用于鋰-空氣電池的電解質(zhì)溶液的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于鋰-空氣電池的電解質(zhì)溶液，其包含離子液體，所述離子液體具有醚基團(tuán)并列地結(jié)合入其中的陽(yáng)離子。本發(fā)明還提供了一種包含所述電解質(zhì)溶液的鋰-空氣電池。
【專利說(shuō)明】用于鋰-空氣電池的電解質(zhì)溶液

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及鋰-空氣電池中使用的電解質(zhì)溶液。

【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著近年來(lái)諸如移動(dòng)電話等裝置的普及和發(fā)展，期望增大作為它們的電源的電池的容量。在這一背景下，金屬-空氣電池具有高的能量密度，因?yàn)樗鼈兡軌蛲ㄟ^(guò)在使用大氣氧作為正電極活性材料的空氣電極處對(duì)氧進(jìn)行氧化/還原反應(yīng)并且通過(guò)在負(fù)電極處對(duì)構(gòu)成負(fù)電極的金屬進(jìn)行氧化/還原反應(yīng)而發(fā)生充放電。因此，金屬-空氣電池作為比目前一般使用的鋰離子電池優(yōu)越的高容量電池而一直受到關(guān)注(Nat1nal Institute ofAdvanced Industrial Science and Technology(AIST) “Development of a New-typeLithium-Air Battery with Large Capacity”，[在線],2009 年 2 月 24 日新聞稿，[2011年8月19日檢索],互聯(lián)網(wǎng):
[0003]< http://www.aist.go_j p/aist_j/press_release/pr2009/pr20090224/pr20090224.html >)。
[0004]英文網(wǎng)頁(yè):
[0005]< http: / / w w w.a i s t.g0.jp/aist_e/latest_research/2009/20090727/20090727, html >。
[0006]金屬-空氣電池中已使用有機(jī)溶劑作為非水電解質(zhì)，但有機(jī)溶劑是揮發(fā)性的并且此外與水可混溶，因此隨著長(zhǎng)期運(yùn)行存在穩(wěn)定性問(wèn)題。在電池的長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，電池電阻因電解質(zhì)溶液從正電極(空氣電極)側(cè)蒸發(fā)而經(jīng)歷增大，或者因濕氣滲入電池內(nèi)部而存在作為負(fù)電極的鋰金屬腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。這些現(xiàn)象是削弱作為空氣電池的特有特征的長(zhǎng)期放電的因素。
[0007]以提供通過(guò)抑制因電解質(zhì)溶液揮發(fā)而致的下降以及抑制濕氣向電池內(nèi)部的混入所實(shí)現(xiàn)的能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的電池運(yùn)行的鋰-空氣電池為目標(biāo)，已提出了使用離子液體如N，N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)銨雙(三氟甲磺?；?酰胺(DEMETFSA)作為非水電解質(zhì)的空氣電池(日本專利申請(qǐng)公開(kāi)第2011-003313號(hào)(JP2011-003313A))。這里，離子液體指在常溫(15°C至25°C)下為液體并且僅由組合了陽(yáng)離子和陰離子的離子型分子所構(gòu)成的材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]雖然離子液體如N，N-二乙基-N-甲基-N_(2-甲氧基乙基)銨雙(三氟甲磺酰基)酰胺(DEMETFSA)用于空氣電池的電解質(zhì)溶液的用途在抑制因電解質(zhì)溶液的揮發(fā)所致的下降以及抑制濕氣向電池內(nèi)部的混入方面確實(shí)提供了一定的效果，但仍不能說(shuō)使用常規(guī)離子液體如DEMETFSA用于其電解質(zhì)溶液的空氣電池表現(xiàn)出了令人滿意的電池輸出。因此，需要可提供進(jìn)一步改善鋰-空氣電池的輸出的電解質(zhì)溶液。
[0009]對(duì)可提供鋰-空氣電池的輸出的額外改善的電解質(zhì)溶液進(jìn)行了深入研究，并因此發(fā)現(xiàn)，具有并列地結(jié)合醚基團(tuán)的陽(yáng)離子的離子液體具有高的L1x生成能力并且可有助于改善鋰-空氣電池的輸出。
[0010]本發(fā)明涉及用于鋰-空氣電池中的電解質(zhì)溶液，所述電解質(zhì)溶液包含離子液體，所述離子液體具有醚基團(tuán)并列地結(jié)合入其中的陽(yáng)離子。
[0011]本發(fā)明提供一種具有優(yōu)異的L1x生成能力的鋰-空氣電池電解質(zhì)溶液。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)重要性將在下文結(jié)合附圖描述，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的要素，且其中:
[0013]圖1為示出了當(dāng)使用雙(三氟甲磺酰基)酰胺(TFSA)作為陰離子部分并使用具有單個(gè)醚基團(tuán)的N，N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)銨(DEME)作為陽(yáng)離子部分時(shí)的Li離子配位形態(tài)和O2供給能力的示意圖；
[0014]圖2為示出了當(dāng)使用雙(三氟甲磺?；?酰胺(TFSA)作為陰離子部分并使用三個(gè)醚基團(tuán)串聯(lián)地結(jié)合入其中的DEME3作為陽(yáng)離子部分時(shí)的Li離子配位形態(tài)和O2供給能力的不意圖；
[0015]圖3為示出了當(dāng)使用雙(三氟甲磺?；?酰胺(TFSA)作為陰離子部分并使用三個(gè)醚基團(tuán)并列地結(jié)合入其中的N-甲基-N，N，N-三(2-甲氧基乙基)銨(N1(1o2)3)作為陽(yáng)離子部分時(shí)的Li離子配位形態(tài)和O2供給能力的示意圖；和
[0016]圖4包含對(duì)電解質(zhì)溶液測(cè)得的線性掃描伏安(LSV)曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0017]使用包含迄今使用的離子液體N，N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)銨雙(三氟甲磺?；?酰胺(DEMETFSA)的電解質(zhì)溶液的鋰-空氣電池仍不能夠提供令人滿意的電池輸出。
[0018]針對(duì)此問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)通過(guò)在電解質(zhì)溶液中使用包含醚基團(tuán)并列地結(jié)合入其中的陽(yáng)離子的離子液體可比迄今可得的L1x生成能力獲到改善并可改善鋰-空氣電池的輸出特性。
[0019]該具有醚基團(tuán)并列地結(jié)合入其中的陽(yáng)離子的離子液體優(yōu)選包含由式(I)所表示的季銨陽(yáng)離子，
[0020]

