JP2013201122A - 空気電池 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の空気電池では、薄型化を図る場合に、正極の変形に伴って電解液に対するシール性が低下するおそれがあるという問題点があった。
【解決手段】本発明に係る空気電池（１０）は、正極（１）及び負極（２）と、正極及び負極の外周部に配置した外枠材（３１，３２）とを備える。そして、正極（１）と外枠材（３１，３２）とが一体的に接合してある。さらに、本発明に係る組電池（１００）は、空気電池（１０）を複数備え、複数の空気電池（１０）が積層されている。この構成により、正極（１）の機械的強度と電解液に対するシール性を高めることができる。さらに、空気電池全体を薄型化することができ、車載用として好適な組電池（１００）とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸素を正極活物質として利用する空気電池に関し、特に複数個を積層して組電池を構成するのに好適な空気電池に関する。

従来の空気電池としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載の空気電池は、複数の部材から成る扁平な電槽と、電槽の正面及び背面に配置した空気陰極（正極）と、電槽に収容される陽極（金属負極）とを備えている。空気陰極は、電槽に対して着脱可能であって、電槽に設けたゴムガスケット等に押し付けてシールする構造である。他方、陽極は、同様に着脱可能であって、電槽の側部から差し込んで空気陰極と同様にシールする構造である。つまり、空気陰極及び陽極は、交換する都合上、ゴムガスケット等に押し付けてシール性を確保している。

特開平３−３７９７２号公報

近年、自動車等の車両の電源又は補助電源として使用する空気電池の研究開発が進められている。車載用の空気電池は、車両に要求される出力及び容量、狭いスペースへの搭載性などを考慮すると、構造を簡単にして薄型にし、複数個を直列に接続して組電池を構成し得るものにする必要がある。ところが、特許文献１の空気電池は、互いに直接接続することができない構造であり、さらに部品点数が多くて構造も複雑であることから、車載用には不適当であった。

また、この種の空気電池では正極を薄い通気性材料で形成しているので、金属製の負極に比べて正極の機械的強度が低い。このため、空気電池の構造の簡略化や薄型化を行った場合、積層時に正極が撓み、正極の外周部に応力集中が生じることが予想される。また、従来の空気電池のようにゴムガスケット等に押し付けてシール性を確保する構造では、正極の変形に伴って電解液に対するシール性が低下する恐れがある。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、その目的は、正負の電極のうちの少なくとも正極の機械的強度と電解液に対するシール性とを高めることができ、車載用として好適な薄型の空気電池を提供することにある。

本発明の態様に係る空気電池は、正極及び負極と、前記正極及び負極の外周部に配置した外枠材とを備えている。そして、空気電池は、前記正極と外枠材とが一体的に接合してあることを特徴としている。

本発明の空気電池によれば、少なくとも正極の機械的強度と電解液に対するシール性を高めることができ、車載用として好適な薄型化に貢献することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る空気電池の一例を示す断面図である。 図２は、（ａ）が図１に示す空気電池の正極の平面図であり、（ｂ）が図２（ａ）中のＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）が負極の平面図である。 図３は、図１に示す空気電池を積層した組電池を示す断面図である。 図４は、本実施形態に係る空気電池における正極の他の例を示す断面図である。 図５は、（ａ）が本実施形態に係る空気電池における正極の他の例を示す平面図であり、（ｂ）〜（ｅ）が電極固定構造の例を示す断面図である。 図６は、（ａ）〜（ｄ）が本実施形態に係る空気電池における正極の他の例を示す断面図であり、（ｅ）が補強材の配置を示す平面図である。 図７は、（ａ）が本実施形態に係る空気電池における負極の一例を示す底面図であり、（ｂ）が当該負極の断面図である。 図８は、図７に示す負極を用いた空気電池を積層して成る組電池を示す断面図である。 図９は、（ａ）が本実施形態に係る空気電池における負極の他の例を示す底面図であり、（ｂ）が当該負極の断面図である。 図１０は、（ａ）が本実施形態に係る空気電池における負極の他の例を示す底面図であり、（ｂ）が当該負極の断面図である。 図１１は、（ａ）が本実施形態に係る空気電池における負極の他の例を示す底面図であり、（ｂ）が当該負極の断面図である。 図１２は、（ａ）が本実施形態に係る空気電池における負極の他の例を示す底面図であり、（ｂ）が当該負極の断面図である。 図１３は、本実施形態に係る空気電池を積層した組電池の他の例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る空気電池について、図面に基づき詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

