Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP5643182B2 - Lithium-air secondary battery and method for producing air electrode thereof - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP5643182B2 - Lithium-air secondary battery and method for producing air electrode thereof - Google Patents

Lithium-air secondary battery and method for producing air electrode thereof Download PDF

Info

Publication number
JP5643182B2
JP5643182B2 JP2011267514A JP2011267514A JP5643182B2 JP 5643182 B2 JP5643182 B2 JP 5643182B2 JP 2011267514 A JP2011267514 A JP 2011267514A JP 2011267514 A JP2011267514 A JP 2011267514A JP 5643182 B2 JP5643182 B2 JP 5643182B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lithium
positive electrode
catalyst
air
type oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2011267514A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013120663A (en
Inventor
浩伸 蓑輪
浩伸 蓑輪
政彦 林
政彦 林
セティアワティ エリ
セティアワティ エリ
克也 林
克也 林
小林 隆一
隆一 小林
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.)
NTT Inc
NTT Inc USA
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Inc USA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp, NTT Inc USA filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2011267514A priority Critical patent/JP5643182B2/en
Publication of JP2013120663A publication Critical patent/JP2013120663A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5643182B2 publication Critical patent/JP5643182B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Hybrid Cells (AREA)

Description

本発明は、充電電圧が低くサイクル特性に優れたリチウム空気二次電池に関するものである。   The present invention relates to a lithium air secondary battery having a low charging voltage and excellent cycle characteristics.

金属空気電池は、リチウムイオン電池などのリチウム系電池を遥かに凌駕する理論エネルギー密度を有している。中でも、亜鉛空気一次電池は、300mAh/g程度の大きな放電容量を有することから、主に、補聴器などに使用されている。しかしながら、非水電解液を使用するリチウム系電池と比較すると1V程度の電圧しか得られないため、広範な利用は難しいと考えられる。   Metal-air batteries have a theoretical energy density that far surpasses lithium-based batteries such as lithium ion batteries. Among these, zinc-air primary batteries have a large discharge capacity of about 300 mAh / g, and are mainly used for hearing aids and the like. However, since only a voltage of about 1 V can be obtained as compared with a lithium battery using a non-aqueous electrolyte, it is considered difficult to use widely.

近年、正極反応系として亜鉛空気電池と同様な酸素の電気化学的な還元(放電)・発生(充電)を使用して、負極として亜鉛にかわって金属リチウムを組み合わせ、また、電解液として非水電解質を使用することによって、2〜3Vの高電圧を示すリチウム空気二次電池を作製する試みが行われており、初回放電で1000mAh/g以上の大きな放電容量が得られている。   In recent years, electrochemical reduction (discharge) / generation (charge) of oxygen is used as the positive electrode reaction system in the same manner as zinc-air batteries, and lithium is combined with zinc as the negative electrode, and non-aqueous as the electrolyte. Attempts to produce a lithium-air secondary battery exhibiting a high voltage of 2 to 3 V have been made by using an electrolyte, and a large discharge capacity of 1000 mAh / g or more has been obtained in the first discharge.

しかし、充電時の電圧が4V以上と高く電解液の分解が起こることや、放電生成物(酸化リチウム)の析出・分解の可逆性が不十分であることなどが原因で、サイクルを繰り返すと放電容量が著しく減少するといった問題を抱えている。そこで、リチウム空気二次電池用正極へ触媒を添加することにより電極の高活性化を行うことが試みられている。   However, if the cycle is repeated due to the fact that the voltage at the time of charging is as high as 4 V or more, decomposition of the electrolyte occurs, and the reversibility of deposition and decomposition of the discharge product (lithium oxide) is insufficient. There is a problem that the capacity is significantly reduced. Therefore, attempts have been made to increase the activity of the electrode by adding a catalyst to the positive electrode for the lithium-air secondary battery.

非特許文献1では、Ptや種々の金属酸化物を触媒として添加した正極を使用したリチウム空気二次電池を作製し、充放電試験を行っている。金属酸化物触媒としてMnO2を添加した場合、初回放電容量は、1000mAh/gで、50サイクル後も600mAh/gの容量を示している。また、Fe23を添加した場合、初回放電容量は、2700mAh/gで、10サイクル後75mAh/g、Fe34を添加した場合、初回放電容量は約1200mAh/gで、10サイクル後800mAh/gの容量を示している。しかし、サイクルによる容量減少が著しく、二次電池としての実用化には更なるサイクル特性の改善が必要であると考えられる。 In Non-Patent Document 1, a lithium-air secondary battery using a positive electrode to which Pt or various metal oxides are added as a catalyst is manufactured and a charge / discharge test is performed. When MnO 2 is added as a metal oxide catalyst, the initial discharge capacity is 1000 mAh / g, indicating a capacity of 600 mAh / g even after 50 cycles. In addition, when Fe 2 O 3 is added, the initial discharge capacity is 2700 mAh / g, and after 10 cycles, 75 mAh / g, and when Fe 3 O 4 is added, the initial discharge capacity is about 1200 mAh / g, after 10 cycles. A capacity of 800 mAh / g is shown. However, the capacity reduction due to the cycle is remarkable, and it is considered that further improvement of the cycle characteristics is necessary for practical use as a secondary battery.

An O2 cathode for rechargeable lithium batteries: The effect of a catalyst」, A. Debart, J. Bao, G. Armstrong, P. G. Bruce, Journal of Power Sources, Vol. 174, P.1177-1182 (2007).An O2 cathode for rechargeable lithium batteries: The effect of a catalyst '', A. Debart, J. Bao, G. Armstrong, P. G. Bruce, Journal of Power Sources, Vol. 174, P. 1177-1182 (2007).

上述したように、従来のリチウム空気二次電池は、充電電圧が高く、サイクルが困難であるという課題があった。   As described above, the conventional lithium-air secondary battery has a problem that the charging voltage is high and the cycle is difficult.

本発明の目的は、リチウム空気二次電池の充電電圧の低減に重要であると考えられる正極に高活性な触媒を混合することにより放電時に生成した析出物の分解が促進され、非常に優れたサイクル特性を有するリチウム空気二次電池を提供することである。   The purpose of the present invention is to promote the decomposition of precipitates generated during discharge by mixing a highly active catalyst with the positive electrode, which is considered to be important for reducing the charging voltage of the lithium air secondary battery, and is very excellent. A lithium-air secondary battery having cycle characteristics is provided.

上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載のリチウム空気二次電池の発明は、カーボン、触媒、バインダーからなる正極と、金属リチウムまたはリチウムイオンの吸蔵・放出が可能な物質からなる負極とを備え、上記正極の片面が空気、もう一方の面が非水電解液に接するように、上記正極と上記負極との間に非水もしくは水系電解液を配置して構成するリチウム空気電池において、上記正極の触媒として、ブラウンミレライト型酸化物(A225)を混合することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention of the lithium air secondary battery according to claim 1 of the present invention comprises a positive electrode comprising carbon, a catalyst and a binder, and a substance capable of occluding and releasing metallic lithium or lithium ions. Lithium air comprising a non-aqueous or aqueous electrolyte solution arranged between the positive electrode and the negative electrode so that one surface of the positive electrode is in contact with air and the other surface is in contact with the non-aqueous electrolyte. In the battery, a brown millerite oxide (A 2 B 2 O 5 ) is mixed as the positive electrode catalyst.

また、本発明の請求項2に記載の発明は、上記ブラウンミレライト型酸化物として、A=Ca、Sr、B=Mn、Feのそれぞれ少なくとも1つを使用して作製されたブラウンミレライト型酸化物を正極に混合することを特徴とする。   The invention according to claim 2 of the present invention is the brown millerite type produced by using at least one of A = Ca, Sr, B = Mn and Fe as the brown millerite type oxide. An oxide is mixed with the positive electrode.

