JP2017004644A

JP2017004644A - 金属空気電池セル

Info

Publication number: JP2017004644A
Application number: JP2015114700A
Authority: JP
Inventors: 高橋　昌樹; Masaki Takahashi; 昌樹高橋; 由晴中島; Yoshiharu Nakajima; 由佳雨森; Yuka Amemori; 阪間　寛; Hiroshi Sakama; 寛阪間
Original assignee: Fujikura Rubber Ltd
Current assignee: Fujikura Composites Inc
Priority date: 2015-06-05
Filing date: 2015-06-05
Publication date: 2017-01-05

Abstract

【課題】出力性能および放電持続性に優れ、電池反応による生成物によって構成部品が破損するようなことのない金属空気電池セルを提供すること。【解決手段】略直方体状の容器１０と、容器１０内の一面側に固定配置された矩形状の第１空気極３１と、容器１０内の他面側に固定配置された矩形状の第２空気極３２と、容器１０にその上部のみが固定され、第１空気極３１と間隙を介して対向するよう当該第１空気極３１の内側に配置された矩形状の第１金属極４１と、容器１０にその上部のみが固定され、第２空気極３２と間隙を介して対向するよう当該第２空気極３２の内側に配置された矩形状の第２金属極４２と、容器１０に装着された正極端子５０と、容器１０に装着された負極端子６０とを備えてなり、第１金属極４１および第２金属極４２の各々には、その下端から縦方向に延びてその上端近傍に至るスリット４３が形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、金属空気電池セルに関し、さらに詳しくは、正極である空気極と負極である金属極とが略中空直方体状の容器内に配置されてなる金属空気電池セルに関する。

従来、金属空気電池であるマグネシウム空気電池として、有底角筒状の容器本体と、容器本体に着脱可能に取り付けられた蓋体と、容器本体の一面に固定配置された板状の空気体（正極）と、蓋体に固定されるとともに容器本体の内部に挿入される円柱状の金属極（負極）とを備えてなるものが知られている（下記特許文献１参照）。

特開２０１４−１４６４７９号公報

例えば、携帯電話の充電などの用途に供される金属空気電池には、ある程度高い出力（最大電力）が望まれる。
しかしながら、上記特許文献１のような構造のマグネシウム空気電池では、電極の面積、特に、空気極に対向する金属極の表面積が狭く、また、空気極と金属極との離間距離が大きいことから、十分に高い出力を得ることができない。

一方、金属空気電池には、ある程度長い時間にわたり所期の出力による放電が持続することが望まれる。特に、金属極（マグネシウム合金）が消費される前に、電池反応による反応生成物によって反応の持続性が損なわれたり、当該反応生成物によって構成部品が破損したりすることは避けなければならない。

本発明は以上のような事情に基いてなされたものである。
本発明の目的は、高い出力（最大電力）を得ることができるとともに、電池反応による反応生成物によって反応の持続性が損なわれにくく、放電持続性に優れた金属空気電池セルを提供することにある。
本発明の他の目的は、電池反応による反応生成物によって構成部品が破損するようなことのない金属空気電池セルを提供することにある。

本発明の金属空気電池セルは、正極である空気極および負極である金属極が容器内に配置されてなる金属空気電池セルにおいて、
中空の略直方体状であって、この直方体の最大面積面である一面および他面を起立させた状態で配置される容器と、
前記容器内の一面側に固定配置された矩形シート状の第１空気極と、
前記容器内の他面側に固定配置された矩形シート状の第２空気極と、
前記容器にその上部のみが固定され、前記第１空気極と間隙を介して対向するよう当該第１空気極の内側に配置された矩形シート状の第１金属極と、
前記容器にその上部のみが固定され、前記第２空気極と間隙を介して対向するよう当該第２空気極の内側に配置された矩形シート状の第２金属極と、
前記容器に装着され、前記第１空気極および前記第２空気極の各々と電気的に接続された正極端子と、
前記容器に装着され、前記第１金属極および前記第２金属極の各々と電気的に接続された負極端子とを備えてなり、
下記（１）〜（３）の何れかの構成を備えていることを特徴とする。

（１）前記第１金属極および前記第２金属極の各々には、その下端から縦方向に延びてその上端近傍に至る（但し上端には至っていない）少なくとも１本のスリットが形成されていること。

（２）前記第１金属極および前記第２金属極の各々は、その下端から縦方向に延びてその上端に至る少なくとも１本のスリットによって複数枚の短冊状片に分割されていること。すなわち、スリットを介して配置された複数枚の短冊状片により、第１金属極および第２金属極の各々が構成されていること。

（３）前記第１金属極および前記第２金属極の各々に貫通孔が形成されていること。

このような構成の金属空気電池セルによれば、容器一面側および他面側にそれぞれ固定配置された２枚の空気極（第１空気極および第２空気極）と、これらの空気極にそれぞれ対向する２枚の金属極（第１金属極および第２金属極）とが容器内に配置されているので、空気極（第１空気極および第２空気極）および金属極（第１金属極および第２金属極）の表面積を広く確保することができるとともに、空気極と金属極との間隙を狭く設定することができる。これにより、高い出力（電流−電圧特性試験における最大電力）を達成することができる。

