JP2010257839A - Positive electrode for air battery, and air battery - Google Patents

Positive electrode for air battery, and air battery Download PDF

Info

Publication number
JP2010257839A
JP2010257839A JP2009108069A JP2009108069A JP2010257839A JP 2010257839 A JP2010257839 A JP 2010257839A JP 2009108069 A JP2009108069 A JP 2009108069A JP 2009108069 A JP2009108069 A JP 2009108069A JP 2010257839 A JP2010257839 A JP 2010257839A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
support
air battery
air
layer
positive electrode
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.)
Pending
Application number
JP2009108069A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Fuminori Mizuno
史教 水野
Yoshiharu Takasaya
善春 高佐屋
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.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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 Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2009108069A priority Critical patent/JP2010257839A/en
Publication of JP2010257839A publication Critical patent/JP2010257839A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

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

  • Inert Electrodes (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode for an air battery, which facilitates diffusing an oxygen-containing gas in the thickness direction, and to provide the air battery capable of increasing capacity and output. <P>SOLUTION: The positive electrode for the air battery has at least a first layer with a first supporting member having a hole and with a catalyst supported by the first supporting member, and a second layer with a second supporting member having the hole and with the catalyst supported by the second supporting member. In the positive electrode, the first and the second layers are laminated, and the diameter of the hole supported by the first supporting member is different from that supported by the second supporting member. The air battery is equipped with the positive electrode and a negative electrode for it, and an electrolyte to transfer ion in between the positive and the negative electrodes. Further in the air battery, the second layer is disposed in between the first layer and the electrolyte, and the diameter of the hole in the second supporting member is shorter than that in the first supporting member. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、空気電池用正極及び空気電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode for an air battery and an air battery.

空気電池は、酸素を正極活物質とする電池であり、放電時には酸素含有ガスを外部から取り込んで用いる。そのため、正極及び負極の活物質を電池内に有する他の電池に比べ、電池容器内に占める負極活物質の割合を大きくすることが可能になる。したがって、原理的に放電できる電気容量が大きく、小型化や軽量化が容易という特徴を有している。また、正極活物質として用いる酸素の酸化力は強力であるため、電池の起電力が比較的高い。さらに、酸素は資源的な制約がなくクリーンな材料であるという特徴も有するため、空気電池は環境負荷が小さい。このように、多くの利点を有する空気電池は、ハイブリッド車用電池や携帯機器用電池等への利用が期待されており、近年、空気電池の高性能化が求められている。   The air battery is a battery using oxygen as a positive electrode active material, and an oxygen-containing gas is taken in from the outside during discharge. Therefore, it is possible to increase the proportion of the negative electrode active material in the battery container as compared with other batteries having positive and negative electrode active materials in the battery. Therefore, in principle, the electric capacity that can be discharged is large, and it is easy to reduce the size and weight. Further, since the oxidizing power of oxygen used as the positive electrode active material is strong, the electromotive force of the battery is relatively high. Furthermore, since oxygen has a feature that it is a clean material without resource restrictions, the air battery has a small environmental load. As described above, the air battery having many advantages is expected to be used for a hybrid vehicle battery, a portable device battery, and the like, and in recent years, there is a demand for higher performance of the air battery.

空気電池の高性能化を実現するためには、(1)複数の空気電池を積層する、(2)正極(以下において、「空気極」ということがある。)や負極の厚さを厚くする、(3)正極や負極の面積を増大させる、等の対策を施すことが考えられる。しかしながら、対策(1)には、積層体とすることにより電池全体の体積当たりのエネルギー密度が低下しやすいという問題があり、かかる問題を解決するためには、複数の空気電池の部材を共有化した構造の実現等が必要とされる。また、対策(2)及び対策(3)には、正極への酸素供給が滞りやすい等の問題があり、かかる問題を解決するためには、正極を、酸素が拡散しやすい構造にすること等が必要とされる。   In order to achieve high performance of the air battery, (1) stacking a plurality of air batteries, (2) increasing the thickness of the positive electrode (hereinafter sometimes referred to as “air electrode”) and the negative electrode. (3) It is conceivable to take measures such as increasing the area of the positive electrode or the negative electrode. However, in the measure (1), there is a problem that the energy density per volume of the whole battery tends to be reduced by using the laminate, and in order to solve such a problem, a plurality of air battery members are shared. Realization of such a structure is required. Further, the countermeasure (2) and the countermeasure (3) have a problem that oxygen supply to the positive electrode tends to stagnate. In order to solve such a problem, the positive electrode has a structure in which oxygen is easily diffused. Is needed.

このような空気電池に関する技術として、例えば特許文献1には、空隙率の異なる少なくとも2層で形成された正極触媒層を備える空気電池が開示されている。そして、特許文献1には、圧延ローラーの圧力と触媒粉供給量とを調整することで、空隙率の異なる正極触媒層を作製する旨、記載されている。また、特許文献2には、ニッケル−鉄合金、鉄−ニッケル−クロム合金、又は、ニッケル−銅合金を空気極の芯材材料に用いた空気亜鉛電池が開示されている。   As a technique relating to such an air battery, for example, Patent Document 1 discloses an air battery including a positive electrode catalyst layer formed of at least two layers having different porosity. Patent Document 1 describes that positive electrode catalyst layers having different porosity are produced by adjusting the pressure of the rolling roller and the supply amount of the catalyst powder. Patent Document 2 discloses an air zinc battery using a nickel-iron alloy, an iron-nickel-chromium alloy, or a nickel-copper alloy as a core material of an air electrode.

特開2005−19145号公報JP-A-2005-19145 特開平9−92289号公報JP-A-9-92289

特許文献1に開示されている技術によれば、空隙率の異なる少なくとも2層で形成された正極触媒層が備えられているので、孔径を適切に制御することができれば、酸素が拡散しやすい正極を有する空気電池を提供できると考えられる。しかしながら、特許文献1に開示されている技術では、孔径が大きい空隙を形成することが困難であるため、正極の厚さ方向への酸素含有ガスの拡散が滞りやすいという問題があった。かかる問題は、特許文献1に開示されている技術と、特許文献2に開示されている技術とを組み合わせたとしても、解決することが困難であった。   According to the technique disclosed in Patent Document 1, since a positive electrode catalyst layer formed of at least two layers having different porosity is provided, a positive electrode in which oxygen easily diffuses if the pore diameter can be appropriately controlled. It is considered that an air battery having the above can be provided. However, the technique disclosed in Patent Document 1 has a problem that it is difficult to form a void having a large pore diameter, and thus the diffusion of the oxygen-containing gas in the thickness direction of the positive electrode tends to be delayed. Such a problem is difficult to solve even if the technique disclosed in Patent Document 1 and the technique disclosed in Patent Document 2 are combined.

そこで本発明は、酸素含有ガスを厚さ方向へ容易に拡散させることが可能な空気電池用正極、及び、容量や出力を増大させることが可能な空気電池を提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide the positive electrode for air batteries which can diffuse oxygen-containing gas to the thickness direction easily, and the air battery which can increase a capacity | capacitance and an output.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明の第1の態様は、孔を有する第1支持体及び該第1支持体に担持される触媒を有する第1層と、孔を有する第2支持体及び該第2支持体に担持される触媒を有する第2層とを少なくとも備える空気電池用正極であって、第1層及び第2層が積層され、第1支持体に備えられている孔の径と第2支持体に備えられている孔の径とが異なることを特徴とする、空気電池用正極である。
In order to solve the above problems, the present invention takes the following means. That is,
According to a first aspect of the present invention, there is provided a first support having holes and a first layer having a catalyst supported on the first support, a second support having holes, and the second support. A positive electrode for an air battery comprising at least a second layer having a catalyst, wherein the first layer and the second layer are laminated, and the hole diameter provided in the first support and the second support are provided. The positive electrode for an air battery is characterized in that the diameter of the hole is different.