また、本発明の請求項3に記載の発明は、上記ブラウンミレライト型酸化物として、A=Ca、B=Mnを使用し、上記Mnの一部をFe、Co、Niに置換したブラウンミレライト型酸化物(Ca2Mn2-xx5、M=Fe、Co、Ni)を正極に混合することを特徴とする。 The invention according to claim 3 of the present invention is the brown millelite in which A = Ca, B = Mn is used as the brown millelite type oxide, and a part of the Mn is replaced with Fe, Co, Ni. A light-type oxide (Ca 2 Mn 2−x M x O 5 , M = Fe, Co, Ni) is mixed with the positive electrode.

また、本発明の請求項4に記載の発明は、上記ブラウンミレライト型酸化物の結晶子径が、400〜500Åであり、かつ、N2吸着によるBET法により求めた比表面積が40〜50m2/gであるブラウンミレライト型酸化物を正極に混合することを特徴とする。 In the invention according to claim 4 of the present invention, the crystallite diameter of the brown millerite type oxide is 400 to 500 mm, and the specific surface area determined by the BET method by N 2 adsorption is 40 to 50 m. It is characterized in that a brown millerite type oxide of 2 / g is mixed with the positive electrode.

上記課題を解決するために、本発明の請求項5に記載のリチウム空気二次電池の製造方法は、カーボンと、触媒と、バインダーとを混合して正極を作製するステップと、金属リチウムまたはリチウムイオンの吸蔵・放出が可能な物質を使用して負極を作製するステップと、上記正極の片面が空気、もう一方の面が非水電解液に接するように、上記正極と上記負極との間に非水もしくは水系電解液を配置するステップを含み、上記正極の上記触媒としてブラウンミレライト型酸化物(A225)を混合することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, a method for producing a lithium-air secondary battery according to claim 5 of the present invention includes a step of producing a positive electrode by mixing carbon, a catalyst, and a binder, and metallic lithium or lithium. A step of producing a negative electrode using a substance capable of occluding and releasing ions; and between the positive electrode and the negative electrode so that one surface of the positive electrode is in contact with air and the other surface is in contact with a non-aqueous electrolyte. A step of disposing a non-aqueous or aqueous electrolyte solution, wherein the catalyst of the positive electrode is mixed with a brown millerite oxide (A 2 B 2 O 5 ).

本発明によれば、正極に高活性な触媒を混合することにより、放電生成物の良好な可逆性が得られ、充電電圧が低下するため、優れたサイクル特性を有するリチウム空気二次電池を提供することができる。   According to the present invention, by mixing a highly active catalyst with the positive electrode, good reversibility of the discharge product can be obtained, and the charging voltage is lowered, so that a lithium air secondary battery having excellent cycle characteristics is provided. can do.

本発明に係るリチウム空気二次電池の酸化物触媒であるブラウンミレライト型酸化物のXRDパターンを示した図である。It is the figure which showed the XRD pattern of the brown millerite type oxide which is an oxide catalyst of the lithium air secondary battery which concerns on this invention. 本発明に係るリチウム空気二次電池のリチウム空気電池セルの断面図である。It is sectional drawing of the lithium air battery cell of the lithium air secondary battery which concerns on this invention. 本発明の実施例1〜7及び比較例1によるリチウム空気二次電池の放電曲線を示す図である。It is a figure which shows the discharge curve of the lithium air secondary battery by Examples 1-7 of this invention, and the comparative example 1. FIG. 本発明の実施例7〜9及び比較例2によるリチウム空気二次電池の放電曲線で示す図である。It is a figure shown with the discharge curve of the lithium air secondary battery by Examples 7-9 and Comparative Example 2 of this invention. 本発明の実施例1〜9及び比較例1,2によるリチウム空気二次電池の放電容量、マンガン酸化物の結晶子径、及び、比表面積を示す表である。It is a table | surface which shows the discharge capacity of the lithium air secondary battery by Example 1-9 of this invention, and the comparative example 1 and 2, the crystallite diameter of manganese oxide, and a specific surface area.

本発明に係るリチウム空気二次電池の概要について、説明する。   An outline of the lithium air secondary battery according to the present invention will be described.

本発明に係るリチウム空気二次電池の正極は、正極活性物質である酸素の電気化学的酸化還元反応を進行させるために、カーボン、触媒、バインダーからなり、カーボン粉末、触媒粉末とポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のようなバインダー粉末との混合物を、通気性のある金属メッシュ等の支持体上に圧着成形する、あるいは、上述の混合物を有機溶剤等の溶媒中に分散しスラリー状にしたものを、金属メッシュ上に塗布し乾燥する等の手段を使用して作製される。作製された正極の片面は大気に曝され、また、もう一方の面は電解液と接する。また、電極の強度を高め電解液の漏洩を防止するために、冷間プレスだけでなくホットプレスを行うことによっても、より安定性に優れた電極が作製可能である。ここで、正極上での放電反応は、次式で表すことができる。
2Li++O2+2e-→Li22 (1) あるいは
2Li++1/2O2+2e-→Li2O (2)
The positive electrode of the lithium-air secondary battery according to the present invention is composed of carbon, a catalyst, and a binder in order to advance an electrochemical redox reaction of oxygen, which is a positive electrode active material, and includes carbon powder, catalyst powder, and polytetrafluoroethylene. A mixture with a binder powder such as (PTFE) is pressure-molded on a support such as a breathable metal mesh, or the above mixture is dispersed in a solvent such as an organic solvent to form a slurry. It is produced using means such as coating on a metal mesh and drying. One side of the produced positive electrode is exposed to the atmosphere, and the other side is in contact with the electrolyte. Moreover, in order to increase the strength of the electrode and prevent leakage of the electrolytic solution, it is possible to produce an electrode having more excellent stability by performing not only cold pressing but also hot pressing. Here, the discharge reaction on the positive electrode can be expressed by the following equation.
2Li + + O 2 + 2e → Li 2 O 2 (1) or 2Li + + 1 / 2O 2 + 2e → Li 2 O (2)

上式中のリチウムイオンは、負極から電解質を介して正極表面まで移動してきたものである。また、酸素は、大気中から正極内部に取り込まれたものである。この放電反応により生成したLi22、または、Li2Oは、正極上に析出し、正極上の反応サイトを全て被覆した時点で放電反応が終了する。充電時においては、放電反応とは逆の反応が起こり、放電時に生成された放電生成物がすべて分解されると充電反応が終了する。 The lithium ions in the above formula have moved from the negative electrode to the positive electrode surface via the electrolyte. Further, oxygen is taken into the positive electrode from the atmosphere. The discharge reaction Li 2 O 2 generated by, or, Li 2 O is deposited on the positive electrode, discharge reaction at the time when all the positive electrode reaction sites coating is completed. At the time of charging, a reaction opposite to the discharge reaction occurs, and the charging reaction is completed when all the discharge products generated at the time of decomposition are decomposed.

上記正極材料である上記カーボンとしては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、活性炭、カーボンファイバーなどを使用することができるが、結晶が成長しておらず、粒径が小さく、反応サイトが多く存在する高表面積カーボンを使用することが望ましい。   As the carbon as the positive electrode material, ketjen black, acetylene black, activated carbon, carbon fiber, etc. can be used, but the crystal is not grown, the particle size is small, and there are many reaction sites. It is desirable to use surface area carbon.

上記正極材料である上記触媒としては、貴金属や遷移金属やこれらの酸化物などを使用することができるが、結晶子が成長しておらず、粒径が小さく、高表面積な触媒材料を使用することが望ましい。発明者らは、上記触媒として金属複合酸化物を混合した正極を使用して作製したリチウム空気二次電池の充放電特性について鋭意検討を行った結果、ブラウンミレライト型酸化物A225を触媒として正極に混合した場合に、充電電圧が低下し、サイクル特性が向上することを見出した。A=Ca、Sr、B=Mn、Fe、Co、Niのときに得られるブラウンミレライト型酸化物を使用することにより優れた特性を示すことを見出した。 As the catalyst as the positive electrode material, a noble metal, a transition metal, or an oxide thereof can be used, but a catalyst material having no crystallite grown, a small particle size, and a high surface area is used. It is desirable. As a result of intensive studies on the charge / discharge characteristics of a lithium-air secondary battery produced using a positive electrode mixed with a metal composite oxide as the catalyst, the inventors have found that the brown millerite oxide A 2 B 2 O It has been found that when 5 is mixed with the positive electrode as a catalyst, the charging voltage is lowered and the cycle characteristics are improved. It has been found that excellent properties can be obtained by using a brown millelite type oxide obtained when A = Ca, Sr, B = Mn, Fe, Co, and Ni.

