JP2005510829A - 電池 - Google Patents

Abstract

カソードを有する電池の製造方法であって、炭素粒子を無機酸、有機酸、あるいは酸化ガスのような酸化剤と接触させる工程と、これらの炭素粒子をカソードに取り入れる工程とを含んで成る。このカソードは、たとえば単一層カソードあるいは２層カソードを含む金属空気電池や燃料電池で使用できる。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、電池に関する。

電池は通常、電気的エネルギー源として用いられる。電池には負極と正極とがあり、電池では典型的に、負極はアノードと称され、正極はカソードと称される。アノードは酸化されることの可能な活物質を含み、カソードは還元されることの可能な活物質を含み、カソードがこの活物質を消耗しているともいえる。アノードの活物質は、カソードの活物質を還元できる。そこで、アノードの活物質とカソードの活物質との直接反応が起きないように、アノードとカソードは相互にセパレーターによって電気的に隔絶されている。

電池を携帯電話のような機器の電気的エネルギー源として用いる場合、アノードとカソードに対して電気的接触を行うことにより、この機器に電子が流れて酸化反応と還元反応がそれぞれ起きるようになっており、電力が提供される。アノードやカソードに接触している電解質はイオンを含み、イオンは電極どうしの間にあるセパレーターを通過して、電池の放電中、電池内のチャージバランスを維持するようになっている。

金属空気を極とする電気化学電池では、この単電池外部の大気からの酸素が、電池格納容器の空気を取り込む１個または複数個の孔を通って、カソードに供給される。カソードで、酸素は活物質として水酸化物イオンに還元される。カソードは、炭素粒子に担持された触媒を含むことができる。アノードでは、金属、たとえば亜鉛が、もういっぽうの活物質として酸化される。

電気化学電池を、ハイパワー機器のような機器で使用するには、良好な電流密度を保てるようになっていることが望ましい。

本発明は、金属空気電池のような電池であって、たとえばハイレート型の応用分野に適用される場合に、相対的に最小の電圧降下のもとで、相対的に高い電流密度を維持できる電池に関する。

あるひとつの形態での本発明における特徴は、カソードの含む炭素粒子、たとえばカーボンブラックが、たとえば、無機酸や有機酸のような酸化剤と接触させることによって、酸化条件にさらされたということである。炭素粒子は、酸化されたことによって、酸性の表面官能基、酸化された炭素が持つ官能性、および/または、低いpH、例えば約７より低いあるいは約２から約４を有するものになる。

理論にこだわらなければ、酸化された炭素粒子は、その表面が化学的に改質されることによって、酸化されていない炭素粒子の表面に比べ、多孔性が高まることがわかる。そして、電解質は、表面が多孔性の酸化された粒子を濡れさせることのほうが、表面の多孔性が相対的に低く酸化されていない粒子を濡れさせることよりも容易である。したがって、酸化された炭素粒子は、酸化されていないものに比べ、より多くの電解質をカソードにひきつけることができる。つまり、カソードの炭素粒子が酸化されていると、酸化されていない場合に比べて、電池内で生じる酸化還元反応に、より多くのカソードを効果的に使うことができるということである。

電池、たとえば金属空気電池のカソードに、酸化された炭素粒子が取り入れられると、この電池は相対的にハイレート型となり、このような電池はハイパワー機器に有用となる。このカソードは、物理的一体性が良好で、亀裂および/または穴は最小限に抑えられている。カソードが２層構造になったいくつかの実施態様では、カソードのインピーダンスは相対的に低く、良好な粘着性や凝集性を有する。この２層構造のカソードでは、例えば一方の層が酸化された炭素粒子を有し他方の層が酸化されていない炭素粒子を有する場合、電流の性能は良好でありながら、なおかつ電解質の浸透やもれに対する防護も高度に行うことができる。また一般的に、酸化された炭素粒子を有するカソードは、相対的に単純で製造しやすくなっている。

別の形態での本発明における特徴は、カソードを有する電池の製造方法にある。この方法は、炭素粒子を無機酸や有機酸と接触させること、およびこの炭素粒子をカソードに取り入れることを含んで成る。カソードはまた、二酸化マンガンやポリテトラフルオロエチレンをさらに含むことができる。また、カソードは、単層のカソードでも２層のカソードでも可能である。そして電池は、亜鉛空気電池のような金属空気電池が可能である。

さらに別の形態での本発明における特徴は、金属空気電池用のカソードにある。このカソードは、酸で処理されていない炭素粒子を含む第１層と、酸で処理された炭素粒子を含む第２層とを備えたものでよい。さらにこれらの層が、触媒および/またはポリテトラフルオロエチレンのようなポリマーを含んでもよい。

この明細書で用いられる「酸化された炭素粒子」とは、酸化条件、例えば酸化剤との接触にさらされた炭素粒子のことである。酸化された炭素粒子は、たとえば、強化された酸性の表面酸化物あるいは表面官能基、酸化された炭素の有する官能性、および/または低いpHを有するものになる。「酸化されていない炭素粒子」とは、酸化条件にさらされなかった炭素粒子のことである。

本発明の他の特徴、目的および利点は、以下の説明および図面そして前記特許請求の範囲から明らかとなろう。

図面に示されたように、円筒状の金属空気電池１０は、空気を取り込む孔１４を設けたハウジング１２と、カソードチューブ１６と、アノード１８と、カソードチューブ１６とアノード１８との間のセパレーター２０とを備える。電池１０はさらに、アノード集電体２２と、封口体２４と、金属製の上蓋２６とを備える。

カソードチューブ１６は、１種または複数種の触媒と、炭素粒子と、バインダーとの混和物を含む。

触媒は、酸素の還元について触媒作用の可能な、および/または過酸化物の分解について触媒作用の可能な、金属および/または金属酸化物の微粒子からできている。触媒としては、マンガン化合物、貴金属、複素環式金属化合物、コバルト、およびこれらの混合物が含まれるが、ここに挙げたものに限定されるわけではない。とくに、触媒としてMn₂O₃、Mn₃O₄およびMnO₂のような酸化マンガンが含まれると、カソードで過酸化物に対応できるので、電圧降下を低減できて好ましい。たとえば硝酸マンガンを加熱して、あるいは過マンガン酸カリウムを還元して、酸化マンガン含有触媒を製造できる。セデマ社からFaridiser Mとして入手可能な化学的に合成された二酸化マンガン（CMD）のような、市場で入手可能な酸化マンガンも利用できる。触媒が、（例えば触媒粒子を約１から２ミクロンの平均粒径に至るまで粉砕することによって）相対的に小さい粒径、（例えば１００m²/gを越える）大きい表面積、そして相対的に高い多孔性を有するものであると好ましい。触媒粒子は、炭素のような担体上に分散させることができる。触媒の担持量は、０．１から２０重量％の範囲で変化してよい。

炭素粒子としては、１種または複数種の強い酸化剤で処理された炭素粒子が含まれる。このような酸化剤によって、炭素粒子上で酸性の表面酸化物、例えば炭素―酸素表面構造体の濃度が高まっていることがわかる。酸化された炭素粒子は、たとえば、酸化された炭素の持つ官能性、および/または、カルボン酸系、ラクトン系、およびフェノール系のような酸性の表面官能基を有するものになることができる。酸性の表面酸化物を含む炭素粒子のなかには、pHが約２から４と報告されたMonarch 1300（マサチューセッツ州ビレリカのキャボット社から入手可能）や、Degussa FW-18（ドイツのデガサフルス社から入手可能）のように、市場で入手可能なものがある。

さらに、酸化された炭素粒子は、酸化されていない炭素粒子を、酸化条件、例えば酸化剤との接触にさらすことによって形成することもできる。酸化されていない炭素粒子の例には、Black Pearls 2000やVulcan XC-72（マサチューセッツ州ビレリカのキャボット社）Shawinigan Acetylene Black、（カリフォルニア州サンフランシスコのシェブロン社）およびKetjen Black（イリノイ州シカゴのアクゾーノベル社）などが含まれる。このような酸化されていない炭素粒子のなかには、そのpHが約６から約８と報告されたものがある。これらの酸化されていない炭素粒子を、たとえば無機酸および/または有機酸で処理して、炭素粒子上に酸性の表面官能基および/または酸化された炭素の持つ官能性を形成することによって、酸化されていない炭素粒子に強化された酸性の表面酸化物を設けることができる。無機酸としては、たとえば硝酸、硫酸、塩酸、燐酸およびこれらの混合物が含まれ得る。有機酸としては、たとえば過酢酸、トリフルオロ酢酸およびこれらの混合物が含まれ得る。その他の化学酸化剤としては、たとえばKMnO₄およびKClO₃が含まれる。

酸化された炭素粒子のサンプルを、一例としてあげた次のような処理方法にしたがって製造した。まず７５グラムの酸化されていない炭素粒子（Vulcan XC-72）を、１Lの水と５００mLの硝酸（試薬用、７０％）との溶液と混合した。できた混合物を、攪拌しながら約１時間にわたって約６０℃で加熱した。加熱した混合物を室温まで冷却後、２層の耐酸ろ紙を用いてろ過した。こしわけられた炭素粒子を大きいビーカーに移して、少なくとも３０分間、１．５Lの脱イオン水と混合させてはろ過するようにした。炭素粒子は、こうして、ろ液のpHが約５から６に至るまで、時には９から１０回にわたって、脱イオン水で洗浄された。続いてこの炭素粒子を、A級オーブンにて８０℃で一晩乾燥した。それから乾燥した炭素粒子のケーキを、乳鉢と乳棒で粉砕した。

バインダーの例としては、ポリエチレン粉末、ポリアクリルアミド、ポルトランドセメント、ポリフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレンのようなフッ化炭素樹脂が含まれる。ポリエチレンバインダーの一例として、Coathylene HA-1681（ヘキスト社）という商標名で販売されているものがある。好適なバインダーとしては、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）粒子が含まれる。バインダーによって、カソードに相対的な耐湿性をもたらすことができるので、電解質が電池からもれるおそれが低減する。

１種または複数種の触媒と、好ましくは酸化された炭素粒子と、バインダーとの混和物を使って、単層カソードや２層カソードを形成する。

単層カソードを用いたいくつかの実施態様において、カソードを形成するために、まず触媒と酸化された炭素粒子とを混合し、ついでこの混合物をバインダーディスパージョン（約６０重量％の固体分）とイソプロパノールとに２軸遊星方式のミキサーで混合して、ドウ（約７から１５重量％の固体分）を形成する。このようにしてできたドウを、ニッケルのスクリーンやニッケルめっきされたスチールのスクリーンのようなスクリーン下地に巻きつけて、それからロンドのペストリーミキサーを使って、所望の厚さを有する平板シート型のカソードを形成する。スクリーンに巻きつけたカソードを自然乾燥してから、さらに、３００℃のオーブンにて空気中または減圧下で、例えばカソードからいくらかの残留揮発物を除去するまで、乾燥する。結果的に得られたカソードは、MnO₂のような約１％から約２５％の触媒（セデマ社のFaradiser M）と、約２５％から約９４％の酸化された炭素粒子と、約５％から約５０％のバインダー（PTFE、デュポン社から入手できるT-30）とを含む。カソードは、好適には、約１５％から約２０％の触媒と、約４５％から約６０％の酸化されたカーボンと、約２５％から約３５％のバインダーとを含む。

また２層カソードでは、一方の側の層はアノードジェル１８に面し、他方の側の層は空気を取り込む孔１４に面する。アノードジェル１８に面する側の層は時に作用層または触媒層と称され、空気を取り込む孔１４に面する側の層は時に疎水層または空気層と称される。カソードはさらにまた、カソードをハウジングに電気的に接触させる金網のような集電体を備える。

空気層の混合物は前述した炭素粒子のいずれを含んでもよいが、特にVulcan XC-72のような酸化されていない炭素粒子がポリマー、例えばPTFEディスパージョン（６０重量％の固体分）とイソプロパノールとに混合されているものが好ましい。いくつかの実施態様では、空気層中に酸化されていない炭素粒子があることによって、触媒層中の電解質が空気層に移動して電池からもれ出すのを、最小限におさえることができる。空気層の混合物は、約５０％から約８０％の酸化されていない炭素粒子と、約２０％から約５０％のポリマーとを含む。空気層は、好適には、約６０％から約７０％の酸化されていない炭素粒子と、約３０％から約４０％のポリマーとを含む。

空気層の混合物はドウ（約３０から５０重量％の固体分）に形成してから、ニッケルやニッケルめっきされたスチールのスクリーンのような集電体に巻きつけて、それからロンドのペストリーミキサーを使って、所望の厚さを有する構造体に形成する。いくつかの実施態様において、集電体は、空気層内に、または触媒層と空気層との間の境界面に設置される。集電体に巻きつけた構造体を自然乾燥してから、さらに、３００℃のオーブンにて空気中または減圧下で、例えばカソードからいくらかの残留揮発物を除去するまで、乾燥する。

触媒層の混合物は、触媒を、酸化された炭素粒子と混合し、ついでこの混合物をバインダーディスパージョン（約６０重量％の固体分）とイソプロパノールとに、２軸遊星方式のミキサーで混合することによって、ドウ（約７から１５重量％の固体分）に形成する。このようにしてできた触媒層の混合物は、約１％から約２５％のMnO₂のような触媒（セデマ社製のFaradiser M）と、約４５％から約９８％の酸化された炭素粒子と、約１％から約３０％のバインダー（PTFE、デュポン社から入手できるT-30）とを含む。触媒層の混合物は、好適には、約１５％から約２５％の触媒と、約６０％から約８４％の酸化されたカーボンと、約１％から約１０％のバインダーとを含む。

こうしてできた触媒層の混合物のドウを、空気層/集電構造体上に巻きつけて、ロンドのペストリーミキサーを使って、所望の厚さを有する２層カソードを形成する。巻きつけたカソードを自然乾燥してから、さらに、３００℃のオーブンにて空気中または減圧下で、例えばカソードからいくらかの残留揮発物を除去するまで、乾燥する。

次に、形成した単層カソードや２層カソードをチューブに形成する。形成したカソード、たとえばチューブ１６における、電池に設けられた空気を取り込む孔１４に面しているほうの外側を、PTFE膜のような遮断膜２８で覆うことができる。この遮断膜２８は、電池１０内における湿度レベルの一貫性維持に役立っている。さらに遮断膜２８は、電解質が単電池からもれ出さないようにすることおよび、CO₂が単電池内に入り込まないようにすることにも役立っている。いっぽうで遮断膜２８は、空気透過性を保持しているので、酸素が単電池内さらにはカソード内に分散していくことは可能となっている。いくつかの実施態様では、電池１０はさらに、遮断膜２８と空気を取り込む孔１４との間に、空気分散材（図示せず）、またはブロッター部材を含む。この空気分散材は多孔性もしくは繊維状の物質であり、遮断膜２８とハウジング１２との間の空気分散のためのスペースを維持することに役立っている。

セパレーター２０が、カソードチューブ１６の中に設置される。セパレーター２０には、界面活性剤によって親水性を示すようになったポリプロピレンのような、多孔性を有した電気絶縁ポリマーが可能であり、このセパレーターによって電解質はカソードに接触できるようになっている。

電池１０を次のように組み立てる。まず、カソードチューブ１６を遮断膜２８および任意選択的に空気分散材で覆い、セパレーター２０をカソードチューブ１６内に入れる。そして、カソードチューブ１６をカン１２内に設置する。カソードを封じるために、カン１２が、たとえば炭素、グラファイト、あるいはニッケルを有するポリアミドのような導電性ホットメルト（図示せず）を含んでもよい。カソードの集電体はカン１２の底部に電気的に接触していなければならない。この電気的接触は、カソード集電体とカンの底部とを直接物理的に接触させること、たとえば集電体をカンの底部に溶接することによって行われてもよい。あるいは、導電性のタブを集電体とカンの底部との両方にとりつけることも可能である。またカソードチューブ１６とカン１２とが、組み合わさって両方の間にプレナム３０を成す。

カソードチューブ１６の挿入後、セパレーター２０とカソードチューブ１６とによって形成された内側の空所に、アノードジェル１８を充填する。

アノードジェル１８は、亜鉛と電解質との混合物を含む。亜鉛と電解質との混合物はゲル化剤を含むことができ、このゲル化剤は、電解質が単電池から漏れないようにすることおよび、亜鉛の粒子をアノード内で懸濁させることに役立っている。

亜鉛材は、鉛、インジウム、アルミニウム、あるいはビスマスと合金を作る亜鉛粉末が可能である。この亜鉛は、たとえば、約４００から６００ppm（例、５００ppm）の鉛、４００から６００ppm（例、５００ppm）のインジウム、あるいは約５０から９０ppm（例、７０ppm）のアルミニウムと、合金を作ることができる。この亜鉛材は、好適には、鉛とインジウムとアルミニウムとを含むか、または鉛とインジウムとを含むか、あるいは鉛とビスマスとを含むことが可能である。あるいは、この亜鉛材は、他の金属を加えることなく鉛だけを含むことも可能である。適切な亜鉛粒子については、たとえば１９９８年９月１８日出願の米国特許出願番号０９/１５６，９１５、１９９７年８月１日出願の米国特許出願番号０８/９０５，２５４、そして１９９８年７月１５日出願の米国特許出願番号０９/１１５，８６７などに記述されている。それぞれの特許出願に関する内容は、出願番号を参照することにより、そのまま本明細書に組み込まれる。

亜鉛粒子は、球体でも非球体でも可能である。たとえば、亜鉛粒子が針状形状（縦横比が少なくとも２）でも可能である。亜鉛材は、その大半の粒子が、６０メッシュから３２５メッシュの粒径を有する。この亜鉛材の粒径分布の例を以下に示す。

６０メッシュふるい上、０から３重量％
１００メッシュふるい上、４０から６０重量％
２００メッシュふるい上、３０から５０重量％
３２５メッシュふるい上、０から３重量％
受け皿上、０から０．５重量％
適切な亜鉛材としては、ユニオンミニール（ベルギー、オベルペルト）、デュラセル（USA）、ノランダ（USA）、グリロ（ドイツ）、あるいは東邦亜鉛（日本）から入手できる亜鉛が含まれる。

ゲル化剤としては、吸収性のポリアクリレートがある。吸収性のポリアクリレートの吸収能範囲は、米国特許４，５４１，８７１号で説明されている測定方法にしたがって、ゲル化剤１グラムあたり、食塩水の場合は約３０グラムより少ない。この米国特許に関する内容は、公報番号を参照することにより、本明細書に組み込まれる。アノードジェルの含むゲル化剤は、アノードの混合物における亜鉛の乾燥重量の１％に満たない。ゲル化剤の含有量が、亜鉛の乾燥重量の約０．２から０．８重量％であると好ましく、約０．３から０．６重量％であるとより好ましく、約０．３３重量％であるともっとも好ましい。吸収性のポリアクリレートは、懸濁重合で作るナトリウムポリアクリレートが可能である。適切なナトリウムポリアクリレートの平均粒径は約１０５から１８０ミクロンで、pHは約７．５である。適切なゲル化剤については、たとえば、米国特許４，５４１，８７１号、米国特許４，５９０，２２７号あるいは米国特許４，５０７，４３８号で説明されている。

いくつかの実施態様において、アノードジェルは非イオン界面活性剤を含むことができる。この界面活性剤としては、亜鉛表面に被覆された、非イオン燐酸アルキルや非イオン燐酸アリール（例、ローム・エンド・ハース社から入手可能なRA600やRM510）のような非イオン燐酸塩界面活性剤を用いることができる。アノードジェルは、亜鉛材表面に被覆された、約２０から１００PPMの界面活性剤を含むことができる。この界面活性剤は、気泡発生抑制剤として機能することができる。

電解質は、水酸化カリウムの水溶液が可能である。この電解質は、約３０から４０パーセント、好ましくは３５から４０パーセントの水酸化カリウムを含有することができる。電解質はさらに、約１から２パーセントの酸化亜鉛も含むことができる。

アノードジェル１８をカン１２に設置したあと、あらかじめ組み立てられた最上部部品３２をカン１２の最上部に設置する。最上部部品３２は、封口体２４と、集電体２２と、この集電体２２に溶接された上蓋２６とを有する。集電体２２は、しんちゅうのような適切な金属から作られる。封口体２４は、たとえばナイロンから作ることができる。さらに加えて、絶縁性ホットメルト（ビーワックス社）を、封口体２４とカソードチューブ１６との間に配して、電解質やアノード材のもれを最小に抑える。ついで、カン１２の上方外縁部（つまりリップ）を、あらかじめ組み立てられた最上部部品３２の縁部にかぶるようにして、スエージ加工で内向きに折って、カン１２の最上に最上部部品３２を密封する。

電池１０は、その保管中に、電池の空気を取り込む孔１４を覆う取り外し可能なシートで、覆っておくことができる。このシートは、たとえば酸素不透過で水素透過のシートで、電池の内部と外部との間の空気の流れを制限するものである。使用者は、使用前に電池からシートをはがして、空気中からの酸素が電池内部に入れるようにする。あるいはまた、電池を密封された金属バッグ内に保管しておくこともできる。使用者は、使用前にそのバッグから電池を取り出す。

金属空気電池およびその製造方法の他の実施態様が、１９９９年８月１３日出願の米国特許出願番号０９/３７４，２２７、１９９９年８月１３日出願の米国特許出願番号０９/３７４，２７８、１９９９年１０月１３日出願の米国特許出願番号０９/４１６，７９９、１９９９年１０月２６日出願の米国特許出願番号０９/４２７，３７１、２０００年１月３１日出願の米国特許出願番号０９/４９４，５８６において、説明されている。これらの米国特許出願に関する内容は、出願番号を参照することによって、本明細書に組み込まれるものとする。

さらに別の実施態様において、他の化学的方法によってカソードの濡れ性を強化できる。たとえば、カソードが界面活性剤を含んでいてもよく、カソードが極性の添加物を含んで、酸化されていない炭素粒子をより濡れやすくしてもよく、そしてカソードがポリビニルアルコールのような親水性ポリマーを含んでいてもよい。また、酸化されていない炭素粒子は、この炭素粒子を、たとえば上記で挙げた酸で気体状のもの、空気（例、３５０から７００℃）、NO₂/空気、NO/空気、酸素、N₂O、CO₂、およびオゾンなどのような酸化ガスと接触させることによって、酸化できる。他の炭素粒子としては、たとえば、Calgon PWA（ペンシルバニア州、ピッツバーグ、カルゴンカーボン社）のような活性炭素が含まれる。また、２層カソードにおける空気層が、酸化された炭素粒子を含むことができる。電池１０としては、柱形電池、ボタン電池、および他の形状の金属空気電池が含まれ得る。

また、いくつかの実施態様において、上述の酸化された炭素粒子を、燃料電池の１個または複数個の電極に取り入れることも可能である。

他の実施態様も、特許請求の範囲に含まれる。

図面は、金属空気電池の縦断面図である。

Claims (25)

1. カソードを有する電池の製造方法であって、
   炭素粒子を無機酸と接触させる工程と
   この炭素粒子を前記カソードに取り入れる工程
   とを含んで成ることを特徴とする方法。
2. 前記炭素粒子が無機酸と接触後に、約７より低いpHを有する請求項１記載の方法。
3. 前記炭素粒子が無機酸と接触後に、約２から約４のpHを有する請求項１記載の方法。
4. 前記カソードに二酸化マンガンを取り入れる工程をさらに含む請求項１記載の方法。
5. 前記カソードにポリテトラフルオロエチレンを取り入れる工程をさらに含む請求項４記載の方法。
6. 前記カソードが、
   約２５重量％から約９４重量％の炭素粒子と
   約１重量％から約２５重量％の触媒と
   約５重量％から約５０重量％のポリマーとを
   含む請求項５記載の方法。
7. 前記カソードが、
   約４５重量％から約６０重量％の炭素粒子と
   約１５重量％から約２０重量％の触媒と
   約２５重量％から約３５重量％のポリマーとを
   含む請求項５記載の方法。
8. 前記無機酸が硫酸を含む請求項１記載の方法。
9. 前記無機酸が硝酸を含む請求項１記載の方法。
10. 前記カソードが２層カソードである請求項１記載の方法。
11. 酸と接触していない炭素粒子を２層カソードに取り入れる工程をさらに含む請求項１０記載の方法。
12. 前記電池が金属空気電池である請求項１記載の方法。
13. 前記電池が亜鉛を含むアノードを備える請求項１記載の方法。
14. カソードを有する電池の製造方法であって、
    炭素粒子を酸化ガスと接触させる工程と
    この炭素粒子を前記カソードに取り入れる工程
    とを含んで成ることを特徴とする方法。
15. 前記酸化ガスが、空気、酸素、二酸化炭素、酸化窒素およびオゾンから成る部類から選択された物質を含む請求項１４記載の方法。
16. 前記カソードが２層カソードである請求項１４記載の方法。
17. 金属空気電池用のカソードであって、
    酸と接触していない炭素粒子と
    第１有機ポリマーとを含む第１層と
    酸素と接触した炭素粒子と
    第２有機ポリマーとを含む第２層とを備え、
    これらの第１層と第２層とが相互に接触していることを特徴とするカソード。
18. 酸と接触した前記炭素粒子が約７より低いpHを有する請求項１７記載のカソード。
19. 酸と接触した前記炭素粒子が約２から約４のpHを有する請求項１７記載のカソード。
20. 前記第２層が触媒をさらに含む請求項１７記載のカソード。
21. 前記触媒が二酸化マンガンを含む請求項２０記載のカソード。
22. 前記第１層が、
    約５０重量％から約８０重量％の酸と接触していない前記炭素粒子と、
    約２０重量％から約５０重量％の第１有機ポリマーとを含み、
    前記第２層が、
    約４５重量％から約９８重量％の酸と接触した前記炭素粒子と、
    約１重量％から約３０重量％の第２有機ポリマーとを含む、
    請求項１７記載のカソード。
23. 前記第１層が、
    約６０重量％から約７０重量％の酸と接触していない前記炭素粒子と、
    約３０重量％から約４０重量％の第１有機ポリマーとを含み、
    前記第２層が、
    約６０重量％から約８４重量％の酸と接触した前記炭素粒子と、
    約１重量％から約１０重量％の第２有機ポリマーとを含む、
    請求項１７記載のカソード。
24. 前記第２層が、約１重量％から約２５重量％の触媒をさらに含む請求項２１記載のカソード。
25. 前記第１有機ポリマーと第２有機ポリマーとがポリテトラフルオロエチレンを含む請求項２１記載のカソード。

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