本発明において、孔の径とは、孔が円形の場合にはその直径をいう。また、孔が正方形の場合にはその一辺の長さをいう。また、孔が正方形以外の四角形の場合には二つの対角線の長さの平均値をいう。また、孔が三角形又は五角形以上の多角形である場合には、当該孔に内接する円の直径をいう。本発明において、第1支持体及び第2支持体は、それぞれに備えられている孔の径が異なっていれば、その形態は特に限定されるものではない。第1支持体及び第2支持体は、導電性材料によって構成されていても良く、絶縁性材料によって構成されていても良い。第1支持体が絶縁性材料によって構成される場合、第1層には、第1支持体及び触媒に加えて、導電性材料が含有される。また、第2支持体が絶縁性材料によって構成される場合、第2層には、第2支持体及び触媒に加えて、導電性材料が含有される。これに対し、第1支持体が導電性材料によって構成される場合、第1層は、第1支持体及び触媒を有していれば良く、これらに加えてさらに導電性材料が含有されていても良い。また、第2支持体が導電性材料によって構成される場合、第2層は、第2支持体及び触媒を有していれば良く、これらに加えてさらに導電性材料が含有されていても良い。本発明において、電子伝導性を向上させることにより高性能の空気電池用正極を提供する等の観点からは、第1支持体及び第2支持体が導電性材料によって構成されることが好ましい。また、同様の観点から、第1層は、触媒及び導電性材料によって構成される第1支持体に加え、さらに導電性材料が含有される形態とすることが好ましく、第2層は、触媒及び導電性材料によって構成される第2支持体に加え、さらに導電性材料が含有される形態とすることが好ましい。第1支持体が導電性材料によって構成される場合、当該第1支持体は空気電池用正極の集電体として機能させることもできる。同様に、第2支持体が導電性材料によって構成される場合、当該第2支持体は空気電池用正極の集電体として機能させることもできる。また、本発明において、空気電池用正極に含まれる触媒は、空気電池の正極で生じる反応の触媒として機能する物質をいい、空気電池の正極で使用可能な公知の触媒を適宜用いることができる。   In the present invention, the diameter of the hole means the diameter of the hole when the hole is circular. Moreover, when a hole is square, it says the length of the one side. In addition, when the hole is a quadrangle other than a square, it means an average value of the lengths of two diagonal lines. Moreover, when a hole is a triangle or a polygon more than a pentagon, it means the diameter of a circle inscribed in the hole. In the present invention, the form of the first support and the second support is not particularly limited as long as the diameters of the holes provided in the first support and the second support are different. The first support and the second support may be made of a conductive material or may be made of an insulating material. When the first support is made of an insulating material, the first layer contains a conductive material in addition to the first support and the catalyst. When the second support is made of an insulating material, the second layer contains a conductive material in addition to the second support and the catalyst. On the other hand, when the first support is made of a conductive material, the first layer only needs to have the first support and the catalyst, and in addition to these, the conductive material is contained. Also good. When the second support is composed of a conductive material, the second layer only needs to have the second support and a catalyst, and in addition to these, a conductive material may be contained. . In the present invention, the first support and the second support are preferably made of a conductive material from the viewpoint of providing a high-performance positive electrode for an air battery by improving the electronic conductivity. Further, from the same viewpoint, the first layer is preferably in a form containing a conductive material in addition to the first support composed of the catalyst and the conductive material, and the second layer includes the catalyst and the conductive layer. In addition to the second support composed of the conductive material, it is preferable to further include a conductive material. When the first support is made of a conductive material, the first support can also function as a current collector for the positive electrode for the air battery. Similarly, when a 2nd support body is comprised with an electroconductive material, the said 2nd support body can also be functioned as a collector of the positive electrode for air batteries. In the present invention, the catalyst contained in the positive electrode for the air battery refers to a substance that functions as a catalyst for the reaction that occurs at the positive electrode of the air battery, and a known catalyst that can be used for the positive electrode of the air battery can be used as appropriate.

また、上記本発明の第1の態様において、第1支持体及び/又は第2支持体が金属製であることが好ましい。   In the first aspect of the present invention, the first support and / or the second support is preferably made of metal.

本発明において、金属製の支持体(第1支持体及び/又は第2支持体)としては、エキスパンドメタル、パンチングメタル、金属不織布、及び、発泡金属等を例示することができる。   In the present invention, examples of the metal support (first support and / or second support) include expanded metal, punching metal, metal nonwoven fabric, and foam metal.

本発明の第2の態様は、負極と、酸素含有ガスが供給される正極と、負極及び正極の間でイオンの伝導を担う電解液と、を具備する空気電池であって、正極が、上記本発明の第1の態様にかかる空気電池用正極であり、第2層が、第1層と電解液との間に配設され、第2支持体に備えられている孔の径が、第1支持体に備えられている孔の径よりも小さいことを特徴とする、空気電池である。   A second aspect of the present invention is an air battery comprising a negative electrode, a positive electrode to which an oxygen-containing gas is supplied, and an electrolyte solution that conducts ions between the negative electrode and the positive electrode. The positive electrode for an air battery according to the first aspect of the present invention, wherein the second layer is disposed between the first layer and the electrolytic solution, and the diameter of the hole provided in the second support is the first. It is an air battery characterized by being smaller than the diameter of the hole with which 1 support body was equipped.

本発明の第1の態様にかかる空気電池用正極では、孔の径が異なる第1支持体及び第2支持体が積層されている。第1支持体及び第2支持体には孔が予め形成されているので、本発明の第1の態様によれば、均一且つ大きな孔を有する第1支持体及び第2支持体が備えられる形態とすることができる。かかる形態とすることにより、厚さ方向への酸素含有ガスの拡散を容易にすることができるので、本発明の第1の態様によれば、酸素含有ガスを厚さ方向へ容易に拡散させることが可能な空気電池用正極を提供することができる。   In the positive electrode for an air battery according to the first aspect of the present invention, a first support and a second support having different hole diameters are laminated. Since the first support and the second support are pre-formed with holes, according to the first aspect of the present invention, the first support and the second support having uniform and large holes are provided. It can be. By adopting such a configuration, it is possible to facilitate the diffusion of the oxygen-containing gas in the thickness direction. Therefore, according to the first aspect of the present invention, the oxygen-containing gas can be easily diffused in the thickness direction. It is possible to provide a positive electrode for an air battery capable of

また、本発明の第1の態様において、第1支持体及び/又は第2支持体が金属製であることにより、孔径や空隙率の制御が容易になる。したがって、かかる形態とすることにより、酸素含有ガスが厚さ方向へ拡散しやすい空気電池用正極を提供することができる。   Moreover, in the 1st aspect of this invention, control of a hole diameter or a porosity becomes easy because a 1st support body and / or a 2nd support body are metal. Therefore, by adopting such a configuration, it is possible to provide a positive electrode for an air battery in which the oxygen-containing gas easily diffuses in the thickness direction.

本発明の第2の態様にかかる空気電池では、本発明の第1の態様にかかる空気電池用正極が備えられ、相対的に大きな径の孔を有する第1支持体と電解液との間に、相対的に小さな径の孔を有する第2支持体が配置される。かかる形態とすることにより、正極の、電解液に近い領域における孔の径を小さくすることができるので、電解液の揮発を抑制することができる。加えて、正極の、電解液から離れた領域(酸素含有ガスに近い領域)における孔の径を大きくすることができるので、多量の酸素含有ガスを正極内へと導くことが可能になる。電解液の揮発を抑制し、多量の酸素含有ガスを正極内へと導くことにより、空気電池の出力及び容量を増大させることが可能になるので、本発明の第2の態様によれば、出力及び容量を増大させることが可能な空気電池を提供することができる。   In the air battery according to the second aspect of the present invention, the positive electrode for an air battery according to the first aspect of the present invention is provided, and is provided between the first support body having a relatively large diameter hole and the electrolytic solution. A second support having a relatively small diameter hole is disposed. By setting it as this form, since the diameter of the hole in the area | region close | similar to electrolyte solution of a positive electrode can be made small, volatilization of electrolyte solution can be suppressed. In addition, since the diameter of the hole in the region of the positive electrode away from the electrolytic solution (region close to the oxygen-containing gas) can be increased, a large amount of oxygen-containing gas can be introduced into the positive electrode. By suppressing the volatilization of the electrolyte and introducing a large amount of oxygen-containing gas into the positive electrode, it becomes possible to increase the output and capacity of the air battery. According to the second aspect of the present invention, the output In addition, an air battery capable of increasing the capacity can be provided.