また、このような構成の金属空気電池セルによれば、空気極と金属極との間隙における電池反応による反応生成物を、金属極に形成されたスリット（上記（１）または（２）の場合）または貫通孔（上記（３）の場合）から容器の内側（第１金属極と第２金属極との間）に移行させることができるので、当該反応生成物を容器内の全体に分散させることができ、空気極と金属極との間隙に反応生成物が早期に堆積して電池反応が阻害されることを防止することができる。この結果、この金属空気電池セルは優れた放電持続性を有するものとなる。

さらに、このような構成の金属空気電池セルによれば、第１金属極および第２金属極の上部のみが容器に固定されているので、空気極と金属極との間隙に堆積した反応生成物によっても構成部品（空気極）が破損するようなことはない。
仮に、金属極の上部および下部が容器に固定されていると、空気極と金属極との間隙に堆積した反応生成物によって空気極および金属極に作用する押圧力により、相対的に強度の低い空気極が破損することが考えられる。
しかし、本発明の金属空気電池セルのように、金属極の上部のみが容器に固定されて、下部は固定されていないことによれば、当該金属極を揺動させてその下部を容器の内側に変位させることができ、これにより、反応生成物による押圧力が緩和されるので、空気極が破損することを確実に防止することができる。

また、上記（１）または（２）の構成を備えた金属空気電池セルによれば、金属電極に形成されたスリットにより、金属極の撓み剛性が低下して当該金属極の下部を容易に変位させることができるとともに、スリットにより形成された電極部分または短冊状片を独立して揺動させる（下部を変位させる）ことができるので、反応生成物の堆積量が左右方向に異なる場合であっても、堆積量に応じて電極部分ごとに変位量を変えることにより対応することができる。

本発明の金属空気電池セルにおいて、前記容器の一面側および他面側の各々における容器内面の面積を（Ｓ０）、前記第１空気極および前記第２空気極の各々の面積を（Ｓ１）、前記第１金属極および前記第２金属極の各々の面積を（Ｓ２）とするとき、
（Ｓ１）／（Ｓ０）が０．５〜１．０であり、
（Ｓ２）／（Ｓ１）が０．５〜１．０であることが、高い出力を達成する観点から好ましい。

また、本発明の金属空気電池セルにおいて、前記第１空気極と前記第１金属極との間隙および前記第２空気極と前記第２金属極との間隙が何れも０．５〜５．０ｍｍであること、特に０．５〜２．５ｍｍであることが、高い出力を達成する観点から好ましい。

また、本発明の金属空気電池セルにおいて、前記第１金属極および前記第２金属極の各々に形成されているスリットの幅が１．０〜１０．０ｍｍであり、前記スリットの数が１〜４であることが、優れた放電持続性を達成する観点から好ましい。

また、前記第１金属極または前記第２金属極における前記貫通孔の比率が３〜２０面積％であることが好ましい。
また、本発明の金属空気電池セルにおいて、前記第１金属極および前記第２金属極を構成する金属がマグネシウムまたはマグネシウム合金であることが好ましい。

本発明の金属空気電池セルによれば、高い出力（最大電力）を得ることができるとともに、電池反応による反応生成物によって反応の持続性が損なわれにくいので、放電持続性に優れている。
また、本発明の金属空気電池セルにおいては、電池反応による反応生成物によって構成部品である空気極（第１空気極および第２空気極）が破損するようなことを防止することができる。

本発明の一実施形態に係るマグネシウム空気電池セルを示す斜視図である。図１に示したマグネシウム空気電池セルの正面図である。図１に示したマグネシウム空気電池セルの平面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。図３のＢ−Ｂ断面図である。図１に示したマグネシウム空気電池セルを構成する空気極の積層構成を示す断面図である。図１に示したマグネシウム空気電池セルを構成する第２金属極を示す斜視図である。図１に示したマグネシウム空気電池セルが筐体内に配列されてなるマグネシウム空気電池（組電池）を示す平面図である。長時間の放電前後における金属極の形態の変化を模式的に示す断面図である。本発明の他の実施形態に係るマグネシウム空気電池セルを示す断面図である。本発明の更に他の実施形態に係るマグネシウム空気電池セルを示す断面図である。実施例および比較例に係る電池について測定した放電持続性の試験結果を示すチャートである。

以下、本発明の金属空気電池の一実施形態に係るマグネシウム空気電池セルについて、図面を用いて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１〜図５に示す本実施形態のマグネシウム空気電池セル１００は、正極である空気極および負極である金属極が容器内に配置されてなるマグネシウム空気電池セルにおいて、中空の扁平な略直方体状であって、この直方体の最大面積面である一面１０１および他面１０２を起立させた状態で配置される容器１０と、容器１０内の一面１０１側に固定配置された矩形シート状の第１空気極３１と、容器１０内の他面１０２側に固定配置された矩形シート状の第２空気極３２と、その上部のみが容器１０に固定され、第１空気極３１と間隙Ｇ１を介して対向するよう当該第１空気極３１の内側に配置された矩形シート状の第１金属極４１と、その上部のみが容器１０に固定され、第２空気極３２と間隙Ｇ２を介して対向するよう当該第２空気極３２の内側に配置された矩形シート状の第２金属極４２と、容器１０に装着され、第１空気極３１および第２空気極３２の各々と電気的に接続された正極端子５０と、容器１０に装着され、第１金属極４１および第２金属極４２の各々と電気的に接続された負極端子６０とを備えてなり、第１金属極４１および第２金属極４２の各々には、その下端から縦方向に延びて、その上端近傍に至る２本のスリットが形成されている。

マグネシウム空気電池セル１００を構成する容器１０は、容器本体１１と、容器カバー１５とからなる中空の略直方体状（箱型）の容器である。なお、図１〜図３において、１８は給水部である。
容器１０は、その概略形状である直方体の最大面積面である一面１０１および他面１０２を起立させた状態で、後述するマグネシウム空気電池（組電池）の内部に複数個配置される。

容器本体１１内には、空気極（第１空気極３１および第２空気極３２）および金属極（第１金属極４１および第２金属極４２）が配置されるとともに、使用時において、食塩水などの電解液が収容される。
容器本体１１の構成材料としては特に限定されるものではなく、樹脂などを挙げることができる。

図１、図２および図４に示すように、容器１０（容器本体１１）の一面１０１および他面１０２を構成する壁には開口窓１３が形成されている。これらの開口窓１３によって、第１空気極３１および第２空気極３２の外周面を空気と接触させることができる。

容器カバー１５には、第１空気極３１および第２空気極３２の各々と電気的に接続されている正極端子５０と、第１金属極４１および第２金属極４２の各々と電気的に接続されている負極端子６０とが装着されている。

容器１０のサイズとしては特に限定されるものではないが、サイズ（外側寸法）の一例を示せば１５２ｍｍ×１７６ｍｍ×３３ｍｍとされる。また、サイズ（内側寸法）の一例を示せば１３０ｍｍ×１５９ｍｍ×２４ｍｍとされる。このサイズ（内側寸法）の容器１０において一面側および他面側の各々における容器内面の面積（Ｓ０）は２０６．７ｃｍ²（１３０ｍｍ×１５９ｍｍ）となる。

マグネシウム空気電池セル１００を構成する第１空気極３１は、容器１０内の一面１０１側に固定配置された矩形シート状の電極であり、第２空気極３２は、容器１０内の他面１０２側に固定配置された矩形シート状の電極である。

マグネシウム空気電池セル１００を構成する空気極（第１空気極３１および第２空気極３２）は、図６に示すように、導電材層３６と集電体層３８とが積層されてなる。
第１空気極３１および第２空気極３２を構成する導電材層３６は、容器１０内に収容される電解液と接触する内側層である。
この導電材層３６は、導電性材料をバインダ樹脂により結着させることにより形成することができる。
ここに、導電材層３６を得るために使用する導電性材料としては特に限定されるものではなく、従来公知の金属空気電池の正極体（導電材層）を構成する材料をすべて使用することができるが、好適な導電性材料として、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、活性炭およびカーボンナノチューブなどの炭素材料を挙げることができる。

空気極（第１空気極３１，第２空気極３２）の導電材層３６を形成するために導電性材料と混合されるバインダ樹脂としても特に限定されるものではないが、好適なバインダ樹脂として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）などのフッ素樹脂を挙げることができる。

導電材層３６には、従来公知の空気電池正極用の電極触媒が含有されていてもよい。
導電材層３６に含有させることのできる触媒としては、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、タングステン（Ｗ）、鉛（Ｐｂ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属およびその化合物、並びにこれらの合金などを例示することができる。

空気極（第１空気極３１，第２空気極３２）を構成する集電体層３８は、空気と接する外側層である。
集電体層３８としては、導電性の金属材料からなる金網、エキスパンドメタル、織物、パンチングシート、発泡体などを好適に使用することができる。
導電性の金属材料としては、集電体として機能するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、銅、ニッケルなどを挙げることができる。

第１空気極３１および第２空気極３２のサイズとしては、容器１０の一面１０１側および他面１０２側の各々における容器内面を十分に覆うことができるサイズであることが好ましい。
ここに、容器１０の一面１０１側および他面１０２側の各々における容器内面の面積を（Ｓ０）、第１空気極３１および第２空気極３２の各々の面積を（Ｓ１）とするとき、（Ｓ１）／（Ｓ０）が０．５〜１．０であることが好ましく、更に好ましくは０．７〜１．０である。

第１空気極３１および第２空気極３２のサイズの一例を示せば１３０ｍｍ×１５９ｍｍ×１．０ｍｍとされ、この場合において、面積（Ｓ１）は２０６．７ｃｍ²となり、（Ｓ１）／（Ｓ０）の値は１．０となる。

マグネシウム空気電池セル１００を構成する第１金属極４１は、容器１０に対してその上部のみが固定され、第１空気極３１と間隙Ｇ１を介して対向するよう、当該第１空気極３１の内側に配置された矩形シート状の電極であり、第２金属極４２は、容器１０に対してその上部のみが固定され、第２空気極３２と間隙Ｇ２を介して対向するよう、当該第２空気極３２の内側に配置された矩形シート状の電極である。

マグネシウム空気電池セル１００を構成する第１金属極４１および第２金属極４２は、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる。

第１金属極４１および第２金属極４２を構成するマグネシウム合金としては、従来公知のマグネシウム空気電池の負極体を構成するものをすべて使用することができる。
具体的には、アルミニウム、亜鉛、マンガン、ケイ素、希土類元素、カルシウム、ストロンチウム、スズ、ゲルマニウム、リチウム、ジルコニウム、ベリリウムから選ばれた少なくとも１種の金属と、マグネシウムとの合金を挙げることができる。

好適なマグネシウム合金としては、ＡＺ３１、ＡＺ６１、ＡＺ９１などのマグネシウムとアルミニウムと亜鉛とを含む合金、ＡＭ６０、ＡＭ８０などのマグネシウムとアルミニウムとマンガンとを含む合金、ＬＺ９１などのマグネシウムとリチウムとを含む合金を挙げることができる。

第１金属極４１および第２金属極４２のサイズとしては、第１空気極３１および第２空気極３２の各々のサイズと同程度であることが好ましい。
ここに、第１空気極３１および第２空気極３２の各々の面積を（Ｓ１）とし、第１金属極４１および第２金属極４２の各々の面積を（Ｓ２）とするとき、（Ｓ２）／（Ｓ１）が０．５〜１．０であることが好ましい。

第１金属極４１および第２金属極４２のサイズの一例を示せば１３０ｍｍ×１３４ｍｍ×１．０ｍｍとされ、この場合において、面積（Ｓ２）は、後述する２本のスリット４３の面積（例えば２．２ｃｍ²）を差し引くと１７２．０ｃｍ²となり、（Ｓ２）／（Ｓ１）の値は０．８３となる。

図５および図７に示すように、第２金属極４２には、その下端から縦方向に延びてその上端近傍に至る２本のスリット４３が形成されている。
これにより、第２金属極４２は、互いに独立して揺動する（下部が変位する）ことのできる第１部分４２１と第２部分４２２と第３部分４２３とを有することになる。
なお、第１金属極４１も、第２金属極４２と同様の形状を有している。

これにより、第１空気極３１と第１金属極４１との間隙Ｇ１における電池反応の反応生成物を、第１金属極４１に形成されているスリットから容器１０の内側（第１金属極４１と第２金属極４２との間）に移行させることができるとともに、第２空気極３２と第２金属極４２との間隙Ｇ２における電池反応の反応生成物を、第２金属極４２に形成されているスリット４３から容器１０の内側に移行させることができるので、当該反応生成物を容器１０の内部全体に分散させることができる。従って、第１空気極３１と第１金属極４１との間隙Ｇ１および／または第２空気極３２と第２金属極４２との間隙Ｇ２に反応生成物が早期に堆積して電池反応が阻害されることを防止することができ、この結果、優れた放電持続性を発揮することができる。

ここに、第１金属極４１および第２金属極４２の各々に形成されているスリットの幅は１．０〜１０．０ｍｍであることが好ましく、好適な一例を示せば１．０ｍｍである。

この幅が過小である場合には、電池反応の反応生成物を容器（セル）全体に十分に分散させることができず、放電持続性を十分に満足するものとならない。
他方、この幅が過大である場合には、第１金属電極４１および第２金属電極４２の面積を広く確保することができず、得られる電池が十分に高い出力を有するものとならない。

マグネシウム空気電池セル１００を構成する正極端子５０は、第１空気極３１および第２空気極３２の各々と電気的に接続されており、これにより、第１空気極３１と第２空気極３２とが並列に接続されている。

図４に示すように、正極端子５０の両側には、当該正極端子５０と一体的に形成されてなるリード板５０１および５０２が備えられている。
リード板５０１は第１空気極３１と面接触しており、リード板５０２は第２空気極３２と面接触している。

マグネシウム空気電池セル１００を構成する負極端子６０は、第１金属極４１および第２金属極４２の各々と電気的に接続されており、これにより、第１金属極４１と第２金属極４２とが並列に接続されている。

第１空気極３１と第１金属極４１との間隙Ｇ１、第２空気極３２と第２金属極４２との間隙Ｇ２の大きさとしては０．５〜５．０ｍｍであることが好ましく、更に好ましくは０．５〜２．５ｍｍ、好適な一例を示せば２．０ｍｍである。

間隙Ｇ１，Ｇ２が過大である場合には、得られる電池が十分に高い出力を有するものとならない。他方、間隙Ｇ１，Ｇ２が過小である場合には、金属極（第１金属極４１，２金属極４２）と、空気極（第１空気極３１，第２空気極３２）との絶縁性を確保することが困難となり、両者間に短絡が発生するおそれがある。

本実施形態のマグネシウム空気電池セル１００では、第１金属極４１および第２金属極４２の近傍において下記（１）に示す酸化反応が起こり、第１空気極３１および第２空気極３２において下記（２）に示す還元反応が起こり、電池セル全体として下記（３）に示す反応が起こることにより放電が行われる。

（１）２Ｍｇ → ２Ｍｇ⁺ ＋４ｅ^-
（２）Ｏ₂＋２Ｈ₂Ｏ＋４ｅ^- → ４ＯＨ
（３）２Ｍｇ＋Ｏ₂＋２Ｈ₂Ｏ → ２Ｍｇ（ＯＨ）₂

図８は、本実施形態のマグネシウム空気電池セル１００（１００Ａ〜１００Ｅ）が筐体１２０の内部に配列されてなるマグネシウム空気電池（組電池）５００を示している。
同図において、５０Ａ〜５０Ｅは、それぞれ、マグネシウム空気電池セル１００Ａ〜１００Ｅの正極端子であり、６０Ａ〜６０Ｅは、それぞれ、マグネシウム空気電池セル１００Ａ〜１００Ｅの負極端子である。

図８に示すように、マグネシウム空気電池５００の第１正極端子１５１と第２正極端子１５２とは、導電板１５３により、互いに電気的に接続されている。
また、マグネシウム空気電池５００の第１負極端子１６１と第２負極端子１６２とは、導電板１６３により、互いに電気的に接続されている。

マグネシウム空気電池５００の第１正極端子１５１および第２正極端子１５２は、導電板１５５により、マグネシウム空気電池セル１００Ａの正極端子５０Ａに接続され、このマグネシウム空気電池セル１００Ａの負極端子６０Ａは、導電板１７１により、マグネシウム空気電池セル１００Ｂの正極端子５０Ｂに接続され、このマグネシウム空気電池セル１００Ｂの負極端子６０Ｂは、導電板１７２により、マグネシウム空気電池セル１００Ｃの正極端子５０Ｃに接続され、このマグネシウム空気電池セル１００Ｃの負極端子６０Ｃは、導電板１７３により、マグネシウム空気電池セル１００Ｄの正極端子５０Ｄに接続され、このマグネシウム空気電池セル１００Ｄの負極端子６０Ｄは、導電板１７４により、マグネシウム空気電池セル１００Ｅの正極端子５０Ｅに接続され、このマグネシウム空気電池セル１００Ｅの負極端子６０Ｅは、導電板１６５により、マグネシウム空気電池５００の第１負極端子１６１および第２負極端子１６２に接続されている。

このように、筐体１２０に格納されているマグネシウム空気電池セル１００Ａ〜１００Ｅは直列に接続されており、従って、本実施形態のマグネシウム空気電池５００は、マグネシウム空気電池セル１００Ａ〜１００Ｅを直列に接続してなる組電池であり、第１正極端子１５１および第２正極端子１５２は当該組電池としての正極端子であり、第１負極端子１６１および第２負極端子１６２は当該組電池としての負極端子である。

本実施形態のマグネシウム空気電池セル１００によれば、一面１０１側および他面１０２側にそれぞれ固定配置された２枚の空気極（第１空気極３１および第２空気極３２）と、これらの空気極にそれぞれ対向する２枚の金属極（第１金属極４１および第２金属極４２）とが、第１空気極３１、第１金属極４１、第２金属極４２、第２空気極３２の順に、隣り合う電極どうしが各々の面を対向させながら、コンパクトな容器１０内に配列されているので、空気極全体および金属極全体の表面積を広く確保することができるとともに、空気極と金属極との間隙Ｇ１，Ｇ２を狭く（例えば０．５〜５．０ｍｍに）設定することができる。これにより、高い出力（電流−電圧特性試験における最大電力）を達成することができる。

また、本実施形態のマグネシウム空気電池セル１００によれば、空気極と金属極との間隙Ｇ１，Ｇ２における電池反応による反応生成物を、金属極に形成されたスリットから容器１０の内側に移行させて容器１０内の全体に分散させることができるので、空気極と金属極との間隙Ｇ１，Ｇ２に反応生成物が早期に堆積して電池反応が阻害されることを防止することができ、この結果、このマグネシウム空気電池セル１００は優れた放電持続性を有するものとなる（後述する実施例参照）。
そのようなスリットが形成されていない場合には、空気極と金属極との間に反応生成物が早期に堆積し、当該反応生成物によって、反応面に電解液が供給されずに反応（放電）が早期に停止してしまう（後述する比較例参照）。

また、本実施形態のマグネシウム空気電池セル１００によれば、金属極（第１金属極４１および第２金属極４２）の上部のみが容器に固定されていて金属極の下部は固定されていないので、空気極と金属極との間隙に堆積した反応生成物による押圧力を受けた金属極が揺動して、その下部が容器１０の内側に変位することにより、反応生成物による空気極および金属極への押圧力が緩和されるので、相対的に強度の低い空気極が破損するようなことはない。

ここに、図９（１）は、本実施形態のマグネシウム空気電池セル１００を構成する第１金属極４１および第２金属極４２の放電前の形態を示しており、同図（２）は、長時間の放電後において、第１空気極３１と第１金属極４１との間隙および第２空気極３２と第２金属極４２との間隙に堆積した反応生成物Ｐに押圧されて、第１金属極４１および第２金属極４２の下部が容器１０の内側に変位している形態を示している。

また、本実施形態のマグネシウム空気電池セル１００によれば、金属極（第１金属極４１または第２金属極４２）に形成されたスリットにより金属極の撓み剛性が低下して当該金属極の下部を容易に変位させることができるとともに、スリットにより形成された電極部分（第２金属極４２においては、第１部分４２１と第２部分４２２と第３部分４２３）を独立して揺動させる（下部を変位させる）ことができるので、反応生成物の堆積量が左右方向に異なる場合であっても、反応生成物の堆積量に応じて電極部分ごとに変位量を変えることにより対応することができる。

＜第２実施形態＞
図１０に示す本実施形態のマグネシウム空気電池セル２００は、これを構成する第１金属極および第２金属極が、第１実施形態のマグネシウム空気電池セル１００を構成する第１金属極４１および第２金属極４２と異なること以外は、マグネシウム空気電池セル１００と同様の構成である。

図１０に示すように、マグネシウム空気電池セル２００を構成する第２金属極４４は、その下端から縦方向に延びてその上端に至る２本のスリット４５によって３枚の短冊状片４４１〜４４３に分割されている。すなわち、スリット４５を介して配置された短冊状片４４１〜４４３によって第２金属極４４が構成されている。

第２金属極４４を構成する短冊状片４４１〜４４３は、各々の上部において容器１０に固定されているが、各々の下部は固定されていない。これにより、短冊状片４４１〜４４３の各々は互いに独立して揺動する（下部が変位する）ことができる。

本実施形態のマグネシウム空気電池セル２００において、図１０には図示されていない第１金属極も第２金属極４４と同様に３枚の短冊状片に分割されており、これらは、各々の上部において容器１０に固定されているが各々の下部は固定されていない。これにより、第１金属極を構成する短冊状片の各々は、互いに独立して揺動する（下部が変位する）ことができる。

本実施形態のマグネシウム空気電池セル２００によれば、第１実施形態のマグネシウム空気電池セル１００と同様の効果を奏することができる。

＜第３実施形態＞
図１１に示す本実施形態のマグネシウム空気電池セル３００は、これを構成する第１金属極および第２金属極が、第１実施形態のマグネシウム空気電池セル１００を構成する第１金属極４１および第２金属極４２と異なること以外は、マグネシウム空気電池セル１００と同様の構成である。

図１１に示すように、マグネシウム空気電池セル３００を構成する第２金属極４６には、スリット状の貫通孔４７が形成されている。
ここに、第２金属極４６における貫通孔４７の比率としては３〜２０面積％であることが好ましい。
この比率が過小である場合には、電池反応の反応生成物を容器（セル）全体に十分に分散させることができず、放電持続性を十分に満足するものとならない。
他方、この比率が過大である場合には、得られる電池が十分に高い出力を有するものとならない。
なお、本発明において、貫通孔の形状は特に限定されるものではない。

第２金属極４６は、その上部において容器１０に固定されているが、下部は固定されていない。これにより、第２金属極４６は揺動する（下部が変位する）ことができる。

本実施形態のマグネシウム空気電池セル３００において、図１１には図示されていない第１金属極においても第２金属極４６と同様の貫通孔が形成されている。また、第１金属極は、その上部において容器１０に固定されているが、下部は固定されていない。これにより、第１金属極も揺動する（下部が変位する）ことができる。

本実施形態のマグネシウム空気電池セル３００によれば、空気極と金属極との間隙における電池反応による反応生成物を、金属極（第１金属極および第２金属極）に形成された貫通孔から容器１０の内側に移行させて容器１０内の全体に分散させることができるので、空気極と金属極との間隙に反応生成物が早期に堆積して電池反応が阻害されることを防止することができ、この結果、このマグネシウム空気電池セル３００は優れた放電持続性を有するものとなる。

また、金属極（第１金属極および第２金属極）の上部のみが容器に固定されていて金属極の下部は固定されていないので、空気極と金属極との間隙に堆積した反応生成物による押圧力を受けた金属極が揺動して、その下部が容器１０の内側に変位することにより、反応生成物による空気極および金属極への押圧力が緩和されるので、相対的に強度の低い空気極が破損するようなことはない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものでなく、種々の変更が可能である。
例えば、金属極を構成する金属はマグネシウムまたはマグネシウム合金に限定されるものでなく、従来公知の金属空気電池の負極（金属極）を構成する金属材料をすべて使用することができる。
具体的には、亜鉛、リチウム、鉄、ナトリウム、ベリリウム、アルミニウム、カドミウム、鉛およびこれらの合金を挙げることができる。

本発明の金属空気電池セルは、携帯電話の充電、小電力家電の駆動用に好適に用いることができる。

＜実施例１＞
開口窓１３を有する樹脂製の容器１０内における一面１０１側および他面１０２側に、それぞれ、図６に示したような層構成を有する矩形状の第１空気極３１および第２空気極３２を固定配置し、間隙Ｇ１を介して第１空気極３１と対向させるようにして、スリットが形成された矩形状の第１金属極４１を第１空気極３１の内側に配置するとともに、間隙Ｇ２を介して第２空気極３２と対向させるようにして、スリットが形成された矩形状の第２金属極４２を第２空気極３２の内側に配置し、第１空気極３１および第２空気極３２の各々と電気的に接続されている正極端子５０を容器１０に装着し、第１金属極４１および第２金属極４２の各々と電気的に接続されている負極端子６０を容器１０に装着することにより、図１〜図５に示したような本発明の金属空気電池セル（マグネシウム空気電池セル１００）を製造した。

ここに、構成部品の詳細は下記のとおりである。
・容器１０の外側寸法：１５２ｍｍ×１７６ｍｍ×３３ｍｍ
・容器１０の内側寸法：１３０ｍｍ×１５９ｍｍ×２４ｍｍ
・一面側および他面側の各々における容器内面の面積（Ｓ０）：２０６．７ｃｍ²
・第１空気極３１および第２空気極３２の寸法：
１３０ｍｍ×１５９ｍｍ×１．０ｍｍ
・第１空気極３１および第２空気極３２の面積（Ｓ１）：２０６．７ｃｍ²
・第１金属極４１および第２金属極４２の構成金属：ＡＺ３１
・第１金属極４１および第２金属極４２の寸法：
１３０ｍｍ×１３４ｍｍ×１．０ｍｍ
・第１金属極４１および第２金属極４２に形成されたスリットの幅および長さ並びに本数１．０ｍｍ×１１０ｍｍ×２本
・第１金属極４１および第２金属極４２の面積（Ｓ２）：１７２．０ｃｍ²
・第１金属極４１および第２金属極４２の容器１０に対する固定：上部のみ
・（Ｓ１）／（Ｓ０）：１．０
・（Ｓ２）／（Ｓ１）：０．８３

＜比較例１＞
第１金属極および第２金属極としてスリットが形成されていないシート状の電極を使用したこと以外は実施例１と同様にして比較用の金属空気電池セル（マグネシウム空気電池セル）を製造した。

＜試験例１（放電持続性）＞
実施例１および比較例１によって得られたマグネシウム空気電池セルの各々について、連続放電中の電極間電圧の経時変化を測定して放電持続性を評価した。
ここに、測定には電子負荷装置「ＰＬＺ６６４ＷＡ」（菊水電子工業（株）製）を使用し、測定条件としては、定電流モードで、設定電流値を１０Ａとした。
電極間電圧の経時変化を示すチャートを図１２に示し、放電持続時間（０．１Ｖ以上の測定電圧を維持した時間）を下記表１に示す。

＜試験例２（正極の破損の有無）＞
実施例１および比較例１によって得られたマグネシウム空気電池セルの各々について、放電持続性（試験例１）の試験を終了した後の正極を目視により観察して、破損（亀裂およびこれに伴う電解液の液漏れ）の発生の有無を確認した。
結果を併せて表１に示す。

図１２および表１の結果から、実施例１により得られたマグネシウム空気電池セルは、比較例１により得られたものより放電持続性に優れていることが確認された。
また、１０．８時間にわたる放電後においても正極体に破損は認められなかった。
なお、電池反応により生成した水酸化マグネシウム等の反応生成物は、容器本体内の全体に分散されており、また、第１金属極および第２金属極の各々の下部は、容器の内側に変位していた。

１００マグネシウム空気電池セル
２００マグネシウム空気電池セル
３００マグネシウム空気電池セル
１０容器
１１容器本体
１３開口窓
１５容器カバー
１８給水部
３１第１空気極
３２第２空気極
３６導電材層
３８集電体層
４１第１金属極
４２第２金属極
４２１第１部分
４２２第２部分
４２３第３部分
４３スリット
４４第２金属極
４４１〜４４３第２金属極を構成する短冊状片
４５スリット
４６第２金属極
４７貫通孔
５０正極端子
５０１リード板
５０２リード板
６０負極端子
５００マグネシウム空気電池（組電池）
１２０筐体
１００Ａ〜１００Ｅマグネシウム空気電池セル
５０Ａ〜５０Ｅマグネシウム空気電池セルの正極端子
６０Ａ〜６０Ｅマグネシウム空気電池セルの負極端子
１５１マグネシウム空気電池（組電池）の第１正極端子
１５２マグネシウム空気電池（組電池）の第２正極端子
１５３導電板
１５５導電板
１６１マグネシウム空気電池（組電池）の第１負極端子
１６２マグネシウム空気電池（組電池）の第２負極端子
１６３導電板
１６５導電板
１７１〜１７４導電板

Claims

正極である空気極および負極である金属極が容器内に配置されてなる金属空気電池セルにおいて、
中空の略直方体状であって、この直方体の最大面積面である一面および他面を起立させた状態で配置される容器と、
前記容器内の一面側に固定配置された矩形シート状の第１空気極と、
前記容器内の他面側に固定配置された矩形シート状の第２空気極と、
前記容器にその上部のみが固定され、前記第１空気極と間隙を介して対向するよう当該第１空気極の内側に配置された矩形シート状の第１金属極と、
前記容器にその上部のみが固定され、前記第２空気極と間隙を介して対向するよう当該第２空気極の内側に配置された矩形シート状の第２金属極と、
前記容器に装着され、前記第１空気極および前記第２空気極の各々と電気的に接続された正極端子と、
前記容器に装着され、前記第１金属極および前記第２金属極の各々と電気的に接続された負極端子とを備えてなり、
前記第１金属極および前記第２金属極の各々には、その下端から縦方向に延びてその上端近傍に至る少なくとも１本のスリットが形成されていることを特徴とする金属空気電池セル。
正極である空気極および負極である金属極が容器内に配置されてなる金属空気電池セルにおいて、
中空の略直方体状であって、この直方体の最大面積面である一面および他面を起立させた状態で配置される容器と、
前記容器内の一面側に固定配置された矩形シート状の第１空気極と、
前記容器内の他面側に固定配置された矩形シート状の第２空気極と、
前記容器にその上部のみが固定され、前記第１空気極と間隙を介して対向するよう当該第１空気極の内側に配置された矩形シート状の第１金属極と、
前記容器にその上部のみが固定され、前記第２空気極と間隙を介して対向するよう当該第２空気極の内側に配置された矩形シート状の第２金属極と、
前記容器に装着され、前記第１空気極および前記第２空気極の各々と電気的に接続された正極端子と、
前記容器に装着され、前記第１金属極および前記第２金属極の各々と電気的に接続された負極端子とを備えてなり、
前記第１金属極および前記第２金属極の各々は、その下端から縦方向に延びてその上端に至る少なくとも１本のスリットによって複数枚の短冊状片に分割されていることを特徴とする金属空気電池セル。
正極である空気極および負極である金属極が容器内に配置されてなる金属空気電池セルにおいて、
中空の略直方体状であって、この直方体の最大面積面である一面および他面を起立させた状態で配置される容器と、
前記容器内の一面側に固定配置された矩形シート状の第１空気極と、
前記容器内の他面側に固定配置された矩形シート状の第２空気極と、
前記容器にその上部のみが固定され、前記第１空気極と間隙を介して対向するよう当該第１空気極の内側に配置された矩形シート状の第１金属極と、
前記容器にその上部のみが固定され、前記第２空気極と間隙を介して対向するよう当該第２空気極の内側に配置された矩形シート状の第２金属極と、
前記容器に装着され、前記第１空気極および前記第２空気極の各々と電気的に接続された正極端子と、
前記容器に装着され、前記第１金属極および前記第２金属極の各々と電気的に接続された負極端子とを備えてなり、
前記第１金属極および前記第２金属極の各々には貫通孔が形成されていることを特徴とする金属空気電池セル。
前記容器の一面側および他面側の各々における容器内面の面積を（Ｓ０）、
前記第１空気極および前記第２空気極の各々の面積を（Ｓ１）、
前記第１金属極および前記第２金属極の各々の面積を（Ｓ２）とするとき、
（Ｓ１）／（Ｓ０）が０．５〜１．０であり、
（Ｓ２）／（Ｓ１）が０．５〜１．０であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の金属空気電池セル。
前記第１空気極と前記第１金属極との間隙および前記第２空気極と前記第２金属極との間隙が何れも０．５〜５．０ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の金属空気電池セル。
前記第１空気極と前記第１金属極との間隙および前記第２空気極と前記第２金属極との間隙が何れも０．５〜２．５ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の金属空気電池セル。
前記第１金属極および前記第２金属極の各々に形成されているスリットの幅が１．０〜１０．０ｍｍであり、前記スリットの数が１〜４であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属空気電池セル。
前記第１金属極または前記第２金属極における前記貫通孔の比率が３〜２０面積％であることを特徴とする請求項３に記載の金属空気電池セル。
前記第１金属極および前記第２金属極を構成する金属がマグネシウムまたはマグネシウム合金であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の金属空気電池セル。