また、発明者らは、上記触媒材料として、特にA=Ca、B=Mnのとき、Mnの一部をFe、Co、Niに置換したブラウンミレライト型酸化物(Ca2Mn2-xx5、M=Fe、Co、Ni)を使用することによりさらに優れた特性を示すことを見出した。 Further, the inventors of the present invention, as the catalyst material, particularly when A = Ca and B = Mn, Brown Millerite type oxide (Ca 2 Mn 2-x M) in which a part of Mn is substituted with Fe, Co, and Ni. x O 5, M = Fe, Co, was found to exhibit more excellent characteristics by using a Ni).

また、酸化物の結晶子径が、400〜500Åであり、かつN2吸着によるBET法により求めた比表面積が40〜50m2/gであるの場合に電極特性の向上が著しいことを見出した。 Further, the inventors have found that the electrode characteristics are remarkably improved when the crystallite diameter of the oxide is 400 to 500 mm and the specific surface area obtained by the BET method by N 2 adsorption is 40 to 50 m 2 / g. .

触媒材料の合成方法については、乾式法、湿式法など従来公知のいかなる合成方法でも使用することができ、特に制限はない。   As for the synthesis method of the catalyst material, any conventionally known synthesis method such as a dry method or a wet method can be used, and there is no particular limitation.

上記バインダーとしては、上記PTFE粉末の他に、PTFE分散液やポリフッ化ビニリデン(PVdF)の粉末や分散液を使用することもできる。   As the binder, in addition to the PTFE powder, a PTFE dispersion or a polyvinylidene fluoride (PVdF) powder or dispersion may be used.

上記負極としては、金属リチウム、またはリチウムイオンの吸蔵・放出が可能な物質(カーボン、Si、Sn、Li2.6Co0.4N)からなる負極などを使用することができる。しかしながら、負極材料として最初にリチウムを含まないカーボンなどの化合物については、電池作製前に予め化学的もしくは電気化学的にリチウムを含むC6Liなどの化合物に化学変化させる必要がある。 As the negative electrode, a metal lithium or a negative electrode made of a substance capable of occluding and releasing lithium ions (carbon, Si, Sn, Li 2.6 Co 0.4 N) can be used. However, as a negative electrode material, a compound such as carbon which does not contain lithium first needs to be chemically or electrochemically changed into a compound such as C 6 Li containing lithium in advance before producing a battery.

上記非水電解液としては、リチウムイオンの移動が可能な非水電解液であればよく、有機電解液や、イオン液体を使用することができる。   The non-aqueous electrolyte may be any non-aqueous electrolyte capable of moving lithium ions, and an organic electrolyte or ionic liquid can be used.

上記有機電解液としては、LiClO4、LiPF6等の金属塩をプロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)等の有機溶媒、もしくは、その混合溶媒に溶解したものを使用することができる。 As the organic electrolyte, a metal salt such as LiClO 4 or LiPF 6 dissolved in an organic solvent such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC) or dimethyl carbonate (DMC), or a mixed solvent thereof is used. can do.

セパレータや電池ケース等の電池構成材料等についても、従来公知の各種材料を使用することができ、特に制限はない。   Various conventionally known materials can be used for battery constituent materials such as separators and battery cases, and there is no particular limitation.

次に本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[実施例1]
200ccのイオン交換水にCaイオンとMnイオンのモル比(NCa:NMn)が1:1になるように硝酸カルシウム四水和物(Ca(NO32・4H2O)粉末(純度:98.5%)を0.05mol(11.99g)と硝酸マンガン六水和物(Mn(NO32・6H2O)粉末(純度:98.0%)を0.05mol(14.64g)溶解させた混合水溶液と、200ccのイオン交換水にリンゴ酸を20.32g溶解させた水溶液を混合したものを250℃で蒸発乾固した後に得られる粉末を800℃で5時間熱処理を行うことによりブラウンミレライト型酸化物Ca2Mn25を作製した。
[Example 1]
Calcium nitrate tetrahydrate (Ca (NO 3 ) 2 .4H 2 O) powder (purity: 98) so that the molar ratio of Ca ions to Mn ions (NCa: NMn) is 1: 1 in 200 cc of ion exchange water. 0.05% (11.99 g) and manganese nitrate hexahydrate (Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O) powder (purity: 98.0%) 0.05 mol (14.64 g) By heat-treating a powder obtained after evaporating and drying at 250 ° C. for 5 hours, a mixture of the dissolved aqueous solution and an aqueous solution in which 20.32 g of malic acid is dissolved in 200 cc of ion-exchange water at 800 ° C. Brown millelite type oxide Ca 2 Mn 2 O 5 was produced.

図1に、作製されたブラウンミレライト型酸化物のXRDパターンを示す。
図1において、カーボン、酸化物触媒、バインダーからなる正極は、酸化物触媒とカーボン粉末とポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉末を、5:3:2の重量比で混合し、ロール成形し、厚さ0.5mmのシート状電極を作製し、直径23mmの円形に切り抜くことにより作製した。
FIG. 1 shows an XRD pattern of the produced brown millerite oxide.
In FIG. 1, the positive electrode composed of carbon, an oxide catalyst, and a binder is prepared by mixing an oxide catalyst, carbon powder, and polytetrafluoroethylene (PTFE) powder in a weight ratio of 5: 3: 2, roll forming, A sheet-like electrode having a thickness of 0.5 mm was prepared and cut into a circle having a diameter of 23 mm.

作製された酸化物の結晶子径については、XRD測定結果からScherrer法により算出した。比表面積については、N2吸着によるBET法により算出した。その結果、図5に示す表の通りに、実施例1については、結晶子径が599Å、比表面積が11m2/gであった。 The crystallite diameter of the produced oxide was calculated by the Scherrer method from the XRD measurement results. The specific surface area was calculated by the BET method using N 2 adsorption. As a result, as shown in the table of FIG. 5, in Example 1, the crystallite diameter was 599 mm, and the specific surface area was 11 m 2 / g.

負極は、厚さ600μmの金属リチウム箔を、直径15mmの円形に切り抜くことにより作製した。   The negative electrode was produced by cutting out a metal lithium foil having a thickness of 600 μm into a circle having a diameter of 15 mm.

図2に、本発明に係るリチウム空気二次電池の円柱型のセル構造の略図を示す。
図2において、リチウム空気二次電池の円柱型のセル構造200は、正極接合具(テフロン製)201と、電極ケース202と、正極203と、セパレータ204と、金属リチウム負極205と、負極接合具(SUS製)206と、負極支持体(SUS製)207と、Oリング208と、負極端子209とを備える。正極203に空気を取り込むための円形の空気孔の直径は、16mmである。
In FIG. 2, the schematic of the cylindrical cell structure of the lithium air secondary battery which concerns on this invention is shown.
In FIG. 2, a cylindrical cell structure 200 of a lithium-air secondary battery includes a positive electrode connector (made of Teflon) 201, an electrode case 202, a positive electrode 203, a separator 204, a metal lithium negative electrode 205, and a negative electrode connector. (Manufactured by SUS) 206, a negative electrode support (manufactured by SUS) 207, an O-ring 208, and a negative electrode terminal 209. The diameter of the circular air hole for taking air into the positive electrode 203 is 16 mm.