空気電池10を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an air battery 10. 空気極1を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an air electrode 1. 空気電池20を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing an air battery 20. FIG. 空気極11を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing an air electrode 11. FIG. 第2層の構造を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the structure of a 2nd layer.

これまでに提案されている空気電池は、空気極の構造が十分に制御されていなかったため、例えば、空気極の厚さを厚くすると、空気極内における酸素含有ガスの拡散が不十分になる虞があった。本発明者らは、鋭意研究の結果、予め異なる径の孔が形成された、触媒を担持させた複数の支持体を積層した構造の空気極を用いることにより、厚さを厚くしても、酸素含有ガスを十分に拡散させることが可能な空気極を提供できることを知見した。また、この空気極が備えられる形態とすることにより、空気電池の高性能化を図ることが可能になることも知見した。厚さを厚くしても、空気極に酸素含有ガスを十分に拡散させることができれば、例えば、複数の空気電池(単電池)が筐体に収容される形態とした場合に、従来よりも厚さが厚い1つの空気極を複数の単電池に共有させて、部材の共有化を図ることも可能になる。そのため、厚さを厚くしても酸素含有ガスを十分に拡散させることが可能な空気極を提供することにより、上記対策(1)〜(3)を施した場合の問題点を解決することが可能になると考えられる。   In the air battery proposed so far, the structure of the air electrode has not been sufficiently controlled. For example, if the thickness of the air electrode is increased, the diffusion of the oxygen-containing gas in the air electrode may be insufficient. was there. As a result of diligent research, the present inventors have used an air electrode having a structure in which a plurality of supports carrying a catalyst, in which holes having different diameters are formed in advance, and by increasing the thickness, It has been found that an air electrode capable of sufficiently diffusing an oxygen-containing gas can be provided. In addition, it has also been found that it is possible to improve the performance of an air battery by adopting a configuration in which the air electrode is provided. Even if the thickness is increased, if the oxygen-containing gas can be sufficiently diffused into the air electrode, for example, when a plurality of air cells (single cells) are accommodated in the housing, the thickness is larger than the conventional case. It is possible to share a member by sharing a single thick air electrode with a plurality of single cells. Therefore, by providing an air electrode capable of sufficiently diffusing the oxygen-containing gas even if the thickness is increased, it is possible to solve the problems when the measures (1) to (3) are applied. It will be possible.

本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。本発明は、酸素含有ガスを厚さ方向へ容易に拡散させることが可能な空気電池用正極、及び、容量や出力を増大させることが可能な空気電池を提供することを、主な要旨とする。   The present invention has been made based on such knowledge. The main gist of the present invention is to provide an air battery positive electrode capable of easily diffusing an oxygen-containing gas in the thickness direction, and an air battery capable of increasing capacity and output. .

以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されるものではない。   The present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the form shown below is an illustration of this invention and this invention is not limited to the form shown below.

1.第1実施形態
図1は、第1実施形態にかかる本発明の空気電池10を簡略化して示す断面図である。図2は、空気電池10に備えられる空気極1を拡大して示す断面図である。
1. First Embodiment FIG. 1 is a simplified cross-sectional view showing an air battery 10 of the present invention according to a first embodiment. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the air electrode 1 provided in the air battery 10.

図1に示すように、空気電池10は、空気極1、負極2、並びに、空気極1及び負極2の間に配設された電解質層3を備える発電部4と、発電部4を収容する筐体5と、を具備している。空気電池10において、負極2には、金属のイオンを放出、又は、吸蔵・放出可能な物質(金属の単体又は化合物。以下において「金属」という。)が含有されており、電解質層3には、電解液を保持したセパレータが収容されている。また、筐体5の上面と発電部4との間の空間6には、酸素含有ガスが充満している。   As shown in FIG. 1, the air battery 10 houses the power generation unit 4 including the air electrode 1, the negative electrode 2, and the electrolyte layer 3 disposed between the air electrode 1 and the negative electrode 2. And a housing 5. In the air battery 10, the negative electrode 2 contains a substance that can release or occlude / release metal ions (a simple substance or a compound of metal, hereinafter referred to as “metal”). The separator holding the electrolytic solution is accommodated. Further, the space 6 between the upper surface of the housing 5 and the power generation unit 4 is filled with oxygen-containing gas.

図2に示すように、空気極1は、第1支持体1a及びその表面に配設された組成物1dを有する第1層1x、第2支持体1b及びその表面に配設された組成物1dを有する第2層1y、並びに、第3支持体1c及びその表面に配設された組成物1dを有する第3層1zを具備し、第1支持体1a、第2支持体1b、及び、第3支持体1cは、エキスパンドメタルによって構成されている。また、組成物1dには触媒、導電性材料、及び、結着材が含有されている。図1の空気電池10では、第1支持体1aを有する第1層1xが空間6側に配置され、第3支持体1cを有する第3層1zが電解質層3側に配置されている。   As shown in FIG. 2, the air electrode 1 includes a first layer 1x having a first support 1a and a composition 1d disposed on the surface thereof, a second support 1b and a composition disposed on the surface thereof. A second layer 1y having 1d, and a third layer 1z having a third support 1c and a composition 1d disposed on the surface thereof, the first support 1a, the second support 1b, and The third support 1c is made of expanded metal. The composition 1d contains a catalyst, a conductive material, and a binder. In the air battery 10 of FIG. 1, the first layer 1x having the first support 1a is disposed on the space 6 side, and the third layer 1z having the third support 1c is disposed on the electrolyte layer 3 side.

空気極1において、第2支持体1bの空隙率は第1支持体1aの空隙率よりも小さく、第2支持体1bに形成されている孔の径は、第1支持体1aに形成されている孔の径よりも小さい。同様に、空気極1において、第3支持体1cの空隙率は第2支持体1bの空隙率よりも小さく、第3支持体1cに形成されている孔の径は、第2支持体1bに形成されている孔の径よりも小さい。すなわち、空気極1は、電解質層3から空間6へ向けて孔が大きくなるように構成されている。かかる形態とすることにより、空間6に存在する酸素含有ガスを、空気極1の厚さ方向へと導きやすくなる。そのため、空気極1における、導電体(第1支持体1a、第2支持体1b、及び、第3支持体1cや、組成物1dに含有されている導電性材料)と電解液との界面へと供給される酸素含有ガスの量を増大させることが可能になり、その結果、空気電池10の高性能化を図ることが可能になる。このように、空気極1は、空気極1の内部へ酸素含有ガスを拡散させやすい形態とされているので、従来の空気極よりも厚さを厚くした場合であっても、空気極1の内部における酸素含有ガスの拡散を確保することができる。そのため、例えば、高性能化を図ること等を目的として、1つの筐体に複数の空気電池を収容する場合に、複数の空気電池それぞれにおける空気極の機能を、従来の空気極よりも厚さを厚く構成した空気極1へと集中させて、複数の空気電池の部材を共有化したとしても、空気極1は酸素含有ガスが拡散しやすい構成とされているので、電池全体の体積当たりのエネルギー密度の低下を抑制することが可能になる。また、空気極1は、電解質層3から空間6へ向けて孔が大きくなるように構成されているので、電解質層3に充填されている電解液の揮発を低減することが可能になる。電解液の揮発を低減することにより、導電体と電解液と酸素含有ガスとの界面の減少を抑制することができるので、空気電池10の高性能化を図ることが可能になる。以下、空気電池10について、構成ごとに説明する。   In the air electrode 1, the porosity of the second support 1b is smaller than the porosity of the first support 1a, and the diameter of the hole formed in the second support 1b is formed in the first support 1a. It is smaller than the diameter of the hole. Similarly, in the air electrode 1, the porosity of the third support 1c is smaller than the porosity of the second support 1b, and the diameter of the hole formed in the third support 1c is the same as that of the second support 1b. It is smaller than the diameter of the formed hole. In other words, the air electrode 1 is configured such that the holes become larger from the electrolyte layer 3 toward the space 6. With this configuration, the oxygen-containing gas present in the space 6 can be easily guided in the thickness direction of the air electrode 1. Therefore, to the interface between the conductor (the conductive material contained in the first support 1a, the second support 1b, the third support 1c, and the composition 1d) and the electrolyte in the air electrode 1. As a result, it is possible to increase the performance of the air battery 10. As described above, since the air electrode 1 is configured to easily diffuse the oxygen-containing gas into the air electrode 1, even if the thickness is made thicker than the conventional air electrode, The diffusion of the oxygen-containing gas inside can be ensured. Therefore, for example, when a plurality of air batteries are accommodated in one housing for the purpose of improving performance, the function of the air electrode in each of the plurality of air batteries is made thicker than the conventional air electrode. Even when a plurality of air battery members are shared by concentrating the air electrode 1 in a thick configuration, the air electrode 1 is configured to easily diffuse the oxygen-containing gas. It is possible to suppress a decrease in energy density. Further, since the air electrode 1 is configured such that the holes become larger from the electrolyte layer 3 toward the space 6, it is possible to reduce volatilization of the electrolytic solution filled in the electrolyte layer 3. By reducing the volatilization of the electrolytic solution, it is possible to suppress a decrease in the interface between the conductor, the electrolytic solution, and the oxygen-containing gas, so that the performance of the air battery 10 can be improved. Hereinafter, the air battery 10 will be described for each configuration.