【權(quán)利要求】
1.一種用于鋰-空氣電池的電解質(zhì)溶液，包含離子液體，所述離子液體具有醚基團(tuán)并列地結(jié)合入其中的陽(yáng)離子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解質(zhì)溶液，其中所述離子液體包含由下式所表示的季銨陽(yáng)離子:
在所述式中，R1、R2、R3和R4中的至少兩個(gè)基團(tuán)各自含有I至7個(gè)碳原子、氫原子和I至3個(gè)氧原子；剩余的基團(tuán)各自含有I至8個(gè)碳原子、氫原子和O至3個(gè)氧原子；并且R1、R2、R3和R4中存在的氧的數(shù)目最多為12。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電解質(zhì)溶液，其中所述R1、R2、R3和R4中含有所述氧原子的所述至少兩個(gè)基團(tuán)具有相同的結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的電解質(zhì)溶液，其中所述離子液體包含由式(2)所表示的銨陽(yáng)離子(N12(1o2)2)
或由式⑶所表示的銨陽(yáng)離子(N1(1o2)3)
或它們的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的電解質(zhì)溶液，還包含:有機(jī)溶劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的電解質(zhì)溶液，還包含:由下式所表示的雙(三氟甲磺?；?酰胺(TFSA)
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的電解質(zhì)溶液，還包含:含鋰的金屬鹽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電解質(zhì)溶液，其中所述含鋰的金屬鹽為雙(三氟甲磺?；?酰胺鋰(LiTFSA)。
9.一種鋰-空氣電池，包括:正電極層； 負(fù)電極層；和 電解質(zhì)層，所述電解質(zhì)層包含根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的電解質(zhì)溶液，并且所述電解質(zhì)層設(shè)置在所 述正電極層和所述負(fù)電極層之間。
【文檔編號(hào)】H01M12/06GK104078721SQ201410114539
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月29日
【發(fā)明者】中本博文 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社