JP2015060667A - Air cell, negative electrode for air cell and air cell unit - Google Patents

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佳照 安倍
Yoshiteru Abe
佳照 安倍
文志 古月
Fumiji Furuzuki
文志 古月
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air cell having high discharge capacity, power and voltage, and capable of suppressing the peeling of a negative electrode active material layer from a negative electrode collector.SOLUTION: An air cell 100 includes a negative electrode 110 having a negative electrode active material containing at least diboride vanadium, a conductive assistance of the negative electrode active material, and a collector, a positive electrode 130 where oxygen is the positive electrode active material, and an electrolyte 150 for conducting hydroxide ions between the negative electrode 110 and positive electrode 130. Both the conductive assistance and collector of the negative electrode 110 are composed of conductive carbon.

Description

本発明は、酸素を正極活物質とする正極を有する空気電池、該空気電池に用いる負極、及び該空気電池のセルが複数接続された空気電池ユニットに関する。   The present invention relates to an air battery having a positive electrode using oxygen as a positive electrode active material, a negative electrode used in the air battery, and an air battery unit in which a plurality of cells of the air battery are connected.

近年、負極活物質として金属単体又はその合金あるいは金属化合物を、正極活物質として酸素を利用した電池である空気電池の研究が盛んに行われている。この空気電池は、正極活物質として空気中の酸素を利用するため、電池内に正極活物質を充填する必要が無く、その分、負極活物質を多量に充填することができる。そのため、理論上、空気電池は、固体の正極活物質を用いる電池よりも大きな容量を実現することができる。空気電池の負極には、例えば、亜鉛、リチウム、アルミニウム、マグネシウム、鉄等の化学的に卑な金属Mが用いられ、正極(空気極)には、炭素、金属、合金等を多孔質とし、酸素還元触媒が塗布されたガス拡散電極が用いられる。空気中の酸素がこのガス拡散電極に取り込まれることにより、下記式に示す放電反応が進行する。
負極:M→Mn++ne
正極:O+2HO+4e→4OH
In recent years, research on air batteries, which are batteries using a single metal or an alloy or metal compound thereof as a negative electrode active material and oxygen as a positive electrode active material, has been actively conducted. Since this air battery uses oxygen in the air as the positive electrode active material, it is not necessary to fill the battery with the positive electrode active material, and a large amount of the negative electrode active material can be filled accordingly. Therefore, theoretically, an air battery can realize a larger capacity than a battery using a solid positive electrode active material. For the negative electrode of the air battery, for example, a chemically base metal M such as zinc, lithium, aluminum, magnesium, iron or the like is used. For the positive electrode (air electrode), carbon, metal, alloy or the like is made porous. A gas diffusion electrode coated with an oxygen reduction catalyst is used. When oxygen in the air is taken into the gas diffusion electrode, a discharge reaction represented by the following formula proceeds.
Negative electrode: M → M n + + ne
Positive electrode: O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH

また、負極には、上記金属Mだけでなく、金属Mの合金や金属化合物を用いることもできる。このような負極活物質に金属化合物を用いた電池の一例として、負極活物質に、二ホウ化チタン、二ホウ化バナジウム(VB)、ホウ化アルミニウム等の還元ホウ素含有化合物を用いた空気電池が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。この特許文献1に記載された空気電池によれば、還元ホウ素含有化合物を使用することで、放電反応により多量の電子が発生し、高エネルギー密度の電池を作製できるとされている。 For the negative electrode, not only the metal M but also an alloy or metal compound of the metal M can be used. As an example of a battery using a metal compound as such a negative electrode active material, an air battery using a reduced boron-containing compound such as titanium diboride, vanadium diboride (VB 2 ), or aluminum boride as a negative electrode active material. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1). According to the air battery described in Patent Document 1, it is said that by using a reduced boron-containing compound, a large amount of electrons are generated by a discharge reaction, and a battery having a high energy density can be produced.

しかし、上記特許文献1に記載された空気電池のように、単に、負極活物質に還元ホウ素含有化合物を用いただけでは、1つの還元ホウ素含有化合物からの電子の発生量が多いとしても、電気化学反応(放電反応)に関わる面積(負極活物質の比表面積)が小さい場合には、全体として電子の発生量が少ないため、十分な放電容量、電力及び電圧を得ることができない、という問題があった。   However, just using a reduced boron-containing compound as the negative electrode active material as in the air battery described in Patent Document 1, even if the amount of electrons generated from one reduced boron-containing compound is large, electrochemical When the area related to the reaction (discharge reaction) (the specific surface area of the negative electrode active material) is small, there is a problem in that sufficient discharge capacity, power and voltage cannot be obtained because the total amount of electrons generated is small. It was.

これに対して、負極活物質に、1重量%以上の二ホウ化バナジウム(VB)のナノ粒子を用いた空気電池が提案されている(例えば、特許文献2を参照)。この特許文献2に記載された空気電池では、負極に用いるVBとして、マイクロメートルオーダーのVB粒子を所定の方法で粉砕したナノメートルオーダーの粒子を用いることで、電気化学反応に関わる面積(反応サイトの面積)を大きくして(VBのエネルギー密度の高さを活かして)多量の電子を発生させることで、放電容量、電力及び電圧を改善できるとしている。また、特許文献2には、マイクロメートルオーダーのVB粒子の粉砕方法に特定の方法を用いることで、電子移動が促進された結果として生ずるVBの分解のリスクを軽減するとともに、VBナノ粒子の粒径のバラツキが大きくなることによる負極の機能低下を防止する点についても記載されている。 On the other hand, an air battery using 1% by weight or more of vanadium diboride (VB 2 ) nanoparticles as a negative electrode active material has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In the air battery described in Patent Document 2, as VB 2 used for the negative electrode, nanometer-order particles obtained by pulverizing micrometer-order VB 2 particles by a predetermined method are used. by increasing the area) of the reaction site (taking advantage of the high energy density of the VB 2) by generating a large number of electrons, the discharge capacity, and to be able to improve the power and voltage. Patent Document 2 discloses that a specific method is used as a method for pulverizing VB 2 particles on the order of micrometers, thereby reducing the risk of decomposition of VB 2 resulting from the promotion of electron transfer and VB 2 nanometers. It also describes the point of preventing the function of the negative electrode from deteriorating due to the large variation in particle size.

特表2002−500804号公報Special table 2002-500804 gazette 国際公開第2012/021607号International Publication No. 2012/021607

しかしながら、負極活物質層と負極集電体の材料として互いに異なる材料が使用される場合には、放電反応により空気電池セル内の温度が上昇すると、活物質と集電体の熱膨張率が異なるために、負極活物質層が負極集電体から剥離してしまうことがある。上記特許文献2に記載された空気電池では、負極集電体としてどのような材料が使用されているかは明らかではないが、特許文献2では、少なくとも上記活物質層の剥離に関しては一切考慮されていない。   However, when different materials are used for the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector, when the temperature in the air battery cell rises due to a discharge reaction, the thermal expansion coefficient of the active material and the current collector differ. For this reason, the negative electrode active material layer may peel from the negative electrode current collector. In the air battery described in Patent Document 2, it is not clear what kind of material is used as the negative electrode current collector, but Patent Document 2 does not consider at least the peeling of the active material layer. Absent.

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高い放電容量、電力及び電圧を有するとともに、負極活物質層の負極集電体からの剥離を抑制することが可能な、空気電池を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and has an excellent discharge capacity, power, and voltage, and is an air battery capable of suppressing separation of the negative electrode active material layer from the negative electrode current collector. The purpose is to provide.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、VBを負極活物質として用いた空気電池において、負極活物質層に導電助剤として導電性カーボンを含有させ、且つ、負極集電体としても導電性カーボンを用いることにより、高い放電容量、電力及び電圧を実現できるとともに、負極活物質層の負極集電体からの剥離を抑制できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies in order to solve the above problems, the present inventors have made an air cell using VB 2 as a negative electrode active material, the negative electrode active material layer contains conductive carbon as a conductive auxiliary agent, and Based on this finding, by using conductive carbon as the negative electrode current collector, it is possible to realize high discharge capacity, power and voltage, and to suppress peeling of the negative electrode active material layer from the negative electrode current collector. The present invention has been completed.

すなわち、本発明は、二ホウ化バナジウムを少なくとも含む負極活物質と、該負極活物質の導電助剤と、集電体とを有する負極と、酸素を正極活物質とする正極と、前記負極と前記正極との間で水酸化物イオンを伝導する電解質と、を備え、前記導電助剤及び前記集電体がともに導電性カーボンからなる、空気電池である。   That is, the present invention provides a negative electrode active material containing at least vanadium diboride, a conductive auxiliary for the negative electrode active material, a current collector, a positive electrode using oxygen as a positive electrode active material, and the negative electrode. And an electrolyte that conducts hydroxide ions to and from the positive electrode, and the conductive assistant and the current collector are both made of conductive carbon.

前記導電助剤が、グラフェン、カーボンナノチューブ、炭素繊維、カーボンブラック、黒鉛及び活性炭からなる群より選ばれる少なくとも一種の導電性カーボンからなり、前記集電体が、グラファイトからなっていてもよい。   The conductive assistant may be made of at least one conductive carbon selected from the group consisting of graphene, carbon nanotubes, carbon fibers, carbon black, graphite, and activated carbon, and the current collector may be made of graphite.

前記負極が、前記導電助剤として、前記負極活物質の平均粒子径未満の平均粒子径を有する第1導電材料を含有していてもよい。   The negative electrode may contain a first conductive material having an average particle diameter less than the average particle diameter of the negative electrode active material as the conductive auxiliary agent.

前記負極が前記第1導電材料を含有する場合において、前記負極が、前記導電助剤として、前記負極活物質の平均粒子径以上の平均長さを有する第2導電材料を更に含有していてもよい。   In the case where the negative electrode contains the first conductive material, the negative electrode may further contain a second conductive material having an average length equal to or larger than the average particle diameter of the negative electrode active material as the conductive auxiliary agent. Good.

前記第1導電材料が、前記負極活物質100質量部に対して0.5質量部以上50質量部以下含有されており、前記第2導電材料が、前記負極活物質100質量部に対して0.1質量部以上30質量部以下含有されていることが好ましい。   The first conductive material is contained in an amount of 0.5 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material, and the second conductive material is 0 with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material. It is preferably contained in an amount of 1 part by mass or more and 30 parts by mass or less.

前記第1導電材料がカーボンブラック、黒鉛及び活性炭からなる群より選ばれる少なくとも一種の導電性カーボンであり、前記第2導電材料がグラフェン、カーボンナノチューブ及び炭素繊維からなる群より選ばれる少なくとも一種の導電性カーボンであることが好ましい。   The first conductive material is at least one conductive carbon selected from the group consisting of carbon black, graphite and activated carbon, and the second conductive material is at least one conductive selected from the group consisting of graphene, carbon nanotube and carbon fiber. It is preferable that it is a property carbon.

前記負極では、前記負極活物質、前記第1導電材料及び前記第2導電材料を含む放電領域が互いに離隔した状態で複数に分割されていてもよい。   In the negative electrode, a discharge region including the negative electrode active material, the first conductive material, and the second conductive material may be divided into a plurality in a state of being separated from each other.

前記集電体が、互いに分離した複数の放電セルを有し、且つ、隣接する前記放電セル間には隔壁が設けられており、各々の前記放電セル内に、前記放電領域として、前記負極活物質、前記第1導電材料及び前記第2導電材料を含有する負極活物質層を有していてもよい。   The current collector has a plurality of discharge cells separated from each other, and a barrier rib is provided between the adjacent discharge cells, and the negative electrode active region serves as the discharge region in each discharge cell. You may have the negative electrode active material layer containing a substance, the said 1st conductive material, and the said 2nd conductive material.

前記電解質が、水系又は非水系の電解液であり、前記負極と前記正極とを電気的に絶縁するセパレータをさらに備え、前記セパレータが、前記電解液を含浸可能であってもよい。   The electrolyte may be an aqueous or non-aqueous electrolytic solution, and may further include a separator that electrically insulates the negative electrode and the positive electrode, and the separator may be impregnated with the electrolytic solution.

前記負極が、前記空気電池に対して着脱可能に設けられていてもよい。   The negative electrode may be provided detachably with respect to the air battery.

前記負極活物質が、水酸化物イオンと反応して電子を発生させるとともに前記反応により水酸化物となる金属で二ホウ化バナジウム粒子を包摂したVB/金属複合体であってもよい。 The negative electrode active material may be a VB 2 / metal composite in which vanadium diboride particles are included in a metal that reacts with hydroxide ions to generate electrons and becomes a hydroxide by the reaction.

前記金属が、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、リチウム、ナトリウム、カルシウム及びこれらの合金からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属であってもよい。   The metal may be at least one metal selected from the group consisting of zinc, aluminum, magnesium, lithium, sodium, calcium, and alloys thereof.

前記VB/金属複合体が、導電性カーボンで包摂された二ホウ化バナジウム粒子を更に前記金属で包摂したものであってもよい。 The VB 2 / metal composite may further include vanadium diboride particles encapsulated with conductive carbon and further encapsulated with the metal.

前記二ホウ化バナジウムを包摂する導電性カーボンが、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、グラフェン、グラファイト、炭素繊維、黒鉛及び活性炭からなる群より選ばれる少なくとも一種であってもよい。   The conductive carbon that includes the vanadium diboride may be at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, carbon black, graphene, graphite, carbon fiber, graphite, and activated carbon.

また、本発明は、酸素を正極活物質とする正極を有する空気電池用の負極であって、二ホウ化バナジウムを少なくとも含む負極活物質と、該負極活物質の導電助剤と、集電体と、を含有し、前記導電助剤及び前記集電体がともに導電性カーボンからなる、負極である。   The present invention also relates to a negative electrode for an air battery having a positive electrode using oxygen as a positive electrode active material, the negative electrode active material containing at least vanadium diboride, a conductive assistant for the negative electrode active material, and a current collector And the conductive assistant and the current collector are both made of conductive carbon.

また、本発明は、上述した空気電池のセルを複数有する、空気電池ユニットである。   Moreover, this invention is an air battery unit which has multiple cells of the air battery mentioned above.

本発明によれば、VBを負極活物質として用いた空気電池において、負極活物質層に導電助剤として導電性カーボンを含有させ、且つ、負極集電体としても導電性カーボンを用いることにより、高い放電容量、電力及び電圧を実現できるとともに、負極活物質層の負極集電体からの剥離を抑制することが可能な、空気電池を提供することが可能となる。 According to the present invention, in an air battery using VB 2 as a negative electrode active material, the negative electrode active material layer contains conductive carbon as a conductive additive, and the conductive carbon is also used as the negative electrode current collector. In addition, it is possible to provide an air battery that can realize high discharge capacity, power, and voltage, and can suppress peeling of the negative electrode active material layer from the negative electrode current collector.

本発明の第1実施形態に係る空気電池の外観構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance structure of the air battery which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1に示した空気電池の平面図である。It is a top view of the air battery shown in FIG. 同実施形態に係る空気電池の内部構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the internal structure of the air battery which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る正極の構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the positive electrode which concerns on the same embodiment. 同実施形態の変更例に係る負極活物質の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the negative electrode active material which concerns on the example of a change of the embodiment. 同実施形態に係る負極活物質層中のVB、第1導電材料及び第2導電材料の存在形態を示す模式図である。It is a schematic diagram showing the existence form of the anode active VB 2 material layer, the first conductive material and the second conductive material according to the embodiment. 同実施形態の変更例に係る負極の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the negative electrode which concerns on the example of a change of the embodiment. 同実施形態の別の変更例に係る負極と正極の接続方法を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the connection method of the negative electrode based on another modified example of the embodiment, and a positive electrode. 同実施形態に係る負極の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the negative electrode which concerns on the same embodiment. 同実施形態の変更例に係るVB/金属複合体の製造装置の構成を示す模式図である。It is a schematic view showing a configuration of a manufacturing apparatus of VB 2 / metal composite body according to a modified example of the same embodiment. 同実施形態に係る空気電池ユニットの全体構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole structure of the air battery unit which concerns on the same embodiment. 図11に示した空気電池ユニットの平面図である。It is a top view of the air battery unit shown in FIG. 同実施形態に係る空気電池ユニットの組立方法を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the assembly method of the air battery unit which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る空気電池の動作原理を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the operation principle of the air battery which concerns on the same embodiment. 本発明の第2実施形態に係る空気電池の外観構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance structure of the air battery which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図15に示した空気電池の平面図である。FIG. 16 is a plan view of the air battery shown in FIG. 15. 同実施形態に係る空気電池の内部構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the internal structure of the air battery which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る空気電池ユニットの全体構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole structure of the air battery unit which concerns on the same embodiment. 図18に示した空気電池ユニットの平面図である。It is a top view of the air battery unit shown in FIG. 同実施形態に係る空気電池ユニットの組立方法を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the assembly method of the air battery unit which concerns on the same embodiment. 本発明の実施例における単セルでの放電カーブを示すグラフである。It is a graph which shows the discharge curve in the single cell in the Example of this invention.

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面においては、同一の符号が付された構成要素は、実質的に同一の構造または機能を有するものとする。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that in the present specification and drawings, components having the same reference numerals have substantially the same structure or function.

なお、本発明に係る空気電池、空気電池用負極、空気電池ユニットについては、以下の順序で説明する。
1 第1実施形態
1−1 空気電池の構成
1−2 空気電池の製造方法
1−3 空気電池ユニットの構成
1−4 空気電池ユニットの組立方法
1−5 空気電池の動作原理
1−6 空気電池及び空気電池ユニットの用途・使用方法
2 第2実施形態
2−1 空気電池の構成
2−2 空気電池の製造方法
2−3 空気電池ユニットの構成
2−4 空気電池ユニットの組立方法
The air battery, the negative electrode for air battery, and the air battery unit according to the present invention will be described in the following order.
1 First Embodiment 1-1 Configuration of Air Battery 1-2 Air Battery Manufacturing Method 1-3 Configuration of Air Battery Unit 1-4 Assembly Method of Air Battery Unit 1-5 Operating Principle of Air Battery 1-6 Air Battery And use and usage method 2 of the air battery unit 2nd Embodiment 2-1 Configuration of the air battery 2-2 Manufacturing method of the air battery 2-3 Configuration of the air battery unit 2-4 Assembly method of the air battery unit

≪第1実施形態≫
本発明の第1実施形態に係る空気電池及び空気電池ユニットについて説明する。なお、本実施形態における「空気電池ユニット」とは、空気電池の単位セル(本実施形態では、空気電池セル100)を複数接続してなるユニットを意味する。
<< First Embodiment >>
An air battery and an air battery unit according to a first embodiment of the present invention will be described. The “air battery unit” in the present embodiment means a unit formed by connecting a plurality of unit cells of the air battery (in this embodiment, the air battery cell 100).

<空気電池セル100の構成>
まず、図1〜図7を参照しながら、本実施形態に係る空気電池セル100の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る空気電池セル100の外観構成を示す斜視図である。図2は、図1に示した空気電池セル100の平面図であり、(a)は上面図、(b)は正面図、(c)は左側面図、(d)は右側面図を示している。図3は、本実施形態に係る空気電池セル100の内部構成を示す分解斜視図である。図4は、本実施形態に係る正極130の構成を示す分解斜視図である。図5は、本実施形態の変更例に係る負極活物質(VB/金属複合体)の構成を示す模式図であり、(a)は放電反応前の状態を、(b)は放電反応後の状態を示している。図6は、本実施形態に係る負極活物質層112中のVB、第1導電材料及び第2導電材料の存在形態を示す模式図である。図7は、本実施形態の変更例に係る負極120の構成を示す斜視図である。
<Configuration of Air Battery Cell 100>
First, the structure of the air battery cell 100 which concerns on this embodiment is demonstrated, referring FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of an air battery cell 100 according to the present embodiment. 2 is a plan view of the air battery cell 100 shown in FIG. 1, wherein (a) is a top view, (b) is a front view, (c) is a left side view, and (d) is a right side view. ing. FIG. 3 is an exploded perspective view showing the internal configuration of the air battery cell 100 according to the present embodiment. FIG. 4 is an exploded perspective view showing the configuration of the positive electrode 130 according to the present embodiment. FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a negative electrode active material (VB 2 / metal composite) according to a modified example of the present embodiment, where (a) shows a state before the discharge reaction, and (b) shows a state after the discharge reaction. Shows the state. FIG. 6 is a schematic diagram showing the presence of VB 2 , the first conductive material, and the second conductive material in the negative electrode active material layer 112 according to the present embodiment. FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of the negative electrode 120 according to a modified example of the present embodiment.

図1〜図4に示すように、本実施形態に係る空気電池セル100は、燃料極としての負極(アノード)110と、空気(酸素)極としての正極(カソード)130と、本実施形態に係る電解質の一例としての電解質150と、必要に応じてセパレータ160と、を備える。空気電池セル100では、筐体101の内部に、板状の負極110を表側及び裏側から挟むようにして2枚のシート状の正極130が配置されている。   As shown in FIGS. 1 to 4, the air battery cell 100 according to this embodiment includes a negative electrode (anode) 110 as a fuel electrode, a positive electrode (cathode) 130 as an air (oxygen) electrode, and the present embodiment. An electrolyte 150 as an example of such an electrolyte and a separator 160 as necessary are provided. In the air battery cell 100, two sheet-like positive electrodes 130 are arranged inside the housing 101 so as to sandwich the plate-like negative electrode 110 from the front side and the back side.