<空気極1>
空気極1は、第1支持体1a及びその表面に配設された組成物1dを有する第1層1x、第2支持体1b及びその表面に配設された組成物1dを有する第2層1y、並びに、第3支持体1c及びその表面に配設された組成物1dを有する第3層1zを具備し、組成物1dは、導電性材料、触媒、及び、これらを結着させる結着材を含有している。
<Air electrode 1>
The air electrode 1 includes a first layer 1x having a first support 1a and a composition 1d disposed on the surface thereof, a second layer 1y having a second support 1b and a composition 1d disposed on the surface thereof. And a third layer 1z having a third support 1c and a composition 1d disposed on the surface of the third support 1c, the composition 1d comprising a conductive material, a catalyst, and a binder for binding them. Contains.

第1支持体1a、第2支持体1b、及び、第3支持体1cを構成する金属は、空気電池10の使用時における環境に耐え得るものであれば、特に限定されるものではない。第1支持体1a、第2支持体1b、及び、第3支持体1cを構成する金属は、例えば、空気電池の空気極における集電体を構成し得る金属等を適宜用いることができる。   The metal which comprises the 1st support body 1a, the 2nd support body 1b, and the 3rd support body 1c will not be specifically limited if it can endure the environment at the time of use of the air battery 10. FIG. As the metal constituting the first support 1a, the second support 1b, and the third support 1c, for example, a metal that can constitute a current collector in an air electrode of an air battery can be appropriately used.

組成物1dに含有される導電性材料は、空気電池10の使用時における環境に耐えることができ、且つ、導電性を有するものであれば、特に限定されるものではない。このような導電性材料としては、カーボンブラック、活性炭、及び、炭素繊維等に代表される、高比表面積の炭素材料等を例示することができる。また、反応場の減少及び電池容量の低下を抑制する等の観点から、組成物1dにおける導電性材料の含有量は、10質量%以上とすることが好ましい。また、充分な触媒機能を発揮し得る形態にする等の観点から、組成物1dにおける導電性材料の含有量は、99質量%以下とすることが好ましい。   The conductive material contained in the composition 1d is not particularly limited as long as it can withstand the environment when the air battery 10 is used and has conductivity. As such a conductive material, a carbon material having a high specific surface area represented by carbon black, activated carbon, carbon fiber, and the like can be exemplified. Further, from the viewpoint of suppressing a decrease in reaction field and a decrease in battery capacity, the content of the conductive material in the composition 1d is preferably 10% by mass or more. Moreover, from a viewpoint of making it the form which can exhibit a sufficient catalyst function, it is preferable that content of the electroconductive material in the composition 1d shall be 99 mass% or less.

組成物1dに含有される触媒としては、二酸化マンガンや二酸化セリウム等の無機セラミックスや、コバルトフタロシアニン等の有機錯体及びその複合材料を例示することができる。充分な触媒機能を発揮し得る形態にする等の観点から、組成物1dにおける触媒の含有量は、1質量%以上とすることが好ましい。また、反応場の減少及び電池容量の低下を抑制する等の観点から、組成物1dにおける触媒の含有量は、90質量%以下とすることが好ましい。   Examples of the catalyst contained in the composition 1d include inorganic ceramics such as manganese dioxide and cerium dioxide, organic complexes such as cobalt phthalocyanine, and composite materials thereof. From the viewpoint of providing a form capable of exhibiting a sufficient catalytic function, the content of the catalyst in the composition 1d is preferably 1% by mass or more. Further, from the viewpoint of suppressing a decrease in reaction field and a decrease in battery capacity, the content of the catalyst in the composition 1d is preferably 90% by mass or less.

組成物1dに含有される結着材としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、及び、スチレンブタジエンゴム(SBR)等、空気電池に使用可能な公知の結着材を例示することができる。組成物1dにおける結着材の含有量は、特に限定されるものではないが、例えば10質量%以下とすることが好ましく、1質量%以上5質量%以下とすることがより好ましい。   As the binder contained in the composition 1d, a known binder usable for an air battery, such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), and styrene butadiene rubber (SBR), is used. It can be illustrated. The content of the binder in the composition 1d is not particularly limited, but is preferably, for example, 10% by mass or less, and more preferably 1% by mass to 5% by mass.

空気極1は、例えば、以下の工程を経て作製することができる。まず、導電性材料、触媒、及び、結着材を溶媒へ入れて混錬攪拌することにより作製したペーストを、第1支持体1a、第2支持体1b、及び、第3支持体1cのそれぞれへ、スプレーガンを用いて塗布し乾燥することにより、第1支持体1a及びその表面に配設された組成物1dを有する第1層1x、第2支持体1b及びその表面に配設された組成物1dを有する第2層1y、並びに、第3支持体1c及びその表面に配設された組成物1dを有する第3層1zを作製する。このようにして、第1層1x、第2層1y、及び、第3層1zをそれぞれ作製したら、引き続き、これらを順次積層することにより、空気極1を作製することができる。このほか、導電性材料及び触媒を含む混合粉末と、第1支持体1a、第2支持体1b、及び、第3支持体1cとを熱圧着することにより作製した第1層1x、第2層1y、及び、第3層1zを順次積層することにより、空気極1を作製することもできる。空気極1の作製時に使用され得る溶媒としては、アセトン、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、及び、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等の揮発性溶媒を例示することができ、沸点が200℃以下の溶媒を好ましく用いることができる。   The air electrode 1 can be manufactured through the following processes, for example. First, a paste prepared by kneading and kneading a conductive material, a catalyst, and a binder in a solvent is used for each of the first support 1a, the second support 1b, and the third support 1c. The first layer 1x having the first support 1a and the composition 1d disposed on the surface thereof, the second support 1b and the surface thereof are applied by drying using a spray gun. A second layer 1y having the composition 1d and a third layer 1z having the third support 1c and the composition 1d disposed on the surface thereof are prepared. When the first layer 1x, the second layer 1y, and the third layer 1z are each produced in this manner, the air electrode 1 can be produced by successively laminating them. In addition, the first layer 1x and the second layer prepared by thermocompression bonding of the mixed powder containing the conductive material and the catalyst, the first support 1a, the second support 1b, and the third support 1c. The air electrode 1 can also be produced by sequentially laminating 1y and the third layer 1z. Examples of the solvent that can be used in the production of the air electrode 1 include volatile solvents such as acetone, N, N-dimethylformamide (DMF), and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). A solvent having a temperature of 200 ° C. or lower can be preferably used.