表面をテフロンコーティングした電極ケース202(正極との接触部はコーティングなし)の片側に、カーボン、触媒、バインダーからなる正極203を配置し、テフロン製の留め具201をはめこむことにより正極203を固定した。次に、上記電極ケース202の正極の反対側に電解液を注入し、セパレータ204を挿入し、円形に切り抜いた金属リチウム負極205を負極接合具206に圧着させたものを負極支持体207とともに、セパレータ204を電極ケース202で挟み込むようにはめ込む。さらにOリング208を電極ケース202に取り付け、負極端子209をはめ込む。電解液としては、炭酸プロピレン(PC)溶媒に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1mol/lの濃度で溶解した溶液を使用した。   A positive electrode 203 made of carbon, a catalyst, and a binder is placed on one side of an electrode case 202 whose surface is coated with Teflon (no contact with the positive electrode), and the positive electrode 203 is fixed by fitting a Teflon fastener 201. did. Next, an electrolyte solution is injected into the opposite side of the positive electrode of the electrode case 202, a separator 204 is inserted, and a metal lithium negative electrode 205 cut out in a circular shape is pressure-bonded to a negative electrode connector 206 together with a negative electrode support 207. The separator 204 is inserted so as to be sandwiched between the electrode cases 202. Further, the O-ring 208 is attached to the electrode case 202, and the negative electrode terminal 209 is fitted. As the electrolytic solution, a solution in which lithium hexafluorophosphate (LiPF6) was dissolved in a propylene carbonate (PC) solvent at a concentration of 1 mol / l was used.

この電池について、電流密度0.1mA/cm2(大気に曝される正極の面積で規格化)で、放電終止電圧2.0V、充電終止電圧4.5Vで充放電試験を行った。容量は、以後の比較のために正極に含まれるカーボン重量当たりの容量(mAh/g)で記載した。 This battery was subjected to a charge / discharge test at a current density of 0.1 mA / cm 2 (standardized by the area of the positive electrode exposed to the atmosphere) at a discharge end voltage of 2.0 V and a charge end voltage of 4.5 V. The capacity was described as the capacity per unit weight of carbon (mAh / g) contained in the positive electrode for the subsequent comparison.

本実施例で作製したリチウム空気電池の初回充放電曲線を、図3に示す。
図3において、実施例1については、放電容量2052mAh/g、放電平均電圧2.56Vを示した。
FIG. 3 shows an initial charge / discharge curve of the lithium-air battery produced in this example.
In FIG. 3, for Example 1, a discharge capacity of 2052 mAh / g and a discharge average voltage of 2.56 V were shown.

[実施例2]
200ccのイオン交換水にCaイオンとFeイオンのモル比(NCa:NFe)が1:1になるように硝酸カルシウム四水和物(Ca(NO32・4H2O)粉末(純度:98.5%)を0.05mol(11.99g)と硝酸鉄九水和物(Fe(NO33・9H2O)粉末(純度:99.9%)を0.05mol(20.22g)溶解させた混合水溶液と、200ccのイオン交換水にリンゴ酸を20.32g溶解させた水溶液を混合したものを250℃で蒸発乾固した後に得られる粉末を800℃で5時間熱処理を行うことによりブラウンミレライト型酸化物Ca2Fe25を作製した。その他、電池の作製、測定法については実施例1と同様に行った。
[Example 2]
Calcium nitrate tetrahydrate (Ca (NO 3 ) 2 .4H 2 O) powder (purity: 98) so that the molar ratio of Ca ions to Fe ions (NCa: NFe) is 1: 1 in 200 cc of ion exchange water .5%) 0.05 mol (11.99 g) and iron nitrate nonahydrate (Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O) powder (purity: 99.9%) 0.05 mol (20.22 g) By heat-treating a powder obtained after evaporating and drying at 250 ° C. for 5 hours, a mixture of the dissolved aqueous solution and an aqueous solution in which 20.32 g of malic acid is dissolved in 200 cc of ion-exchange water at 800 ° C. Brown millelite type oxide Ca 2 Fe 2 O 5 was produced. Other battery fabrication and measurement methods were performed in the same manner as in Example 1.

作製された酸化物の結晶子径については、XRDパターンからScherrer法により算出した。比表面積については、N2吸着によるBET法により算出した。その結果、図5に示す表の通りに、実施例2については、結晶子径が542Å、比表面積が16m2/gであった。 The crystallite diameter of the produced oxide was calculated from the XRD pattern by the Scherrer method. The specific surface area was calculated by the BET method using N 2 adsorption. As a result, as shown in the table of FIG. 5, in Example 2, the crystallite diameter was 542 mm and the specific surface area was 16 m 2 / g.

本実施例で作製したリチウム空気電池の初回充放電曲線を、図3に示す。
図3において、実施例2については、放電容量1982mAh/g、放電平均電圧2.54Vを示した。
FIG. 3 shows an initial charge / discharge curve of the lithium-air battery produced in this example.
In FIG. 3, for Example 2, the discharge capacity was 1982 mAh / g and the discharge average voltage was 2.54V.

[実施例3]
200ccのイオン交換水にSrイオンとMnイオンのモル比(NCa:NMn)が1:1になるように硝酸ストロンチウム(Sr(NO32)粉末(純度:98.0%)を0.05mol(10.80g)と硝酸マンガン六水和物(Mn(NO32・6H2O)粉末(純度:98.0%)を0.05mol(14.64g)溶解させた混合水溶液と、200ccのイオン交換水にリンゴ酸を20.32g溶解させた水溶液を混合したものを250℃で蒸発乾固した後に得られる粉末を800℃で5時間熱処理を行うことによりブラウンミレライト型酸化物Sr2Mn25を作製した。その他、電池の作製、測定法については実施例1と同様に行った。
[Example 3]
0.05 mol of strontium nitrate (Sr (NO 3 ) 2 ) powder (purity: 98.0%) so that the molar ratio of Sr ions to Mn ions (NCa: NMn) is 1: 1 in 200 cc of ion exchange water (10.80 g) and a mixed aqueous solution in which 0.05 mol (14.64 g) of manganese nitrate hexahydrate (Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O) powder (purity: 98.0%) is dissolved, and 200 cc The powder obtained after evaporating to dryness at 250 ° C. a mixture of an aqueous solution in which 20.32 g of malic acid was dissolved in the ion-exchanged water was heat-treated at 800 ° C. for 5 hours, whereby brown millelite type oxide Sr 2 Mn 2 O 5 was produced. Other battery fabrication and measurement methods were performed in the same manner as in Example 1.

作製された酸化物の結晶子径については、XRDパターンからScherrer法により算出した。比表面積については、N2吸着によるBET法により算出した。その結果、図5に示す表の通りに、実施例3については、結晶子径が794Å、比表面積が8.6m2/gであった。 The crystallite diameter of the produced oxide was calculated from the XRD pattern by the Scherrer method. The specific surface area was calculated by the BET method using N 2 adsorption. As a result, as shown in the table shown in FIG. 5, in Example 3, the crystallite diameter was 794 mm, and the specific surface area was 8.6 m 2 / g.

本実施例で作製したリチウム空気電池の初回充放電曲線を、図3に示す。
図3において、実施例3については、放電容量1819mAh/g、放電平均電圧2.53Vを示した。
FIG. 3 shows an initial charge / discharge curve of the lithium-air battery produced in this example.
In FIG. 3, for Example 3, the discharge capacity was 1819 mAh / g and the discharge average voltage was 2.53V.