より詳細には、袋状のセパレータ160により負極110の負極集電体111及び負極活物質層112全体が覆われた状態で、負極110が、内部に正極130が配置された筐体101の開口部101aから筐体101内部に収容される。さらに、負極110及び正極130が筐体101の内部に収容された状態で、開口部101aから電解質150が筐体101内部に注入される。このとき、電解質150は、セパレータ160の内部(電解質150と負極110とが接触している状態)及び外部(電解質150と正極130とが接触している状態)に存在している。以上のような状態で、キャップ105により、開口部101aが封止される。   More specifically, in the state where the negative electrode current collector 111 and the negative electrode active material layer 112 of the negative electrode 110 are entirely covered by the bag-shaped separator 160, the negative electrode 110 is opened in the housing 101 in which the positive electrode 130 is disposed. Housed in the housing 101 from the portion 101a. Further, the electrolyte 150 is injected into the housing 101 from the opening 101 a in a state where the negative electrode 110 and the positive electrode 130 are accommodated in the housing 101. At this time, the electrolyte 150 is present inside the separator 160 (a state where the electrolyte 150 and the negative electrode 110 are in contact) and outside (a state where the electrolyte 150 and the positive electrode 130 are in contact). In the above state, the opening 101 a is sealed by the cap 105.

筐体101は、図4に示すように、筐体フレーム102と、表面カバー103と、裏面カバー104とからなる。筐体フレーム102は、開口部102aを有し、この開口部102aを筐体フレーム102の表裏両面側から覆うように、表面カバー103及び裏面カバー104が筐体フレーム102に取り付けられる。具体的には、表面カバー103及び裏面カバー104の周縁部が、開口部102aの周縁部と嵌合することで、表面カバー103及び裏面カバー104が筐体フレーム102に取り付けられる。なお、本実施形態では、開口部102aの略中央部に、筐体フレーム102の高さ方向に延設された区画部材102bが設けられている。この区画部材102bは、必要に応じて設けられていればよく、後述するように、開口部102aの区画部材102bで区切られた2つの領域の夫々に、正極120が配置される。また、表面カバー103及び裏面カバー104の略中央部には、それぞれ、開口部103a及び開口部104aが設けられており、開口部103a及び開口部104aは、それぞれ、格子状の仕切り103b及び仕切り104bにより、複数の区画に分割されている。これらの仕切り103b、104bは、必要に応じて設ければよいが、仕切り103b、104bを設けることで、筐体101の機械的強度を高めたり、後述する撥水性酸素透過シート133(図4等を参照)が損傷することを抑制することができる。   As shown in FIG. 4, the housing 101 includes a housing frame 102, a front cover 103, and a back cover 104. The housing frame 102 has an opening 102 a, and the front cover 103 and the back cover 104 are attached to the housing frame 102 so as to cover the opening 102 a from both the front and back sides of the housing frame 102. Specifically, the front cover 103 and the back cover 104 are attached to the housing frame 102 by fitting the peripheral portions of the front cover 103 and the back cover 104 with the peripheral portions of the opening 102 a. In the present embodiment, a partition member 102b extending in the height direction of the housing frame 102 is provided at a substantially central portion of the opening 102a. The partition member 102b may be provided as necessary. As described later, the positive electrode 120 is disposed in each of the two regions separated by the partition member 102b of the opening 102a. In addition, an opening 103a and an opening 104a are provided at substantially the center portions of the front cover 103 and the back cover 104, respectively. The opening 103a and the opening 104a are respectively formed in a lattice-like partition 103b and a partition 104b. Thus, it is divided into a plurality of sections. These partitions 103b and 104b may be provided as necessary. However, by providing the partitions 103b and 104b, the mechanical strength of the casing 101 can be increased, or a water-repellent oxygen permeable sheet 133 described later (FIG. 4 and the like). Can be prevented from being damaged.

また、キャップ105は、筐体フレーム102の上部に設けられた開口部101aを覆うように、筐体フレーム102の上部と嵌合するようにして取り付けられる。キャップ105は、スライド部材106により一方向(例えば、図3のx軸方向)にスライド可能なように構成されている。スライド部材106には係合突起106aが設けられており、この係合突起106aが、キャップ105に設けられた開口部105aの周縁部に係合した状態で、キャップ105がスライド部材106に対して上記一方向にスライドすることで、キャップ105が筐体101に対して着脱可能となっている。例えば、図1〜図3に示されているキャップ105の上面に表示された“OPEN”の方向にキャップ105をスライドさせると、キャップ105を筐体101から取り外すことができ、キャップ105の上面に表示された“CLOSE”の方向にキャップ105をスライドさせると、キャップ105を筐体101に取り付けることができる。   The cap 105 is attached so as to be fitted to the upper portion of the housing frame 102 so as to cover the opening 101 a provided in the upper portion of the housing frame 102. The cap 105 is configured to be slidable in one direction (for example, the x-axis direction in FIG. 3) by the slide member 106. The slide member 106 is provided with an engagement protrusion 106 a. With the engagement protrusion 106 a engaged with the peripheral edge portion of the opening 105 a provided in the cap 105, the cap 105 is located with respect to the slide member 106. The cap 105 can be attached to and detached from the housing 101 by sliding in the one direction. For example, when the cap 105 is slid in the direction of “OPEN” displayed on the upper surface of the cap 105 shown in FIGS. 1 to 3, the cap 105 can be removed from the housing 101, and the upper surface of the cap 105 can be removed. The cap 105 can be attached to the housing 101 by sliding the cap 105 in the displayed “CLOSE” direction.

なお、本実施形態では、1つの空気電池セル100が、2組の電極対(1つの負極110とその両面側に配置された2つの正極130の対)を有しているが、これは、空気電池セル100の放電容量を大きくするための構成であって、本発明に係る空気電池の用途によって比較的小さな放電容量でも使用可能な場合には、1つの空気電池セル100が、1組の電極対のみを有していてもよい。一方、本発明に係る空気電池の用途によって非常に大きな放電容量を必要とする場合には、1つの空気電池セル100が3組以上の電極対を有していてもよい。   In this embodiment, one air battery cell 100 has two electrode pairs (one negative electrode 110 and two positive electrode 130 pairs disposed on both sides thereof). When the discharge capacity of the air battery cell 100 is increased and can be used even with a relatively small discharge capacity depending on the use of the air battery according to the present invention, one air battery cell 100 has one set. You may have only an electrode pair. On the other hand, when a very large discharge capacity is required depending on the use of the air battery according to the present invention, one air battery cell 100 may have three or more electrode pairs.

[負極110]
負極110は、空気電池セル100の燃料極として機能する電極であり、例えば、図3に示すように、負極集電体111と、負極活物質層112と、電極側負極端子113と、セル側負極端子114と、を主に有する。
[Negative electrode 110]
The negative electrode 110 is an electrode that functions as a fuel electrode of the air battery cell 100. For example, as shown in FIG. 3, the negative electrode current collector 111, the negative electrode active material layer 112, the electrode-side negative electrode terminal 113, and the cell side And a negative electrode terminal 114.

(負極集電体111)
負極集電体111は、導電性を有する略板状の部材であり、負極活物質を保持し、電流を負極活物質に供給する役割を有する。
(Negative electrode current collector 111)
The negative electrode current collector 111 is a substantially plate-like member having conductivity, and has a role of holding a negative electrode active material and supplying a current to the negative electrode active material.

〔材質〕
このような負極集電体111の材質としては、グラファイトを使用する。負極集電体111の材質としてグラファイトを使用することにより、燃料であるVBが酸化還元反応しても、負極集電体111自体が酸化還元反応しなくなるため、電池の内部抵抗が上昇することを抑制できる。また、負極活物質層112には、負極活物質の導電性を付与する導電助剤として導電性カーボン(例えば、カーボンブラックやグラフェン)が含まれている。負極集電体111としてグラファイトを使用し、負極活物質層112中の導電助剤として導電性カーボンを使用することで、負極集電体111と負極活物質層112との熱膨張率が同程度となるため、放電反応等により空気電池セル100内の温度が上昇した場合に、負極活物質層112を負極集電体111から剥離し難くすることができる。
[Material]
As the material of the negative electrode current collector 111, graphite is used. By using graphite as the material of the negative electrode current collector 111, the negative electrode current collector 111 itself no longer undergoes a redox reaction even when the fuel VB 2 undergoes a redox reaction, thereby increasing the internal resistance of the battery. Can be suppressed. The negative electrode active material layer 112 contains conductive carbon (for example, carbon black or graphene) as a conductive auxiliary agent that imparts conductivity to the negative electrode active material. By using graphite as the negative electrode current collector 111 and using conductive carbon as a conductive additive in the negative electrode active material layer 112, the negative electrode current collector 111 and the negative electrode active material layer 112 have the same thermal expansion coefficient. Therefore, when the temperature in the air battery cell 100 rises due to a discharge reaction or the like, the negative electrode active material layer 112 can be made difficult to peel from the negative electrode current collector 111.

〔形状〕
負極集電体111は、略板状の形状を有しているが、その表裏両面側に複数の溝部111aが設けられている。各溝部111aは、その長さ方向が負極集電体111の長手方向に直交する方向であり、その幅方向が負極集電体111の長手方向となるように設けられ、複数の溝部111aが、負極集電体111の長手方向に沿って並ぶように配置されている。また、各溝部111aが互いに離隔して配置されるように、隣り合う溝部111a間に隔壁111bが設けられている。この隔壁111bの幅(負極集電体111の長手方向の長さ)は、各溝部111aが物理的に離隔していれば特に制限されるものではない。また、溝部111aの側断面(図3のYZ平面に平行な面)の形状も特に制限されず、例えば、略矩形状、略三角形状、略多角形状、略円弧状等、任意の形状とすることができる。
〔shape〕
The negative electrode current collector 111 has a substantially plate shape, and a plurality of groove portions 111a are provided on both front and back surfaces. Each groove portion 111a is provided such that its length direction is perpendicular to the longitudinal direction of the negative electrode current collector 111, and its width direction is the longitudinal direction of the negative electrode current collector 111. The negative electrode current collector 111 is arranged along the longitudinal direction. In addition, a partition wall 111b is provided between adjacent groove portions 111a so that the groove portions 111a are spaced apart from each other. The width of the partition 111b (the length in the longitudinal direction of the negative electrode current collector 111) is not particularly limited as long as the grooves 111a are physically separated. Further, the shape of the side cross section of the groove 111a (a surface parallel to the YZ plane in FIG. 3) is not particularly limited, and may be any shape such as a substantially rectangular shape, a substantially triangular shape, a substantially polygonal shape, or a substantially arc shape. be able to.

(負極活物質層112)
負極活物質層112は、上述した負極集電体111の溝部111aに設けられ、空気電池セル100の放電の際の燃料となる負極活物質を含む層である。この負極活物質層112は、必須構成要素として、負極活物質である二ホウ化バナジウム(VB)と、導電助剤としての導電性カーボンと、集電体とを有する。ここで、本実施形態において、負極活物質(燃料)としてVBを用いているのは、VBは放電反応により11個の電子を発生させることから、エネルギー密度が高く(亜鉛空気電池の約5倍)、その結果、空気電池セル100の放電容量も増えるためである。理論的には、負極活物質としてVBを使用すると、VB 1kg当たり5000Ahの容量とすることが可能である。
(Negative electrode active material layer 112)
The negative electrode active material layer 112 is a layer that is provided in the groove 111 a of the negative electrode current collector 111 described above and includes a negative electrode active material that serves as a fuel when the air battery cell 100 is discharged. The negative electrode active material layer 112 includes, as essential components, vanadium diboride (VB 2 ) that is a negative electrode active material, conductive carbon as a conductive additive, and a current collector. In the present embodiment, what used VB 2 as the negative electrode active material (fuel) is approximately since VB 2 is for generating eleven electrons by discharge reaction, the energy density is high (the zinc-air battery As a result, the discharge capacity of the air battery cell 100 is also increased. Theoretically, when VB 2 is used as the negative electrode active material, a capacity of 5000 Ah per 1 kg of VB 2 can be obtained.

また、本実施形態では、負極集電体111の両面に負極活物質層112が設けられており、これに対応して、後述するように、正極130も負極110の両面側に設けられている。従って、より多くの酸素を正極130の燃料として使用でき、さらには、これにより、負極活物質としてのVBも効率良く反応させることができるため、放電効率を向上させることができる。なお、本発明に係る空気の電池の負極としては、負極活物質層を集電体の両面に有するもののみならず、片面のみに有するものであってもよい。 In this embodiment, the negative electrode active material layer 112 is provided on both surfaces of the negative electrode current collector 111, and the positive electrode 130 is also provided on both surfaces of the negative electrode 110 corresponding to this, as will be described later. . Therefore, more oxygen can be used as the fuel for the positive electrode 130, and further, VB 2 as the negative electrode active material can also be reacted efficiently, so that the discharge efficiency can be improved. Note that the negative electrode of the air battery according to the present invention may have not only the negative electrode active material layer on both sides of the current collector but also one side.

さらに、負極集電体111に負極活物質層112が設けられた構造ではなく、集電体材料としての導電性カーボンとVBと導電助剤としての導電性カーボンとを含有するスラリーを焼結させ、集電体と負極活物質層を一体化させたものを本発明に係る空気電池の負極として用いてもよい。この際、負極活物質であるVB、導電助剤及び集電体材料が、負極中に均一に分散していることが好ましい。均一分散していることにより、一部分に集中的にVBの放電反応が起こることによる内部抵抗の上昇等を抑制することができる。 Further, the negative electrode current collector 111 does not have a structure in which the negative electrode active material layer 112 is provided, but a slurry containing conductive carbon as a current collector material, VB 2 and conductive carbon as a conductive additive is sintered. The current collector and the negative electrode active material layer integrated may be used as the negative electrode of the air battery according to the present invention. At this time, it is preferable that VB 2 which is the negative electrode active material, the conductive additive and the current collector material are uniformly dispersed in the negative electrode. Due to the uniform dispersion, it is possible to suppress an increase in internal resistance or the like due to the intensive discharge reaction of VB 2 in part.

〔二ホウ化バナジウム〕
本実施形態に係る負極活物質層112に含まれるVBは、空気電池セル100の負極活物質(燃料)として用いられ、マイクロメートルオーダーの粒子径を有する粒子であってもよい。本実施形態では、上述した特許文献2に記載された電池のように、マイクロメートルオーダーの粒子径を有するVBをナノメートルオーダーの粒子径になるまで粉砕することなく、そのまま用いることができる。これは、本実施形態では、VBの導電性を補助する導電助剤として、導電性カーボン(特に、後述するような特定の形状及びサイズを有する第1導電材料及び第2導電材料)を用いていることから、VBの粒子径が大きくても、負極活物質層112(ひいては負極110全体として)が十分な導電性を有することができるためである。なお、このように十分な導電性を有することができる詳細な理由については後述する。
[Vanadium diboride]
VB 2 contained in the negative electrode active material layer 112 according to the present embodiment may be a particle that is used as a negative electrode active material (fuel) of the air battery cell 100 and has a particle size on the order of micrometers. In the present embodiment, as in the battery described in Patent Document 2 described above, VB 2 having a particle size on the micrometer order can be used as it is without being pulverized until it reaches a particle size on the nanometer order. In this embodiment, conductive carbon (particularly, a first conductive material and a second conductive material having a specific shape and size as described later) is used as a conductive auxiliary agent that assists the conductivity of VB 2. Therefore, even when the particle diameter of VB 2 is large, the negative electrode active material layer 112 (and thus the whole negative electrode 110) can have sufficient conductivity. In addition, the detailed reason which can have sufficient electroconductivity in this way is mentioned later.

本実施形態に係るVBの粒子径としては、具体的には、平均粒子径が0.5μm以上500μm以下である。平均粒子径が0.5μm未満であると、取扱いが困難となり、また、後述するようにVB粒子を金属で包摂する場合に包摂することが困難となるとともに、生産効率が悪いため好ましくない。一方、平均粒子径が500μmを超えると、比表面積が小さくなり放電反応に使用される反応サイトの面積が小さくなり、大電流放電が困難となるため好ましくない。また、実用上の観点から、VBの平均粒子径は、1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましい。一方、電池放電の観点から、VBの平均粒子径は、100μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましく、5μm以下であることが更に好ましい。 Specifically, as the particle diameter of VB 2 according to the present embodiment, the average particle diameter is 0.5 μm or more and 500 μm or less. When the average particle size is less than 0.5 μm, handling becomes difficult, and it becomes difficult to encapsulate VB 2 particles with metal as will be described later. On the other hand, when the average particle diameter exceeds 500 μm, the specific surface area becomes small, the area of the reaction site used for the discharge reaction becomes small, and large current discharge becomes difficult. From a practical viewpoint, the average particle size of VB 2 is preferably 1 μm or more, and more preferably 2 μm or more. On the other hand, from the viewpoint of battery discharge, the average particle size of VB 2 is preferably 100 μm or less, more preferably 10 μm or less, and even more preferably 5 μm or less.

なお、本実施形態におけるVBの平均粒子径としては、走査型電子顕微鏡により任意の100個の粒子を撮影し、撮影した写真を画像解析することで100個の粒子の粒子径を測定し、これらを平均した値を用いることとする。 In addition, as an average particle diameter of VB 2 in the present embodiment, 100 arbitrary particles are photographed with a scanning electron microscope, and the particle diameter of 100 particles is measured by image analysis of the photographed photographs. A value obtained by averaging these values will be used.

〔VB/金属複合体〕
ここで、本実施形態では、負極活物質として、上述したVB粒子の代わりに、水酸化物イオンと反応して電子を発生させるとともに前記反応により水酸化物となる金属でVB粒子を包摂したVB/金属複合体を用いてもよい。以下、図5を参照しながら、このVB/金属複合体について説明する。
[VB 2 / metal composite]
Here, in this embodiment, instead of the VB 2 particles described above, the negative electrode active material generates electrons by reacting with hydroxide ions and includes VB 2 particles with a metal that becomes hydroxide by the reaction. VB 2 / metal composites may be used. Hereinafter, this VB 2 / metal composite will be described with reference to FIG.

図5(a)に示すように、VB/金属複合体は、空気電池セル100の負極活物質(燃料)として用いることができ、上述したように、水酸化物イオンと反応して電子を発生させるとともに当該反応により水酸化物となる金属(包摂金属)でVB粒子が包摂されたものである。本実施形態では、図5(a)に示すように、VB粒子の表面をカーボンナノチューブ(CNT)等の導電性カーボンで包摂し、さらにその表面を亜鉛(Zn)等の包摂金属で包摂しているが、導電性カーボンは必ずしも使用しなくてもよい。 As shown in FIG. 5 (a), the VB 2 / metal composite can be used as the negative electrode active material (fuel) of the air battery cell 100, and reacts with hydroxide ions to generate electrons as described above. VB 2 particles are included by a metal (inclusion metal) that is generated and becomes a hydroxide by the reaction. In this embodiment, as shown in FIG. 5A, the surface of the VB 2 particles is included with conductive carbon such as carbon nanotubes (CNT), and the surface is included with an included metal such as zinc (Zn). However, it is not always necessary to use conductive carbon.

このような包摂金属としては、水酸化物イオンと反応して電子を発生させる(すなわち、本空気電池における負極活物質としての機能を有する)とともに、当該反応により水酸化物となる金属(すなわち、放電反応後に放電反応に対する活性が無い金属水酸化物となる)であれば特に制限されるものではない。本実施形態で使用可能な包摂金属の具体例としては、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、リチウム、ナトリウム、カルシウム及びこれらの合金等が挙げられ、これらは、単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。   As such an inclusion metal, it reacts with hydroxide ions to generate electrons (that is, has a function as a negative electrode active material in the present air battery), and a metal that becomes hydroxide by the reaction (that is, The metal hydroxide is not particularly limited as long as it becomes a metal hydroxide having no activity for the discharge reaction after the discharge reaction. Specific examples of inclusion metals that can be used in the present embodiment include zinc, aluminum, magnesium, lithium, sodium, calcium, and alloys thereof. These may be used alone or in combination of two or more. May be used.

以上のような包摂金属を用いることで、包摂金属自身の放電反応により電子が発生する分、負極活物質としてVBを単独で用いる場合よりも発生する電子の量が多くなることから、放電容量を更に高めることができる。また、包摂金属の放電反応により、図5(b)に示すように[Zn(OH)]2−等の金属水酸化物を生成するが、この金属水酸化物は、放電反応に対する活性が無いことから、このような反応不活性な物質によりVBの表面が覆われ、VBが保護されることから、VBの自己放電を防止することができる。さらに、VBの放電反応の結果、図5(b)に示すようにV及びBが生成されるが、これらの生成物が包摂金属の放電反応の触媒としての効果(以下、「内部触媒効果」と記載する。)も有することから、包摂金属の放電反応も促進することができる。 By using the inclusion metal as described above, since the amount of electrons generated by the discharge reaction of the inclusion metal itself is larger than when VB 2 is used alone as the negative electrode active material, the discharge capacity is increased. Can be further increased. In addition, as shown in FIG. 5 (b), a metal hydroxide such as [Zn (OH 4 )] 2− is generated by the discharge reaction of the inclusion metal, and this metal hydroxide has an activity for the discharge reaction. Therefore, the surface of VB 2 is covered with such a reaction-inactive substance, and VB 2 is protected, so that self-discharge of VB 2 can be prevented. Furthermore, as a result of the discharge reaction of VB 2 , V 2 O 5 and B 2 O 3 are generated as shown in FIG. 5B. These products are effective as a catalyst for the discharge reaction of the inclusion metal ( Hereinafter, it is also referred to as “internal catalytic effect.”), The discharge reaction of the inclusion metal can also be promoted.