<負極2>
負極2は、負極活物質として機能する金属を含有している。また、負極2には、負極2の内部又は外面に当接して、負極2の集電を行う負極集電体(不図示)が設けられる。
<Negative electrode 2>
The negative electrode 2 contains a metal that functions as a negative electrode active material. Further, the negative electrode 2 is provided with a negative electrode current collector (not shown) that contacts the inside or the outer surface of the negative electrode 2 and collects the current of the negative electrode 2.

負極2に含有され得る金属の単体としては、Li、Na、K、Mg、Ca、Zn、Al、及び、Fe等を例示することができる。また、負極2に含有され得る金属の化合物としては、Li合金等を例示することができる。空気電池10がリチウム空気二次電池の場合、高容量化を図りやすい空気電池10を提供する等の観点からは、Liが含有されることが好ましい。   Examples of simple metals that can be contained in the negative electrode 2 include Li, Na, K, Mg, Ca, Zn, Al, and Fe. Moreover, Li metal etc. can be illustrated as a metal compound which can be contained in the negative electrode 2. When the air battery 10 is a lithium air secondary battery, it is preferable that Li is contained from the viewpoint of providing the air battery 10 that can easily increase the capacity.

負極2は少なくとも負極活物質を含有していれば良く、さらに、導電性を向上させる導電性材料や金属等を固定化させる結着材を含有していても良い。反応場の減少及び電池容量の低下を抑制する等の観点から、負極2における導電性材料の含有量は10質量%以下とすることが好ましい。また、負極2における結着材の含有量は、特に限定されるものではないが、例えば10質量%以下とすることが好ましく、1質量%以上5質量%以下とすることがより好ましい。負極2に含有され得る導電性材料及び結着材の種類、使用量等は、空気極1の場合と同様にすることができる。   The negative electrode 2 only needs to contain at least a negative electrode active material, and may further contain a conductive material that improves conductivity, or a binder that fixes a metal or the like. From the viewpoint of suppressing a decrease in reaction field and a decrease in battery capacity, the content of the conductive material in the negative electrode 2 is preferably 10% by mass or less. Further, the content of the binder in the negative electrode 2 is not particularly limited, but is preferably 10% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 5% by mass or less. The kind of conductive material and binder that can be contained in the negative electrode 2, the amount used, and the like can be the same as in the air electrode 1.

空気電池10では、負極2の内部又は外面に当接して、負極集電体が設けられる。負極集電体は、負極2の集電を行う機能を担う。空気電池10において、負極集電体の材料は、導電性を有する材料であれば特に限定されるものではない。負極集電体の材料としては、銅、ステンレス鋼、及び、ニッケル等を例示することができる。また、負極集電体の形状としては、箔状、板状、及び、メッシュ(グリッド)状等を例示することができる。空気電池10において、負極2は、例えば、導電性材料、触媒、及び、結着材からなる塗料を、負極集電体の表面に、ドクターブレード法にて塗布する等の方法により作製することができる。このほか、導電性材料及び触媒を含む混合粉末を熱圧着する等の方法により作製することもできる。   In the air battery 10, a negative electrode current collector is provided in contact with the inside or the outer surface of the negative electrode 2. The negative electrode current collector has a function of collecting the negative electrode 2. In the air battery 10, the material for the negative electrode current collector is not particularly limited as long as it is a conductive material. Examples of the material for the negative electrode current collector include copper, stainless steel, and nickel. Examples of the shape of the negative electrode current collector include a foil shape, a plate shape, and a mesh (grid) shape. In the air battery 10, the negative electrode 2 can be produced by a method such as applying a paint made of a conductive material, a catalyst, and a binder to the surface of the negative electrode current collector by a doctor blade method. it can. In addition, it can also be produced by a method such as thermocompression bonding of a mixed powder containing a conductive material and a catalyst.

<電解質層3>
電解質層3には、空気極1及び負極2の間でイオン(金属のイオン)の伝導を担う電解液を保持したセパレータが収容される。
<Electrolyte layer 3>
The electrolyte layer 3 accommodates a separator that holds an electrolyte solution that conducts ions (metal ions) between the air electrode 1 and the negative electrode 2.

電解質層3に充填される電解液の形態は、金属イオン伝導性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、非水電解液を挙げることができる。電解質層3に充填される非水電解液の種類は、伝導する金属イオンの種類に応じて、適宜選択することが好ましい。例えば、リチウム空気電池の非水電解液は、通常、リチウム塩及び有機溶媒を含有する。リチウム塩としては、LiPF、LiBF、LiClO及びLiAsF等の無機リチウム塩のほか、LiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CSO、LiC(CFSO等の有機リチウム塩等を例示することができる。また、有機溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、アセトニトリル、1,2−ジメトキシメタン、1,3−ジメトキシプロパン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン及びこれらの混合物等を例示することができる。また、溶存酸素が効率良く反応に用いられる形態にする等の観点から、有機溶媒は、酸素溶解性が高い溶媒であることが好ましい。非水電解液におけるリチウム塩の濃度は、例えば0.2mol/L以上3mol/L以下とする。なお、本発明の空気電池においては、非水電解液として、例えばイオン性液体等の低揮発性液体を用いることができる。 The form of the electrolytic solution filled in the electrolyte layer 3 is not particularly limited as long as it has metal ion conductivity, and examples thereof include a nonaqueous electrolytic solution. The type of non-aqueous electrolyte filled in the electrolyte layer 3 is preferably selected as appropriate according to the type of metal ions to be conducted. For example, the non-aqueous electrolyte of a lithium air battery usually contains a lithium salt and an organic solvent. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4, LiAsF 6 and other inorganic lithium salts, LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiC An organic lithium salt such as (CF 3 SO 2 ) 3 can be exemplified. Examples of the organic solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), butylene carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane, acetonitrile, 1 , 2-dimethoxymethane, 1,3-dimethoxypropane, diethyl ether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, and mixtures thereof. Moreover, it is preferable that an organic solvent is a solvent with high oxygen solubility from a viewpoint of making it the form in which dissolved oxygen is used for reaction efficiently. The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is, for example, not less than 0.2 mol / L and not more than 3 mol / L. In the air battery of the present invention, a low volatile liquid such as an ionic liquid can be used as the nonaqueous electrolytic solution.

また、電解質層3に用いられるセパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン等の多孔膜のほか、樹脂不織布、ガラス繊維不織布等の不織布等を例示することができる。   Moreover, as a separator used for the electrolyte layer 3, in addition to porous membranes, such as polyethylene and a polypropylene, nonwoven fabrics, such as a resin nonwoven fabric and a glass fiber nonwoven fabric, etc. can be illustrated.

<筐体5>
筐体5には、発電部4、及び、酸素含有ガスが少なくとも収容される。空気電池10において、筐体5の形状は特に限定されるものではない。筐体5の構成材料は、金属空気電池の筐体に使用可能な材料を適宜用いることができる。また、筐体5に収容される(空間6に存在させる)酸素含有ガスは、例えば、圧力が1.01×10Pa、酸素濃度が99.99%の酸素ガス等を用いることができる。
<Case 5>
The housing 5 accommodates at least the power generation unit 4 and the oxygen-containing gas. In the air battery 10, the shape of the housing 5 is not particularly limited. As a constituent material of the housing 5, a material that can be used for the housing of the metal-air battery can be appropriately used. Further, as the oxygen-containing gas accommodated in the housing 5 (existing in the space 6), for example, oxygen gas having a pressure of 1.01 × 10 5 Pa and an oxygen concentration of 99.99% can be used.

2.第2実施形態
図3は、第2実施形態にかかる本発明の空気電池20を簡略化して示す断面図である。図4は、空気電池20に備えられる空気極11を拡大して示す断面図である。図3において、空気電池10と同様の構成を採るものには、図1で使用した符号と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。また、図4において、空気極1と同様の構成を採るものには、図2で使用した符号と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
2. Second Embodiment FIG. 3 is a simplified cross-sectional view showing an air battery 20 of the present invention according to a second embodiment. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing the air electrode 11 provided in the air battery 20. 3, components having the same configuration as that of the air battery 10 are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. 1, and description thereof is omitted as appropriate. Also, in FIG. 4, the same reference numerals as those used in FIG. 2 are assigned to components having the same configuration as the air electrode 1, and the description thereof is omitted as appropriate.