本実施形態の空気電池は、空気中の酸素が正極と接触し、当該酸素を正極活物質として使用する電池である。そして、図１及び図２に示すように、空気電池１０は、矩形板状を成すものである。さらに、空気電池１０は、正負の電極である正極１及び負極２と、正極１及び負極２の外周部に配置した外枠材（３１，３２）を備えている。そして、空気電池１０は、少なくとも正極１と外枠材とを接合した構成を有している。なお、図１では、図２（ａ）に示す正極１のＢ−Ｂ線に基づく断面と、図２（ｃ）に示す負極２のＣ−Ｃ線に基づく断面とを示している。

本実施形態では、外枠材として、正極１を一体的に接合した第１外枠材３１と、負極２を一体的に接合した第２外枠材３２とを備えている。そして、第１外枠材３１及び第２外枠材３２同士を溶着等により気密的に接合することにより、正極１と負極２との間に電解液の収容部４を形成している。なお、図示は省略したが、第１外枠材３１及び第２外枠材３２のいずれか一方又は両方には、バルブ類を備えた電解液注入部を設けることができる。これにより、注液式の空気電池１０となる。

第１外枠材３１及び第２外枠材３２は、電極（正極１及び負極２）の厚さよりも大きい厚さを有している。特に、正極１と接合した第１外枠材３１は、図２（ａ）中における上下の辺部分が、図２（ｂ）に示すように、正極表面と同一面状を成すように薄肉になっている。これにより、図３に示すように、空気電池１０を複数個積層して組電池１００を構成した際に、正極１の表面側に、図２中の矢印で示す面内方向（面に沿う方向）の空気流路Ｆを形成する。

また、第１外枠材３１及び第２外枠材３２は、電気絶縁性を有することが好ましい。例えば、第１外枠材３１及び第２外枠材３２は、ポリプロピレン（ＰＰ）やエンジニアリングプラスチックなどの耐電解液性を有する樹脂製であることが好ましく、これにより軽量化を図ることもできる。さらに、第１外枠材３１及び第２外枠材３２は、機械的強度をより高めるために、樹脂とカーボン繊維やガラス繊維等の強化繊維とを複合化した繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を用いることもできる。

正極１は空気中の酸素と接触し、当該酸素を正極活物質として使用するものである。具体的には、正極１は、ガス拡散層を含む触媒層１１と、正極表面（図１中では電池上面）に配置した撥水層１２とを備えている。触媒層１１は、導電性の多孔質材料で形成されている。具体的には、触媒層１１は、例えばカーボン材料とバインダー樹脂とで形成した導電性多孔体の内部に、二酸化マンガンなどの触媒を担持させたものである。

撥水層１２は、電解液に対して液密性を有し、かつ、酸素に対して通気性を有する部材である。この撥水層１２は、電解液が外部へ漏出するのを阻止し得るように、フッ素樹脂などの撥水膜を用いている。一方、撥水層１２は、触媒層１１に酸素を供給し得るように多数の微細孔を有している。

負極２は、負極活物質として機能する金属を含有する負極金属層２１と、負極表面（図１中では電池下面）に配置した負極集電層２２を備えている。負極活物質として機能する金属は、リチウム（Ｌｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選ばれる純金属であることが好ましい。また、負極活物質として機能する金属は、リチウム（Ｌｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選ばれる少なくとも一つを含有する合金であることが好ましい。本実施形態では、負極金属層２１としてアルミニウム（Ａｌ）を用いている。

負極集電層２２は、電解液が外部に漏出することを阻止し得る材質から成る導電部材である。負極集電層２２としては、ステンレス、銅、銅合金、及び金属材料の表面に耐食性を有する金属をメッキした材料からなる群より選ばれる少なくとも一つの材料を用いることが好ましい。負極集電層２２は、負極金属層２１よりも耐電解液性の高い材料から成るものであることがより好ましい。本実施形態では、負極集電層２２として銅箔を用いている。

正極１と負極２との間に介在する電解液は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）や塩化物を主成分とした水溶液又は非水電解液であることが好ましい。なお、当該電解液は、固体あるいはゲル状の電解質に置換することも可能である。

ここで、本実施形態の空気電池１０は、第１外枠材３１及び第２外枠材３２が樹脂製であり、例えば射出形成などにより、電極（正極１、負極２）の外周部に一体成形してある。これにより、正極１及び負極２は、その外周部全体が樹脂中に埋設された状態で、各々の外枠材（３１，３２）と一体化している。このような構成により、電極の機械的強度と電解液に対するシール性とを高めることが可能となる。

より詳細に説明すると、本実施形態の空気電池１０における第１外枠材３１は、正極１の外周部と一体的に接合され、正極１と第１外枠材３１との接合部より電解液の漏れを防止する構成となっている。具体的には、正極１の外周部と第１外枠材３１とが接着剤を用いて接合されていてもよい。さらに、正極１の外周部を第１外枠材３１に埋没させることで接合されていてもよい。また、正極１の外周部の一部分と第１外枠材３１とが接着剤を用いて接合され、さらに正極１の外周部の他の部分を第１外枠材３１に埋没させることで接合されていてもよい。このような構成により、正極１の外周部が第１外枠材３１に支持され、正極１の強度を高めることが可能となる。さらに、正極１の外周部が第１外枠材３１に接合されることで、電解液の漏出も抑制することが可能となる。

なお、本実施形態の空気電池１０では、正極１の外周部の少なくとも一部が外枠材と一体的に接合されている必要がある。ただ、電解液の漏れを防止するという観点から、正極１の外周部の全体が外枠材と一体的に接合されていることが好ましい。また、正極１の外周部と外枠材との接合は、接着剤や埋没させることに限定されず、例えば溶着により接合してもよい。

同様に、本実施形態の空気電池１０における第２外枠材３２は、負極２の外周部と一体的に接合され、負極２と第２外枠材３２との接合部より電解液の漏れを防止する構成となっている。具体的には、負極２の外周部と第２外枠材３２とが接着剤を用いて接合されていてもよい。さらに、負極２の外周部を第２外枠材３２に埋没させることで接合されていてもよい。また、負極２の外周部の一部分と第２外枠材３２とが接着剤を用いて接合され、さらに負極２の外周部の他の部分を第２外枠材３２に埋没させることで接合されていてもよい。このような構成により、負極２の外周部が第２外枠材３２に支持され、負極２の強度を高めることが可能となる。さらに、負極２の外周部が第２外枠材３２に接合されることで、電解液の漏出も抑制することが可能となる。

なお、本実施形態の空気電池１０では、負極２の外周部の少なくとも一部が外枠材と一体的に接合されていることが好ましい。ただ、電解液の漏れを防止するという観点から、負極２の外周部の全体が外枠材と一体的に接合されていることがより好ましい。また、負極２の外周部と外枠材との接合は、接着剤や埋没させることに限定されず、例えば溶着により接合してもよい。

空気電池１０は、上述したように、負極２が、アルミニウム製の負極金属層２１と、負極金属層２１よりも耐電解液性の高い材料である銅箔製の負極集電層２２とを備えている。そして、負極金属層２１及び負極集電層２２のうちの少なくとも負極集電層２２と第２外枠材３２とが一体化されていることが好ましい。なお、図１及び図２（ｃ）では、負極金属層２１及び負極集電層２２の両方が第２外枠材３２と一体化されている。つまり、負極金属層２１及び負極集電層２２の両方の外周部が第２外枠材３２に埋没している。

さらに、空気電池１０は、負極金属層２１と負極集電層２２とが一体化されている。つまり、負極金属層２１と負極集電層２２とが積層され、互いに接合されている。しかも、図１及び図２（ｃ）に示すように、負極集電層２２が、平面視において、負極金属層２１の外側に外周部を有する大きさになっている。

上記構成を備えた空気電池１０は、部品点数が少なく、構造が極めて簡単で薄型なものとなる。そして、空気電池１０を複数個積層した場合には、例えば、外枠材（３１，３２）に接点部材を設けたり、隣接する空気電池１０の間に導電部材を挿入したりすることで、配線類を用いることなく、互いに直列接続することが可能となる。その結果、空気電池１０を積層した組電池は、自動車等の車両に搭載する電源として非常に好適なものとなる。

そして、空気電池１０は、両電極のうちの少なくとも正極１と第１外枠材３１とが一体的に接合してあるので、正極１が第１外枠材３１で補強された状態になり、機械的強度と電解液に対するシール性を高めることができる。これにより、空気電池の更なる薄型化を図ることができる。さらに、この薄型化に伴って内部抵抗も減少することから、空気電池１０の高出力化を図ることもできる。

また、空気電池１０を複数個積層した際には、正極１が撓んで外周部に応力集中が生じることがある。しかし、上述のように、空気電池１０は機械的強度及びシール性が高いので、正極１の変形に伴って電解液のシール性が損なわれるような恐れを解消することができる。

図１に示す空気電池１０では、正極１と第１外枠材３１だけでなく、負極２と第２外枠材３２も一体的に接合してある。これにより、負極２の機械的強度や電解液に対するシール性が高められる。その結果、負極２及び第２外枠材３２と正極１及び第１外枠材３１と組み合わせることで、空気電池１０の更なる薄型化及び高出力化に貢献することができる。

また、空気電池１０は、第１外枠材３１及び第２外枠材３２が樹脂製であり、正負の電極（１，２）の外周部に一体成形してある。そのため、薄くても十分な強度を確保し得ると共に、電解液に対するシール性がより一層高くなり、生産性に優れている。

さらに空気電池１０は、負極２を構成する負極金属層２１及び負極集電層２２のうちの少なくとも負極集電層２２と第２外枠材３２とが一体化してある。これにより、空気電池１０は、発電に伴って負極金属層２１が消耗した場合でも、負極集電層２２により電解液に対するシール性を良好に維持することができる。さらに、空気電池１０は、負極集電層２２の材料が負極金属層２１よりも耐電解液性の高いものであるから、電解液に対するシール性がより一層高められる。

なお、負極集電層２２の材料は、必ずしも負極金属層２１よりも耐電解液性が高いものでなくても使用可能である。つまり、空気電池１０では発電時間や負極金属層２１の消耗量が予め分かっており、負極集電層２２が発電終了後に電解液の漏出を阻止し得るものであればよい。そのため、厚さなどを適宜選択すれば、負極集電層２２と負極金属層２１とが同一材料である場合も有り得る。しかし、負極金属層２１よりも耐電解液性が高い材料から成る負極集電層２２を用いれば、電解液に対するシール性がより確実になり、安全性の高い空気電池を提供することが可能となる。

さらに空気電池１０は、負極２において、負極金属層２１と負極集電層２２とを一体化している。そのため、負極金属層２１及び負極集電層２２が互いに補強し合う状態になると共に、双方間の接触抵抗も低減され、薄くて強度が高いうえに集電ロスの少ない負極２を得ることができる。

空気電池１０は、負極集電層２２が、平面視において負極金属層２１の外側に外周部を有する大きさである。つまり、負極集電層２２が負極金属層２１の全体を十分に覆っているので、電解液に対するシール性の更なる向上を実現することができる。また、負極集電層２２の外周部において、第２外枠材３２の内部に埋没する部分が増加することから、電解液の漏れをより抑制することが可能となる。

図４乃至図１３では、本実施形態の空気電池の更に他の例を示す。なお、以下の各実施形態において、上記の実施形態と同一の構成部位は同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。

図４に示す空気電池の正極１は、第１外枠材３１と一体的に接合してある。上記の実施形態では、樹脂製の第１外枠材３１に正極１の外周部を埋設したのに対して、この実施形態では、第１外枠材３１の一部に正極１の外周部を組み込んで、接着や溶着などにより接合したものである。この正極１を備えた空気電池にあっても、上記の実施形態と同様に、正極１の機械的強度及び電解液に対するシール性が高められ、空気電池の薄型化や高出力化に貢献し得るものとなる。

図５に示す空気電池の正極１は、第１外枠材３１が、少なくとも一部に、正極１を機械的に固定する電極固定構造を備えている。また、正極１の撥水層１２と触媒層１１との間に、補強層５を備えている。すなわち、本実施形態の空気電池は、第１外枠材３１及び第２外枠材３２が、少なくとも一部に、電極（１，２）を機械的に固定する電極固定構造を備えている構成とし、また、少なくとも正極１が、補強層５を備えている構成とすることができる。

補強層５は、導電性及び通気性を有する部材である。そして、補強層５としては、例えば、パンチングメタルなどの多孔金属板や金属メッシュ、若しくは多孔樹脂板や樹脂メッシュの表面にめっき等の金属被膜を形成したものを用いることができる。

電極固定構造は、図５（ａ）に示す矩形形状の正極１において、少なくとも四隅に設ければ所定の機能を得ることができる。つまり、薄型の空気電池では、積層時において正極１の中央部が撓むので、特に正極１が矩形状である場合には、外周部の四隅に応力集中が生じる。そこで、電極固定構造は、少なくとも第１外枠材３１の四隅に設けるのが好ましく、全周に渡って設けることがより好ましい。電極固定構造の具体例を図５（ｂ）〜（ｅ）に示す。

図５（ｂ）に示す電極固定構造は、第１外枠材３１が上側部材３１Ａと下側部材３１Ｂとに分割してある。さらに、上側部材３１Ａ及び下側部材３１Ｂの相対する面に、互いに係合可能な凹部３１Ｃ及び凸部３１Ｄを相対的に設けている。この電極固定構造は、上側部材３１Ａと下側部材３１Ｂとの間に正極１の外周部を挟み込んで、凹部３１Ｃ及び凸部３１Ｄを互いに係合して、上側部材３１Ａと下側部材３１Ｂを接着等により接合する。これにより、正極１と第１外枠材３１とを一体的に接合して固定する。

図５（ｃ）に示す電極固定構造は、第１外枠材３１が、断面が鉤状の外側部材３１Ｅと、その内側に収容される内側部材３１Ｆとに分割してある。さらに、正極１の外周部に折曲部１Ａを設けている。この電極固定構造は、外側部材３１Ｅと内側部材３１Ｆとの間に正極１の折曲部１Ａを挟み込んで、外側部材３１Ｅと内側部材３１Ｆとを接着等により接合する。これにより、正極１と第１外枠材３１とを一体的に接合して固定する。

図５（ｄ）に示す電極固定構造は、正極１の外周部と第１外枠材３１とに、互いに係合可能な凹凸や穴、突起などの係合部３１Ｇを設けた構成である。この電極固定構造は、正極１及び第１外枠材３１を係合部３１Ｇで係合して、さらに双方を接着等により接合する。これにより、正極１と第１外枠材３１とを一体的に接合して固定する。

図５（ｅ）に示す電極固定構造は、正極１の外周部に折曲部１Ａを設け、正極１の外周部に樹脂製の第１外枠材３１を一体成形する。これにより、樹脂中に正極１の折曲部１Ａを埋設状態にし、正極１と第１外枠材３１とを一体的に接合して固定する。

上記の電極固定構造を有する空気電池は、上記の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。さらに、正極１と第１外枠材３１とを機械的に連結したうえで双方が一体化される。そのため、薄型でも十分な機械的強度や、電解液に対するシール性を高めることができる。上記の電極固定構造は、電極の製造工程に合わせて好適なものを選択することができる。

また、本実施形態の正極１を備えた空気電池は、補強層５によって機械的強度がより高くなる。その結果、積層時における正極１の撓みを抑制して、応力集中を大幅に緩和することができ、空気電池の更なる薄型化、高出力化及び軽量化を実現することができる。しかも、導電性を有する補強層５を設けることで、補強層５が集電体として機能し、内部抵抗の低減を実現することが可能となる。

さらに、上記の電極固定構造は、負極２と第２外枠材３２との接合にも当然採用することができる。その結果、正極側と同様に機械的強度や電解液に対するシール性が高められるので、正極１との構成と相まって空気電池の高性能化に貢献し得るものとなる。

図６に示す空気電池の正極１は、撥水層１２、ガス拡散層を含む触媒層１１及び補強層５が互いに積層された構成を有する。そして、撥水層１２、触媒層１１及び補強層５のうちの少なくとも一層と第１外枠材３１とが一体化してある構成である。

図６（ａ）に示す正極１は、正極表面から順に、撥水層１２、補強層５及び触媒層１１を備えている。この正極１は、撥水層１２及び補強層５の外周部を第１外枠材３１と一体化し、補強層５の下面に触媒層１１を設けたものである。

図６（ｂ）に示す正極１は、正極表面から順に、撥水層１２、触媒層１１及び補強層５を備えている。この正極１は、撥水層１２の外周部を第１外枠材３１と一体化し、この撥水層１２の下面に触媒層１１及び補強層５を設けたものである。

図６（ｃ）に示す正極１は、正極表面から順に、撥水層１２、補強層５及び触媒層１１を備えている。この正極１は、補強層５の外周部を第１外枠材３１と一体化し、補強層５の上面に撥水層１２を設けると共に、補強層５の下面に触媒層１１を設けたものである。

図６（ｄ）に示す正極１は、正極表面から順に、撥水層１２、補強層５及び触媒層１１を備えている。この正極１は、全ての層の外周部と第１外枠材３１とを一体化したものである。

ここで、補強層５は、上述したように、多孔板やメッシュのような通気性部材で形成されることが好ましい。ただ、図５及び図６に示す実施形態では、図６（ｅ）に示すように、通気性の無い枠部５Ａを有する構成とすることが好ましい。これにより、補強層５は、枠部５Ａを糊代として用いることで、隣接する撥水層１２や触媒層１１への接着性を高めることができる。また、枠部５Ａと第１外枠材３１とを接合することで、双方の密着性やシール性を高めることができる。

図６に示す正極１を備えた空気電池であっても、上記の実施形態と同様に、機械的強度や電解液に対するシール性を著しく高めることができる。さらに、撥水層１２、触媒層１１及び補強層５の間の接触抵抗を一層低減することができ、空気電池の更なる薄型化、高出力化及び軽量化に貢献することができる。

図７に示す空気電池の負極２は、負極集電層２２が、複数の空気電池を直列接続した際に、隣接する空気電池の正極１の表面に空気流路Ｆを形成する負極集電部材２６Ａで形成してある。そして、負極２は、負極金属層２１及び負極集電部材２６Ａの外周部に、第２外枠材３２を一体化している。

負極集電部材２６Ａは、その下面に突出する複数の突条２６ａが所定間隔を設けて並列に配置されている。図７では、負極集電部材２６Ａの下面に４本の突条２６ａが所定間隔を設けて並列に配置されている。これらの突条２６ａは、図２に示す空気の流れ方向に沿って形成してある。このような負極集電部材２６Ａは、金属板をプレス加工したもので、突条２６ａの反対面は溝状を成している。

負極２は、図８に示すように、負極２に一体化した第２外枠材３２と、正極１に一体化した第１外枠材３１とを気密的に接合して空気電池１０を構成する。また、正極１と負極２との間には、電解液の収容部４を形成する。そして、空気電池１０を複数個積層して組電池１００を構成する。

上記の組電池１００においては、空気電池１０の正極１に、その上側に隣接する負極２の負極集電部材２６Ａの突条２６ａが接触して、突条２６ａ同士の間に、正極１に対する空気流路Ｆを形成する。これにより、負極集電部材２６Ａは、互いに隣接する正極１及び負極２の間のスペーサ及びコネクタとして機能する。

図９に示す空気電池の負極２では、複数の空気電池を直列接続した際に、負極集電層２２が、隣接する空気電池の正極１の表面に空気流路Ｆを形成する負極集電部材２６Ｂで形成してある。そして、負極２は、負極金属層２１及び負極集電部材２６Ｂの外周部に、第２外枠材３２を一体化している。

この実施形態の負極集電部材２６Ｂは、断面が波状を成すものである。この負極集電部材２６Ｂを備えた負極２にあっても、上記の実施形態と同様に、負極集電部材２６Ｂが正極１に対する空気流路Ｆを形成すると共に、スペーサ及びコネクタとして機能する。

図１０に示す空気電池の負極２では、複数の空気電池を直列接続した際に、負極集電層２２が、隣接する空気電池の正極１の表面に空気流路Ｆを形成する負極集電部材２６Ｃで形成してある。そして、負極２は、負極金属層２１及び負極集電部材２６Ｃの外周部に、第２外枠材３２を一体化している。

この実施形態の負極集電部材２６Ｃは、その下面に突出する複数の突部２６ｂを縦横に配列したものである。この負極集電部材２６Ｃを備えた負極２にあっても、上記の実施形態と同様に、負極集電部材２６Ｃが正極１に対する空気流路Ｆを形成すると共に、スペーサ及びコネクタとして機能する。

図１１に示す空気電池の負極２では、複数の空気電池を直列接続した際に、負極集電層２２が、隣接する空気電池の正極１の表面に空気流路Ｆを形成する負極集電部材２６Ｄで形成してある。そして、負極２は、負極金属層２１及び負極集電部材２６Ｄの外周部に、第２外枠材３２を一体化している。

この実施形態の負極集電部材２６Ｄは、負極集電層２２に、下方へ突出する複数の突部を一体成形したものである。そして、負極集電部材２６Ｄは、負極金属層２１に接合する平面状の本体部２６ｃと、本体部２６ｃから突出した複数のリブ状突部２６ｄを備えている。図１１では、７本のリブ状突部２６ｄを備えている。これらのリブ状突部２６ｄは、所定間隔を設けて並列に配置されている。

この負極集電部材２６Ｄを備えた負極２にあっても、上記の実施形態と同様に、負極集電部材２６Ｄが正極１に対する空気流路を形成すると共に、スペーサ及びコネクタとして機能する。

図１２に示す空気電池の負極２は、隣接する空気電池の正極１の表面に空気流路Ｆを形成する負極集電部材２６Ｅを備えている。この負極集電部材２６Ｅは、図１１に示す実施形態と同様に、負極金属層２１に接合する平面状の本体部２６ｃと、本体部２６ｃから突出した複数（図示例では７本）のリブ状突部２６ｄを備えている。そして、負極集電部材２６Ｅは、各リブ状突部２６ｄを貫通させた状態にして本体部２６ｃに接合する支持層２７を備えている。

上記の負極集電部材２６Ｅを備えた負極２にあっても、上記の実施形態と同様に、負極集電部材２６Ｅが、正極１に対する空気流路Ｆを形成すると共に、スペーサ及びコネクタとして機能する。また、負極２は、支持層２７により本体部２６ｃが補強されるので、本体部２６ｃの更なる薄型化及び軽量化を実現し、さらに負極金属層２１が消耗した際の負極２の撓みを抑制することができる。

図７〜図１２に示す空気電池の負極２は、空気流路Ｆを得るために厚さ方向に立体化した負極集電部材（２３Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ，２６Ｅ）を採用したので、負極集電部材の形状自体によっても機械的強度を高めることができる。なお、隣接する空気電池１０同士の間には空気流路Ｆが不可欠であるから、厚さ方向に立体化した負極集電部材を使用しても、空気電池１０の薄型化を損なう心配は全く無い。また、上記負極集電部材の採用により、配線類を用いることなく空気電池１０同士を電気的に接続することができる。これにより、内部抵抗の低減や部品点数の削減を実現することができ、空気電池１０及び組電池１００の高出力化や低コスト化を図ることができる。

さらに、図７及び図９に示す負極集電部材（２６Ａ，２６Ｂ）は、突条２６ａ同士の間や、波形状の下側の谷部を空気流路Ｆとするのである。そして、突条２６ａや波形状の下側の山部に多数の孔を形成しておけば、突条２６ａの裏側の溝状部分や波形状の上側の谷部も空気流路Ｆとして用いることができる。