ここで、VB/金属複合体が、導電性カーボンで包摂されたVB粒子を更に包摂金属で包摂したものであることが好適である。この導電性カーボンは、VB粒子表面の界面活性を高めてVB粒子表面への包摂金属の吸着を促進する機能を有する。すなわち、導電性カーボンがVB粒子と包摂金属との間に存在することで、包摂金属がVB粒子の表面に吸着しやすくなる。また、導電性カーボンは、VBの放電反応で発生した電子が包摂金属まで到達する際の経路としての役割も有する。すなわち、導電性カーボンがVB粒子と包摂金属との間に存在することで、VBの放電反応により発生した電子が、導電性カーボン及び包摂金属を通って、正極まで伝達され易くなる。 Here, it is preferable that the VB 2 / metal composite is obtained by further including VB 2 particles encapsulated with conductive carbon with an encapsulating metal. The conductive carbon has a function to increase the surface activity of VB 2 particle surface to facilitate the adsorption of inclusion metal to VB 2 particle surface. That is, since the conductive carbon exists between the VB 2 particles and the inclusion metal, the inclusion metal is easily adsorbed on the surface of the VB 2 particles. Conductive carbon also has a role as a path when electrons generated by the discharge reaction of VB 2 reach the inclusion metal. That is, when conductive carbon exists between the VB 2 particles and the inclusion metal, electrons generated by the discharge reaction of VB 2 are easily transmitted to the positive electrode through the conductive carbon and the inclusion metal.

以上のような役割を有するVBを包摂する導電性カーボンとしては、例えば、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、グラフェン等のナノサイズの導電性カーボンや、グラファイト、炭素繊維、黒鉛及び活性炭等が挙げられ、これらを単独又は2種以上を組み合わせて使用することができる。これらの導電性カーボンのうち、ナノサイズの導電性カーボンが好適であり、更に、比表面積が大きくVB粒子の表面を密に覆うことができるとともに、導電性に優れるという点で、カーボンナノチューブを使用することが特に好適である。 Examples of the conductive carbon including VB 2 having the above role include nano-sized conductive carbon such as carbon nanotube, carbon black, graphene, graphite, carbon fiber, graphite, activated carbon, and the like. These can be used individually or in combination of 2 or more types. Among these conductive carbons, nano-sized conductive carbon is suitable, and furthermore, the specific surface area is large and the surface of the VB 2 particles can be covered densely, and the carbon nanotubes are excellent in conductivity. It is particularly preferred to use it.

また、本実施形態に係るVB/金属複合体は、マイクロメートルオーダーの粒子径を有する粒子であることが好適である。本実施形態では、上述した特許文献2に記載された電池のように、マイクロメートルオーダーの粒子径を有するVB粒子をナノメートルオーダーの粒子径になるまで粉砕することなく、そのまま用いることができる。これは、本実施形態では、VBの導電性を補助する導電助剤として導電性カーボンを用いていることから、VBの粒子径が大きくても、負極活物質層112(ひいては負極110全体として)が十分な導電性を有することができるためである。なお、このように十分な導電性を有することができる詳細な理由については後述する。 In addition, the VB 2 / metal composite according to this embodiment is preferably a particle having a particle diameter on the order of micrometers. In the present embodiment, as in the battery described in Patent Document 2 described above, VB 2 particles having a particle size on the micrometer order can be used as they are without being pulverized until reaching a particle size on the nanometer order. . This is, in the present embodiment, since it is a conductive carbon as a conductive additive to aid the conductivity of VB 2, be larger particle size of VB 2 is the entire negative electrode active material layer 112 (and thus the negative electrode 110 As) can have sufficient conductivity. In addition, the detailed reason which can have sufficient electroconductivity in this way is mentioned later.

本実施形態に係るVB/金属複合体の粒子径としては、具体的には、平均粒子径が30μm以上800μm以下であることが好ましい。平均粒子径が30μm未満であると、複合体の製造が困難となるため好ましくない。一方、平均粒子径が800μmを超えると、大電流放電が困難となるため好ましくない。また、放電特性の観点から、VB/金属複合体の平均粒子径は、50μm以上であることが好ましく、100μm以上であることがより好ましい。一方、製造コストお帯電池の放電特性の観点から、VB/金属複合体の平均粒子径は、700μm以下であることが好ましく、500μm以下であることがより好ましい。 Specifically, the particle diameter of the VB 2 / metal composite according to this embodiment is preferably an average particle diameter of 30 μm or more and 800 μm or less. If the average particle size is less than 30 μm, it is not preferable because it is difficult to produce the composite. On the other hand, when the average particle diameter exceeds 800 μm, it is not preferable because large current discharge becomes difficult. From the viewpoint of discharge characteristics, the average particle size of the VB 2 / metal composite is preferably 50 μm or more, and more preferably 100 μm or more. On the other hand, the average particle diameter of the VB 2 / metal composite is preferably 700 μm or less, and more preferably 500 μm or less from the viewpoint of the discharge characteristics of the production cost battery.

この場合に、包摂金属に包摂されるVB粒子の平均粒子径は、上述した負極活物質としてVB粒子単独で用いる場合と同様である。なお、本実施形態におけるVB/金属複合体の平均粒子径の測定法は、VB粒子と同様である。 In this case, the average particle diameter of VB 2 particles subsumed subsumption metal is the same as that used in VB 2 particles alone as a negative electrode active material described above. The measurement method of the average particle diameter of the VB 2 / metal complex in the present embodiment is the same as VB 2 particles.

〔第1及び第2導電材料〕
本実施形態に係る負極活物質層112に含まれるナノメートルオーダーの粒子径を有するVB粒子は、それ自体の導電性が低く、このような粒子を固めて使用すると内部抵抗が大きくなってしまうため、空気電池セル100の性能が低下してしまう。そこで、本実施形態では、負極活物質層112中に、負極活物質として用いるVB粒子の導電性を補助して内部抵抗を小さくするために、導電助剤として、所定の導電性カーボン(例えば、第1導電材料及び第2導電材料)が含まれている。すなわち、導電助剤である第1導電材料及び第2導電材料は、VBの放電反応により発生した電子を集電体に伝導し易くするという役割を有する。
[First and second conductive materials]
The VB 2 particles having a particle size of nanometer order included in the negative electrode active material layer 112 according to the present embodiment have low conductivity, and the internal resistance increases when such particles are solidified and used. Therefore, the performance of the air battery cell 100 is deteriorated. Therefore, in this embodiment, in order to reduce the internal resistance by assisting the conductivity of the VB 2 particles used as the negative electrode active material in the negative electrode active material layer 112, a predetermined conductive carbon (for example, , First conductive material and second conductive material). That is, the first conductive material and the second conductive material, which are conductive assistants, have a role of facilitating the conduction of electrons generated by the VB 2 discharge reaction to the current collector.

ここで、図6を参照しながら、負極活物質層112中におけるVB粒子、第1導電材料及び第2導電材料の存在形態について説明する。図6に示すように、第2導電材料は、隣接又は近接する複数のVB粒子(以下、「VB」又は「VB粒子」と記載した場合、明らかに不適切な場合を除き、それぞれ「VB/金属複合体」又は「VB/金属複合体粒子」も含むものとする。)間を橋架けして、複数のVB粒子間の電荷移動を促進する役割を有する。また、第1導電材料は、第2導電材料により橋架けされたVB粒子の間やその周囲の空間を埋めるように存在し、VB粒子間又はVB粒子と第2導電材料との間の電荷移動を促進する役割を有する。この詳細な機構は明らかではないが、本発明者らは、第1導電材料を(必要に応じて第2導電材料も併せて)VBとともに用いることで、VBの放電反応により発生した電子が流れるネットワークやチャンネルのようなものが形成されるため、電子移動が促進されるものと推測している。このように、第1導電材料及び第2導電材料は、負極活物質としてのVBの導電性を補助する導電助剤としての役割を有している。なお、第1導電材料及び第2導電材料は、後述するバインダの働きを補助する、すなわち、VB粒子同士の結着を助ける役割も有する。 Here, the presence forms of the VB 2 particles, the first conductive material, and the second conductive material in the negative electrode active material layer 112 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the second conductive material is composed of a plurality of adjacent or adjacent VB 2 particles (hereinafter referred to as “VB 2 ” or “VB 2 particles”), respectively, except when clearly inappropriate. “VB 2 / metal composite” or “VB 2 / metal composite particle” is also included.) And has a role of promoting charge transfer between a plurality of VB 2 particles. The first conductive material is present so as to fill the space between the VB 2 particles bridged by the second conductive material and the surrounding space, and between the VB 2 particles or between the VB 2 particles and the second conductive material. It has a role of promoting charge transfer. Although this detailed mechanism is not clear, the present inventors use the first conductive material (and optionally the second conductive material) together with VB 2 , so that the electrons generated by the discharge reaction of VB 2 It is speculated that the movement of electrons will be promoted because a network or channel will flow through. Thus, the first conductive material and the second conductive material have a role as a conductive auxiliary agent that assists the conductivity of VB 2 as the negative electrode active material. Note that the first conductive material and the second conductive material also have a role of assisting the function of a binder described later, that is, helping the binding between the VB 2 particles.

このように、第2導電材料は、主に、隣接又は近接する複数のVB粒子間を橋架けする役割を有することから、隣接又は近接する少なくとも2つのVB粒子に届くように、VB粒子の半径の2倍以上、すなわち、VB粒子の平均粒子径以上の平均長さを有することが必要である。ここでの第2導電材料の「平均長さ」とは、第2導電材料(粒子)の長さ、幅、高さ、直径(楕円であれば長径)等を含む一次元的な長さを第1導電材料の粒子数で除した数平均長さを表している。本実施形態では、第2導電材料(粒子)の長さ、幅、高さ、直径(楕円であれば長径)等のうち、少なくとも最大の長さを示すパラメータの数平均値が、VB粒子の平均粒子径以上であればよい。より確実にVB粒子間を橋架けするためには、第2導電材料の平均長さは、VB粒子の平均粒子径の1.5倍以上であることが好ましく、2倍以上であることがより好ましい。一方、第2導電材料が大き過ぎると、VB粒子や第1導電材料との結着力が低下することから、第2導電材料の平均長さは、VB粒子の平均粒子径の50倍以下であることが好ましい。なお、第2導電材料の平均長さとしては、走査型電子顕微鏡により任意の100個の粒子を撮影し、撮影した写真を画像解析することで100個の粒子の粒子径を測定し、これらを平均した値を用いることとする。 Thus, the second conductive material mainly between multiple VB 2 particles adjacent to or close since it has the role of bridging, to reach at least two VB 2 particles adjacent to or in close proximity, VB 2 It is necessary to have an average length not less than twice the radius of the particles, that is, not less than the average particle diameter of the VB 2 particles. Here, the “average length” of the second conductive material means a one-dimensional length including the length, width, height, diameter (long diameter in the case of an ellipse), etc. of the second conductive material (particles). The number average length divided by the number of particles of the first conductive material is represented. In the present embodiment, the number average value of parameters indicating at least the maximum length among the length, width, height, diameter (long diameter if elliptical) of the second conductive material (particle) is VB 2 particles It suffices if it is equal to or larger than the average particle diameter. In order to more reliably bridge the VB 2 particles, the average length of the second conductive material is preferably 1.5 times or more the average particle diameter of the VB 2 particles, preferably 2 times or more. Is more preferable. On the other hand, if the second conductive material is too large, the binding force with the VB 2 particles and the first conductive material is reduced, so the average length of the second conductive material is 50 times or less the average particle diameter of the VB 2 particles. It is preferable that In addition, as an average length of the second conductive material, an arbitrary 100 particles are photographed with a scanning electron microscope, and the particle size of the 100 particles is measured by image analysis of the photographed images. The average value is used.

第2導電材料としても使用可能な物質としては、導電性カーボンを用いるが、このような導電性カーボンとしては、例えば、カーボンブラック(ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック等)、グラフェン、グラファイト、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等を単独で又は2種以上組み合わせて用いることができる。これらのうち、VB粒子の橋架けをするのに適した形状であることから、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等のアスペクト比の大きな粒子を用いることが特に好ましい。 As a substance that can also be used as the second conductive material, conductive carbon is used. Examples of such conductive carbon include carbon black (furnace black, channel black, acetylene black, thermal black, etc.), graphene, Graphite, carbon nanotube, carbon nanohorn, etc. can be used alone or in combination of two or more. Among these, it is particularly preferable to use particles having a large aspect ratio, such as graphene, carbon nanotubes, and carbon nanohorns, because they have a shape suitable for bridging VB 2 particles.

また、第1導電材料は、主に、第2導電材料により橋架けされたVB粒子の間やその周囲の空間を埋める役割を有することから、VB粒子の間に入り込めるように、VB粒子の平均粒子径未満の平均粒子径を有することが必要である。第1導電材料とVB粒子との結着力を高めるためには、第1導電材料の粒子径が小さい方がよく、具体的には、平均粒子径が3μm以下であることが好ましく、1μm以下であることがより好ましい。一方、第1導電材料の粒子径が小さ過ぎると、負極活物質層112の形成時の作業性が低下することから、平均粒子径が0.02μm以上であることが好ましく、0.05μm以上であることがより好ましい。なお、第1導電材料の平均粒子径としては、走査型電子顕微鏡により任意の100個の粒子を撮影し、撮影した写真を画像解析することで100個の粒子の粒子径を測定し、これらを平均した値を用いることとする。 The first conductive material is mainly because it has a role to fill the space around and between the bridged with VB 2 particles by the second conductive material, such Hairikomeru between VB 2 particles, VB 2 It is necessary to have an average particle size that is less than the average particle size of the particles. In order to increase the binding force between the first conductive material and the VB 2 particles, it is better that the particle diameter of the first conductive material is small. Specifically, the average particle diameter is preferably 3 μm or less, and preferably 1 μm or less. It is more preferable that On the other hand, if the particle diameter of the first conductive material is too small, the workability during formation of the negative electrode active material layer 112 is reduced, so the average particle diameter is preferably 0.02 μm or more, and 0.05 μm or more. More preferably. In addition, as an average particle diameter of the first conductive material, an arbitrary 100 particles are photographed with a scanning electron microscope, and the particle diameter of the 100 particles is measured by image analysis of the photographed photographs. The average value is used.

第1導電材料としても使用可能な物質としては、第2導電材料と同様に、導電性カーボンを用いるが、このような導電性カーボンとしては、例えば、カーボンブラック(ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック等)、グラフェン、グラファイト、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等を単独で又は2種以上組み合わせて用いることができる。これらのうち、第2導電材料により橋架けされたVB粒子の間やその周囲の空間を埋めるのに適した形状であることから、カーボンブラック等のアスペクト比が1に近い(球形に近い)粒子を用いることが特に好ましい。また、カーボンブラックの中でも、導電性が特に高いことから、アセチレンブラックを用いることが好適である。 As the substance that can be used as the first conductive material, conductive carbon is used as in the second conductive material. Examples of such conductive carbon include carbon black (furnace black, channel black, acetylene black). , Thermal black, etc.), graphene, graphite, carbon nanotube, carbon nanohorn and the like can be used alone or in combination of two or more. Among these, since the shape is suitable for filling the space between and around the VB 2 particles bridged by the second conductive material, the aspect ratio of carbon black or the like is close to 1 (close to a sphere). It is particularly preferred to use particles. Among carbon blacks, acetylene black is preferably used because of its particularly high conductivity.

また、本実施形態では、第1導電材料及び第2導電材料として導電性カーボンを用い、且つ、上述した負極集電体111の材料としてグラファイト等の導電性カーボンを用いており、上述したように、負極集電体111と負極活物質層112に共にカーボンが含まれることから、両者の熱膨張率が同程度となるため、放電反応等により空気電池セル100内の温度が上昇した場合にも、負極集電体111と負極活物質層112との間に隙間が生ずることを抑制したり、負極活物質層112を負極集電体111から剥離し難くしたりすることができる。   In the present embodiment, conductive carbon is used as the first conductive material and the second conductive material, and conductive carbon such as graphite is used as the material of the negative electrode current collector 111 described above. Since both the negative electrode current collector 111 and the negative electrode active material layer 112 contain carbon, both have the same thermal expansion coefficient, so even when the temperature in the air battery cell 100 rises due to a discharge reaction or the like. In addition, it is possible to suppress the formation of a gap between the negative electrode current collector 111 and the negative electrode active material layer 112, or to make it difficult to peel the negative electrode active material layer 112 from the negative electrode current collector 111.

なお、第1導電材料と第2導電材料は必ずしも両方とも含まれていないと、導電性向上の効果が得られないわけではなく、少なくとも第1導電材料が含まれていれば、導電性の向上効果が得られる。   Note that if both the first conductive material and the second conductive material are not necessarily included, the effect of improving the conductivity cannot be obtained. If at least the first conductive material is included, the conductivity is improved. An effect is obtained.

〔バインダ〕
負極活物質層112には、上述したVB、導電助剤(例えば、第1導電材料及び第2導電材料)を結着させるためのバインダも含まれている。このバインダの種類は、特に限定されるものではなく、活物質層の製造に用いられる公知のバインダを用いることができる。本実施形態に係るバインダとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリビニルピロリドン(PVP)等を用いることができる。電解質として、例えば、KOH等の水溶液を用いる場合には、バインダとしては、水溶性の材料や耐アルカリ性の低い材料を使用しないことが好ましい。
[Binder]
The negative electrode active material layer 112 also includes a binder for binding the above-described VB 2 and a conductive additive (for example, the first conductive material and the second conductive material). The kind of this binder is not specifically limited, The well-known binder used for manufacture of an active material layer can be used. As the binder according to the present embodiment, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylpyrrolidone (PVP), or the like can be used. For example, when an aqueous solution such as KOH is used as the electrolyte, it is preferable not to use a water-soluble material or a material with low alkali resistance as the binder.

〔その他の成分〕
負極活物質層112には、その他、空気電池、燃料電池、その他の二次電池の負極材料として使用可能な公知の成分を含めることができる。
[Other ingredients]
In addition, the negative electrode active material layer 112 can contain known components that can be used as negative electrode materials for air batteries, fuel cells, and other secondary batteries.

〔各粒子の分散状態〕
本実施形態では、VB粒子、導電助剤(例えば、第1導電材料及び第2導電材料)が均一に分散されていることが好ましい。これにより、VB粒子と導電助剤との接触点が多くなることから、電子移動を促進する効果が高くなり、導電性を高くすることができる。なお、均一分散状態を得るためにはビーズミル、ボールミール、超音波等の撹拌機能を持つ機械を用いて、VB/金属複合体粒子、第1導電材料及び第2導電材料を含むスラリーの分散処理をすることが望ましい。
[Dispersed state of each particle]
In this embodiment, it is preferable that the VB 2 particles and the conductive assistant (for example, the first conductive material and the second conductive material) are uniformly dispersed. Accordingly, since the contact points between VB 2 particles and the conductive auxiliary agent is increased, the effect of promoting electron transfer increases, thereby increasing the conductivity. In order to obtain a uniformly dispersed state, a slurry containing VB 2 / metal composite particles, the first conductive material, and the second conductive material is dispersed using a machine having a stirring function such as a bead mill, a ball meal, or an ultrasonic wave. It is desirable to process.

〔各成分の含有量〕
負極活物質層112における第1導電材料の含有量は、VB100質量部に対して0.5質量部以上50質量部以下であることが好ましい。第1導電材料の含有量が0.5質量部未満であると、電子移動を促進させる効果が不足し、十分な導電性が得られない結果、空気電池セル100の放電容量が不十分となってしまう恐れがある。第1導電材料の含有量が50質量部を超えると、導電助剤の分散性が悪くなったり、バインダによるVBと導電助剤との結着力が低下したりするため、やはり十分な導電性が得られない結果、空気電池セル100の放電容量が不十分となってしまう恐れがある。また、VBを十分に含めることができないため、エネルギー密度が低下する結果、空気電池セル100の放電容量が不十分となってしまう恐れがある。より好適には、負極活物質層112における第1導電材料の含有量は、VB100質量部に対して3質量部以上15質量部以下であるか、あるいは、負極活物質層112における第1導電材料の含有率が3〜15質量%である。
[Content of each component]
The content of the first conductive material in the negative electrode active material layer 112 is preferably 0.5 parts by mass or more and 50 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of VB 2 . If the content of the first conductive material is less than 0.5 parts by mass, the effect of promoting electron transfer is insufficient, and sufficient conductivity cannot be obtained. As a result, the discharge capacity of the air battery cell 100 becomes insufficient. There is a risk that. When the content of the first conductive material exceeds 50 parts by mass, the dispersibility of the conductive auxiliary agent is deteriorated, or the binding force between VB 2 and the conductive auxiliary agent due to the binder is reduced, so that sufficient electric conductivity is also obtained. As a result, the discharge capacity of the air battery cell 100 may be insufficient. Moreover, since VB 2 cannot be included sufficiently, there is a risk that the discharge capacity of the air battery cell 100 becomes insufficient as a result of a decrease in energy density. More preferably, the content of the first conductive material in the negative electrode active material layer 112 is 3 parts by mass or more and 15 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of VB 2 , or the first conductive material in the negative electrode active material layer 112. The content rate of a conductive material is 3-15 mass%.