[実施例4]
200ccのイオン交換水にSrイオンとFeイオンのモル比(NCa:NFe)が1:1になるように硝酸ストロンチウム(Sr(NO32)粉末(純度:98.0%)を0.05mol(10.80g)と硝酸鉄九水和物(Fe(NO33・9H2O)粉末(純度:99.9%)を0.05mol(20.22g)溶解させた混合水溶液と、200ccのイオン交換水にリンゴ酸を20.32g溶解させた水溶液を混合したものを250℃で蒸発乾固した後に得られる粉末を800℃で5時間熱処理を行うことによりブラウンミレライト型酸化物Sr2Fe25を作製した。その他、電池の作製、測定法については実施例1と同様に行った。
[Example 4]
0.05 mol of strontium nitrate (Sr (NO 3 ) 2 ) powder (purity: 98.0%) in 200 cc ion-exchanged water so that the molar ratio of Sr ions to Fe ions (NCa: NFe) is 1: 1. (10.80 g) and a mixed aqueous solution in which 0.05 mol (20.22 g) of iron nitrate nonahydrate (Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O) powder (purity: 99.9%) is dissolved, and 200 cc The powder obtained after evaporating to dryness at 250 ° C. a mixture of an aqueous solution in which 20.32 g of malic acid was dissolved in the ion-exchanged water was heat-treated at 800 ° C. for 5 hours, whereby brown millelite type oxide Sr 2 Fe 2 O 5 was prepared. Other battery fabrication and measurement methods were performed in the same manner as in Example 1.

作製された酸化物の結晶子径については、XRD測定結果からScherrer法により算出した。比表面積については、N2吸着によるBET法により算出した。その結果、図5に示す表の通りに、実施例4については、結晶子径が612Å、比表面積が11m2/gであった。 The crystallite diameter of the produced oxide was calculated by the Scherrer method from the XRD measurement results. The specific surface area was calculated by the BET method using N 2 adsorption. As a result, as shown in the table shown in FIG. 5, in Example 4, the crystallite diameter was 612 mm, and the specific surface area was 11 m 2 / g.

本実施例で作製したリチウム空気電池の初回充放電曲線を、図3に示す。
図3において、実施例4については、放電容量1833mAh/g、放電平均電圧2.46Vを示した。
FIG. 3 shows an initial charge / discharge curve of the lithium-air battery produced in this example.
In FIG. 3, for Example 4, the discharge capacity was 1833 mAh / g and the discharge average voltage was 2.46V.

実施例1において、実施例2〜4よりも良好なサイクル特性が得られている。これは、ブラウンミレライト型酸化物Ca2Mn25を正極に加えることで、充放電反応の可逆性がより向上し、充放電効率が改善されたためであると考えられる。 In Example 1, cycle characteristics better than those in Examples 2 to 4 are obtained. This is considered to be because the reversibility of the charge / discharge reaction was further improved and the charge / discharge efficiency was improved by adding the brown millerite type oxide Ca 2 Mn 2 O 5 to the positive electrode.

[実施例5]
200ccのイオン交換水に硝酸カルシウム四水和物(Ca(NO32・4H2O)粉末(純度:98.5%)を0.05mol(11.99g)、硝酸マンガン六水和物(Mn(NO32・6H2O)粉末(純度:98.0%)を0.045mol(13.18g)、硝酸コバルト四水和物(Co(NO32・4H2O)粉末(純度:98.0%)を0.005mol(1.48g)溶解させた混合水溶液(マンガンとコバルトのモル比が9:1)に、200ccのイオン交換水にリンゴ酸を20.32g溶解させた水溶液を混合したものを250℃で蒸発乾固した後に得られる粉末を800℃、5時間で熱処理を行うことによりマンガン酸化物のマンガン10mol%がコバルトに置換されたブラウンミレライト型酸化物触媒を作製した。その他、電池の作製、測定法については実施例1と同様に行った。
[Example 5]
In 200 cc of ion exchange water, 0.05 mol (11.99 g) of calcium nitrate tetrahydrate (Ca (NO 3 ) 2 .4H 2 O) powder (purity: 98.5%), manganese nitrate hexahydrate ( 0.045 mol (13.18 g) of Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O) powder (purity: 98.0%), cobalt nitrate tetrahydrate (Co (NO 3 ) 2 .4H 2 O) powder ( Purity: 98.0%) was dissolved in 0.005 mol (1.48 g) of a mixed aqueous solution (manganese and cobalt molar ratio 9: 1), and 20.32 g of malic acid was dissolved in 200 cc of ion-exchanged water. A brown millelite type oxide catalyst in which 10 mol% of manganese oxide is replaced with cobalt by heat-treating the powder obtained after evaporating and drying the mixture of aqueous solutions at 250 ° C. for 5 hours at 800 ° C. Production It was. Other battery fabrication and measurement methods were performed in the same manner as in Example 1.

作製された酸化物の結晶子径については、XRD測定結果からScherrer法により算出した。比表面積については、N2吸着によるBET法により算出した。その結果、図5に示す表の通りに、実施例5については、結晶子径が769Å、比表面積が9.2m2/gであった。 The crystallite diameter of the produced oxide was calculated by the Scherrer method from the XRD measurement results. The specific surface area was calculated by the BET method using N 2 adsorption. As a result, as shown in the table shown in FIG. 5, in Example 5, the crystallite diameter was 769 mm, and the specific surface area was 9.2 m 2 / g.

本実施例で作製したリチウム空気電池の初回充放電曲線を、図3に示す。
図3において、実施例5ついては、放電容量2219mAh/g、放電平均電圧2.70Vを示した。
FIG. 3 shows an initial charge / discharge curve of the lithium-air battery produced in this example.
In FIG. 3, for Example 5, a discharge capacity of 2219 mAh / g and a discharge average voltage of 2.70 V were shown.

[実施例6]
200ccのイオン交換水に硝酸カルシウム四水和物(Ca(NO32・4H2O)粉末(純度:98.5%)を0.05mol(11.99g)、硝酸マンガン六水和物(Mn(NO32・6H2O)粉末(純度:98.0%)を0.045mol(13.18g)、硝酸ニッケル六水和物(Ni(NO32・6H2O)粉末(純度:99.0%)を0.005mol(1.47g)溶解させた混合水溶液(マンガンとニッケルのモル比が9:1)に、200ccのイオン交換水にリンゴ酸を20.32g溶解させた水溶液を混合したものを250℃で蒸発乾固した後に得られる粉末を800℃、5時間で熱処理を行うことによりマンガン酸化物のマンガン10%がニッケルに置換されたブラウンミレライト型酸化物触媒を作製した。その他、電池の作製、測定法については実施例1と同様に行った。
[Example 6]
In 200 cc of ion exchange water, 0.05 mol (11.99 g) of calcium nitrate tetrahydrate (Ca (NO 3 ) 2 .4H 2 O) powder (purity: 98.5%), manganese nitrate hexahydrate ( 0.045 mol (13.18 g) of Mn (NO 3 ) 2 · 6H 2 O) powder (purity: 98.0%), nickel nitrate hexahydrate (Ni (NO 3 ) 2 · 6H 2 O) powder ( 20:32 g of malic acid was dissolved in 200 cc of ion-exchanged water in a mixed aqueous solution (purity: 99.0%) dissolved in 0.005 mol (1.47 g) (manganese / nickel molar ratio 9: 1). A brown millelite type oxide catalyst in which 10% of manganese oxide is replaced with nickel by heat-treating the powder obtained after evaporating and drying the mixture of aqueous solutions at 250 ° C. for 5 hours at 800 ° C. Produced. Other battery fabrication and measurement methods were performed in the same manner as in Example 1.

作製された酸化物の結晶子径については、XRD測定結果からScherrer法により算出した。比表面積については、N2吸着によるBET法により算出した。その結果、図5に示す表の通りに、実施例6については、結晶子径が806Å、比表面積が8.5m2/gであった。 The crystallite diameter of the produced oxide was calculated by the Scherrer method from the XRD measurement results. The specific surface area was calculated by the BET method using N2 adsorption. As a result, as shown in the table shown in FIG. 5, in Example 6, the crystallite diameter was 806 mm and the specific surface area was 8.5 m 2 / g.

本実施例で作製したリチウム空気電池の初回充放電曲線を、図3に示す。
図3において、実施例6については、放電容量2338mAh/g、放電平均電圧2.71Vを示した。
FIG. 3 shows an initial charge / discharge curve of the lithium-air battery produced in this example.
In FIG. 3, for Example 6, the discharge capacity was 2338 mAh / g and the discharge average voltage was 2.71V.