図１３に示す空気電池１０は、正極１が、その表面に導電性を有する構成である。図示例の正極１は、撥水層１２の上側に正極集電層１６を備えたもので、正極集電層１６により正極表面に導電性を確保している。この正極集電層１６は、撥水層１２に空気を供給するために通気性を有している。具体的には、正極集電層１６は、補強層５にように、パンチングメタルなどの多孔金属板や金属メッシュ、多孔樹脂板や樹脂メッシュの表面にめっき等の金属被膜を形成したものなどを用いることができる。

空気電池１０は、図１３に示すように、複数個を積層して組電池１００を構成し、隣接する空気電池１０の間に空気流路Ｆを形成する。このとき、正極集電層１６は、隣接する負極２に接触してスペーサ及びコネクタとして機能する。また、空気電池１０は、正極集電層１６を第１外枠材３１と一体化してもよい。

上記の正極１を備えた空気電池１０にあっても、先の各実施形態と同様に、機械的強度の向上、薄型軽量化、内部抵抗の低減及び高出力化などを図ることができる。なお、本実施形態の空気電池１０は、正極１の表面に導電性を有するものを含む。したがって、正極１は、上記の正極集電層１６を備えた構成のほか、先の図８に示すような組電池１００においては、撥水層１２が導電性を有するものとなる。

以上、実施例に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。また、上記の各実施形態では、正極１及び負極２に第１外枠材３１及び第２外枠材３２を各々一体化した場合を例示したが、正極１と負極２との間に電解液の収容部を形成したうえで、正極１及び負極２の外周部に単一の外枠材を一体的に接合することも可能である。

１ 正極
２ 負極
４ 収容部
５ 補強層
１０ 空気電池
１１ 触媒層
１２ 撥水層
２１ 負極金属層
２２ 負極集電層
２３Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ，２６Ｅ 負極集電部材
２６ｃ 本体部
２６ｄ 突部
２７ 支持層
３１ 第１外枠材
３２ 第２外枠材
１００ 組電池

Claims (14)

1. 正極及び負極と、
   前記正極及び負極の外周部に配置した外枠材と、
   を備え、
   前記正極と外枠材とが一体的に接合してあることを特徴とする空気電池。
2. 前記外枠材は、前記正極と一体的に接合した第１外枠材と、前記負極と一体的に接合した第２外枠材とを備えており、
   前記第１外枠材及び第２外枠材同士を接合すると共に、前記正極と負極との間に電解液の収容部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の空気電池。
3. 前記外枠材は、樹脂製であり、さらに前記正極及び負極の少なくともいずれか一方の外周部に一体成形してあることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気電池。
4. 前記外枠材は、前記正極及び負極の少なくともいずれか一方を機械的に固定する電極固定構造を備えてい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空気電池。
5. 前記正極は補強層を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の空気電池。
6. 前記補強層は導電性を有することを特徴とする請求項５に記載の空気電池。
7. 前記正極は、互いに積層された撥水層、触媒層及び補強層を備え、
   前記撥水層、触媒層及び補強層のうちの少なくとも一層と前記外枠材とが一体的に接合されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の空気電池。
8. 前記負極は、負極金属層と、前記負極金属層よりも耐電解液性の高い材料から成る負極集電層とを備え、
   前記負極集電層と外枠材とが一体的に接合されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の空気電池。
9. 前記負極金属層と負極集電層とが一体化されていることを特徴とする請求項８に記載の空気電池。
10. 前記負極集電層は、平面視において、前記負極金属層の外側に外周部を有する大きさであることを特徴とする請求項８又は９に記載の空気電池。
11. 前記負極集電層は、複数の空気電池を直列接続した際に、隣接する空気電池の正極の表面に空気流路を形成する負極集電部材であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の空気電池。
12. 前記負極集電部材は、前記負極金属層に接合する平面状の本体部と、前記本体部から突出した多数の突部と、前記突部を貫通させた状態にして前記本体部に接合する支持層とを備えることを特徴とする請求項１１に記載の空気電池。
13. 前記正極の表面は導電性を有することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の空気電池。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の空気電池を複数備え、
    複数の前記空気電池が積層されていることを特徴とする組電池。

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