負極活物質層112に第2導電材料を含む場合、当該第2導電材料の含有量は、VB100質量部に対して0.1質量部以上30質量部以下であることが好ましく、0.1質量部以上10質量部以下であることがより好ましい。第2導電材料の含有量が0.1質量部未満であると、電子移動を促進させる効果が不足し、十分な導電性が得られない結果、空気電池セル100の放電容量が不十分となってしまう恐れがある。第2導電材料の含有量が50質量部を超えると、導電助剤の分散性が悪くなったり、バインダによるVBと導電助剤との結着力が低下したりするため、やはり十分な導電性が得られない結果、空気電池セル100の放電容量が不十分となってしまう恐れがある。また、VBを十分に含めることができないため、エネルギー密度が低下する結果、空気電池セル100の放電容量が不十分となってしまう恐れがある。より好適には、負極活物質層112における第2導電材料の含有量は、VB100質量部に対して0.2質量部以上5質量部以下であるか、あるいは、負極活物質層112における第2導電材料の含有率が0.2〜5質量%である。 When the negative electrode active material layer 112 includes the second conductive material, the content of the second conductive material is preferably 0.1 parts by mass or more and 30 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of VB 2 . More preferably, it is 1 part by mass or more and 10 parts by mass or less. If the content of the second conductive material is less than 0.1 parts by mass, the effect of promoting electron transfer is insufficient, and sufficient conductivity cannot be obtained. As a result, the discharge capacity of the air battery cell 100 becomes insufficient. There is a risk that. When the content of the second conductive material exceeds 50 parts by mass, the dispersibility of the conductive auxiliary agent is deteriorated, or the binding force between the VB 2 and the conductive auxiliary agent by the binder is lowered. As a result, the discharge capacity of the air battery cell 100 may be insufficient. Moreover, since VB 2 cannot be included sufficiently, there is a risk that the discharge capacity of the air battery cell 100 becomes insufficient as a result of a decrease in energy density. More preferably, the content of the second conductive material in the negative electrode active material layer 112 is 0.2 parts by mass or more and 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of VB 2 , or in the negative electrode active material layer 112. The content rate of a 2nd electrically-conductive material is 0.2-5 mass%.

また、負極活物質層112が第1導電材料と第2導電材料の両方を含む場合、第1導電材料と第2導電材料との質量比(第1導電材料の質量/第2導電材料の質量)が、3以上50以下であることが好ましく、5以上20以下であることがより好ましい。上記質量比が3未満であると、長繊維導電助剤のネットワークが十分に形成できないため好ましくなく、50超としても、導電性は変わらないため経済性の観点から好ましくない。   In the case where the negative electrode active material layer 112 includes both the first conductive material and the second conductive material, the mass ratio between the first conductive material and the second conductive material (the mass of the first conductive material / the mass of the second conductive material). ) Is preferably 3 or more and 50 or less, and more preferably 5 or more and 20 or less. If the mass ratio is less than 3, it is not preferable because a network of long-fiber conductive assistants cannot be sufficiently formed, and even if it exceeds 50, the conductivity does not change, which is not preferable from the viewpoint of economy.

また、負極活物質層112におけるバインダの含有量は、VB及び導電助剤の含有量に応じて適宜決めればよく、例えば、バインダがVB及び導電助剤以外の残部(負極活物質層112におけるVB、導電助剤及びバインダの合計の含有量が100質量%)となるようにすればよい。 Further, the content of the binder in the negative electrode active material layer 112 may be appropriately determined according to the content of VB 2 and the conductive auxiliary. For example, the binder is the remainder other than VB 2 and the conductive auxiliary (the negative electrode active material layer 112. In this case, the total content of VB 2 , conductive additive and binder may be 100% by mass).

(電極側負極端子113、セル側負極端子114)
負極110は、上述した負極集電体111及び負極活物質層112に加えて、更に、電極側負極端子113及びセル側負極端子114を有する。電極側負極端子113は、負極集電体111に取り付けられた本体部113aと、本体部113aに連設された端子部113bとからなる。本体部113aは、略矩形板状の形状を有し、その一側の辺部がネジ115等により負極集電体111に固定されている。また、本体部113aの集電部111に固定された辺とは別の辺部から突出するように、細長い板状の端子部113bが連設されている。この端子部113bは、セル側負極端子114と端子支持部材116を介して電気的に接続されている。
(Electrode side negative terminal 113, Cell side negative terminal 114)
In addition to the negative electrode current collector 111 and the negative electrode active material layer 112 described above, the negative electrode 110 further includes an electrode-side negative electrode terminal 113 and a cell-side negative electrode terminal 114. The electrode-side negative electrode terminal 113 includes a main body portion 113a attached to the negative electrode current collector 111 and a terminal portion 113b connected to the main body portion 113a. The main body portion 113a has a substantially rectangular plate shape, and a side portion on one side thereof is fixed to the negative electrode current collector 111 with a screw 115 or the like. In addition, an elongated plate-like terminal portion 113b is continuously provided so as to protrude from a side portion different from the side fixed to the current collecting portion 111 of the main body portion 113a. The terminal portion 113b is electrically connected to the cell-side negative electrode terminal 114 via the terminal support member 116.

セル側負極端子114は、端子受け部114aと、端子部114bとからなる。端子受け部114aには、端子支持部材116が固定される。端子支持部材116は、上面側に切れ込み116aが形成されており、端子受け部114aに固定された端子支持部材116の切れ込み116aに電極側負極端子113の端子部113bが嵌め込まれる。このとき、電極側負極端子113、セル側負極端子114、端子支持部材116の全てが金属等の導電性の材質であるため、電極側負極端子113とセル側負極端子114とが電気的に接続される。   The cell-side negative electrode terminal 114 includes a terminal receiving portion 114a and a terminal portion 114b. A terminal support member 116 is fixed to the terminal receiving portion 114a. The terminal support member 116 has a notch 116a formed on the upper surface side, and the terminal portion 113b of the electrode-side negative terminal 113 is fitted into the notch 116a of the terminal support member 116 fixed to the terminal receiving portion 114a. At this time, since the electrode-side negative terminal 113, the cell-side negative terminal 114, and the terminal support member 116 are all made of a conductive material such as metal, the electrode-side negative terminal 113 and the cell-side negative terminal 114 are electrically connected. Is done.

また、セル側負極端子114の端子部114bは、筐体フレーム102の一辺に設けられた貫通孔102cに挿入され、ワッシャーやナット等(ともに図示せず。)により筐体フレーム102に固定される。   The terminal portion 114b of the cell-side negative electrode terminal 114 is inserted into a through hole 102c provided on one side of the housing frame 102, and is fixed to the housing frame 102 by a washer, a nut, or the like (both not shown). .

なお、本実施形態では、電極側負極端子113とセル側負極端子114とを確実に電気的に接続するために、電極側負極端子113の端子部113bの厚みと略同一の幅の切れ込み116aを有する端子支持部材116を用いているが、上記確実な電気的接続が可能であれば、端子支持部材116を用いなくてもよい。   In this embodiment, in order to reliably connect the electrode-side negative terminal 113 and the cell-side negative terminal 114, a notch 116a having a width substantially the same as the thickness of the terminal portion 113b of the electrode-side negative terminal 113 is formed. Although the terminal support member 116 is used, the terminal support member 116 may not be used if the above-described reliable electrical connection is possible.

(負極120)
ここで、本実施形態に係る負極としては、上述した複数の溝部111aが形成された負極集電体111を有する負極110のような構成だけでなく、例えば、図6に示すような、複数の凹部121aが碁盤目状に配置された集電体121を有する負極120のような構成であってもよい。なお、図6では、集電体121の形状をわかりやすくするため、負極活物質層の図示が省略されている。本変更例に係る負極120における負極活物質層は、各凹部121a内に設ければよい。
(Negative electrode 120)
Here, the negative electrode according to the present embodiment includes not only the configuration of the negative electrode 110 having the negative electrode current collector 111 in which the plurality of groove portions 111a described above are formed, but also a plurality of, for example, as shown in FIG. A configuration like the negative electrode 120 having the current collector 121 in which the recesses 121a are arranged in a grid pattern may be used. In FIG. 6, the negative electrode active material layer is not shown for easy understanding of the shape of the current collector 121. What is necessary is just to provide the negative electrode active material layer in the negative electrode 120 which concerns on this example in each recessed part 121a.

この負極120は、2枚の略矩形板状の集電体121A、121B(以下、集電体121A、121Bをまとめて「集電体121」と記載する場合もある。)で、スペーサ122を挟持する(サンドイッチする)構造を有している。このような構成とすることで、集電体121の片面のみに凹部121aを形成すればよいので、負極120(特に、集電体121)の加工が容易となる。   The negative electrode 120 includes two current collectors 121A and 121B having a substantially rectangular plate shape (hereinafter, the current collectors 121A and 121B may be collectively referred to as “current collector 121”), and the spacer 122 is provided. It has a sandwiching structure. With such a configuration, it is only necessary to form the recess 121a only on one surface of the current collector 121, and thus the negative electrode 120 (particularly, the current collector 121) can be easily processed.

〔集電体121〕
集電体121の材質は上述した負極集電体111と同様であるので、集電体121の形状について説明する。集電体121のその一方の面に複数の凹部121aが設けられている。各凹部121aは、集電体121の表面に碁盤目状に設けられ、複数の凹部121aが、集電体121の長手方向及び幅方向に沿って並ぶように配置されている。また、各凹部121aが互いに離隔して配置されるように、隣り合う凹部121a間に隔壁121bが設けられている。上述した負極110においては、隔壁111bは、各溝部111aの互いに向かい合う二辺に沿って設けられていたが、負極120における隔壁121bは、略矩形状の凹部121aの四辺を囲うように設けられている。また、この隔壁121bの幅は、各凹部121aが物理的に離隔していれば特に制限されるものではない。
[Current collector 121]
Since the material of the current collector 121 is the same as that of the negative electrode current collector 111 described above, the shape of the current collector 121 will be described. A plurality of recesses 121 a are provided on one surface of the current collector 121. Each recess 121 a is provided in a grid pattern on the surface of the current collector 121, and the plurality of recesses 121 a are arranged along the longitudinal direction and the width direction of the current collector 121. Moreover, the partition 121b is provided between the adjacent recessed parts 121a so that each recessed part 121a may be arrange | positioned mutually spaced apart. In the negative electrode 110 described above, the partition walls 111b are provided along two opposite sides of each groove 111a. However, the partition walls 121b in the negative electrode 120 are provided so as to surround the four sides of the substantially rectangular recess 121a. Yes. Further, the width of the partition wall 121b is not particularly limited as long as the concave portions 121a are physically separated.

〔スペーサ122〕
スペーサ122は、2枚の集電体121に挟持された略矩形状の部材である。スペーサ122の材料としては、負極活物質であるVBの放電反応により発生した電子を正極130まで伝達するため、金属や導電性カーボン等の導電性材料が用いられる。また、スペーサ122の一の頂点部には、セル側負極端子114に接続される電極側負極端子123が連設されている。電極側負極端子123は、スペーサ122と同じか又は異なる導電性材料で形成され、電極側負極端子113とほぼ同様の形状を有し、端子支持部材116の切れ込み116aに嵌め込まれる。
[Spacer 122]
The spacer 122 is a substantially rectangular member sandwiched between two current collectors 121. As a material of the spacer 122, a conductive material such as metal or conductive carbon is used in order to transmit electrons generated by the discharge reaction of VB 2 as a negative electrode active material to the positive electrode 130. In addition, an electrode-side negative terminal 123 connected to the cell-side negative terminal 114 is connected to one vertex of the spacer 122. The electrode-side negative terminal 123 is formed of the same or different conductive material as the spacer 122, has substantially the same shape as the electrode-side negative terminal 113, and is fitted into the notch 116a of the terminal support member 116.

(放電領域)
本実施形態に係る負極110では、VB、導電助剤を含む負極活物質層112が、本実施形態に係る放電領域となっている。この場合、負極活物質層112が設けられた複数の溝部111aが、互いに分離した複数の放電セルとして機能しており、隔壁111bが、隣接する放電セル間に設けられる隔壁として機能している。このように、隣接する放電セル間に設けられた隔壁により、放電領域(負極活物質層112)が互いに(物理的に)離隔した状態で複数に分割されている。すなわち、各放電セル内に、放電領域として、VB、導電助剤を含む負極活物質層112が設けられている。また、本実施形態の変更例に係る負極120においても同様に、VB、導電助剤を含む負極活物質層(図示せず。)が、本実施形態に係る放電領域となっている。この場合は、負極活物質層が設けられた複数の凹部121aが、互いに分離した複数の放電セルとして機能しており、隔壁121bが、隣接する放電セル間に設けられる隔壁として機能している。このように、変更例に係る負極120においても、隣接する放電セル間に設けられた隔壁により、放電領域(負極活物質層)が互いに(物理的に)離隔した状態で複数に分割されている。なお、放電領域の個数は、集電体(本実施形態では、負極集電体111、121)全体の面積(表面又は裏面の面積)により適宜調整すればよい。
(Discharge area)
In the negative electrode 110 according to the present embodiment, the negative electrode active material layer 112 containing VB 2 and a conductive additive serves as a discharge region according to the present embodiment. In this case, the plurality of grooves 111a provided with the negative electrode active material layer 112 function as a plurality of discharge cells separated from each other, and the partition 111b functions as a partition provided between adjacent discharge cells. As described above, the discharge region (the negative electrode active material layer 112) is divided into a plurality of (physically) separated states by the barrier ribs provided between adjacent discharge cells. That is, a negative electrode active material layer 112 containing VB 2 and a conductive additive is provided as a discharge region in each discharge cell. Similarly, in the negative electrode 120 according to the modified example of the present embodiment, a negative electrode active material layer (not shown) containing VB 2 and a conductive additive is a discharge region according to the present embodiment. In this case, the plurality of recesses 121a provided with the negative electrode active material layer function as a plurality of discharge cells separated from each other, and the partition 121b functions as a partition provided between adjacent discharge cells. Thus, also in the negative electrode 120 according to the modified example, the discharge region (negative electrode active material layer) is divided into a plurality of (physically) separated states by the partition provided between adjacent discharge cells. . Note that the number of discharge regions may be adjusted as appropriate according to the entire area of the current collector (in this embodiment, the negative electrode current collectors 111 and 121) (the area of the front surface or the back surface).

ここで、一般的な集電体としては、平坦面を有する板状のものか、網(格子)状のものが使用されている。しかし、平坦面を有する板状の場合、平坦面の一部分が電解液等により腐食したり、集電体に活物質が均一に塗布されていなかった場合には、内部の局部放電が発生するため、放電効率が低下してしまう、という問題があった。また、網状の場合には、負極活物質(例えば、亜鉛等)の反応による体積膨張等により網の隙間から負極活物質が飛び出したり、網の一部分が腐食してしまった場合に網状の集電体から負極活物質が剥離してしまったりする結果、放電効率が低下する、という問題があった。   Here, as a general current collector, a plate-like one having a flat surface or a net (lattice) -like one is used. However, in the case of a plate having a flat surface, if a part of the flat surface is corroded by an electrolytic solution or the active material is not uniformly applied to the current collector, an internal local discharge occurs. There is a problem that the discharge efficiency is lowered. In the case of a net-like structure, a net-like current collector is collected when the negative electrode active material jumps out of the mesh gap due to volume expansion due to the reaction of the negative electrode active material (for example, zinc) or a part of the net is corroded. As a result of the negative electrode active material peeling off from the body, there is a problem that the discharge efficiency is lowered.

そこで、上記のような問題を抑制するために、本実施形態に係る負極110及びその変更例に係る負極120は、上述したように、VB、第1導電材料及び第2導電材料を含む放電領域が互いに離隔した状態で複数に分割された構造を有している。このような構造とすることにより、負極活物質層の周囲(負極110では2つの側面及び底面の合計3面、負極120では4つの側面及び底面の合計5面)を集電体が囲う形態となるため、負極活物質(VB)と集電体とが接触し易い状態となり、電子移動が促進される。加えて、放電領域、すなわち、負極活物質層が複数の領域に分割されていることから、活物質の反応サイトが負極活物質層の表面と4側面の合計5面となるため、比表面積が大きくなる。従って、放電効率が向上する。 Therefore, in order to suppress the above-described problem, the negative electrode 110 according to the present embodiment and the negative electrode 120 according to the modified example are discharged as described above, including VB 2 , the first conductive material, and the second conductive material. The region is divided into a plurality of regions in a state of being separated from each other. With such a structure, the current collector surrounds the periphery of the negative electrode active material layer (a total of three surfaces including two side surfaces and a bottom surface in the negative electrode 110 and a total of five surfaces including four side surfaces and a bottom surface in the negative electrode 120). Therefore, the negative electrode active material (VB 2 ) and the current collector are easily in contact with each other, and electron transfer is promoted. In addition, since the discharge region, that is, the negative electrode active material layer is divided into a plurality of regions, the reaction site of the active material is a total of five surfaces including the surface of the negative electrode active material layer and the four side surfaces. growing. Accordingly, the discharge efficiency is improved.

また、複数の放電セルが存在するため、たとえ一部の放電セルにおいて不具合(例えば、負極集電体111の腐食や、反応熱の発生に伴う負極集電体111と負極活物質層112との剥離等により、電池の内部抵抗が上昇する等)が生じた場合でも、各放電領域は物理的に離隔された状態となっており、燃料の反応はそれぞれの放電領域で独立に起こるため、その他の放電セルでは正常な動作(放電反応)が担保され、不具合が生じた放電セルの影響が出ることはほとんど無い。従って、本実施形態に係る負極110、120を用いることで、電池全体での動作の安定性を高め、その結果、理論値に近い放電容量とすることが可能となる。   In addition, since there are a plurality of discharge cells, some of the discharge cells may malfunction (for example, the negative electrode current collector 111 and the negative electrode active material layer 112 may be corroded due to corrosion of the negative electrode current collector 111 or generation of reaction heat). Even if the internal resistance of the battery increases due to peeling, etc.), each discharge area is physically separated and the fuel reaction occurs independently in each discharge area. In such a discharge cell, normal operation (discharge reaction) is ensured, and the influence of the defective discharge cell hardly occurs. Therefore, by using the negative electrodes 110 and 120 according to the present embodiment, the stability of the operation of the entire battery is improved, and as a result, the discharge capacity close to the theoretical value can be obtained.

(負極110の着脱)
本実施形態に係る負極110(負極120)は、上述したように、筐体101の内部に収容されるが、空気電池セル100に対して着脱可能に設けられている。これにより、負極110の負極活物質(燃料)であるVBが放電反応により消費(酸化)されたとしても、負極110を筐体101から取り出して酸化されたVBを還元して負極活物質(燃料)であるVBを再生したり、負極110自体を交換したりすることが可能となる。
(Removal of negative electrode 110)
As described above, the negative electrode 110 (negative electrode 120) according to the present embodiment is housed inside the housing 101, but is detachably attached to the air battery cell 100. Thereby, even if VB 2 which is the negative electrode active material (fuel) of the negative electrode 110 is consumed (oxidized) by the discharge reaction, the negative electrode 110 is taken out from the housing 101 and the oxidized VB 2 is reduced to reduce the negative electrode active material. It becomes possible to regenerate VB 2 which is (fuel) or to exchange the negative electrode 110 itself.

[正極130]
正極130は、空気電池セル100の酸素極(酸素を正極活物質とする電極)として機能する電極であり、例えば、図4に示すように、筐体101内に収容された負極110の表面側と裏面側にそれぞれ、正極130A及び正極130B(以下、まとめて「正極130」と記載する場合がある。)が配置されている。正極130A、130Bは、それぞれ、正極集電体132と、撥水性酸素透過シート133と、触媒層134と、を主に有する。2つの負極130A、130Bの外側(最表面側及び再裏面側)は、それぞれ、表面カバー103及び裏面カバー104で覆われる。
[Positive electrode 130]
The positive electrode 130 is an electrode that functions as an oxygen electrode of the air battery cell 100 (an electrode using oxygen as a positive electrode active material). For example, as shown in FIG. 4, the surface side of the negative electrode 110 accommodated in the housing 101 is used. The positive electrode 130 </ b> A and the positive electrode 130 </ b> B (hereinafter may be collectively referred to as “positive electrode 130”) are disposed on the back surface side. Each of the positive electrodes 130 </ b> A and 130 </ b> B mainly includes a positive electrode current collector 132, a water repellent oxygen permeable sheet 133, and a catalyst layer 134. The outer sides (the outermost surface side and the rear surface side) of the two negative electrodes 130A and 130B are covered with a front surface cover 103 and a rear surface cover 104, respectively.

(正極集電体132)
正極集電体132は、略長方形状の枠状部材であり、その略中央部(枠内部)に開口部132aを有する。空気電池セル100の組立後は、この開口部132aには撥水性酸素透過シート133が位置する。また、1つの空気電池セル100の中には、2つの負極110に対応して、正極集電体132が、正極130Aと正極130Bのそれぞれに2つずつ設けられている。
(Positive electrode current collector 132)
The positive electrode current collector 132 is a substantially rectangular frame-shaped member, and has an opening 132a at a substantially central portion (inside the frame). After the air battery cell 100 is assembled, the water repellent oxygen permeable sheet 133 is located in the opening 132a. Further, in one air battery cell 100, two positive electrode current collectors 132 are provided for each of the positive electrode 130A and the positive electrode 130B, corresponding to the two negative electrodes 110.

この正極集電体132は、電子を正極活物質である酸素に供給する役割を有する。このような正極集電体132の材質としては、導電性を有する材料であれば特に制限されるものではなく、例えば、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、クロム、金、白金、銀、銅等の導電性に優れる金属や、カーボンブラック(ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック等)、グラフェン、グラファイト、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等の導電性カーボンを使用することができる。これらの中でも、正極集電体132として、ステンレスを使用することが好適であり、ニッケルメッキされたSUS304を使用することがより好適である。   The positive electrode current collector 132 has a role of supplying electrons to oxygen which is a positive electrode active material. The material of the positive electrode current collector 132 is not particularly limited as long as it is a conductive material. For example, conductive materials such as aluminum, stainless steel, nickel, chromium, gold, platinum, silver, and copper are used. And conductive carbon such as carbon black (furnace black, channel black, acetylene black, thermal black, etc.), graphene, graphite, carbon nanotube, carbon nanohorn, etc. can be used. Among these, it is preferable to use stainless steel as the positive electrode current collector 132, and it is more preferable to use SUS304 plated with nickel.