[実施例7]
200ccのイオン交換水に硝酸カルシウム四水和物(Ca(NO32・4H2O)粉末(純度:98.5%)を0.05mol(11.99g)、硝酸マンガン六水和物(Mn(NO32・6H2O)粉末(純度:98.0%)を0.045mol(13.18g)、硝酸鉄九水和物(Fe(NO33・9H2O)粉末(純度:99.9%)を0.005mol(2.02g)溶解させた混合水溶液(マンガンと鉄のモル比が9:1)に、200ccのイオン交換水にリンゴ酸を20.32g溶解させた水溶液を混合したものを250℃で蒸発乾固した後に得られる粉末を800℃、5時間で熱処理を行うことにより、マンガン10%が鉄に置換されたブラウンミレライト型酸化物触媒Ca2Mn1.8Fe0.25を作製した。その他、電池の作製、測定法については実施例1と同様に行った。
[Example 7]
In 200 cc of ion exchange water, 0.05 mol (11.99 g) of calcium nitrate tetrahydrate (Ca (NO 3 ) 2 .4H 2 O) powder (purity: 98.5%), manganese nitrate hexahydrate ( 0.045 mol (13.18 g) of Mn (NO 3 ) 2 · 6H 2 O) powder (purity: 98.0%), iron nitrate nonahydrate (Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O) powder ( Purity: 99.9%) was dissolved in 0.005 mol (2.02 g) of a mixed aqueous solution (manganese / iron molar ratio 9: 1), and 20.32 g of malic acid was dissolved in 200 cc of ion-exchanged water. The powder obtained after evaporating and drying the mixture of the aqueous solutions at 250 ° C. is subjected to heat treatment at 800 ° C. for 5 hours, whereby a brown millerite oxide catalyst Ca 2 Mn 1.8 in which 10% of manganese is replaced with iron is obtained. Fe 0.2 O 5 was produced. Other battery fabrication and measurement methods were performed in the same manner as in Example 1.

作製された酸化物の結晶子径については、XRD測定結果からScherrer法により算出した。比表面積については、N2吸着によるBET法により算出した。その結果、図5に示す表の通りに、実施例7については、結晶子径が579Å、比表面積が14m2/gであった。 The crystallite diameter of the produced oxide was calculated by the Scherrer method from the XRD measurement results. The specific surface area was calculated by the BET method using N 2 adsorption. As a result, as shown in the table of FIG. 5, in Example 7, the crystallite diameter was 579 mm, and the specific surface area was 14 m 2 / g.

本実施例で作製したリチウム空気電池の初回充放電曲線を、図3、4に示す。
図3、4において、実施例7については、放電容量2503mAh/g、放電平均電圧2.72Vを示した。
The initial charge / discharge curves of the lithium air battery produced in this example are shown in FIGS.
3 and 4, Example 7 showed a discharge capacity of 2503 mAh / g and a discharge average voltage of 2.72V.

実施例7において、実施例1〜6よりも良好なサイクル特性が得られている。これは、ブラウンミレライト型酸化物Ca2Mn1.8Fe0.25を正極に加えることで、充放電反応の可逆性がより向上し、充放電効率が改善されたためであると考えられる。 In Example 7, cycle characteristics better than those in Examples 1 to 6 were obtained. This is considered to be because the reversibility of the charge / discharge reaction was further improved and the charge / discharge efficiency was improved by adding the brown millerite oxide Ca 2 Mn 1.8 Fe 0.2 O 5 to the positive electrode.

[実施例8]
200ccのイオン交換水に硝酸カルシウム四水和物(Ca(NO32・4H2O)粉末(純度:98.5%)を0.05mol(11.99g)、硝酸マンガン六水和物(Mn(NO3)2・6H2O)粉末(純度:98.0%)を0.045mol(13.18g)、硝酸鉄九水和物(Fe(NO33・9H2O)粉末(純度:99.9%)を0.005mol(2.02g)溶解させた混合水溶液(マンガンと鉄のモル比が9:1)に、200ccのイオン交換水にリンゴ酸を20.32g溶解させた水溶液を混合したものを250℃で蒸発乾固した後に得られる粉末を650℃、5時間で熱処理を行うことによりマンガン酸化物のマンガン10%が鉄に置換されたブラウンミレライト型酸化物触媒を作製した。その他、電池の作製、測定法については実施例1と同様に行った。
[Example 8]
In 200 cc of ion exchange water, 0.05 mol (11.99 g) of calcium nitrate tetrahydrate (Ca (NO 3 ) 2 .4H 2 O) powder (purity: 98.5%), manganese nitrate hexahydrate ( 0.045 mol (13.18 g) of Mn (NO 3 ) 2.6H 2 O) powder (purity: 98.0%), iron nitrate nonahydrate (Fe (NO 3 ) 3 · 9 H 2 O) powder ( Purity: 99.9%) was dissolved in 0.005 mol (2.02 g) of a mixed aqueous solution (manganese / iron molar ratio 9: 1), and 20.32 g of malic acid was dissolved in 200 cc of ion-exchanged water. A brown millerite type oxide catalyst in which 10% of manganese oxide is replaced with iron by heat-treating the powder obtained after evaporating and drying the mixture of aqueous solutions at 250 ° C. at 650 ° C. for 5 hours. Produced. Other battery fabrication and measurement methods were performed in the same manner as in Example 1.

作製された酸化物の結晶子径については、XRD測定結果からScherrer法により算出した。比表面積については、N2吸着によるBET法により算出した。その結果、図5に示す表の通りに、実施例8については、結晶子径が486Å、比表面積が25m2/gであった。 The crystallite diameter of the produced oxide was calculated by the Scherrer method from the XRD measurement results. The specific surface area was calculated by the BET method using N 2 adsorption. As a result, as shown in the table of FIG. 5, in Example 8, the crystallite diameter was 486 mm, and the specific surface area was 25 m 2 / g.

本実施例で作製したリチウム空気電池の初回充放電曲線を、図4に示す。
図4において、実施例8については、放電容量2765mAh/g、放電平均電圧2.71Vを示した。
FIG. 4 shows the initial charge / discharge curve of the lithium-air battery produced in this example.
In FIG. 4, for Example 8, the discharge capacity was 2765 mAh / g, and the discharge average voltage was 2.71V.

[実施例9]
200ccのイオン交換水に硝酸カルシウム四水和物(Ca(NO32・4H2O)粉末(純度:98.5%)を0.05mol(11.99g)、硝酸マンガン六水和物(Mn(NO32・6H2O)粉末(純度:98.0%)を0.045mol(13.18g)、硝酸鉄九水和物(Fe(NO33・9H2O)粉末(純度:99.9%)を0.005mol(2.02g)溶解させた混合水溶液(マンガンと鉄のモル比が9:1)に、200ccのイオン交換水にリンゴ酸を20.32g溶解させた水溶液を混合したものを250℃で蒸発乾固した後に得られる粉末を500℃、5時間で熱処理を行うことによりマンガン酸化物のマンガン10%が鉄に置換されたブラウンミレライト型酸化物触媒を作製した。その他、電池の作製、測定法については実施例1と同様に行った。
[Example 9]
In 200 cc of ion exchange water, 0.05 mol (11.99 g) of calcium nitrate tetrahydrate (Ca (NO 3 ) 2 .4H 2 O) powder (purity: 98.5%), manganese nitrate hexahydrate ( 0.045 mol (13.18 g) of Mn (NO 3 ) 2 · 6H 2 O) powder (purity: 98.0%), iron nitrate nonahydrate (Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O) powder ( Purity: 99.9%) was dissolved in 0.005 mol (2.02 g) of a mixed aqueous solution (manganese / iron molar ratio 9: 1), and 20.32 g of malic acid was dissolved in 200 cc of ion-exchanged water. A brown millelite-type oxide catalyst in which 10% of manganese oxide is replaced with iron by heat-treating the powder obtained after evaporating and drying a mixture of aqueous solutions at 250 ° C. for 5 hours at 500 ° C. Produced. Other battery fabrication and measurement methods were performed in the same manner as in Example 1.