図3に示すように、空気電池20は、空気電池10の空気極1に代えて空気極11が備えられるほかは、空気電池10と同様に構成され、空気極11、負極2、並びに、空気極11及び負極2の間に配設された電解質層3を備える発電部12と、発電部12を収容する筐体5と、を具備している。図4に示すように、空気極11は、第1支持体1a及びその表面に配設された組成物1dを有する第1層1x、第2支持体1b及びその表面に配設された組成物1dを有する第2層1y、並びに、第3支持体1c及びその表面に配設された組成物1dを有する第3層1zを具備している。図3の空気電池20は、第3支持体1cを有する第3層1zが空間6側に配置され、第1支持体1aを有する第1層1xが電解質層3側に配置された空気極11を備えている。   As shown in FIG. 3, the air battery 20 is configured similarly to the air battery 10 except that an air electrode 11 is provided instead of the air electrode 1 of the air battery 10, and the air electrode 11, the negative electrode 2, and the air A power generation unit 12 including the electrolyte layer 3 disposed between the electrode 11 and the negative electrode 2 and a housing 5 that houses the power generation unit 12 are provided. As shown in FIG. 4, the air electrode 11 includes a first support 1a and a first layer 1x having a composition 1d disposed on the surface thereof, a second support 1b and a composition disposed on the surface thereof. A second layer 1y having 1d, and a third layer 1z having a third support 1c and a composition 1d disposed on the surface thereof. In the air battery 20 of FIG. 3, the air electrode 11 in which the third layer 1z having the third support 1c is disposed on the space 6 side and the first layer 1x having the first support 1a is disposed on the electrolyte layer 3 side. It has.

空気極11において、第2支持体1bの空隙率は第3支持体1cの空隙率よりも大きく、第2支持体1bに形成されている孔の径は、第3支持体1cに形成されている孔の径よりも大きい。同様に、空気極11において、第1支持体1aの空隙率は第2支持体1bの空隙率よりも大きく、第1支持体1aに形成されている孔の径は、第2支持体1bに形成されている孔の径よりも大きい。すなわち、空気極11は、電解質層3から空間6へ向けて孔が小さくなるように構成されている。小さな孔が空間6側に配置された形態とすることにより、空気極1よりも撥水性を向上させた空気極11とすることができ、その結果、空間6の酸素含有ガスに含有される水分が電解質層3側へ移動し難い形態とすることができる。さらに、かかる形態とすることにより、電解質層3側へと達してしまった水分を、毛細管現象によって空間6側へと移動させることが可能になる。このように、空気極11が備えられる空気電池20によれば、電解質層3に水分が存在し難い形態とすることが可能になる。電解質層3に水分が存在し難い形態とすることにより、負極2に含有されている金属と水との反応を低減することができるので、電池の劣化・異常・暴走を抑制することが可能な、空気電池20を提供することができる。   In the air electrode 11, the porosity of the second support 1b is larger than the porosity of the third support 1c, and the diameter of the hole formed in the second support 1b is formed in the third support 1c. It is larger than the diameter of the hole. Similarly, in the air electrode 11, the porosity of the first support 1a is larger than the porosity of the second support 1b, and the diameter of the hole formed in the first support 1a is the same as that of the second support 1b. It is larger than the diameter of the formed hole. That is, the air electrode 11 is configured such that the holes become smaller from the electrolyte layer 3 toward the space 6. By adopting a configuration in which the small holes are arranged on the space 6 side, the air electrode 11 having improved water repellency compared to the air electrode 1 can be obtained. As a result, the moisture contained in the oxygen-containing gas in the space 6 However, it is difficult to move to the electrolyte layer 3 side. Furthermore, by setting it as such a form, it becomes possible to move the water | moisture content which has reached the electrolyte layer 3 side to the space 6 side by capillary action. Thus, according to the air battery 20 provided with the air electrode 11, it is possible to make it difficult for moisture to be present in the electrolyte layer 3. By making the electrolyte layer 3 into a form in which moisture is unlikely to exist, the reaction between the metal contained in the negative electrode 2 and water can be reduced, so that deterioration / abnormality / runaway of the battery can be suppressed. The air battery 20 can be provided.

本発明の空気極1、11、及び、本発明の空気電池10、20に関する上記説明では、電解質層3から空間6へ向けて孔が徐々に大きくなるように構成された空気極1、又は、電解質層3から空間6へ向けて孔が徐々に小さくなるように構成された空気極11を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。本発明の空気電池用正極は、相対的に大きな孔を形成されている2つの支持体の間に、相対的に小さな孔が形成されている支持体が積層される形態とすることも可能であり、相対的に小さな孔が形成されている2つの支持体の間に、相対的に大きな孔が形成されている支持体が積層される形態とすることも可能である。   In the above description regarding the air electrodes 1 and 11 of the present invention and the air batteries 10 and 20 of the present invention, the air electrode 1 configured so that the holes gradually increase from the electrolyte layer 3 toward the space 6, or Although the air electrode 11 configured such that the pores gradually become smaller from the electrolyte layer 3 toward the space 6 is illustrated, the present invention is not limited to this form. The positive electrode for an air battery according to the present invention can be configured such that a support having relatively small holes is laminated between two supports having relatively large holes. In addition, a support body in which relatively large holes are formed may be laminated between two support bodies in which relatively small holes are formed.

また、本発明の空気極1、11、及び、本発明の空気電池10、20に関する上記説明では、空気極1及び空気極11に、3つの支持体(第1支持体1a、第2支持体1b、及び、第3支持体1c)が備えられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。本発明の空気電池用正極に備えられる支持体の数は、2以上であれば、その数は、特に限定されるものではない。   Moreover, in the said description regarding the air electrodes 1 and 11 of this invention, and the air batteries 10 and 20 of this invention, the air electrode 1 and the air electrode 11 are provided with three support bodies (a 1st support body 1a and a 2nd support body). Although 1b and the form with which the 3rd support body 1c) is provided were illustrated, this invention is not limited to the said form. The number of supports provided in the positive electrode for an air battery of the present invention is not particularly limited as long as it is 2 or more.

また、本発明の空気極1、11、及び、本発明の空気電池10、20に関する上記説明では、エキスパンドメタルによって構成される第1支持体1a、第2支持体1b、及び、第3支持体1cが備えられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。本発明の空気電池用正極に、導電性材料によって構成される支持体が備えられる場合、当該支持体は、孔を備えていればその形態は特に限定されるものではなく、例えば、金属又は炭素材料によって構成される繊維状部材、不織布、及び、発泡材等の形態を採ることができる。これらの中でも、カーボンペーパーや金属メッシュによって構成される支持体を用いることが好ましく、孔の大きさや分布等を制御しやすい形態にする等の観点からは、金属メッシュ(例えば、エキスパンドメタルやパンチングメタル等)によって構成される支持体を用いることがより好ましい。また、本発明の空気電池用正極に備えられる支持体は、絶縁性材料によって構成されていても良い。ただし、電子伝導性を向上させることにより高性能の空気電池用正極及び空気電池を提供可能にする等の観点からは、導電性材料によって構成される支持体が備えられる形態とすることが好ましい。   Moreover, in the said description regarding the air electrodes 1 and 11 of this invention, and the air batteries 10 and 20 of this invention, the 1st support body 1a comprised by an expanded metal, the 2nd support body 1b, and the 3rd support body. Although the form with which 1c is provided was illustrated, this invention is not limited to the said form. When the positive electrode for an air battery of the present invention is provided with a support composed of a conductive material, the form of the support is not particularly limited as long as it has a hole. For example, metal or carbon Forms, such as a fibrous member, a nonwoven fabric, and a foaming material comprised by material, can be taken. Among these, it is preferable to use a support made of carbon paper or a metal mesh. From the viewpoint of easily controlling the size and distribution of holes, a metal mesh (for example, expanded metal or punching metal) is preferable. It is more preferable to use a support constituted by, for example. Moreover, the support body provided in the positive electrode for air batteries of this invention may be comprised with the insulating material. However, from the viewpoint of making it possible to provide a high-performance positive electrode for an air battery and an air battery by improving the electronic conductivity, it is preferable that the support is made of a conductive material.

