖7是表示實施例中的鋰空氣電池的放電電壓的變化的曲線圖。
[0024] 圖8是表示實施例中的鋰空氣電池的放電電壓的變化的曲線圖。
[0025] 附圖標iP,說明
[0026] 1、1A、鋰空氣電池；2、殼體；3、正極結構體；4、4A、負極復合體；5、正極集電體；6、 負極集電體；7、電解質；8、正極；8a、主體部；8b、空氣極層；10、10A、空氣電池單元電池； 11、負極層；12、緩沖層（保護層）；13、固體電解質層；14、14A、外周密封構件；15、16、17、 18、放電曲線；20、密封墊。
【具體實施方式】
[0027] 參照圖1~圖3說明本發明的鋰空氣電池和鋰空氣電池1的正極結構體的第一實 施方式。
[0028] 圖1是表示本發明的第一實施方式的鋰空氣電池的示意性的立體圖。
[0029] 如圖1所不，本實施方式的鋰空氣電池1具備作為外殼的殼體2、作為自殼體2內 引出而露出的空氣極集電體的正極集電體6和負極集電體5。
[0030] 殼體2由能使氣體透過而不使液體透過的材料形成。殼體2例如是氟樹脂成形 品、氟樹脂的多孔質體，是具有六面體、例如長方體形狀的中空體，該氟樹脂成形品的特征 在于，由具有聚乙烯、或者偏氟乙烯單元和四氟乙烯單元的氟聚合物形成，該氟樹脂的多孔 質體的特征在于，由具有偏氟乙烯單元和四氟乙烯單元的氟聚合物形成。另外，殼體2也可 以是既不使氣體透過又不使液體透過的材料的成形品。在這種情況下，在殼體2的側壁設 有透氣口。上述透氣口設于不使后述的電解質7漏出的位置，使空氣在殼體2的內外流通。
[0031] 僅有正極集電體5和負極集電體6露出到殼體2的外側。
[0032] 圖2是表示本發明的第一實施方式的鋰空氣電池1的內部結構的示意性的剖視 圖。
[0033] 如圖2所示，本實施方式的鋰空氣電池1具備正極結構體3、負極復合體4、正極集 電體5、負極集電體6、電解質7以及成為鋰空氣電池1的外殼的殼體2。
[0034] 正極結構體3和負極復合體4并聯地電連接。另外，相鄰的正極結構體3和負極 復合體4實際上互相連接，但在圖2中為了易于識別而分開地表示。即，由正極結構體3、負 極復合體4以及被該正極結構體3和負極復合體4包在內部的電解質7形成1個空氣電池 單元電池10。
[0035] 正極集電體5只要能夠在鋰空氣電池的工作范圍內穩定地存在，且具有期望的導 電性即可。例如由將不銹鋼、鎳、鋁、金、鉑等金屬材料，碳纖維布、碳無紡布等碳材料作為材 料的板狀或者線狀的導電體構成，其一端側與正極結構體3的一部分或者全部電連接。
[0036] 負極集電體6只要能夠在鋰空氣電池的工作范圍內穩定地存在，且具有期望的導 電性即可。例如由將銅、鎳等作為材料的板狀或者線狀的導電體構成，其一端側與負極復合 體4的一部分或者全部電連接。
[0037] 圖3是表示本發明的本實施方式的鋰空氣電池單元電池10的內部結構的示意的 剖視圖。
[0038] 如圖3所示，鋰空氣電池單電池10具備正極結構體3、負極復合體4、正極集電體 5、負極集電體6、電解質7。
[0039] 正極結構體3是由2個以上的正極8層疊形成的，其與正極集電體5電連接，作為 1個空氣極發揮功能。更具體地講，正極結構體3例如是利用碳纖維、樹脂等縫制2個以上 正極8而形成的。此外，只要是固定地形成有多個正極8的結構體即可，例如也可以利用夾 具等從相鄰的正極8彼此的外側按壓而形成正極結構體3、或者利用網從兩側按壓并固定 來形成正極結構體3、或者利用裝訂器等固定來形成正極結構體3。
[0040] 正極8具備主體部8a和含有導電性材料的空氣極層8b，其與正極集電體5電連 接。相鄰的正極8可以互相分開，但期望是連結成相面對的面相接觸。在這種情況下，相鄰 的正極8之間的