作製された酸化物の結晶子径については、XRD測定結果からScherrer法により算出した。比表面積については、N2吸着によるBET法により算出した。その結果、図5に示す表の通りに、実施例9については、結晶子径が433Å、比表面積が42m2/gであった。 The crystallite diameter of the produced oxide was calculated by the Scherrer method from the XRD measurement results. The specific surface area was calculated by the BET method using N 2 adsorption. As a result, as shown in the table of FIG. 5, in Example 9, the crystallite diameter was 433 mm, and the specific surface area was 42 m 2 / g.

本実施例で作製したリチウム空気電池の初回充放電曲線を、図4に示す。
図4において、実施例9については、放電容量3082mAh/g、放電平均電圧2.72Vを示した。
FIG. 4 shows the initial charge / discharge curve of the lithium-air battery produced in this example.
In FIG. 4, for Example 9, the discharge capacity was 3082 mAh / g and the discharge average voltage was 2.72V.

実施例7〜9において、いずれの電池も大きな放電容量を示し、良好なサイクル特性が得られているが、結晶子径が小さく比表面積が大きい触媒材料ほど、放電容量が大きく充放電過電圧も小さくなっている。これは、正極中への触媒の分散状態がよくなったため、カーボンだけでなく触媒上も反応サイトとなり、結晶子径が小さく、比表面積が大きい触媒材料ほどより多くの反応サイトが生成されたと考えられる。また、触媒により放電生成物の析出・分解が促進されやすくなり、過電圧が小さくなり、良好なサイクル特性を示したと考えられる。   In Examples 7 to 9, all of the batteries exhibited a large discharge capacity and good cycle characteristics were obtained. However, a catalyst material having a smaller crystallite diameter and a larger specific surface area has a larger discharge capacity and a smaller charge / discharge overvoltage. It has become. This is because the catalyst dispersion state in the positive electrode has improved, so that not only carbon but also the catalyst becomes a reaction site, and a catalyst material with a smaller crystallite diameter and a larger specific surface area has produced more reaction sites. It is done. In addition, it is considered that the precipitation / decomposition of the discharge product is facilitated by the catalyst, the overvoltage is reduced, and good cycle characteristics are exhibited.

これは、本発明における高性能なリチウム空気電池用正極を作製するための条件を満たしているため、良好な特性を示したと考えられる。   This is considered to have exhibited good characteristics because the conditions for producing a high-performance positive electrode for a lithium-air battery in the present invention were satisfied.

[比較例1]
実施例1で作製されるブラウンミレライト型酸化物と、市販のマンガン酸化物(Mn2粉末)を触媒として正極に混合した場合のリチウム空気電池を比較した。その他、電池の作製、測定法については実施例1と同様に行った。
[Comparative Example 1]
A lithium air battery in which the brown millerite type oxide produced in Example 1 and a commercially available manganese oxide (M n O 2 powder) were mixed as a catalyst with the positive electrode was compared. Other battery fabrication and measurement methods were performed in the same manner as in Example 1.

酸化物の結晶子径については、XRD測定結果からScherrer法により算出した。比表面積については、N2吸着によるBET法により算出された。その結果、図5に示す表の通りに、比較例1については、結晶子径が925Å、比表面積が0.8m2/gであった。 The crystallite size of the oxide was calculated by the Scherrer method from the XRD measurement results. The specific surface area was calculated by the BET method using N 2 adsorption. As a result, as shown in the table shown in FIG. 5, in Comparative Example 1, the crystallite diameter was 925 mm and the specific surface area was 0.8 m 2 / g.

本比較例で作製したリチウム空気電池の放電曲線を、図3に示す。該電池の放電容量とともに、マンガン酸化物の結晶子径、比表面積を図5に示す表に示す。   The discharge curve of the lithium air battery produced in this comparative example is shown in FIG. Along with the discharge capacity of the battery, the crystallite diameter and specific surface area of the manganese oxide are shown in the table shown in FIG.

上記の比較例は、実施例1〜9のいずれのものよりもサイクル特性が悪い。これは、ブラウンミレライト型酸化物触媒の方が、充放電における放電生成物の析出・分解が促進されやすくなると考えられる。また、結晶子が小さく、比表面積が大きい触媒材料の方が、正極上での反応サイトが増大し、充放電に伴う反応生成物の析出・分解反応の反応性がさらに促進されると考えられる。   The above comparative example has worse cycle characteristics than any of Examples 1-9. This is considered to be because the brown millelite type oxide catalyst is more likely to promote the precipitation and decomposition of the discharge product during charge and discharge. In addition, it is considered that the catalyst material having a small crystallite and a large specific surface area increases the reaction site on the positive electrode and further promotes the reactivity of precipitation and decomposition reaction of the reaction product accompanying charge / discharge. .

[比較例2]
実施例9で作製されるブラウンミレライト型酸化物と、高表面積のマンガン酸化物(Mn23粉末)を触媒として正極に混合した場合のリチウム空気電池を比較した。その他、電池の作製、測定法については実施例1と同様に行った。
[Comparative Example 2]
A lithium air battery in which the brown millerite type oxide produced in Example 9 and a high surface area manganese oxide (Mn 2 O 3 powder) were mixed with the positive electrode as a catalyst was compared. Other battery fabrication and measurement methods were performed in the same manner as in Example 1.

酸化物の結晶子径については、XRD測定結果からScherrer法により算出した。比表面積については、N2吸着によるBET法により算出した。その結果、図5に示す表の通りに、比較例2については、結晶子径が129Å、比表面積が80m2/gであった。 The crystallite size of the oxide was calculated by the Scherrer method from the XRD measurement results. The specific surface area was calculated by the BET method using N 2 adsorption. As a result, as shown in the table of FIG. 5, in Comparative Example 2, the crystallite diameter was 129 kg, and the specific surface area was 80 m 2 / g.

本比較例で作製したリチウム空気電池の放電曲線を、図4に示す。該電池の放電容量とともに、マンガン酸化物の結晶子径、比表面積を図5に示す表1に示す。   The discharge curve of the lithium air battery produced in this comparative example is shown in FIG. Table 1 shows the crystallite diameter and specific surface area of the manganese oxide together with the discharge capacity of the battery.

上記の比較例は、初回放電容量は大きかったものの、実施例1〜9のいずれのものよりもサイクル特性が悪い。これは、表面積が大きすぎたため(結晶子が小さすぎたため)、触媒の安定性が悪くなったことが考えられる。   Although the above comparative example had a large initial discharge capacity, the cycle characteristics were worse than those of Examples 1-9. This is probably because the surface area was too large (because the crystallites were too small) and the stability of the catalyst deteriorated.

以上のように、本発明によれば、高性能なリチウム空気二次電池を作製することができ、様々な電子機器の駆動源として使用することができる。   As described above, according to the present invention, a high-performance lithium-air secondary battery can be manufactured and used as a drive source for various electronic devices.