また、本発明の空気電池10、20に関する上記説明では、電解液を保持したセパレータが収容された電解質層3が備えられる形態を例示したが、本発明の空気電池は当該形態に限定されるものではない。本発明の空気電池における電解質層は、LiTFSI−PEO系等のポリマー電解質(ゲル状のポリマー電解質も含む)や、Li−La−Ti−O系等の固体電解質が充填されている形態とすることも可能である。   Moreover, in the said description regarding the air batteries 10 and 20 of this invention, although the form with which the electrolyte layer 3 in which the separator holding electrolyte solution was accommodated was illustrated, the air battery of this invention is limited to the said form is not. The electrolyte layer in the air battery of the present invention is filled with a polymer electrolyte such as LiTFSI-PEO (including gel polymer electrolyte) or a solid electrolyte such as Li-La-Ti-O. Is also possible.

また、本発明の空気電池10、20に関する上記説明では、発電部4と大気とが筐体5の上面によって隔てられ、発電部4が大気に開放されていない形態を例示したが、本発明の空気電池は当該形態に限定されるものではない。本発明の空気電池の筐体は、上蓋が備えられない形態とすることも可能である。ただし、空気極と負極との間に電解液が充填される場合には、電解液の枯渇を抑制可能な構成とする等の観点から、発電部が大気に開放されていない形態とすることが好ましい。   In the above description regarding the air batteries 10 and 20 of the present invention, the power generation unit 4 and the atmosphere are separated from each other by the upper surface of the housing 5 and the power generation unit 4 is not open to the atmosphere. The air battery is not limited to this form. The casing of the air battery of the present invention can be configured such that an upper lid is not provided. However, when the electrolytic solution is filled between the air electrode and the negative electrode, the power generation unit may not be open to the atmosphere from the viewpoint of a configuration that can suppress depletion of the electrolytic solution. preferable.

以下、実施例を参照しつつ、本発明についてさらに説明する。   The present invention will be further described below with reference to examples.

本発明の空気電池を模したセルを作製し、空気極の構造(第2層の構造)を観察した。   A cell simulating the air battery of the present invention was produced, and the structure of the air electrode (the structure of the second layer) was observed.

1)評価用セルの作製
以下に示す材料を用いて、本発明のセルを作製した。具体的には、ガス置換コック付きの密閉ガラスデシケーターへ、電気化学セルを設置することにより、本発明のセルを作製した。なお、密閉ガラスデシケーター内は、純酸素雰囲気とした。
・空気極:カーボンブラック、二酸化マンガン触媒、及び、PVDFバインダーを質量比で25:42:33となるように秤量した後、これらをアセトン溶媒へ入れて混錬攪拌することにより、ペースト状の組成物を作製した。次いで、作製した組成物を、スプレーガンを用いて3枚の支持体(Niエキスパンドメタル、太陽金網株式会社製)の表面へと塗布し乾燥することにより、第1層、第2層、及び、第3層を作製した。そして、第1層、第2層、及び、第3層を順に積層することにより、空気極(空気電池用正極)を作製した。ここで、第1層の支持体の孔の径は1.53mm、第2層の支持体の孔の径は1.09mm、第3層の支持体の孔の径は0.77mmであった。
・負極 :Li(本城金属株式会社製)
・電解液:プロピレンカーボネート中にLiClOを濃度1mol/Lで溶解させた非水電解液(キシダ化学株式会社製)
・雰囲気:純酸素(99.99%、1気圧)
・セル :北斗電工株式会社製の電気化学セル
1) Production of Evaluation Cell A cell of the present invention was produced using the materials shown below. Specifically, the cell of the present invention was produced by installing an electrochemical cell in a sealed glass desiccator with a gas replacement cock. The inside of the sealed glass desiccator was a pure oxygen atmosphere.
・ Air electrode: Carbon black, manganese dioxide catalyst, and PVDF binder were weighed to a mass ratio of 25:42:33, and then put into an acetone solvent and kneaded and stirred to obtain a paste-like composition. A product was made. Next, the prepared composition was applied to the surface of three supports (Ni expanded metal, manufactured by Taiyo Wire Mesh Co., Ltd.) using a spray gun and dried, whereby the first layer, the second layer, and A third layer was produced. And the air electrode (positive electrode for air batteries) was produced by laminating | stacking a 1st layer, a 2nd layer, and a 3rd layer in order. Here, the hole diameter of the first layer support was 1.53 mm, the hole diameter of the second layer support was 1.09 mm, and the hole diameter of the third layer support was 0.77 mm. .
・ Negative electrode: Li (made by Honjo Metal Co., Ltd.)
Electrolyte: non-aqueous electrolyte (made by Kishida Chemical Co., Ltd.) in which LiClO 4 is dissolved in propylene carbonate at a concentration of 1 mol / L
・ Atmosphere: Pure oxygen (99.99%, 1 atm)
・ Cell: Electrochemical cell made by Hokuto Denko Co., Ltd.

2)顕微鏡観察
走査型電子顕微鏡(S4500、株式会社日立ハイテクノロジーズ製)を用いて、作製した第2層を観察した。結果を図5に示す。図5に示すように、支持体に形成されている孔の形状は、ひし形であり、Niエキスパンドメタル上にペースト状の組成物が塗布されていた。
2) Microscope observation The produced 2nd layer was observed using the scanning electron microscope (S4500, Hitachi High-Technologies Corporation make). The results are shown in FIG. As shown in FIG. 5, the shape of the hole formed in the support was a rhombus, and the paste-like composition was applied on the Ni expanded metal.

本発明の空気電池は、電気自動車や携帯型情報機器の動力源等に利用することができる。   The air battery of the present invention can be used as a power source for electric vehicles and portable information devices.

1…空気極(空気電池用正極)
1a…第1支持体
1b…第2支持体
1c…第3支持体
1d…組成物
1x…第1層
1y…第2層
1z…第3層
2…負極
3…電解質層
4…発電部
5…筐体
6…空間
10…空気電池
11…空気極(空気電池用正極)
12…発電部
20…空気電池
1 ... Air electrode (positive electrode for air battery)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a ... 1st support body 1b ... 2nd support body 1c ... 3rd support body 1d ... Composition 1x ... 1st layer 1y ... 2nd layer 1z ... 3rd layer 2 ... Negative electrode 3 ... Electrolyte layer 4 ... Power generation part 5 ... Case 6 ... Space 10 ... Air battery 11 ... Air electrode (positive electrode for air battery)
12 ... Power generation unit 20 ... Air battery

Claims (3)

孔を有する第1支持体及び該第1支持体に担持される触媒を有する第1層と、孔を有する第2支持体及び該第2支持体に担持される触媒を有する第2層とを少なくとも備える空気電池用正極であって、
前記第1層及び前記第2層が積層され、
前記第1支持体に備えられている前記孔の径と前記第2支持体に備えられている前記孔の径とが異なることを特徴とする、空気電池用正極。
A first layer having a first support having holes and a catalyst supported on the first support, a second support having holes, and a second layer having a catalyst supported on the second support. At least a positive electrode for an air battery,
The first layer and the second layer are laminated,
The positive electrode for an air battery, wherein a diameter of the hole provided in the first support is different from a diameter of the hole provided in the second support.
前記第1支持体及び/又は前記第2支持体が金属製であることを特徴とする、請求項1に記載の空気電池用正極。 The positive electrode for an air battery according to claim 1, wherein the first support and / or the second support is made of metal. 負極と、酸素含有ガスが供給される正極と、前記負極及び前記正極の間でイオンの伝導を担う電解液と、を具備する空気電池であって、
前記正極が、請求項1又は2に記載の空気電池用正極であり、
前記第2層が、前記第1層と前記電解液との間に配設され、
前記第2支持体に備えられている前記孔の径が、前記第1支持体に備えられている前記孔の径よりも小さいことを特徴とする、空気電池。
An air battery comprising a negative electrode, a positive electrode supplied with an oxygen-containing gas, and an electrolyte solution that conducts ions between the negative electrode and the positive electrode,
The positive electrode is a positive electrode for an air battery according to claim 1 or 2,
The second layer is disposed between the first layer and the electrolyte;
An air battery characterized in that a diameter of the hole provided in the second support is smaller than a diameter of the hole provided in the first support.
JP2009108069A 2009-04-27 2009-04-27 Positive electrode for air battery, and air battery Pending JP2010257839A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009108069A JP2010257839A (en) 2009-04-27 2009-04-27 Positive electrode for air battery, and air battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009108069A JP2010257839A (en) 2009-04-27 2009-04-27 Positive electrode for air battery, and air battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010257839A true JP2010257839A (en) 2010-11-11

Family

ID=43318528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009108069A Pending JP2010257839A (en) 2009-04-27 2009-04-27 Positive electrode for air battery, and air battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010257839A (en)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101262218B1 (en) * 2011-11-21 2013-05-15 윤성호 Air plate cell and the method thereof
JP2013214383A (en) * 2012-04-02 2013-10-17 Sony Corp Air battery, use method of air battery, and electronic apparatus
JP2014203552A (en) * 2013-04-02 2014-10-27 冨士色素株式会社 Metal air battery
JP2015106486A (en) * 2013-11-29 2015-06-08 スズキ株式会社 Lithium air battery and positive electrode structure of lithium battery
JP2016004714A (en) * 2014-06-18 2016-01-12 スズキ株式会社 Metal air battery
EP2991140A1 (en) 2014-08-29 2016-03-02 Honda Motor Co., Ltd. Air secondary battery
EP2991139A1 (en) 2014-08-29 2016-03-02 Honda Motor Co., Ltd. Cathode for an air secondary battery having a trap portion configured to confine a metal oxide reaction product
JP2016173994A (en) * 2016-05-24 2016-09-29 ソニー株式会社 Battery pack, electric vehicle, electric power system, and power supply for power storage
US9608279B2 (en) 2011-12-09 2017-03-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Metal-air battery
WO2017175893A1 (en) * 2016-04-05 2017-10-12 (주)상아프론테크 Composite electrolyte membrane having asymmetric density gradient for fuel cell, method for manufacturing same, membrane-electrode assembly comprising composite electrolyte membrane having asymmetric density gradient for fuel cell, and fuel cell comprising same
WO2021190408A1 (en) * 2020-03-27 2021-09-30 唐山海港经济开发区北京理工大学机械与车辆学院转化研究中心 Open type metal-air fuel cell system capable of uninterruptedly supplying power
KR20210137827A (en) * 2020-05-11 2021-11-18 국방과학연구소 Neutral electrolyte based metal air battery comprising sparked graphene oxide cathode
JP7426039B2 (en) 2019-08-20 2024-02-01 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Current collector for use in electrodes for non-aqueous electrolyte secondary batteries, non-aqueous electrolyte secondary batteries, and electrodes for non-aqueous electrolyte secondary batteries

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101262218B1 (en) * 2011-11-21 2013-05-15 윤성호 Air plate cell and the method thereof
US9608279B2 (en) 2011-12-09 2017-03-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Metal-air battery
JP2013214383A (en) * 2012-04-02 2013-10-17 Sony Corp Air battery, use method of air battery, and electronic apparatus
JP2014203552A (en) * 2013-04-02 2014-10-27 冨士色素株式会社 Metal air battery
JP2015106486A (en) * 2013-11-29 2015-06-08 スズキ株式会社 Lithium air battery and positive electrode structure of lithium battery
JP2016004714A (en) * 2014-06-18 2016-01-12 スズキ株式会社 Metal air battery
DE102015108487B4 (en) 2014-06-18 2023-06-22 Suzuki Motor Corporation metal-air accumulator
US9954262B2 (en) 2014-08-29 2018-04-24 Honda Motor Co., Ltd. Air secondary battery including cathode having trap portion
EP2991139A1 (en) 2014-08-29 2016-03-02 Honda Motor Co., Ltd. Cathode for an air secondary battery having a trap portion configured to confine a metal oxide reaction product
US9985327B2 (en) 2014-08-29 2018-05-29 Honda Motor Co., Ltd. Air secondary battery
EP2991140A1 (en) 2014-08-29 2016-03-02 Honda Motor Co., Ltd. Air secondary battery
WO2017175893A1 (en) * 2016-04-05 2017-10-12 (주)상아프론테크 Composite electrolyte membrane having asymmetric density gradient for fuel cell, method for manufacturing same, membrane-electrode assembly comprising composite electrolyte membrane having asymmetric density gradient for fuel cell, and fuel cell comprising same
JP2016173994A (en) * 2016-05-24 2016-09-29 ソニー株式会社 Battery pack, electric vehicle, electric power system, and power supply for power storage
JP7426039B2 (en) 2019-08-20 2024-02-01 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Current collector for use in electrodes for non-aqueous electrolyte secondary batteries, non-aqueous electrolyte secondary batteries, and electrodes for non-aqueous electrolyte secondary batteries
WO2021190408A1 (en) * 2020-03-27 2021-09-30 唐山海港经济开发区北京理工大学机械与车辆学院转化研究中心 Open type metal-air fuel cell system capable of uninterruptedly supplying power
US11349167B1 (en) 2020-03-27 2022-05-31 Translational Research Center, School Of Mechanical And Vehicle, Beijing Institute Of Technology, Tangshan Port Economic Development Zone Open metal-air fuel cell system capable of uninterruptible power supply
GB2603433A (en) * 2020-03-27 2022-08-03 Translational Research Center School Of Mechanical And Vehicle Beijing Institute Of Tech Tangshan Po Open type metal-air fuel cell system capable of uninterruptedly supplying power
GB2603433B (en) * 2020-03-27 2023-01-04 Translational Research Center School Of Mechanical And Vehicle Beijing Institute Of Tech Tangshan Po Open metal-air fuel cell system capable of uninterruptible power supply
KR20210137827A (en) * 2020-05-11 2021-11-18 국방과학연구소 Neutral electrolyte based metal air battery comprising sparked graphene oxide cathode
KR102329283B1 (en) 2020-05-11 2021-11-22 국방과학연구소 Neutral electrolyte based metal air battery comprising sparked graphene oxide cathode

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2010257839A (en) Positive electrode for air battery, and air battery
US8632920B2 (en) Air secondary battery
JP5158193B2 (en) Lithium air battery
JP5056942B2 (en) Air electrode and non-aqueous air battery
JP5088378B2 (en) Metal-air battery and metal-air battery manufacturing method
WO2010061451A1 (en) Air secondary battery
US20140205917A1 (en) Metal-air battery
JP2006286414A (en) Nonaqueous electrolyte air cell
US11276861B2 (en) Positive electrode for air battery
JP2013037999A (en) Metal-air battery
WO2012023018A1 (en) Air electrode for metal-air battery, and metal-air battery including the air electrode
EP3036784A2 (en) Batteries
JP7117662B2 (en) Positive electrode for air battery and air battery
JP2014072079A (en) Air electrode for metal-air battery
JP5664622B2 (en) Metal air battery
US20140080012A1 (en) Electrolyte for metal-air battery and metal-air battery
JP2010140821A (en) Air battery
JP2014075269A (en) Metal-air battery
JP5987792B2 (en) Air battery and manufacturing method thereof
JP5636901B2 (en) Negative electrode for secondary battery and air secondary battery
JP2011129273A (en) Air battery and method of manufacturing the same
JP5387039B2 (en) Metal-air battery and manufacturing method thereof
JP2015201294A (en) metal-air secondary battery
JP2012174349A (en) Air primary battery
JP5353347B2 (en) Air battery

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20101101