正極集電体132の長辺部の略中央部分には、正極端子137が設けられている。正極端子137は、筐体フレーム102の一辺の略中央部(図4に示した例では、上述した貫通孔102cの下方)に設けられた貫通孔102dに挿入され、ワッシャーやナット等(ともに図示せず。)により筐体フレーム102に固定される。また、図4に示した例では、正極端子137は、正極130Aの正極集電体132と、正極131Bの正極集電体132のそれぞれに1つずつ設けられている(正極130Aでは、正極集電体132の図の奥側の長辺部に設けられており、正極130Bでは、正極集電体132の図の手前側の長辺部に設けられている)。しかし、正極端子137は、正極130A、130Bの双方で合わせて2つ設けられていればよく、例えば、正極130Aの正極集電体132の手前側と奥側の両方に正極端子137が設けられ、正極130Bの正極集電体132には正極端子137が設けられていなくてもよい。   A positive electrode terminal 137 is provided at a substantially central portion of the long side portion of the positive electrode current collector 132. The positive electrode terminal 137 is inserted into a through hole 102d provided in a substantially central portion of one side of the housing frame 102 (below the above-described through hole 102c in the example shown in FIG. 4), and isher, nut, etc. (Not shown). In the example shown in FIG. 4, one positive electrode terminal 137 is provided for each of the positive electrode current collector 132 of the positive electrode 130A and the positive electrode current collector 132 of the positive electrode 131B (in the positive electrode 130A, the positive electrode current collector 132 is provided). (It is provided on the long side portion on the back side of the electric body 132 in the drawing, and is provided on the long side portion on the near side in the drawing of the positive electrode current collector 132 in the positive electrode 130B). However, it is sufficient that two positive terminals 137 are provided for both of the positive electrodes 130A and 130B. For example, the positive terminals 137 are provided on both the front side and the rear side of the positive electrode current collector 132 of the positive electrode 130A. The positive electrode current collector 132 of the positive electrode 130B may not be provided with the positive electrode terminal 137.

(撥水性酸素透過シート133)
撥水性酸素透過シート133は、空気電池セル100の外部の空気(酸素)を空気電池セル100の内部へ取り込む際の空気(酸素)のチャネルとなる酸素取込部としての機能と、筐体101内に充填された電解質150がKOH水溶液等の電解液である場合に電解液の外部への漏出を防止する電解液漏出防止部としての機能とを有する。このような機能を実現するため、撥水性酸素透過シート133には、撥水性を有し、且つ、電解液や当該液中に存在する水酸化物イオンは通さないが、空気(酸素)は通す程度の空隙や孔を有する多孔質の材料が用いられる。空気電池セル100内部への酸素の供給量は、この撥水性酸素透過シート133の空隙率等により調整することができる。空隙率は、空気電池セル100の用途に応じて適宜必要量の酸素を供給できるように定めれば良いが、空隙率を30%以上95%以下とすることが好適である。具体的には、例えば、空気電池セル100の用途に応じて、30%以上50%以下、あるいは、70%以上95%以下とすることができる。
(Water repellent oxygen permeable sheet 133)
The water-repellent oxygen permeable sheet 133 has a function as an oxygen intake portion that becomes a channel of air (oxygen) when air (oxygen) outside the air battery cell 100 is taken into the air battery cell 100, and the housing 101. When the electrolyte 150 filled therein is an electrolytic solution such as a KOH aqueous solution, it has a function as an electrolytic solution leakage prevention unit that prevents leakage of the electrolytic solution to the outside. In order to realize such a function, the water-repellent oxygen permeable sheet 133 has water repellency and does not allow electrolyte solution or hydroxide ions present in the solution to pass but allows air (oxygen) to pass. A porous material having a certain degree of voids and pores is used. The amount of oxygen supplied into the air battery cell 100 can be adjusted by the porosity of the water repellent oxygen permeable sheet 133. The porosity may be determined so that a necessary amount of oxygen can be appropriately supplied according to the use of the air battery cell 100, but the porosity is preferably 30% or more and 95% or less. Specifically, for example, depending on the use of the air battery cell 100, it can be 30% or more and 50% or less, or 70% or more and 95% or less.

ここで、撥水性を有する材料(以下、「撥水性材料」と記載する。)としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等が挙げられる。なお、後述する触媒層134(紛体シート)の崩れを防止するために、撥水性酸素透過シート133には、ポリビニルアルコール(PVA)等を塗工することが好ましい。   Here, examples of the material having water repellency (hereinafter referred to as “water-repellent material”) include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), and the like. In order to prevent collapse of a catalyst layer 134 (a powder sheet) described later, it is preferable to apply polyvinyl alcohol (PVA) or the like to the water repellent oxygen permeable sheet 133.

また、本実施形態では、撥水性酸素透過シート133は、PTFE等の撥水性材料に加えて、導電性を高めるために導電性カーボンを含有していてもよい。ここで、撥水性材料と導電性カーボンとの配合比は、撥水性材料が多過ぎると空気(酸素)の透過性が低下し、導電性カーボンが多過ぎると電解液が漏出してしまう恐れがあるため、撥水性と酸素透過性とのバランスを考慮して、両者の配合比を決定すればよい。   In the present embodiment, the water repellent oxygen permeable sheet 133 may contain conductive carbon in order to enhance conductivity in addition to a water repellent material such as PTFE. Here, the blending ratio of the water-repellent material and the conductive carbon is such that if there is too much water-repellent material, the permeability of air (oxygen) will decrease, and if there is too much conductive carbon, the electrolyte may leak out. Therefore, the blending ratio of the two may be determined in consideration of the balance between water repellency and oxygen permeability.

さらに、本実施形態に係る撥水性酸素透過シート133は、活性炭を含有していてもよい。活性炭は、酸素還元能と導電性を兼ね備えるため、正極130における放電反応の触媒及び導電材としての役割を有する。   Furthermore, the water-repellent oxygen permeable sheet 133 according to this embodiment may contain activated carbon. Since the activated carbon has both oxygen reduction ability and conductivity, it has a role as a discharge reaction catalyst and a conductive material in the positive electrode 130.

なお、本実施形態に係る撥水性酸素透過シート133に、PTFE等の撥水性材料を用いているのは、電解質150が電解液である場合に、電解液が空気電池セル100の外部に漏出しないようにするためであり、ゲル状や固体状の電解質を用いた場合には、電解液漏出防止部としての機能は不要であり、PTFE等の撥水性材料を用いる必要はない。この場合には、酸素取込部としての機能を少なくとも有していればよいので、撥水性材料の代わりに所定の空隙率を有する高分子材料等を用いることができる。このような高分子材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等が挙げられる。   Note that the water-repellent oxygen permeable sheet 133 according to the present embodiment uses a water-repellent material such as PTFE because the electrolyte does not leak out of the air battery cell 100 when the electrolyte 150 is an electrolyte. For this reason, when a gel or solid electrolyte is used, the function as an electrolyte leakage preventing portion is unnecessary, and it is not necessary to use a water repellent material such as PTFE. In this case, a polymer material having a predetermined porosity can be used in place of the water-repellent material, as long as it has at least a function as an oxygen intake portion. Examples of such a polymer material include polyvinylidene fluoride (PVDF).

また、撥水性酸素透過シート133は、正極集電体132の開口部132aに位置するように設置され、空気電池セル100の組立後は、筐体101の表面カバー103の開口部103a及び裏面カバー104の開口部104aから外部に露出した形となる。   The water-repellent oxygen permeable sheet 133 is installed so as to be positioned in the opening 132a of the positive electrode current collector 132. After the air battery cell 100 is assembled, the opening 103a and the back cover of the front cover 103 of the housing 101 are assembled. The shape is exposed to the outside from the opening 104 a of 104.

(触媒層134)
触媒層134は、撥水性酸素透過シート133から空気電池セル100内部に取り込まれた空気中の酸素を反応させる触媒(酸素の還元剤)を有する層であり、具体的には、触媒粉末を触媒保持体135に層状に保持させることにより形成される。触媒保持体135は、図示してはいないが、撥水性酸素透過シート133から取り込まれた空気が通過できるように所定の開口部を有する。具体的な形状としては特に制限されるものではないが、例えば、触媒保持体135は、網状の形状を有している。また、触媒保持体135は、触媒層134で発生した電子が伝達されるように、導電性を有する材料で形成されることが好ましい。
(Catalyst layer 134)
The catalyst layer 134 is a layer having a catalyst (oxygen reducing agent) that causes oxygen in the air taken into the air battery cell 100 from the water-repellent oxygen permeable sheet 133 to react. It is formed by holding the holding body 135 in layers. Although not shown, the catalyst holding body 135 has a predetermined opening so that air taken in from the water-repellent oxygen permeable sheet 133 can pass therethrough. Although the specific shape is not particularly limited, for example, the catalyst holding body 135 has a net shape. In addition, the catalyst holder 135 is preferably formed of a conductive material so that electrons generated in the catalyst layer 134 are transmitted.

また、触媒層134は、撥水性酸素透過シート133から取り込まれた空気中の酸素を還元し、電子を発生させる。発生した電子は、触媒保持体135、正極集電体132、正極端子137の順に伝達され、正極端子137と接続されたセル側負極端子114を通って負極110まで到達し、負極110での放電反応に利用される。また、触媒層134は、撥水性酸素透過シート133から取り込まれた空気が通過できるように、メッシュ構造を有している。   Further, the catalyst layer 134 reduces oxygen in the air taken in from the water-repellent oxygen permeable sheet 133 and generates electrons. The generated electrons are transmitted in the order of the catalyst holder 135, the positive electrode current collector 132, and the positive electrode terminal 137, reach the negative electrode 110 through the cell-side negative electrode terminal 114 connected to the positive electrode terminal 137, and discharge at the negative electrode 110. Used for reaction. Further, the catalyst layer 134 has a mesh structure so that air taken in from the water repellent oxygen permeable sheet 133 can pass therethrough.

触媒としては、酸素を還元できるものであれば特に制限はされないが、例えば、二酸化マンガン(MnO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化バナジウム(V)、白金(Pt)等を用いることができる。 The catalyst is not particularly limited as long as it can reduce oxygen. For example, manganese dioxide (MnO 2 ), zinc oxide (ZnO 2 ), vanadium oxide (V 2 O 5 ), platinum (Pt), or the like is used. be able to.

また、電解質150が電解液である場合には、触媒層134に撥水性を持たせて、電解液の漏出をより効果的に防止するために、触媒層134が、PTFE等の撥水性材料を含んでいてもよい。この場合、例えば、撥水性材料は粉末状で用いられ、この粉末と触媒粉末とを練り固めたものを触媒層134として用いればよい。   Further, when the electrolyte 150 is an electrolytic solution, the catalyst layer 134 is made of a water repellent material such as PTFE in order to make the catalyst layer 134 water repellent and prevent the electrolyte solution from leaking more effectively. May be included. In this case, for example, the water repellent material is used in the form of powder, and the powder and catalyst powder that are kneaded and solidified may be used as the catalyst layer 134.

[電解質150]
電解質150は、負極110と正極130との間で水酸化物イオンを伝導する役割を有する。電解質150としては、水酸化物イオンを伝導可能なものであればよく、例えば、水系電解液(例えば、水酸化カリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ水溶液)、非水系電解液(例えば、強アルカリのアルコール溶液等)、固体電解質等(例えば、金属酸化物)、公知の電解質を特に制限なく使用することができる。ただし、液状の電解質(電解液)の場合には、液漏れの問題があり、また、水酸化カリウム水溶液等の電解液は温度依存性が高くなるため、空気電池セル100の作動温度により電圧が変動するという問題もある。従って、このような問題を防止する観点からは固体電解質を用いることが好適である。
[Electrolyte 150]
The electrolyte 150 has a role of conducting hydroxide ions between the negative electrode 110 and the positive electrode 130. The electrolyte 150 may be any one that can conduct hydroxide ions. Examples of the electrolyte 150 include aqueous electrolytes (for example, alkaline aqueous solutions such as an aqueous potassium hydroxide solution, an aqueous lithium hydroxide solution, and an aqueous sodium hydroxide solution), non-aqueous electrolysis. Liquids (for example, strong alkaline alcohol solutions), solid electrolytes (for example, metal oxides), and known electrolytes can be used without particular limitation. However, in the case of a liquid electrolyte (electrolytic solution), there is a problem of liquid leakage, and the electrolytic solution such as an aqueous potassium hydroxide solution has a high temperature dependency, so that the voltage depends on the operating temperature of the air battery cell 100. There is also the problem of fluctuating. Therefore, it is preferable to use a solid electrolyte from the viewpoint of preventing such a problem.

[セパレータ160]
上述した電解質150が、水系又は非水系の電解液の場合には、空気電池セル100は、負極110と正極130とを電気的に絶縁するセパレータ160をさらに備える。なお、電解質150が固体電解質の場合には、空気電池セル100は、セパレータ160を備えていても備えていなくてもよい。
[Separator 160]
When the electrolyte 150 described above is an aqueous or non-aqueous electrolyte, the air battery cell 100 further includes a separator 160 that electrically insulates the negative electrode 110 and the positive electrode 130 from each other. When the electrolyte 150 is a solid electrolyte, the air battery cell 100 may or may not include the separator 160.

このセパレータ160は、負極110と正極130とが接触することによる短絡を防止するために、負極110と正極130とを電気的に絶縁可能な絶縁体で形成されていることが必要である。また、セパレータ160は、電解液(電解質150)に溶出したVBをセパレータ160の外部に放出しないように溶解したVBを透過させず、かつ、正極130で発生した水酸化物イオンを電解質150を通じて負極110に伝達するために水酸化物イオンを透過させる材質で形成されている。さらには、セパレータ160は、電解液(電解質150)を含浸可能な材質で形成されることで、負極110から電解液中へのVBの溶出を抑制するためにセパレータ160内部の電解液の量を少なくしても、セパレータ160に含浸された電解液を通じて負極110が水酸化物イオンを受け取ることができる。なお、本実施形態において、VB粒子が包摂金属により覆われている場合には、VBの電解液への溶出の問題は起こりにくい。 The separator 160 needs to be formed of an insulator capable of electrically insulating the negative electrode 110 and the positive electrode 130 in order to prevent a short circuit due to contact between the negative electrode 110 and the positive electrode 130. Further, the separator 160 does not transmit VB 2 dissolved so as not to release the VB 2 eluted in the electrolytic solution (electrolyte 150) to the outside of the separator 160, and hydroxide ions generated at the positive electrode 130 are not allowed to pass through the electrolyte 150. In order to transmit to the negative electrode 110 through, it is made of a material that transmits hydroxide ions. Furthermore, the separator 160 is formed of a material that can be impregnated with the electrolytic solution (electrolyte 150), so that the amount of the electrolytic solution in the separator 160 is suppressed in order to suppress the elution of VB 2 from the negative electrode 110 into the electrolytic solution. Even if the amount is reduced, the negative electrode 110 can receive hydroxide ions through the electrolytic solution impregnated in the separator 160. In the present embodiment, when the VB 2 particles are covered with the inclusion metal, the problem of elution of VB 2 into the electrolyte hardly occurs.

以上のようなセパレータ160の機能を実現するためのセパレータ160の材料としては、例えば、ビニロン、セルロース、レーヨン、ポリビニルアルコール(PVA)等を単独で又は複数種組み合わせて用いることができる。   As a material of the separator 160 for realizing the function of the separator 160 as described above, for example, vinylon, cellulose, rayon, polyvinyl alcohol (PVA), or the like can be used alone or in combination.

また、セパレータ160は、上述したように、水酸化物イオンの透過性を有していることが必要であることから、セパレータ160には、所定のポア径を有する多孔質の材料を用いることが好ましい。ポア径は、大き過ぎると電解質(電解液)150中に溶出したVBがセパレータ160の外部に漏れ出してしまう恐れがあり、小さ過ぎると水酸化物イオンを透過することができないことから、適度な大きさとすることが好ましい。例えば、概ね10μm前後のポア径を有していれば、電解質(電解液)150中に溶出したVBが漏れ出さず、且つ、水酸化物イオンを透過することができる。 Further, as described above, since the separator 160 needs to have hydroxide ion permeability, a porous material having a predetermined pore diameter is used for the separator 160. preferable. If the pore diameter is too large, VB 2 eluted in the electrolyte (electrolyte) 150 may leak out of the separator 160. If the pore diameter is too small, the hydroxide ions cannot permeate. It is preferable to make it a large size. For example, if it has a pore diameter of approximately 10 μm, VB 2 eluted into the electrolyte (electrolytic solution) 150 does not leak and allows hydroxide ions to permeate.

[負極110と正極130の接続方法の他の例]
次に、図8を参照しながら、本実施形態に係る負極110と正極130との接続方法の変更例について説明する。図8は、本実施形態の別の変更例に係る負極110と正極130の接続方法を示す斜視図である。
[Other Examples of Connection Method of Negative Electrode 110 and Positive Electrode 130]
Next, a modified example of the connection method between the negative electrode 110 and the positive electrode 130 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a perspective view showing a method for connecting the negative electrode 110 and the positive electrode 130 according to another modification of the present embodiment.

上述した例では、1つの空気電池セル100内の負極110と正極130とは電気的に接続されていないものであった。一方、図8に示すように、1つの空気電池セル100内の負極110と正極130とを直列に接続し、空気電池セル100の単位セル当たりの出力電圧を高くするようにしてもよい。この場合、空気電池セル100に収容されている2つの負極110(110A、110B)のうち、一方の負極110Aの電極側負極端子113b(110A)が、隣接する正極130Bの正極集電体132と接することで、負極110Aと正極130Bとが直列に接続される。また、他方の負極110Bの電極側負極端子113b(110B)は、負極ハーネス端子118Aを介して線状の負極ハーネス117の一端と接続され、負極ハーネス117の他端は、負極ハーネス端子118Bを介してセル側負極端子119と接続される。負極ハーネス117は、負極110と正極130の直列化による耐電圧のために設けられる。また、セル側負極端子119は、上述したセル側負極端子114と同様の機能を有するものである。   In the example described above, the negative electrode 110 and the positive electrode 130 in one air battery cell 100 are not electrically connected. On the other hand, as shown in FIG. 8, the negative electrode 110 and the positive electrode 130 in one air battery cell 100 may be connected in series to increase the output voltage per unit cell of the air battery cell 100. In this case, of the two negative electrodes 110 (110A, 110B) housed in the air battery cell 100, the electrode-side negative terminal 113b (110A) of one negative electrode 110A is connected to the positive electrode current collector 132 of the adjacent positive electrode 130B. By contact, negative electrode 110A and positive electrode 130B are connected in series. Further, the electrode-side negative electrode terminal 113b (110B) of the other negative electrode 110B is connected to one end of the linear negative electrode harness 117 via the negative electrode harness terminal 118A, and the other end of the negative electrode harness 117 is connected via the negative electrode harness terminal 118B. Are connected to the cell-side negative electrode terminal 119. The negative harness 117 is provided for withstand voltage by serially connecting the negative electrode 110 and the positive electrode 130. Further, the cell-side negative terminal 119 has a function similar to that of the cell-side negative terminal 114 described above.

<空気電池セル100の製造方法>
以上、本実施形態に係る空気電池セル100の構成を詳細に説明したが、続いて、図3、図4、図9及び図10を参照しながら、上述した構成を有する空気電池セル100の製造方法について詳細に説明する。図9は、本実施形態に係る負極110の製造方法を示す説明図であり、図10は、本実施形態の変更例に係るVB/金属複合体の製造装置の構成を示す模式図である。
<Method for Manufacturing Air Battery Cell 100>
The configuration of the air battery cell 100 according to the present embodiment has been described in detail above. Subsequently, the manufacture of the air battery cell 100 having the above-described configuration with reference to FIGS. 3, 4, 9, and 10. The method will be described in detail. FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a method for manufacturing the negative electrode 110 according to the present embodiment, and FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a configuration of a VB 2 / metal composite manufacturing apparatus according to a modified example of the present embodiment. .

[負極110の製造]
まず、負極110の製造工程について説明する。初めに、図9(a)に示すように、上述した負極活物質層112の材料、すなわち、所定配合比のVB、導電助剤及びバインダ(さらに必要に応じて、他の添加剤)を混練し、図9(b)に示すように、負極活物質材料のスラリー(活物質スラリー)を作製する。
[Manufacture of Negative Electrode 110]
First, the manufacturing process of the negative electrode 110 will be described. First, as shown in FIG. 9 (a), the material of the negative electrode active material layer 112 described above, that is, VB 2 having a predetermined blending ratio, a conductive additive, and a binder (and other additives as necessary) are added. As shown in FIG. 9B, a slurry of the negative electrode active material (active material slurry) is prepared.

ここで、負極活物質としてVB/金属複合体を使用する場合におけるVB/金属複合体の製造工程について詳細に説明する。予め、VB粒子を所定濃度のCNT等の導電性カーボンを含む導電性カーボン分散溶液に添加した後、緩やかに撹拌する。得られたVBと導電性カーボンを含むスラリーをスプレードライ法等で処理し、CNT等の導電性カーボンで包摂したVB粒子(例えば、VB/CNT粒子)を得ることができる。次いで、この導電性カーボンで包摂したVB粒子を所定配合比で包摂金属の粉末と混合し、プレスすることで所定形状(例えば、円柱型)のVB/金属複合体を得ることができる。さらに、この複合体を粒子状とするために、図10に示す複合体製造装置500を用いる。 Here, the production process of the VB 2 / metal composite in the case of using the VB 2 / metal composite as the negative electrode active material will be described in detail. In advance, VB 2 particles are added to a conductive carbon dispersion containing conductive carbon such as CNT at a predetermined concentration, and then gently stirred. The obtained slurry containing VB 2 and conductive carbon can be processed by a spray drying method or the like to obtain VB 2 particles (for example, VB 2 / CNT particles) encapsulated with conductive carbon such as CNT. Next, the VB 2 particles encapsulated with the conductive carbon are mixed with the encapsulated metal powder in a predetermined compounding ratio and pressed to obtain a VB 2 / metal composite having a predetermined shape (for example, a cylindrical shape). Furthermore, in order to make this composite into a particulate form, a composite manufacturing apparatus 500 shown in FIG. 10 is used.

具体的には、まず、溶解室501内の溶解炉502内に、上述したようにして作製した所定形状の(粒子状でない)VB/金属複合体を投入し、包摂金属のみが溶融する温度に加熱する。すると、溶解炉502内では、溶融した包摂金属中に導電性カーボンで包摂したVB粒子が存在する状態となる。ここで、例えば、導電性カーボンとしてCNT、グラフェン、カーボンブラック等を用い、包摂金属としてZnを用いた場合には、ZnよりもVB/CNT粒子の方が比重が小さいため、VB/CNT粒子が溶融Znの上方に浮遊したような状態となる。次に、このようにして浮遊しているVB/CNT粒子をルツボ503に移動させると、ルツボ503には、表面に溶融Znが付着したVB/CNT粒子が充填されることになる。 Specifically, first, a predetermined shape (non-particulate) VB 2 / metal composite prepared as described above is charged into the melting furnace 502 in the melting chamber 501, and only the inclusion metal melts. Heat to. Then, in the melting furnace 502, VB 2 particles encapsulated with conductive carbon are present in the molten encapsulated metal. Here, for example, CNT, graphene, carbon black, etc. is used as the conductive carbon, because in the case of using Zn as inclusion metal has a specific gravity towards the VB 2 / CNT particles is smaller than Zn, VB 2 / CNT The particles are in a state of floating above the molten Zn. Next, when the floating VB 2 / CNT particles are moved to the crucible 503 in this way, the crucible 503 is filled with VB 2 / CNT particles having molten Zn adhered to the surface.

さらに、この表面に溶融Znが付着したVB/CNT粒子をノズル505から噴霧室507内に向けて噴射する。ノズル505から噴射するVB/CNT粒子の量は、調圧バルブ509により、高圧エア供給装置511から供給されるガス(このガスは、窒素やアルゴン等の不活性ガスであることが好適である。)の流量を制御することで調整する。このようにして、ノズル505からVB/CNT粒子が噴射されると、噴霧室507内にてVB/CNT粒子の表面に付着した溶融Znが自然冷却され、粉末収集器513に落下するまでの間にZnが凝固し、VB/CNT粒子の表面がZn等の包摂金属により包摂されたVB/金属複合体粒子が、粉末収集器513に収集される。 Further, VB 2 / CNT particles having molten Zn adhered to the surface are sprayed from the nozzle 505 toward the spray chamber 507. The amount of VB 2 / CNT particles ejected from the nozzle 505 is the gas supplied from the high pressure air supply device 511 by the pressure regulating valve 509 (this gas is preferably an inert gas such as nitrogen or argon). .)) By adjusting the flow rate. In this way, when the VB 2 / CNT particles are ejected from the nozzle 505, the molten Zn adhering to the surface of the VB 2 / CNT particles is naturally cooled in the spray chamber 507 until it falls to the powder collector 513. During this time, the Zn solidifies, and the VB 2 / metal composite particles in which the surfaces of the VB 2 / CNT particles are included by the inclusion metal such as Zn are collected by the powder collector 513.

最後に、粉末収集器513に収集されたVB/金属複合体粒子のうち、所定粒子径以下のものをサイクロン分離器515に移し(粒子径の大き過ぎるVB/金属複合体粒子は粉末収集器513内に残留し、除去される。)、サイクロン分離器515にて、所定粒径以下(粒子径が小さすぎるもの)は、複合体製造装置500外へ除去され、適度な粒子径を有するもののみが、細粉末収集器517に収集される。このようにして、細粉末収集器517で収集されたVB/金属複合体粒子を負極活物質材料として用いてもよい。 Finally, among the VB 2 / metal composite particles collected by the powder collector 513, those having a particle size equal to or smaller than a predetermined particle size are transferred to the cyclone separator 515 (VB 2 / metal composite particles having a particle size that is too large are collected by powder In the cyclone separator 515, the predetermined particle size or less (the particle size is too small) is removed out of the complex manufacturing apparatus 500 and has an appropriate particle size. Only things are collected in the fine powder collector 517. Thus, the VB 2 / metal composite particles collected by the fine powder collector 517 may be used as the negative electrode active material.

次いで、以上のようにして作製された活物質スラリーを、図9(c)に示すように、負極集電体111の溝部111aに塗工(キャスト)する。塗工方法としては、特に制限はされないが、例えば、刷毛塗り、アプリケーターを使用した方法、プレス等の方法を用いることができる。また、塗工時に活物質スラリーを振動させることで、負極活物質を負極集電体111上に安定させる、言い換えると、負極活物質を均一に且つ隙間なく溝部111aに塗工することが可能となる。なお、活物質スラリーを振動させる方法としては、例えば、振とう機(バイブレータ)を使用した方法が挙げられる。最後に、負極集電体111の溝部111aに塗工された活物質スラリーを乾燥させることで、活物質スラリーが負極集電体111に強固に付着するとともに固化し、図9(d)に示すように、負極集電体111の溝部111aに負極活物質層112が形成される。このときの乾燥方法は特に制限されないが、例えば、常温で所定時間放置して長時間かけて乾燥させてもよく、公知の加熱乾燥炉を用いて短時間に乾燥させてもよい。以上のようにして、負極110を製造することができる。   Next, the active material slurry produced as described above is applied (cast) to the groove 111a of the negative electrode current collector 111 as shown in FIG. Although it does not restrict | limit especially as a coating method, For example, methods, such as a brush coating, the method using an applicator, and a press, can be used. Further, by vibrating the active material slurry during coating, the negative electrode active material can be stabilized on the negative electrode current collector 111. In other words, the negative electrode active material can be applied uniformly and without gaps to the groove 111a. Become. In addition, as a method of vibrating an active material slurry, the method using a shaker (vibrator) is mentioned, for example. Finally, by drying the active material slurry applied to the groove 111a of the negative electrode current collector 111, the active material slurry adheres firmly to the negative electrode current collector 111 and solidifies, as shown in FIG. 9 (d). As described above, the negative electrode active material layer 112 is formed in the groove 111 a of the negative electrode current collector 111. The drying method at this time is not particularly limited. For example, the drying method may be left for a predetermined time at room temperature and dried for a long time, or may be dried in a short time using a known heating drying furnace. As described above, the negative electrode 110 can be manufactured.

なお、負極集電体111の両面に負極活物質層112を設ける場合には、活物質スラリーを均一にムラなく溝部111aに塗工するため、一方の面に活物質スラリーを塗工して乾燥させた後に、他方の面に活物質スラリーを塗工することが好ましい。   In the case where the negative electrode active material layer 112 is provided on both surfaces of the negative electrode current collector 111, the active material slurry is uniformly applied to the groove portion 111a without unevenness. It is preferable to apply an active material slurry to the other surface after the treatment.

[正極130の製造]
次に、正極130の製造工程について説明する。初めに、触媒層134を形成するための材料、すなわち、酸素の還元機能を有する触媒(例えば、MnO)を必須成分とし、必要に応じて撥水性材料(例えば、PTFE)等の添加剤を用意し、これらを粉末状にしたものを練り固めて触媒層材料とする。次いで、この触媒層材料を触媒保持体135の表面に保持させることで、触媒保持体135の表面に触媒層134を形成させる。触媒層134は、触媒保持体135の両面に形成してもよく、片面のみに形成してもよい。
[Manufacture of positive electrode 130]
Next, the manufacturing process of the positive electrode 130 will be described. First, a material for forming the catalyst layer 134, that is, a catalyst having a function of reducing oxygen (for example, MnO 2 ) is an essential component, and an additive such as a water repellent material (for example, PTFE) is added as necessary. Prepare and knead these powders to make the catalyst layer material. Next, the catalyst layer 134 is formed on the surface of the catalyst holding body 135 by holding the catalyst layer material on the surface of the catalyst holding body 135. The catalyst layer 134 may be formed on both surfaces of the catalyst holding body 135 or only on one surface.

次いで、触媒層134が形成された触媒保持体135の一方の面に、上述した撥水性酸素透過シート133を貼り付ける。電解質150として固体電解質を用いる場合には、撥水性酸素透過シート133の代わりに、撥水性を有しない酸素透過シート(図示せず。)を用いてもよい。さらに、撥水性酸素透過シート133及び触媒層134が保持された触媒保持体135を、正極集電体132に固定することで、正極130を製造することができる。   Next, the above-described water-repellent oxygen permeable sheet 133 is attached to one surface of the catalyst holder 135 on which the catalyst layer 134 is formed. When a solid electrolyte is used as the electrolyte 150, an oxygen permeable sheet (not shown) having no water repellency may be used instead of the water repellent oxygen permeable sheet 133. Furthermore, the positive electrode 130 can be manufactured by fixing the catalyst holding body 135 holding the water-repellent oxygen permeable sheet 133 and the catalyst layer 134 to the positive electrode current collector 132.

本実施形態では、正極130は、筐体101の表面側に設置するためのものとして2つ、裏面側に設置するためのものとして2つの合計4つ製造される。   In the present embodiment, a total of four positive electrodes 130 are manufactured, two for installation on the front side of the casing 101 and two for installation on the back side.

[空気電池セル100の製造]
次に、上述したようにして製造された負極110及び正極130を用いて空気電池セル100を製造する工程について説明する。初めに、図4に示すように、筐体フレーム102の貫通孔102cに負極110のセル側負極端子114の端子部114bを挿入し、ワッシャーやナット等(図示せず。)により固定する。次いで、4つの正極130をフレーム102の開口部102aの表面側及び裏面側にそれぞれ2つずつ嵌め込む。この際、正極端子137を貫通孔102dに挿入し、ワッシャーやナット等(図示せず。)により固定する。さらに、正極130の外面を覆うように、表面カバー103及び裏面カバー104を筐体フレーム102の固定することで、正極130が内部に設置された筐体101を得る。このとき、筐体101の内部には、負極110を収容するためのスペース(隙間)が存在している。
[Manufacture of air battery cell 100]
Next, a process for manufacturing the air battery cell 100 using the negative electrode 110 and the positive electrode 130 manufactured as described above will be described. First, as shown in FIG. 4, the terminal portion 114b of the cell-side negative electrode terminal 114 of the negative electrode 110 is inserted into the through hole 102c of the housing frame 102, and is fixed by a washer, a nut, or the like (not shown). Next, two positive electrodes 130 are fitted into the front surface side and the back surface side of the opening 102a of the frame 102, respectively. At this time, the positive electrode terminal 137 is inserted into the through hole 102d and fixed by a washer, a nut, or the like (not shown). Further, the front cover 103 and the rear cover 104 are fixed to the housing frame 102 so as to cover the outer surface of the positive electrode 130, whereby the housing 101 in which the positive electrode 130 is installed is obtained. At this time, a space (gap) for housing the negative electrode 110 exists inside the housing 101.

続いて、図3及び図4に示すように、端子支持部材116を、セル側負極端子114の端子受け部114aに設置する。また、負極110の負極集電体111及び負極活物質層112の周囲が袋状のセパレータ160で覆われる(電極側負極端子113の部分はセパレータ160で覆われない)ように、セパレータ160内に負極110を収容する。次いで、セパレータ160で周囲が覆われた負極110を、正極130が内部に設置された開口部101aを通して筐体101の内部に収容する。このとき、電極側負極端子113の端子部113bが、端子支持部材116の切れ込み116aと嵌合するようにする。   Subsequently, as shown in FIGS. 3 and 4, the terminal support member 116 is installed in the terminal receiving portion 114 a of the cell-side negative electrode terminal 114. Further, in the separator 160, the periphery of the negative electrode current collector 111 and the negative electrode active material layer 112 of the negative electrode 110 is covered with a bag-shaped separator 160 (the electrode-side negative electrode terminal 113 portion is not covered with the separator 160). The negative electrode 110 is accommodated. Next, the negative electrode 110 whose periphery is covered with the separator 160 is accommodated in the housing 101 through the opening 101a in which the positive electrode 130 is installed. At this time, the terminal portion 113 b of the electrode-side negative terminal 113 is fitted with the notch 116 a of the terminal support member 116.

続いて、正極130及び負極110が設置された筐体101の内部に電解質150を充填する。さらに、キャップ105により筐体101の開口部101aを封止することで、空気電池セル100を製造することができる。   Subsequently, an electrolyte 150 is filled in the housing 101 in which the positive electrode 130 and the negative electrode 110 are installed. Furthermore, the air battery cell 100 can be manufactured by sealing the opening 101 a of the housing 101 with the cap 105.

<空気電池ユニット10の構成>
次に、図11及び図12を参照しながら、上述した空気電池セル100を複数接続した空気電池ユニット10の構成について説明する。図11は、本実施形態に係る空気電池ユニット10の全体構成を示す斜視図である。図12は、図11に示した空気電池ユニットの平面図であり、(a)は上面図、(b)は正面図、(c)は左側面図、(d)は右側面図を示している。
<Configuration of Air Battery Unit 10>
Next, a configuration of the air battery unit 10 in which a plurality of the air battery cells 100 described above are connected will be described with reference to FIGS. 11 and 12. FIG. 11 is a perspective view showing the overall configuration of the air battery unit 10 according to the present embodiment. 12 is a plan view of the air battery unit shown in FIG. 11, wherein (a) is a top view, (b) is a front view, (c) is a left side view, and (d) is a right side view. Yes.

(全体構成)
図11及び図12に示すように、空気電池ユニット10は、上述した空気電池セル100を複数有する。図11及び図12に示した例では、5つの空気電池セル100A、100B、100C、100D、100Eを接続した例について記載されているが、空気電池セル100の個数に関しては特に制限されるものではない。また、図11及び図12に示した例では、複数の空気電池セル100が直列に接続された例を示しているが、接続方法は、直列でも並列でもいずれでも構わない。
(overall structure)
As shown in FIGS. 11 and 12, the air battery unit 10 includes a plurality of the air battery cells 100 described above. In the example shown in FIG.11 and FIG.12, although the example which connected five air battery cell 100A, 100B, 100C, 100D, 100E is described, it does not restrict | limit especially regarding the number of the air battery cells 100. FIG. Absent. Moreover, although the example shown in FIG.11 and FIG.12 has shown the example in which the several air battery cell 100 was connected in series, the connection method may be either serial or parallel.

本実施形態に係る空気電池ユニット10では、隣り合う空気電池セル100の負極110と正極130がバスバー11により接続されている。より具体的には、バスバー11は、例えば、空気電池セル100Aの正極端子137と、当該空気電池セル100Aと隣り合う空気電池セル100Bのセル側負極端子114とを接続する。また、バスバー11の一端は、ナット12により空気電池セル100の正極端子137の先端に固定され、バスバー11の他端は、ナット13により空気電池セル100のセル側負極端子114の先端に固定される。なお、バスバーとは、一般には、電線等に替わって使用される棒状の金属の総称であるが、電線等の断面が円形であるのに対し、バスバーの断面は細長い長方形であるので放熱効果を持つ他、表面積が電線等よりも大きくなるため表面電流が大きい光束システムでより有利となる。   In the air battery unit 10 according to the present embodiment, the negative electrode 110 and the positive electrode 130 of the adjacent air battery cells 100 are connected by the bus bar 11. More specifically, the bus bar 11 connects, for example, the positive electrode terminal 137 of the air battery cell 100A and the cell-side negative electrode terminal 114 of the air battery cell 100B adjacent to the air battery cell 100A. One end of the bus bar 11 is fixed to the tip of the positive electrode terminal 137 of the air battery cell 100 by the nut 12, and the other end of the bus bar 11 is fixed to the tip of the cell side negative electrode terminal 114 of the air battery cell 100 by the nut 13. The In general, the bus bar is a general term for rod-shaped metals used in place of electric wires, etc., but the cross section of the electric wires etc. is circular, whereas the cross section of the bus bar is a long and narrow rectangle, so it has a heat dissipation effect. In addition, since the surface area is larger than that of electric wires or the like, it is more advantageous in a light beam system having a large surface current.

さらに、バスバー11により接続された複数の空気電池セル100(100A,100B,100C,100D,100E)を束ねて固定するため、複数の空気電池セル100は、ボルト15により締結されている。ボルト15は、棒状であり、その長さは、バスバー11により接続された複数の空気電池セル100の合計の厚みよりも長くなっている。このボルト15は、複数の空気電池セル100の筐体フレーム102に設けられたボルト穴101b(図1等を参照)を貫通し、その両端がナット16、17により締結されることで、複数の空気電池セル100がずれないように固定する。このボルト15の本数(ボルト穴101bの個数)が多いほど、複数の空気電池セル100はより強固に固定される。例えば、本実施形態では、幅方向の両側に2箇所ずつ合計4か所でボルト15により締結されているため、複数の空気電池セル100が非常に強固に固定されている。   Furthermore, in order to bundle and fix the plurality of air battery cells 100 (100A, 100B, 100C, 100D, 100E) connected by the bus bar 11, the plurality of air battery cells 100 are fastened by bolts 15. The bolt 15 is rod-shaped, and its length is longer than the total thickness of the plurality of air battery cells 100 connected by the bus bar 11. The bolt 15 passes through a bolt hole 101b (see FIG. 1 and the like) provided in the housing frame 102 of the plurality of air battery cells 100, and both ends thereof are fastened by nuts 16 and 17, thereby It fixes so that the air battery cell 100 may not slip | deviate. The larger the number of bolts 15 (the number of bolt holes 101b), the more firmly the plurality of air battery cells 100 are fixed. For example, in the present embodiment, the plurality of air battery cells 100 are fixed very firmly because the bolts 15 are fastened at a total of four places on two sides on the both sides in the width direction.

(制御部)
また、本実施形態に係る空気電池ユニット10は、複数の空気電池セル100の接続を直列と並列とで切り替えるための制御部(図示せず。)を有していてもよい。複数の空気電池セル100を直列に接続すると出力電圧が高くなり、複数の空気電池セル100を並列に接続すると放電容量が大きくなる。従って、制御部が、空気電池ユニット10の用途に応じて、複数の空気電池セル100の接続方法を直列と並列とで切り替えることにより、例えば、高い出力電圧を必要とする用途の場合には直列とし、大きな放電容量を必要とする用途の場合には並列とすることができる。これにより、一つの空気電池ユニット10を様々な用途に利用することができるようになる。
(Control part)
Moreover, the air battery unit 10 which concerns on this embodiment may have a control part (not shown) for switching the connection of the several air battery cell 100 by series and parallel. When the plurality of air battery cells 100 are connected in series, the output voltage is increased, and when the plurality of air battery cells 100 are connected in parallel, the discharge capacity is increased. Therefore, the control unit switches the connection method of the plurality of air battery cells 100 between series and parallel according to the use of the air battery unit 10, for example, in the case of an application requiring a high output voltage. In the case of applications that require a large discharge capacity, they can be paralleled. Thereby, the one air battery unit 10 can be utilized now for various uses.

<空気電池ユニット10の組立方法>
次に、図13を参照しながら、上述した構成を有する空気電池ユニット10の組立方法について説明する。図13は、本実施形態に係る空気電池ユニット10の組立方法を示す分解斜視図である。
<Assembly method of air battery unit 10>
Next, an assembling method of the air battery unit 10 having the above-described configuration will be described with reference to FIG. FIG. 13 is an exploded perspective view showing a method for assembling the air battery unit 10 according to the present embodiment.

図13に示すように、複数の空気電池セル100(100A,100B,100C,100D,100E)に対して、隣り合う空気電池セル100(例えば、空気電池セル100Aと空気電池セル100B)の正極端子137(例えば、空気電池セル100Aの正極端子137)とセル側負極端子114(例えば、空気電池セル100Bのセル側負極端子114)とをバスバー11により接続し、正極端子137の先端をナット12により、セル側負極端子114の先端をナット13で締結することにより、バスバー11を空気電池セル100に固定する。これを隣り合う全ての空気電池セル100に対して行う。   As shown in FIG. 13, with respect to a plurality of air battery cells 100 (100A, 100B, 100C, 100D, 100E), positive terminals of adjacent air battery cells 100 (for example, air battery cell 100A and air battery cell 100B). 137 (for example, the positive terminal 137 of the air battery cell 100A) and the cell side negative terminal 114 (for example, the cell side negative terminal 114 of the air battery cell 100B) are connected by the bus bar 11, and the tip of the positive terminal 137 is connected by the nut 12. The bus bar 11 is fixed to the air battery cell 100 by fastening the tip of the cell-side negative electrode terminal 114 with the nut 13. This is performed for all adjacent air battery cells 100.

また、複数の空気電池セル100(100A,100B,100C,100D,100E)をその厚み方向に並べるように配置した後に、各空気電池セル100に設けられたボルト穴101bを貫通するように、ボルト15を挿入する。このとき、ボルト15が、空気電池セル100A,100B,100C,100D,100Eの全てのボルト穴101bを貫通するようにする。さらに、ボルト15の両端をナット16、17で締め付けることで、複数の空気電池セル100(100A,100B,100C,100D,100E)を締結固定する。   Moreover, after arrange | positioning the several air battery cell 100 (100A, 100B, 100C, 100D, 100E) to arrange in the thickness direction, it is volt | bolt so that the bolt hole 101b provided in each air battery cell 100 may be penetrated. 15 is inserted. At this time, the bolt 15 penetrates all the bolt holes 101b of the air battery cells 100A, 100B, 100C, 100D, and 100E. Furthermore, by tightening both ends of the bolt 15 with nuts 16 and 17, the plurality of air battery cells 100 (100A, 100B, 100C, 100D, and 100E) are fastened and fixed.

以上のようにして、複数の空気電池セル100が接続された本実施形態に係る空気電池ユニット10を製造することができる。なお、上記のバスバー11による接続と、ボルト15による締結固定とは、いずれを先に行っても差し支えない。   As described above, the air battery unit 10 according to this embodiment to which the plurality of air battery cells 100 are connected can be manufactured. Note that either the connection by the bus bar 11 or the fastening by the bolt 15 may be performed first.

<空気電池セル100の動作原理>
続いて、図14を参照しながら、本実施形態に係る空気電池セル100の動作原理について説明する。図14は、本実施形態に係る空気電池セル100の動作原理を説明するための模式図である。
<Operation Principle of Air Battery Cell 100>
Next, the operation principle of the air battery cell 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a schematic diagram for explaining the operating principle of the air battery cell 100 according to the present embodiment.

図14に示すように、本実施形態に係る空気電池セル100は、負極集電体111の両面に負極活物質層112が設けられており、それぞれの負極活物質層112に対向するように、正極130が配置されている。正極130と負極110との間には、電解質150が充填される。また、正極130は、集電体132上に、空気電池セル100の外部の空気中の酸素を取り込むための撥水性酸素透過シート133と、この撥水性酸素透過シート133から取り込んだ酸素の還元能を有する触媒層134が積層された構造を有している。なお、電解質150が電解液でなければ、撥水性酸素透過シート133の代わりに、撥水性を有さない酸素を透過可能なシートや層を用いてもよい。   As shown in FIG. 14, the air battery cell 100 according to the present embodiment is provided with the negative electrode active material layers 112 on both surfaces of the negative electrode current collector 111, so as to face the respective negative electrode active material layers 112. A positive electrode 130 is disposed. An electrolyte 150 is filled between the positive electrode 130 and the negative electrode 110. The positive electrode 130 has a water repellent oxygen permeable sheet 133 for taking in oxygen in the air outside the air battery cell 100 on the current collector 132, and a reducing ability of oxygen taken from the water repellent oxygen permeable sheet 133. The catalyst layer 134 having the structure is laminated. If the electrolyte 150 is not an electrolytic solution, a sheet or layer that is permeable to oxygen that does not have water repellency may be used instead of the water repellent oxygen permeable sheet 133.

このような空気電池セル100において、外部から、撥水性酸素透過シート133を通して空気中の酸素(O)が取り込まれると、まず、正極130では、触媒層134において下記式(1)のように酸素の還元反応が放電反応として起こる。
正極:O+2HO+4e→4OH (1)
In such an air battery cell 100, when oxygen (O 2 ) in the air is taken in from the outside through the water-repellent oxygen permeable sheet 133, first, in the positive electrode 130, the catalyst layer 134 has the following formula (1). Oxygen reduction occurs as a discharge reaction.
Positive electrode: O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH (1)

式(1)のようにして正極130で発生した水酸化物イオン(OH)は、集電体132に伝達され、さらに、電解質150を通って、負極110(負極集電体111及び負極活物質層112)に到達する。そうすると、負極110では、負極活物質層112において下記式(2)のように、正極活物質であるVBと水酸化物イオンとが反応することにより、VBの酸化反応が放電反応として起こる。
負極:VB+11OH→1/2V+B+11/2HO+11e (2)
Hydroxide ions (OH ) generated at the positive electrode 130 as in the formula (1) are transmitted to the current collector 132, and further pass through the electrolyte 150 to pass through the negative electrode 110 (the negative electrode current collector 111 and the negative electrode active material). The material layer 112) is reached. Then, in the negative electrode 110, as shown in the following formula (2) in the negative electrode active material layer 112, the positive electrode active material VB 2 reacts with hydroxide ions, so that an oxidation reaction of VB 2 occurs as a discharge reaction. .
Negative electrode: VB 2 + 11OH → 1 / 2V 2 O 5 + B 2 O 3 + 11 / 2H 2 O + 11e (2)

このように、負極110では、放電反応により、負極活物質(燃料)であるVB 1モル当たり11個という大量の電子(e)が発生するため、エネルギー密度が高く、本実施形態に係る空気電池セル100は、単位体積当たりの放電容量が非常に高いものとなる。また、このとき、負極活物質層112中には、負極活物質であるVBの他に、この負極活物質の導電性を補助する導電助剤として、第1導電材料及び第2導電材料が含まれているため、この大量に発生した電子を効率よく伝達することができる。従って、本実施形態に係る空気電池セル100によれば、理論値に近い放電容量を実現することができる。 Thus, in the negative electrode 110, a large amount of eleven electrons (e ) per mole of VB 2, which is the negative electrode active material (fuel), is generated by the discharge reaction, so that the energy density is high, and according to the present embodiment. The air battery cell 100 has a very high discharge capacity per unit volume. At this time, in addition to the negative electrode active material VB 2 , the negative electrode active material layer 112 includes a first conductive material and a second conductive material as a conductive auxiliary agent that assists the conductivity of the negative electrode active material. Since it is contained, this large amount of generated electrons can be transmitted efficiently. Therefore, according to the air battery cell 100 which concerns on this embodiment, the discharge capacity near a theoretical value is realizable.

なお、上述した式(1)及び(2)から、空気電池セル100全体としての放電反応の反応式は、下記式(3)のようになる。
セル全体:VB+11/4O→B+V (3)
From the above-described formulas (1) and (2), the reaction formula of the discharge reaction of the air battery cell 100 as a whole is represented by the following formula (3).
Whole cell: VB 2 +1 1/4 O 2 → B 2 O 3 + V 2 O 5 (3)

<空気電池セル100及び空気電池ユニット10の用途・使用方法>
続いて、上述した空気電池セル100及び空気電池ユニット10の用途や使用方法について説明する。
<Use and usage of air battery cell 100 and air battery unit 10>
Then, the use and usage method of the air battery cell 100 and the air battery unit 10 mentioned above are demonstrated.

本実施形態に係る空気電池セル100及び空気電池ユニット10は、エネルギー密度が高く、放電容量が大きいことから、様々な用途への適用が可能であるが、例えば、自動車のバッテリ、照明用の補助電源、災害時におけるバックアップ電源、PCやモバイル機器等のバッテリ、その他一般的な空気電池、燃料電池、リチウム二次電池等の代替用途等に使用することができる。この場合、開放電圧を高めるために、所定の昇圧回路と組み合わせたり、多数の空気電池セル100を接続した空気電池ユニット10を使用することが好適である。また、空気電池セル100及び空気電池ユニット10を所定の昇圧回路と組み合わせることにより、開放電圧も高めることができるため、非常用バッテリ等にも使用することができる。なお、炭坑で用いるための電源としても用いることができる。炭坑用途では、水素が発生したり燃焼したりするような電池を使用することができないことから、本実施形態に係る空気電池セル100及び空気電池ユニット10の使用が好適である。   The air battery cell 100 and the air battery unit 10 according to the present embodiment have a high energy density and a large discharge capacity, and thus can be applied to various applications. It can be used for alternative applications such as a power source, a backup power source in the event of a disaster, a battery such as a PC or a mobile device, and other general air batteries, fuel cells, lithium secondary batteries, and the like. In this case, in order to increase the open circuit voltage, it is preferable to use the air battery unit 10 combined with a predetermined booster circuit or connected to a large number of air battery cells 100. Moreover, since the open circuit voltage can be increased by combining the air battery cell 100 and the air battery unit 10 with a predetermined booster circuit, it can be used for an emergency battery or the like. It can also be used as a power source for use in a coal mine. In a coal mine application, since a battery in which hydrogen is generated or burned cannot be used, it is preferable to use the air battery cell 100 and the air battery unit 10 according to this embodiment.

≪第2実施形態≫
次に、本発明の第2実施形態に係る空気電池及び空気電池ユニットについて説明する。本実施形態の説明では、上述した第1の実施形態と同じ内容については説明を省略する。
<< Second Embodiment >>
Next, an air battery and an air battery unit according to a second embodiment of the present invention will be described. In the description of this embodiment, the description of the same contents as those of the first embodiment described above will be omitted.

<空気電池セル100の構成>
まず、図15〜図17を参照しながら、本実施形態に係る空気電池セル200の構成について説明する。図15は、本実施形態に係る空気電池セル200の外観構成を示す斜視図である。図16は、図15に示した空気電池セル200の平面図であり、(a)は上面図、(b)は正面図、(c)は左側面図、(d)は右側面図、(e)は(c)の破線丸囲み部分の拡大図を示している。図17は、本実施形態に係る空気電池セル200の内部構成を示す分解斜視図である。
<Configuration of Air Battery Cell 100>
First, the structure of the air battery cell 200 which concerns on this embodiment is demonstrated, referring FIGS. 15-17. FIG. 15 is a perspective view showing an external configuration of the air battery cell 200 according to the present embodiment. 16 is a plan view of the air battery cell 200 shown in FIG. 15, wherein (a) is a top view, (b) is a front view, (c) is a left side view, (d) is a right side view, e) shows an enlarged view of the circled portion of the broken line in (c). FIG. 17 is an exploded perspective view showing the internal configuration of the air battery cell 200 according to the present embodiment.

図15〜図17に示すように、本実施形態に係る空気電池セル200は、燃料極としての負極(アノード)210と、空気(酸素)極としての正極(カソード)230と、本実施形態に係る電解質の一例としての電解質(図示せず。)と、セパレータ260と、を備える。空気電池セル200では、板状の負極210を表側及び裏側からセパレータ260を介して挟むようにして2枚のシート状の正極230が配置されている。   As shown in FIGS. 15 to 17, an air battery cell 200 according to this embodiment includes a negative electrode (anode) 210 as a fuel electrode, a positive electrode (cathode) 230 as an air (oxygen) electrode, and the present embodiment. An electrolyte (not shown) as an example of the electrolyte and a separator 260 are provided. In the air battery cell 200, two sheet-like positive electrodes 230 are arranged so as to sandwich a plate-like negative electrode 210 from the front side and the back side via a separator 260.

より詳細には、空気電池セル200は、負極210、正極230及びセパレータ260が、正極230、セパレータ260、負極210、セパレータ260、正極230の順に積層された構造を有している。そして、これら積層された負極210、正極230及びセパレータ260を固定するために、クリップ状の挟着部材201が、負極210、正極230及びセパレータ260をそれらの縁部から挟み込むようにして固定している。この挟着部材201は、図16(e)に示すように、その先端部分に屈曲部201aを有しており、この屈曲部201aの内側(正極集電体232側)に突出した部分が、正極集電体232の表面に圧接することで、負極210、正極230及びセパレータ260を挟着する。また、正極230の表面には、挟着部材201により挟着された際に、当該挟着部材201の内部に位置するように、複数の突起232bが設けられている。この突起232bが挟着部材201のストッパーの役割を有することにより、挟着部材201が脱離し難くなっている。   More specifically, the air battery cell 200 has a structure in which a negative electrode 210, a positive electrode 230, and a separator 260 are laminated in the order of a positive electrode 230, a separator 260, a negative electrode 210, a separator 260, and a positive electrode 230. Then, in order to fix the laminated negative electrode 210, positive electrode 230, and separator 260, the clip-shaped clamping member 201 fixes the negative electrode 210, the positive electrode 230, and the separator 260 so as to sandwich them from their edges. Yes. As shown in FIG. 16 (e), the sandwiching member 201 has a bent portion 201a at the tip portion, and a portion protruding to the inside (positive electrode current collector 232 side) of the bent portion 201a By pressing the surface of the positive electrode current collector 232, the negative electrode 210, the positive electrode 230, and the separator 260 are sandwiched. A plurality of protrusions 232 b are provided on the surface of the positive electrode 230 so as to be positioned inside the sandwiching member 201 when sandwiched by the sandwiching member 201. Since the protrusion 232b serves as a stopper for the sandwiching member 201, the sandwiching member 201 is hardly detached.

なお、電解質(電解液)は、空気電池セル200が、後述するユニット筐体21(図18〜20を参照)の内部に収容された状態で、空気電池セル200の周囲に存在している。また、本実施形態では、上述した第1の実施形態とは異なり、1つの空気電池セル200が、1組の電極対(1つの負極110とその両面側に配置された2つの正極130の対)を有している。   The electrolyte (electrolytic solution) is present around the air battery cell 200 in a state where the air battery cell 200 is accommodated in a unit housing 21 (see FIGS. 18 to 20) described later. Further, in the present embodiment, unlike the first embodiment described above, one air battery cell 200 includes one set of electrode pairs (one negative electrode 110 and a pair of two positive electrodes 130 arranged on both sides thereof. )have.

[負極210]
負極210は、空気電池セル200の燃料極として機能する電極であり、例えば、図17に示すように、負極集電体211と、負極活物質層212と、負極端子214と、を主に有する。
[Negative electrode 210]
The negative electrode 210 is an electrode that functions as a fuel electrode of the air battery cell 200. For example, as shown in FIG. 17, the negative electrode 210 mainly includes a negative electrode current collector 211, a negative electrode active material layer 212, and a negative electrode terminal 214. .

(負極集電体211)
負極集電体211は、導電性を有する略板状の部材であり、負極活物質を保持し、電流を負極活物質に供給する役割を有する。
(Negative electrode current collector 211)
The negative electrode current collector 211 is a substantially plate-like member having conductivity, and has a role of holding a negative electrode active material and supplying a current to the negative electrode active material.

〔材質〕
負極集電体211の材質としては、上述した第1の実施形態に係る負極集電体111と同様であるので、ここでは説明を省略する。
[Material]
Since the material of the negative electrode current collector 211 is the same as that of the negative electrode current collector 111 according to the first embodiment described above, the description thereof is omitted here.

〔形状〕
負極集電体211は、略板状の形状を有しているが、第1の実施形態とは異なり、溝部や凹部等は設けられていない。
〔shape〕
The negative electrode current collector 211 has a substantially plate shape, but unlike the first embodiment, no groove or recess is provided.

(負極活物質層212)
負極活物質層212は、上述した負極集電体211の表面(両面)に設けられ、空気電池セル200の放電の際の燃料となる負極活物質を含む層である。この負極活物質層212は、の成分やその他の構成については、上述した第1の実施形態に係る負極活物質層112と同様であるので、ここでは説明を省略する。
(Negative electrode active material layer 212)
The negative electrode active material layer 212 is a layer that is provided on the surface (both surfaces) of the negative electrode current collector 211 described above and includes a negative electrode active material that serves as a fuel when the air battery cell 200 is discharged. Since the negative electrode active material layer 212 has the same components and other configurations as those of the negative electrode active material layer 112 according to the first embodiment described above, the description thereof is omitted here.

(負極端子214)
負極210は、上述した負極集電体211及び負極活物質層212に加えて、更に、負極端子214を有する。負極端子214は、負極集電体211の一の頂点部から外側に突出するようにして設けられた細長い板状の部材である。この負極端子214は、上述した電極側負極端子113やセル側負極端子114と同様に、導電性を有する材料で形成されるのは勿論である。この負極端子214は、電源又は他の空気電池セル200の正極端子237や負極端子214等と電気的に接続される。
(Negative electrode terminal 214)
The negative electrode 210 has a negative electrode terminal 214 in addition to the negative electrode current collector 211 and the negative electrode active material layer 212 described above. The negative electrode terminal 214 is an elongated plate-like member provided so as to protrude outward from one vertex of the negative electrode current collector 211. Of course, the negative electrode terminal 214 is formed of a conductive material, like the electrode-side negative electrode terminal 113 and the cell-side negative electrode terminal 114 described above. The negative electrode terminal 214 is electrically connected to the positive electrode terminal 237 and the negative electrode terminal 214 of the power supply or other air battery cell 200.

[正極230]
正極230は、空気電池セル200の酸素極(酸素を正極活物質とする電極)として機能する電極であり、例えば、図17に示すように、負極210の表面側と裏面側にそれぞれ1つずつ配置されている。正極230は、正極集電体232と、酸素透過・触媒層233と、を主に有する。
[Positive electrode 230]
The positive electrode 230 is an electrode that functions as an oxygen electrode of the air battery cell 200 (an electrode having oxygen as a positive electrode active material). For example, one electrode is provided on each of the front surface side and the back surface side of the negative electrode 210 as shown in FIG. Has been placed. The positive electrode 230 mainly includes a positive electrode current collector 232 and an oxygen permeation / catalyst layer 233.

(正極集電体232)
正極集電体232は、略長方形状の枠状部材であり、その略中央部(枠内部)に開口部232aを有する。空気電池セル200の組立後は、この開口部232aには酸素透過・触媒層233が位置する。
(Positive electrode current collector 232)
The positive electrode current collector 232 is a substantially rectangular frame-shaped member, and has an opening 232a at a substantially central portion (inside the frame). After the air battery cell 200 is assembled, the oxygen permeable / catalyst layer 233 is located in the opening 232a.

この正極集電体232は、電子を正極活物質である酸素に供給する役割を有する。このような正極集電体232の材質としては、上述した第1の実施形態に係る正極集電体132と同様であるので、その詳細な説明を省略する。   The positive electrode current collector 232 has a role of supplying electrons to oxygen which is a positive electrode active material. Since the material of the positive electrode current collector 232 is the same as that of the positive electrode current collector 132 according to the first embodiment described above, detailed description thereof is omitted.

正極集電体232の長辺部の略中央部分には、正極端子237が設けられている。正極端子237は、電源又は他の空気電池セル200の正極端子237や負極端子214等と電気的に接続される。   A positive electrode terminal 237 is provided at a substantially central portion of the long side portion of the positive electrode current collector 232. The positive electrode terminal 237 is electrically connected to the positive electrode terminal 237 and the negative electrode terminal 214 of the power source or other air battery cell 200.

(酸素透過・触媒層233)
酸素透過・触媒層233は、図示してはいないが、基本的には第1の実施形態と同様であり、触媒保持体135に対応する部材に、触媒層134に対応する層を保持させた後に、その上から撥水性酸素透過シート133に対応するシートを貼り付けたものである。従って、この酸素透過・触媒層233は、上述した撥水性酸素透過シート133の機能と、触媒層134の機能を有するものである。その他の構成については、撥水性酸素透過シート133及び触媒層134と同様であるので、ここでは説明を省略する。
(Oxygen permeation / catalyst layer 233)
Although not shown, the oxygen permeation / catalyst layer 233 is basically the same as in the first embodiment, and a member corresponding to the catalyst holding body 135 is made to hold a layer corresponding to the catalyst layer 134. Later, a sheet corresponding to the water-repellent oxygen permeable sheet 133 is pasted thereon. Therefore, the oxygen permeation / catalyst layer 233 has the function of the water repellent oxygen permeable sheet 133 and the function of the catalyst layer 134 described above. Other configurations are the same as those of the water-repellent oxygen permeable sheet 133 and the catalyst layer 134, and thus description thereof is omitted here.

[セパレータ260]
本実施形態では、負極210と正極230とを積層させていることから、第1の実施形態と異なり、電解質が電解液(液状)であるか否かに関わらず、短絡を防止する為に必用となる。このセパレータ260の機能は、上述したセパレータ160と同様である。また、セパレータ260の材料としては、セパレータ160と同様の材料以外に、一般に電池に使用されるセパレータと同じような絶縁体を用いることができる。
[Separator 260]
In this embodiment, since the negative electrode 210 and the positive electrode 230 are laminated, unlike the first embodiment, it is necessary to prevent a short circuit regardless of whether the electrolyte is an electrolyte (liquid) or not. It becomes. The function of the separator 260 is the same as that of the separator 160 described above. In addition to the material similar to the separator 160, an insulator similar to the separator generally used for batteries can be used as the material of the separator 260.

<空気電池セル200の製造方法>
以上、本実施形態に係る空気電池セル200の構成を詳細に説明したが、続いて、図17を参照しながら、上述した構成を有する空気電池セル200の製造方法について詳細に説明する。
<Method for Manufacturing Air Battery Cell 200>
The configuration of the air battery cell 200 according to the present embodiment has been described in detail above. Subsequently, the method for manufacturing the air battery cell 200 having the above-described configuration will be described in detail with reference to FIG.

[負極210の製造]
まず、負極210の製造工程について説明する。初めに、上述した負極活物質層212の材料、すなわち、所定配合比のVB、第1導電材料及びバインダ(さらに必要に応じて第2導電材料及び他の添加剤)を混練し、負極活物質材料のスラリー(活物質スラリー)を作製する。次いで、このようにして作製された活物質スラリーを、負極集電体211の表面(両面)に塗工(キャスト)する。最後に、負極集電体211の表面に塗工された活物質スラリーを乾燥させることで、活物質スラリーが負極集電体211に強固に付着するとともに固化し、図17に示すように、負極集電体211の表面に負極活物質層212が形成される。なお、活物質スラリーの塗工方法、乾燥方法等については、上述した第1の実施形態と同様である。
[Manufacture of Negative Electrode 210]
First, the manufacturing process of the negative electrode 210 will be described. First, the material of the negative electrode active material layer 212 described above, that is, VB 2 having a predetermined blending ratio, the first conductive material, and a binder (and, if necessary, the second conductive material and other additives) are kneaded to produce a negative electrode active material. A material material slurry (active material slurry) is prepared. Next, the active material slurry thus prepared is applied (cast) to the surface (both sides) of the negative electrode current collector 211. Finally, the active material slurry applied to the surface of the negative electrode current collector 211 is dried, so that the active material slurry adheres firmly to the negative electrode current collector 211 and solidifies. As shown in FIG. A negative electrode active material layer 212 is formed on the surface of the current collector 211. In addition, about the coating method of an active material slurry, the drying method, etc., it is the same as that of 1st Embodiment mentioned above.

[正極230の製造]
次に、正極230の製造工程について説明する。初めに、酸素透過・触媒層233を、撥水性酸素透過シート133及び触媒層134が保持された触媒保持体135と同様にして作製する。次いで、このようにして作製された酸素透過・触媒層233を、正極集電体232に固定することで、正極230を製造することができる。
[Manufacture of Positive Electrode 230]
Next, the manufacturing process of the positive electrode 230 will be described. First, the oxygen permeable / catalyst layer 233 is produced in the same manner as the catalyst holding body 135 holding the water-repellent oxygen permeable sheet 133 and the catalyst layer 134. Next, the positive electrode 230 can be manufactured by fixing the oxygen permeation / catalyst layer 233 thus prepared to the positive electrode current collector 232.

[空気電池セル200の製造]
次に、上述したようにして製造された負極210及び正極230を用いて空気電池セル200を製造する工程について説明する。初めに、図17に示すように、正極230、セパレータ260、負極210、セパレータ260、正極230の順に積層する。次いで、積層された負極210、正極230及びセパレータ260の長辺側の縁部を挟着部材201で挟み込むようにして挟着部材201を取り付けることで、負極210、正極230及びセパレータ260が固定される。ここで、図17では、4つの挟着部材201を用いて負極210、正極230及びセパレータ260を固定しているが、これらが脱離しないように固定できる強度を確保できれば、挟着部材201の個数は3つ以下でもよく、強度が足りなければ、5つ以上としてもよい(幅方向の固定強度のバランスを保つためには、挟着部材201の個数を偶数とすることが好適である)。以上のようにして、空気電池セル200を製造することができる。
[Manufacture of air battery cell 200]
Next, the process of manufacturing the air battery cell 200 using the negative electrode 210 and the positive electrode 230 manufactured as described above will be described. First, as shown in FIG. 17, the positive electrode 230, the separator 260, the negative electrode 210, the separator 260, and the positive electrode 230 are laminated in this order. Next, the negative electrode 210, the positive electrode 230, and the separator 260 are fixed by attaching the sandwiching member 201 so that the edges of the long sides of the stacked negative electrode 210, positive electrode 230, and separator 260 are sandwiched by the sandwiching member 201. The Here, in FIG. 17, the negative electrode 210, the positive electrode 230, and the separator 260 are fixed using the four sandwiching members 201, but if the strength that can be secured so as not to detach is secured, The number may be three or less, and may be five or more if the strength is insufficient (in order to maintain the balance of the fixed strength in the width direction, it is preferable that the number of the sandwiching members 201 is an even number). . The air battery cell 200 can be manufactured as described above.

<空気電池ユニット20の構成>
次に、図18及び図19を参照しながら、上述した空気電池セル200を複数接続した空気電池ユニット20の構成について説明する。図18は、本実施形態に係る空気電池ユニット20の全体構成を示す斜視図である。図19は、図18に示した空気電池ユニットの平面図であり、(a)は上面図、(b)は正面図、(c)は右側面図を示している。
<Configuration of Air Battery Unit 20>
Next, the configuration of the air battery unit 20 in which a plurality of the air battery cells 200 described above are connected will be described with reference to FIGS. 18 and 19. FIG. 18 is a perspective view showing the overall configuration of the air battery unit 20 according to the present embodiment. 19 is a plan view of the air battery unit shown in FIG. 18, in which (a) is a top view, (b) is a front view, and (c) is a right side view.

(全体構成)
図18及び図19に示すように、空気電池ユニット20は、上述した空気電池セル200を複数有する。図18及び図19に示した例では、16枚の空気電池セル200を接続した例について記載されているが、空気電池セル200の個数に関しては特に制限されるものではない。
(overall structure)
As shown in FIGS. 18 and 19, the air battery unit 20 includes a plurality of the air battery cells 200 described above. In the example shown in FIGS. 18 and 19, an example in which 16 air battery cells 200 are connected is described, but the number of air battery cells 200 is not particularly limited.

本実施形態に係る空気電池ユニット20は、ユニット筐体21内に複数の空気電池セル200が収容された状態となっており、この状態で、隣り合う空気電池セル200の負極210と正極230(あるいは負極210と負極210、正極230と正極230)がバスバー(図示せず。)等により接続される。ユニット筐体21は、その内部に、空気電池セル200を収容するための収容溝22を複数有している。この収容溝22の幅は、空気電池セル200全体の厚みよりもやや大きな幅となっており、所定の遊びを有して、空気電池セル200が収容溝22内で固定されるようになっている。また、ユニット筐体21には、電源25及び空気電池ユニット20の出力電圧を管理するための回路が配置された電圧管理基板26が設けられている。   The air battery unit 20 according to the present embodiment is in a state in which a plurality of air battery cells 200 are accommodated in the unit housing 21. In this state, the negative electrode 210 and the positive electrode 230 ( Alternatively, the negative electrode 210 and the negative electrode 210, and the positive electrode 230 and the positive electrode 230) are connected by a bus bar (not shown) or the like. The unit housing 21 has a plurality of housing grooves 22 for housing the air battery cells 200 therein. The width of the housing groove 22 is slightly larger than the thickness of the entire air battery cell 200, and the air battery cell 200 is fixed in the housing groove 22 with a predetermined play. Yes. The unit housing 21 is provided with a voltage management board 26 on which a circuit for managing the output voltage of the power supply 25 and the air battery unit 20 is arranged.

(制御部)
また、本実施形態に係る空気電池ユニット20は、上述した第1の実施形態に係る空気電池ユニット10と同様に、複数の空気電池セル100の接続を直列と並列とで切り替えるための制御部(図示せず。)を有していてもよい。この制御部の構成は第1の実施形態と同様である。また、制御部は、上述した電圧管理基板26の一部に設けられていてもよいし、別途の回路基板あるいは外部装置として設けられていてもよい。
(Control part)
Moreover, the air battery unit 20 which concerns on this embodiment is the control part (for switching the connection of the several air battery cell 100 in series and parallel similarly to the air battery unit 10 which concerns on 1st Embodiment mentioned above. (Not shown). The configuration of this control unit is the same as that of the first embodiment. The control unit may be provided on a part of the voltage management board 26 described above, or may be provided as a separate circuit board or an external device.

<空気電池ユニット20の組立方法>
次に、図20を参照しながら、上述した構成を有する空気電池ユニット20の組立方法について説明する。図20は、本実施形態に係る空気電池ユニット20の組立方法を示す分解斜視図である。
<Assembly method of air battery unit 20>
Next, a method for assembling the air battery unit 20 having the above-described configuration will be described with reference to FIG. FIG. 20 is an exploded perspective view showing an assembling method of the air battery unit 20 according to the present embodiment.

図20に示すように、まず、複数の空気電池セル200のそれぞれを、ユニット筐体21に設けられた複数の収容溝22のそれぞれに挿入し、ユニット筐体21内に複数の空気電池セル200を収容する。次いで、図示してはいないが、ユニット筐体21内に収容された複数の空気電池セル200及び電源25をバスバー(図示せず。)や導線等により接続することで、複数の空気電池セル200が接続された本実施形態に係る空気電池ユニット20を製造することができる。   As shown in FIG. 20, first, each of the plurality of air battery cells 200 is inserted into each of the plurality of receiving grooves 22 provided in the unit housing 21, and the plurality of air battery cells 200 are inserted into the unit housing 21. To accommodate. Next, although not shown in the drawing, the plurality of air battery cells 200 housed in the unit housing 21 and the power source 25 are connected by a bus bar (not shown), a conductive wire, or the like, so that the plurality of air battery cells 200 are connected. The air battery unit 20 according to this embodiment to which is connected can be manufactured.

なお、本実施形態に係る空気電池セル200の動作原理や、空気電池セル200及び空気電池ユニット20の用途・使用方法は、上述した第1の実施形態と同様である。   Note that the operating principle of the air battery cell 200 according to the present embodiment and the uses and usage methods of the air battery cell 200 and the air battery unit 20 are the same as those in the first embodiment described above.

次に、本発明を実施例及び比較例により、更に具体的に説明するが、本発明は、これらの例によって何ら限定されるものではない。   Next, although an example and a comparative example explain the present invention still more concretely, the present invention is not limited at all by these examples.

[実施例]
(負極の作製)
平均粒子径が2〜5μmのVB粒子(100g)と、カーボンブラックと、バインダとしてPVDFと、を質量比でそれぞれ、84%、8%、8%の割合で混練し、負極活物質のスラリーを作製した。次いで、このスラリーを図9等に示した形状を有するグラファイト製の集電体の溝部に刷毛を用いて塗布し、自然乾燥させた。これを集電体両面について行うことで、集電体の両面に負極活物質等が形成された負極を得た。
[Example]
(Preparation of negative electrode)
VB 2 particles (100 g) having an average particle size of 2 to 5 μm, carbon black, and PVDF as a binder are kneaded at a mass ratio of 84%, 8%, and 8%, respectively, and a slurry of a negative electrode active material Was made. Next, this slurry was applied to the grooves of a graphite current collector having the shape shown in FIG. 9 and the like using a brush and allowed to dry naturally. By performing this on both sides of the current collector, a negative electrode having a negative electrode active material or the like formed on both sides of the current collector was obtained.

(空気電池の作製)
また、MnO(30質量%)とPTFE(25質量%)とカーボンブラック(5質量%)と活性炭(40質量%)とを粉末状にしたものを練り固めて触媒層材料とした。次いで、この触媒層材料をステンレス(SUS304 ニッケルメッキ)製の金網に保持させ、この一方の面にPTFE製のシートを貼り付け、さらに、これをSPCC製のフレームに固定することで、正極とした。
(Production of air battery)
Further, a powder of MnO 2 (30% by mass), PTFE (25% by mass), carbon black (5% by mass), and activated carbon (40% by mass) was kneaded and made into a catalyst layer material. Next, the catalyst layer material is held on a metal mesh made of stainless steel (SUS304 nickel plating), a PTFE sheet is pasted on one surface thereof, and further fixed to a frame made of SPCC to obtain a positive electrode. .

以上のように作製した負極及び正極を用いて、図3及び図4を用いて上述したようにして空気電池セルを作製した。なお、電解液として、濃度86質量%の水酸化カリウム水溶液を用い、セパレータとして、セルロースとレーヨンとPVAとを含む織布(厚み200μm)を用いた。このセパレータのポア径は11μm、サイズは幅260mm×200mmであった。   Using the negative electrode and the positive electrode manufactured as described above, an air battery cell was manufactured as described above with reference to FIGS. In addition, the potassium hydroxide aqueous solution with a density | concentration of 86 mass% was used as electrolyte solution, and the woven fabric (thickness 200 micrometers) containing a cellulose, rayon, and PVA was used as a separator. The separator had a pore diameter of 11 μm and a width of 260 mm × 200 mm.

(単一の空気電池セルでの放電特性及び負極活物質層の剥離性の評価)
以上のようにして作製した単一の空気電池セル(単セル)を用いて、5Aの定電流放電を行うことで、放電特性を評価した。本評価における放電カーブを図21に示す。図21は、本実施例における単セルでの放電カーブを示すグラフである。なお、図21では、横軸が放電時間[hh:mm:ss]を示し、左側の縦軸が電圧、右側の縦軸が電流の値を示している。また、図の一点鎖線で示した曲線が電圧の変化を示し、破線で示した曲線が電流の変化を示している。
(Evaluation of discharge characteristics in single air battery cell and peelability of negative electrode active material layer)
Using a single air battery cell (single cell) produced as described above, discharge characteristics were evaluated by performing 5 A constant current discharge. A discharge curve in this evaluation is shown in FIG. FIG. 21 is a graph showing a discharge curve in a single cell in this example. In FIG. 21, the horizontal axis represents the discharge time [hh: mm: ss], the left vertical axis represents the voltage, and the right vertical axis represents the current value. In addition, a curve indicated by an alternate long and short dash line in the figure indicates a change in voltage, and a curve indicated by a broken line indicates a change in current.

図21に示すように、単セルの場合でも、0.3V以上の電圧を64時間近く維持できていた。これは、実用上十分な値といえる。また、VB粒子を負極活物質として使用していることからエネルギー密度が非常に高く、放電容量(309Ah)も非常に高いものとなった。 As shown in FIG. 21, even in the case of a single cell, a voltage of 0.3 V or higher could be maintained for nearly 64 hours. This is a practically sufficient value. Further, the VB 2 particles very high energy density because it is used as a negative electrode active material, the discharge capacity (309Ah) also became very high.

また、上記放電特性の評価後においても、負極活物質層の負極集電体からの剥離は観察されなかった。このことから、本発明のように、負極活物質層に導電助剤としてカーボンブラック等の導電性カーボンを含有させ、負極集電体材料としてグラファイト等の導電性カーボンを使用することで、負極活物質層が負極集電体から剥離することを効果的に抑制できることが分かった。   Moreover, even after the evaluation of the discharge characteristics, peeling of the negative electrode active material layer from the negative electrode current collector was not observed. Therefore, as in the present invention, the negative electrode active material layer contains conductive carbon such as carbon black as a conductive auxiliary agent, and conductive carbon such as graphite is used as the negative electrode current collector material. It was found that the material layer can be effectively prevented from peeling from the negative electrode current collector.

[比較例]
また、本発明者らは、比較例として、上記実施例において、集電体材料としてグラファイトの代わりに、無電解ニッケルメッキを施した銅板を使用した場合についても負極活物質層の剥離性を評価した。その結果、2Aの定電流放電を約24時間行った後に、負極活物質層が負極集電体から剥離し、その結果、内部抵抗が上昇し、十分な放電容量が得られない(47.9Ah)ことがわかった。
[Comparative example]
In addition, as a comparative example, the present inventors also evaluated the peelability of the negative electrode active material layer when using a copper plate plated with electroless nickel instead of graphite as the current collector material in the above examples. did. As a result, after the constant current discharge of 2A was performed for about 24 hours, the negative electrode active material layer was peeled off from the negative electrode current collector, and as a result, the internal resistance increased and a sufficient discharge capacity could not be obtained (47.9 Ah). )I understood it.

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述した形態に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で当業者が想到し得る他の形態または各種の変更例についても本発明の技術的範囲に属するものと理解される。   The preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the above-described embodiment. That is, it is understood that other forms or various modifications that can be conceived by those skilled in the art within the scope of the invention described in the claims belong to the technical scope of the present invention.

10、20 空気電池ユニット
11 バスバー
15 ボルト
21 ユニット筐体
22 収容溝
100、200 空気電池セル
101 筐体
102 筐体フレーム
103 表面カバー
104 裏面カバー
105 キャップ
106 スライド部材
110、120、210 負極
111、121、211 負極集電体
111a 溝部
121a 凹部
112、212 負極活物質層
113、123 電極側負極端子
114 セル側負極端子
116 端子支持部材
130、230 正極
132、232 正極集電体
133 撥水性酸素透過シート
134 触媒層
135 触媒保持体
137、237 正極端子
150 電解液
160、260 セパレータ
201 挟着部材
233 酸素透過・触媒層
10, 20 Air battery unit 11 Bus bar 15 Bolt 21 Unit housing 22 Housing groove 100, 200 Air battery cell 101 Housing 102 Housing frame 103 Front cover 104 Back cover 105 Cap 106 Slide members 110, 120, 210 Negative electrodes 111, 121 , 211 Negative electrode current collector 111a Groove portion 121a Recess 112, 212 Negative electrode active material layer 113, 123 Electrode side negative electrode terminal 114 Cell side negative electrode terminal 116 Terminal support member 130, 230 Positive electrode 132, 232 Positive electrode current collector 133 Water repellent oxygen permeable sheet 134 Catalyst layer 135 Catalyst holder 137, 237 Positive electrode terminal 150 Electrolytic solution 160, 260 Separator 201 Nipping member 233 Oxygen permeation / catalyst layer

Claims (16)

二ホウ化バナジウムを少なくとも含む負極活物質と、該負極活物質の導電助剤と、集電体とを有する負極と、
酸素を正極活物質とする正極と、
前記負極と前記正極との間で水酸化物イオンを伝導する電解質と、
を備え、
前記導電助剤及び前記集電体がともに導電性カーボンからなる、空気電池。
A negative electrode active material containing at least vanadium diboride, a conductive auxiliary of the negative electrode active material, and a current collector,
A positive electrode using oxygen as a positive electrode active material;
An electrolyte that conducts hydroxide ions between the negative electrode and the positive electrode;
With
An air battery in which the conductive assistant and the current collector are both made of conductive carbon.
前記導電助剤が、グラフェン、カーボンナノチューブ、炭素繊維、カーボンブラック、黒鉛及び活性炭からなる群より選ばれる少なくとも一種の導電性カーボンからなり、
前記集電体が、グラファイトからなる、請求項1に記載の空気電池。
The conductive auxiliary agent comprises at least one conductive carbon selected from the group consisting of graphene, carbon nanotubes, carbon fibers, carbon black, graphite, and activated carbon,
The air battery according to claim 1, wherein the current collector is made of graphite.
前記負極が、前記導電助剤として、前記負極活物質の平均粒子径未満の平均粒子径を有する第1導電材料を含有する、請求項1又は2に記載の空気電池。   3. The air battery according to claim 1, wherein the negative electrode contains a first conductive material having an average particle diameter less than an average particle diameter of the negative electrode active material as the conductive auxiliary agent. 前記負極が、前記導電助剤として、前記負極活物質の平均粒子径以上の平均長さを有する第2導電材料を更に含有する、請求項3に記載の空気電池。   The air battery according to claim 3, wherein the negative electrode further contains a second conductive material having an average length equal to or larger than an average particle diameter of the negative electrode active material as the conductive auxiliary agent. 前記第1導電材料が、前記負極活物質100質量部に対して0.5質量部以上50質量部以下含有されており、
前記第2導電材料が、前記負極活物質100質量部に対して0.1質量部以上30質量部以下含有されている、請求項4に記載の空気電池。
The first conductive material is contained in an amount of 0.5 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material,
The air battery according to claim 4, wherein the second conductive material is contained in an amount of 0.1 part by mass or more and 30 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material.
前記第1導電材料がカーボンブラック、黒鉛及び活性炭からなる群より選ばれる少なくとも一種の導電性カーボンであり、前記第2導電材料がグラフェン、カーボンナノチューブ及び炭素繊維からなる群より選ばれる少なくとも一種の導電性カーボンである、請求項4又は5に記載の空気電池。   The first conductive material is at least one conductive carbon selected from the group consisting of carbon black, graphite and activated carbon, and the second conductive material is at least one conductive selected from the group consisting of graphene, carbon nanotube and carbon fiber. The air battery according to claim 4, wherein the air battery is a conductive carbon. 前記負極では、前記負極活物質、前記第1導電材料及び前記第2導電材料を含む放電領域が互いに離隔した状態で複数に分割されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の空気電池。   7. The negative electrode according to claim 1, wherein a discharge region including the negative electrode active material, the first conductive material, and the second conductive material is divided into a plurality in a state of being separated from each other. Air battery. 前記集電体が、互いに分離した複数の放電セルを有し、且つ、隣接する前記放電セル間には隔壁が設けられており、
各々の前記放電セル内に、前記放電領域として、前記負極活物質、前記第1導電材料及び前記第2導電材料を含有する負極活物質層を有する、請求項7に記載の空気電池。
The current collector has a plurality of discharge cells separated from each other, and a partition is provided between the adjacent discharge cells,
The air battery according to claim 7, wherein each discharge cell has a negative electrode active material layer containing the negative electrode active material, the first conductive material, and the second conductive material as the discharge region.
前記電解質が、水系又は非水系の電解液であり、
前記負極と前記正極とを電気的に絶縁するセパレータをさらに備え、
前記セパレータが、前記電解液を含浸可能である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の空気電池。
The electrolyte is an aqueous or non-aqueous electrolyte;
A separator that electrically insulates the negative electrode from the positive electrode;
The air battery according to claim 1, wherein the separator can be impregnated with the electrolytic solution.
前記負極が、前記空気電池に対して着脱可能に設けられている、請求項1〜9のいずれか一項に記載の空気電池。   The air battery according to any one of claims 1 to 9, wherein the negative electrode is detachably attached to the air battery. 前記負極活物質が、水酸化物イオンと反応して電子を発生させるとともに前記反応により水酸化物となる金属で二ホウ化バナジウム粒子を包摂したVB/金属複合体である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の空気電池。 The negative electrode active material is a VB 2 / metal composite in which vanadium diboride particles are included in a metal that reacts with hydroxide ions to generate electrons and becomes a hydroxide by the reaction. The air battery according to any one of 10. 前記金属が、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、リチウム、ナトリウム、カルシウム及びこれらの合金からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属である、請求項11に記載の空気電池。   The air battery according to claim 11, wherein the metal is at least one metal selected from the group consisting of zinc, aluminum, magnesium, lithium, sodium, calcium, and alloys thereof. 前記VB/金属複合体が、導電性カーボンで包摂された二ホウ化バナジウム粒子を更に前記金属で包摂したものである、請求項11又は12に記載の空気電池。 The air battery according to claim 11 or 12, wherein the VB 2 / metal composite further contains vanadium diboride particles encapsulated with conductive carbon with the metal. 前記二ホウ化バナジウムを包摂する導電性カーボンが、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、グラフェン、グラファイト、炭素繊維、黒鉛及び活性炭からなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項13に記載の空気電池。   The air battery according to claim 13, wherein the conductive carbon containing the vanadium diboride is at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, carbon black, graphene, graphite, carbon fiber, graphite, and activated carbon. 酸素を正極活物質とする正極を有する空気電池用の負極であって、
二ホウ化バナジウムを少なくとも含む負極活物質と、該負極活物質の導電助剤と、集電体と、を含有し、
前記導電助剤及び前記集電体がともに導電性カーボンからなる、負極。
A negative electrode for an air battery having a positive electrode using oxygen as a positive electrode active material,
A negative electrode active material containing at least vanadium diboride, a conductive auxiliary of the negative electrode active material, and a current collector,
A negative electrode in which the conductive assistant and the current collector are both made of conductive carbon.
請求項1〜14のいずれか一項に記載の空気電池のセルを複数有する、空気電池ユニット。

An air battery unit comprising a plurality of air battery cells according to claim 1.

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