201 正極接合具
202 電極ケース
203 カーボン正極
204 セパレータ
205 金属リチウム負極
206 負極接合具
207 負極支持体
208 Oリング
209 負極端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 201 Positive electrode joint 202 Electrode case 203 Carbon positive electrode 204 Separator 205 Metal lithium negative electrode 206 Negative electrode joint 207 Negative electrode support 208 O-ring 209 Negative electrode terminal

Claims (5)

カーボン、触媒、バインダーからなる正極と、
金属リチウムまたはリチウムイオンの吸蔵・放出が可能な物質からなる負極とを備え、
前記正極の片面が空気、もう一方の面が非水電解液に接するように、前記正極と前記負極との間に非水電解液を配置して構成するリチウム空気電池において、
前記正極の触媒、ブラウンミレライト型酸化物(A225であり、前記A 2 2 5 はA=Ca、Sr、B=Mn、Fe、Co、Niのそれぞれ少なくとも1つを使用することを特徴とするリチウム空気二次電池。
A positive electrode made of carbon, a catalyst, and a binder;
A negative electrode made of a material capable of occluding and releasing metallic lithium or lithium ions,
The positive electrode of one side air, as the other side is in contact with the non-aqueous electrolyte, the lithium air battery constructed by placing a non-aqueous electrolytic solution between the positive electrode and the negative electrode,
The catalyst of the positive electrode is a brown millerite type oxide (A 2 B 2 O 5 ) , and the A 2 B 2 O 5 is at least 1 each of A = Ca, Sr, B = Mn, Fe, Co, and Ni. Lithium-air secondary battery characterized by using two.
前記ブラウンミレライト型酸化物、A=Ca、Sr、B=Mn、Feのそれぞれ少なくとも1つを使用して作製されたブラウンミレライト型酸化物であることを特徴とする請求項1に記載のリチウム空気二次電池。 The brownmillerite type oxide, A = Ca, Sr, B = Mn, according to claim 1, characterized in that the brownmillerite type oxide that is prepared by using at least one of each of Fe Lithium air secondary battery. 前記ブラウンミレライト型酸化物、A=Ca、B=Mnを使用し、前記Mnの一部をFe、Co、Niに置換したブラウンミレライト型酸化物(Ca2Mn2-xx5、M=Fe、Co、Ni)であることを特徴とする請求項1に記載のリチウム空気二次電池。 The brownmillerite type oxide, A = Ca, using B = Mn, a portion of the Mn Fe, Co, brownmillerite type oxide was replaced by Ni (Ca 2 Mn 2-x M x O 5, M = Fe, Co, lithium-air secondary cell according to claim 1, characterized in that a Ni). 前記ブラウンミレライト型酸化物結晶子径が、400〜500Åであり、かつ、
2吸着によるBET法により求めた比表面積が40〜50m2/gであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のリチウム空気二次電池。
The brown millerite type oxide has a crystallite diameter of 400 to 500 mm, and
Lithium-air secondary cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the specific surface area determined by BET method using N 2 adsorption is 40 to 50 m 2 / g.
カーボンと、触媒と、バインダーとを混合して正極を作製するステップと、
金属リチウムまたはリチウムイオンの吸蔵・放出が可能な物質を使用して負極を作製するステップと、
前記正極の片面が空気、もう一方の面が非水電解液に接するように、前記正極と前記負極との間に非水電解液を配置するステップを含み、
前記正極の前記触媒ブラウンミレライト型酸化物(A225であり、前記A 2 2 5 はA=Ca、Sr、B=Mn、Fe、Co、Niのそれぞれ少なくとも1つを使用することを特徴とするリチウム空気二次電池の製造方法。
Mixing carbon, a catalyst, and a binder to produce a positive electrode;
Producing a negative electrode using a material capable of occluding and releasing metallic lithium or lithium ions;
The positive electrode of one side air, as the other side is in contact with the non-aqueous electrolyte, comprising the steps of placing a non-aqueous electrolytic solution between the positive electrode and the negative electrode,
The catalyst of the positive electrode is a brown millelite type oxide (A 2 B 2 O 5 ) , and the A 2 B 2 O 5 is at least 1 each of A = Ca, Sr, B = Mn, Fe, Co, and Ni. A method for producing a lithium-air secondary battery, characterized by using two .
JP2011267514A 2011-12-07 2011-12-07 Lithium-air secondary battery and method for producing air electrode thereof Expired - Fee Related JP5643182B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011267514A JP5643182B2 (en) 2011-12-07 2011-12-07 Lithium-air secondary battery and method for producing air electrode thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011267514A JP5643182B2 (en) 2011-12-07 2011-12-07 Lithium-air secondary battery and method for producing air electrode thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013120663A JP2013120663A (en) 2013-06-17
JP5643182B2 true JP5643182B2 (en) 2014-12-17

Family

ID=48773226

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011267514A Expired - Fee Related JP5643182B2 (en) 2011-12-07 2011-12-07 Lithium-air secondary battery and method for producing air electrode thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5643182B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5383849B2 (en) * 2012-03-28 2014-01-08 本田技研工業株式会社 Secondary battery
WO2015115592A1 (en) * 2014-01-31 2015-08-06 国立大学法人北海道大学 Catalyst for air electrode for metal/air secondary battery, and air electrode

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11347370A (en) * 1998-06-06 1999-12-21 Isuzu Ceramics Res Inst Co Ltd Exhaust gas purification equipment
JP5320819B2 (en) * 2008-05-26 2013-10-23 トヨタ自動車株式会社 Air battery
JP5184212B2 (en) * 2008-05-26 2013-04-17 日本電信電話株式会社 Lithium air secondary battery and lithium air secondary battery manufacturing method
JP5541670B2 (en) * 2009-11-18 2014-07-09 日本電信電話株式会社 Lithium air secondary battery and method for producing lithium air secondary battery
JP5773350B2 (en) * 2009-12-11 2015-09-02 国立大学法人北海道大学 Method for storing and / or separating oxygen using brown mirrorite type manganese oxide

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013120663A (en) 2013-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5314258B2 (en) Olivine-type lithium iron phosphate compound and method for producing the same, and positive electrode active material and non-aqueous electrolyte battery using olivine-type lithium iron phosphate compound
JP5463561B2 (en) COMPOUND HAVING ORIBIN STRUCTURE, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, POSITIVE ACTIVE MATERIAL USING COMPOUND HAVING ORIBIN STRUCTURE AND NON-AQUEOUS ELECTROLYTE BATTERY
JP5755624B2 (en) Air electrode for air battery and air battery
JP5268134B2 (en) Method for producing positive electrode active material and non-aqueous electrolyte battery using the same
JP5184212B2 (en) Lithium air secondary battery and lithium air secondary battery manufacturing method
JP5733912B2 (en) Positive electrode for lithium air secondary battery, method for producing the same, and lithium air secondary battery
JP6257066B2 (en) Lithium manganese oxide positive electrode active material for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery including the same
JP5541670B2 (en) Lithium air secondary battery and method for producing lithium air secondary battery
JP2012174655A (en) Air electrode for air battery, method of manufacturing the same, and air electrode
JP5580931B2 (en) Cathode catalyst for metal-air secondary battery and metal-air secondary battery
JP5782170B2 (en) Air electrode for air battery and air battery
JP6731199B2 (en) Catalyst for oxygen reduction reaction and air electrode for metal-air secondary battery
CN107342416A (en) Composite transition metal oxide precursor, method for producing same, and anode active material
JP2016081573A (en) Electrocatalyst
JP5385616B2 (en) COMPOUND HAVING ORIBIN STRUCTURE, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, POSITIVE ACTIVE MATERIAL USING COMPOUND HAVING ORIBIN STRUCTURE AND NON-AQUEOUS ELECTROLYTE BATTERY
JP2014022335A (en) Electrolyte for nonaqueous electricity storage device
JP5700696B2 (en) Lithium air secondary battery
JP5643182B2 (en) Lithium-air secondary battery and method for producing air electrode thereof
JP2010232030A (en) Method of manufacturing nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5562204B2 (en) Positive electrode for lithium air secondary battery, method for producing the same, and lithium air secondary battery
JP2013191484A (en) Negative electrode active material layer, manufacturing method therefor and nonaqueous electrolyte secondary cell
WO2019093441A1 (en) Amorphous transition metal oxide and use thereof
JP2015187929A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2015069960A (en) Lithium air secondary battery
WO2013054585A1 (en) Secondary battery and method for producing same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140109

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140723

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140729

RD13 Notification of appointment of power of sub attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7433

Effective date: 20140827

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20140827

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140912

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20141028

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20141030

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5643182

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees