JP2017021924A - Positive electrode for metal-air battery and metal-air battery - Google Patents

Positive electrode for metal-air battery and metal-air battery Download PDF

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Jiro Tanaka
次郎 田中
岩崎 秀治
Hideji Iwasaki
秀治 岩崎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode for a metal-air battery with which a metal-air battery sufficiently high in voltage and capable of being discharged over a long period of time can be obtained, and also to provide a metal-air battery including the positive electrode for a metal-air battery.SOLUTION: A positive electrode 20 for a metal-air battery included in a metal-air battery that includes a negative electrode containing a negative electrode active material comprising metal or an alloy is used. The positive electrode 20 for a metal-air battery is characterized to include a metal layer 22 including a plurality of pores formed therein, and a coat 23 covering a surface of the metal layer 22.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、金属空気電池用正極、及び金属空気電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode for a metal-air battery and a metal-air battery.

電子機器等に用いられる電池としては、高電圧であることや高容量であること等の高性能化が求められている。このような電池として、リチウムイオン二次電池等のリチウムを用いた電池が幅広く用いられており、その開発が進められている。   Batteries used in electronic devices and the like are required to have high performance such as high voltage and high capacity. As such a battery, a battery using lithium, such as a lithium ion secondary battery, is widely used, and development thereof is underway.

しかしながら、リチウムは、地殻存在度が約20ppmと比較的少ない金属であり、いわゆる希少金属の部類に属している。また、リチウムは、この地殻存在度の低さから、比較的高価な金属であり、リチウムを用いた電池を製造する際の原料価格を高め、製造コストを高める大きな要因になっている。さらに、リチウムは、今後の開発状況によっては、枯渇するおそれがあることも指摘されている。   However, lithium is a metal with a relatively low crustal abundance of about 20 ppm, and belongs to the so-called rare metal class. Lithium is a relatively expensive metal because of its low crustal abundance, and is a major factor in increasing the cost of raw materials when manufacturing batteries using lithium and increasing the manufacturing cost. It has also been pointed out that lithium may be depleted depending on the future development status.

これらのことから、リチウムの使用量の少ない電池として、従来から提案されている電池や実用化されている電池等についても、それらの電池の各種性能の向上を目的とした検討が進められつつある。   For these reasons, as a battery with a small amount of use of lithium, studies have been promoted for improving various performances of conventionally proposed batteries and batteries that have been put into practical use. .

従来から知られている電池の1つとして、空気電池が挙げられる。空気電池は、空気中の酸素を正極活物質として利用する。すなわち、空気電池は、空気中の酸素を酸化剤として、放電反応の際に電子を放出する物質である還元剤を負極活物質として電池内に収納した構造である。そして、空気電池は、放電にあたっては、酸素の還元反応と還元剤の酸化反応とによって、電子の移動を行い、外部に電流を取り出すようにしたものである。このため、空気電池は、その構造内に正極活物質が占める領域を設ける必要がないので、他の一次電池に比べて、多量の負極活物質を電池内に入れることができるので、高いエネルギー密度が得られる。   One of conventionally known batteries is an air battery. The air battery uses oxygen in the air as a positive electrode active material. That is, the air battery has a structure in which oxygen in the air is used as an oxidant and a reducing agent that is a substance that emits electrons during a discharge reaction is contained in the battery as a negative electrode active material. In the air battery, in discharging, electrons are transferred by an oxygen reduction reaction and a reducing agent oxidation reaction, and an electric current is taken out to the outside. For this reason, since it is not necessary to provide the area | region which a positive electrode active material occupies for the air battery in the structure, since a large amount of negative electrode active materials can be put in a battery compared with other primary batteries, high energy density Is obtained.

また、このような空気電池としては、例えば、正極である空気極として、表面積を増やすため多孔質にした、炭素繊維等からなる電極等を用い、負極として、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、及びマグネシウム(Mg)等の金属やその合金からなる金属電極を用いた金属空気電池等が挙げられる。このような金属空気電池としては、負極として、上記のような、地殻存在度の比較的高い原料を用いることができるため、安価な電池を実現することができる。   In addition, as such an air battery, for example, an electrode made of carbon fiber or the like made porous to increase the surface area is used as an air electrode that is a positive electrode, and zinc (Zn) or aluminum (Al) is used as a negative electrode. And a metal-air battery using a metal electrode made of a metal such as magnesium (Mg) or an alloy thereof. As such a metal-air battery, since a raw material having a relatively high crust presence as described above can be used as the negative electrode, an inexpensive battery can be realized.

また、例えば、アルミニウムは、資源的に豊富な金属であり、リチウムに比べてはるかに安価である。さらに、アルミニウムは、単位体積あたりのエネルギー容量が大きく、リチウムよりも高いエネルギー密度を有する。このことから、負極として、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いた空気電池等の金属空気電池は、小型化された電池であっても、充分に高い容量を実現できると考えられる。   Also, for example, aluminum is a resource-rich metal and is much cheaper than lithium. Furthermore, aluminum has a large energy capacity per unit volume and a higher energy density than lithium. From this, it is considered that a metal-air battery such as an air battery using aluminum or an aluminum alloy as the negative electrode can realize a sufficiently high capacity even if it is a downsized battery.

このような金属空気電池としては、例えば、特許文献1及び特許文献2に記載の電池が挙げられる。   As such a metal air battery, the battery of patent document 1 and patent document 2 is mentioned, for example.

特許文献1には、マグネシウムからなる負極と、前記負極からマグネシウムイオンを溶出させる水系電解液を保持可能な保液部と、を備え、前記保液部は、多価のカルボン酸塩の水溶液を水系電解液として保持するマグネシウム電池が記載されている。   Patent Document 1 includes a negative electrode made of magnesium, and a liquid holding part capable of holding an aqueous electrolyte solution that elutes magnesium ions from the negative electrode, and the liquid holding part contains an aqueous solution of a polyvalent carboxylate. A magnesium battery retained as an aqueous electrolyte is described.

また、特許文献2には、正極に空気極を用い、負極にアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いたアルミニウム空気電池であって、正極と負極の間に介在させる電解質が負極に当接して設置されたアルミニウムイオン伝導体を含むアルミニウム空気電池が記載されている。   Patent Document 2 discloses an aluminum-air battery using an air electrode as a positive electrode and aluminum or an aluminum alloy as a negative electrode, wherein an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode is placed in contact with the negative electrode. An aluminum air battery including an ionic conductor is described.

特開2010−182435号公報JP 2010-182435 A 特開2006−147442号公報JP 2006-147442 A

マグネシウム電池等の金属電極を用いた電池は、一般的に、負極に含まれる金属が電解液に溶解する際に発生した電子が、電解液中の水素イオンと反応して水素が発生するため、負極で発生した電子が正極に充分に移動せずに、電流が充分に流れないという、自己放電と呼ばれる現象が生じることが知られている。このため、金属電極を用いた電池は、理論上の放電容量が安定して得られない場合があった。   Batteries using metal electrodes, such as magnesium batteries, generally generate electrons when the metal contained in the negative electrode dissolves in the electrolyte solution, and reacts with hydrogen ions in the electrolyte solution to generate hydrogen. It is known that a phenomenon called self-discharge occurs in which electrons generated in the negative electrode do not sufficiently move to the positive electrode and current does not flow sufficiently. For this reason, a battery using a metal electrode sometimes fails to obtain a theoretical discharge capacity stably.

この自己放電は、水素イオン濃度が高いほど、顕著に発生する傾向があるので、自己放電を抑制するために、電解液を中性にすることが考えられる。   Since this self-discharge tends to be more prominent as the hydrogen ion concentration is higher, it is conceivable to neutralize the electrolyte in order to suppress self-discharge.

しかしながら、電解液を中性にした場合、水酸化マグネシウム等の、金属水酸化物が正極表面に析出し、好適な放電が維持できない場合があった。   However, when the electrolyte is neutral, metal hydroxide such as magnesium hydroxide may be deposited on the surface of the positive electrode, and a suitable discharge may not be maintained.

この点、特許文献1によれば、多価のカルボン酸イオンと負極から溶出したマグネシウムイオンとが錯体化し、水酸化マグネシウムの溶解度を増大させることで、酸化マグネシウムの析出を抑制し、マグネシウムの持続的電解を可能にし、マグネシウム電池の負極容量を持続的に大きくすることができる旨が開示されている。   In this regard, according to Patent Document 1, the polyvalent carboxylate ions and the magnesium ions eluted from the negative electrode are complexed to increase the solubility of magnesium hydroxide, thereby suppressing the precipitation of magnesium oxide and maintaining the magnesium. It is disclosed that the electrolysis can be performed and the negative electrode capacity of the magnesium battery can be continuously increased.

また、特許文献2によれば、正極に空気極を用い、負極にアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いたアルミニウム空気電池において、正極と負極の間に介在させる電解質が負極に当接して設置されたアルミニウムイオン伝導体を含むことにより、中性水溶液を用いた場合においては放電生成物の水酸化アルミニウムによる放電阻害を抑制し、アルカリ水溶液を用いた場合においては放電生成物の水酸化アルミニウムによる放電阻害の抑制に加えて開回路状態にける負極の腐食を抑制して負極として用いたアルミニウムまたはアルミニウム合金の利用率を高め、いずれの場合においても電池寿命の長いアルミニウム空気電池を提供することができる旨が開示されている。   Further, according to Patent Document 2, in an aluminum air battery using an air electrode as a positive electrode and aluminum or an aluminum alloy as a negative electrode, an aluminum ion in which an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode is placed in contact with the negative electrode Including a conductor suppresses the discharge inhibition by aluminum hydroxide of the discharge product when using a neutral aqueous solution, and suppresses the discharge inhibition by aluminum hydroxide of the discharge product when using an alkaline aqueous solution. In addition to this, it is disclosed that an aluminum-air battery having a long battery life can be provided by suppressing the corrosion of the negative electrode in an open circuit state and increasing the utilization rate of aluminum or aluminum alloy used as the negative electrode. Has been.

しかしながら、特許文献1及び特許文献2に開示の電池であっても、長時間にわたって、安定して電流を流すことができない場合があった。具体的には、正極として、鉄、銅、及びニッケル等の金属からなる電極を用いた場合は、電解液によって、正極が腐食されるという問題があった。また、正極として、炭素粉末からなる電極を用いた場合は、正極の抵抗が高く、集電性が低くなってしまう。これらのことから、マグネシウム電池やアルミニウム電池等の金属電極を用いた電池の性能を高めるために、用いる正極のさらなる検討が必要であった。   However, even the batteries disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 may not be able to flow a current stably over a long period of time. Specifically, when an electrode made of a metal such as iron, copper, and nickel is used as the positive electrode, there is a problem that the positive electrode is corroded by the electrolytic solution. Further, when an electrode made of carbon powder is used as the positive electrode, the resistance of the positive electrode is high and the current collecting property is low. From these things, in order to improve the performance of the battery using metal electrodes, such as a magnesium battery and an aluminum battery, the further examination of the positive electrode to be used was required.

また、金属電極として用いられうる金属箔としては、例えば、アルミニウム箔が、食品の包装材等としての需要が大きく、金属空気電池の負極として有効に利用できる程度の価格で提供されている。このような安価に入手可能な金属箔を有効に利用できる電池の提供は、緊急時の電力供給源等としても、非常に有効なものになると期待されている。   In addition, as a metal foil that can be used as a metal electrode, for example, an aluminum foil is provided at a price that can be effectively used as a negative electrode of a metal-air battery because there is a great demand for food packaging materials and the like. Providing a battery that can effectively use such inexpensively available metal foil is expected to be extremely effective as an emergency power supply source.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、電圧が充分に高く、長期間にわたって放電可能な金属空気電池を得ることができる金属空気電池用正極を提供することを目的とする。また、前記金属空気電池用正極を備えた金属空気電池を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of this situation, Comprising: It aims at providing the positive electrode for metal air batteries which can obtain the metal air battery whose voltage is high enough and can discharge over a long period of time. Moreover, it aims at providing the metal air battery provided with the said positive electrode for metal air batteries.

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。   As a result of various studies, the present inventor has found that the above object is achieved by the present invention described below.

本発明の一態様に係る金属空気電池用正極は、金属又は合金からなる負極活物質を含む負極を備える金属空気電池に備えられる金属空気電池用正極であって、多数の孔が形成された金属層と、前記金属層の表面を被覆する被膜とを備えることを特徴とする。   A positive electrode for a metal-air battery according to an aspect of the present invention is a positive electrode for a metal-air battery provided in a metal-air battery including a negative electrode containing a negative electrode active material made of a metal or an alloy, and a metal having a large number of holes formed A layer and a film covering the surface of the metal layer.

このような構成によれば、電圧が充分に高く、長期間にわたって放電可能な金属空気電池を得ることができる金属空気電池用正極を提供することができる。   According to such a configuration, it is possible to provide a positive electrode for a metal-air battery that can obtain a metal-air battery that has a sufficiently high voltage and can be discharged over a long period of time.

このことは、以下のことによると考えられる。   This is considered to be due to the following.

まず、上述したように、前記金属空気電池用正極に備えられる金属層は、多数の孔が形成されているので、正極活物質である空気中の酸素との接触面積を増やすことができ、すなわち、空気中の酸素を効率的に取り込むことができると考えられる。よって、前記金属層を備えた金属空気電池用正極は、金属空気電池の正極として、好適に働くと考えられる。   First, as described above, since the metal layer provided in the positive electrode for metal-air batteries has a large number of holes, the contact area with oxygen in the air as the positive electrode active material can be increased, that is, It is considered that oxygen in the air can be taken in efficiently. Therefore, it is thought that the positive electrode for metal air batteries provided with the said metal layer works suitably as a positive electrode of a metal air battery.

次に、前記金属空気電池用正極に備えられる金属層は、その表面を前記被膜で被覆されている。このことから、前記金属空気電池用正極を、金属空気電池の正極として用いても、金属空気電池の電解液が、前記金属層に接触することが抑制され、電解液による金属層の腐食の発生を抑制することができると考えられる。さらに、このような金属空気電池用正極であれば、負極から溶出された金属イオンから生成されうる金属水酸化物が、正極表面に析出しても、この析出による空気との接触面積の低下を抑制することができると考えられる。これらのことから、金属空気電池の電解液の種類にかかわらず、金属空気電池の正極としての性能の低下を、長期間にわたって、充分に抑制できると考えられる。   Next, the surface of the metal layer provided in the positive electrode for the metal-air battery is covered with the coating film. Therefore, even when the metal-air battery positive electrode is used as the positive electrode of the metal-air battery, the metal-air battery electrolyte is prevented from coming into contact with the metal layer, and the metal layer is corroded by the electrolyte. It is thought that it can be suppressed. Furthermore, with such a positive electrode for a metal-air battery, even if a metal hydroxide that can be generated from metal ions eluted from the negative electrode is deposited on the surface of the positive electrode, this deposition reduces the contact area with air. It is thought that it can be suppressed. From these things, it is thought that the fall of the performance as a positive electrode of a metal air battery can fully be suppressed over a long period irrespective of the kind of electrolyte solution of a metal air battery.

以上のことから、本発明の一態様に係る金属空気電池用正極を用いることによって、電圧が充分に高く、長期間にわたって放電可能な金属空気電池を得ることができると考えられる。   From the above, it is considered that a metal-air battery having a sufficiently high voltage and capable of discharging over a long period of time can be obtained by using the positive electrode for a metal-air battery according to one embodiment of the present invention.

また、前記金属空気電池用正極において、前記被膜が、酸化物被膜又は炭素被膜であることが好ましい。   In the positive electrode for a metal-air battery, the coating is preferably an oxide coating or a carbon coating.

このような構成によれば、長期間にわたって、より好適な放電を維持できる。   According to such a configuration, a more suitable discharge can be maintained over a long period of time.

このことは、前記金属層を被覆する被膜が、酸化物被膜又は炭素被膜であれば、電解液による金属層の腐食の発生や正極表面上での金属水酸化物の析出等をより抑制できることによると考えられる。   This is because if the coating for coating the metal layer is an oxide coating or a carbon coating, it is possible to further suppress the occurrence of corrosion of the metal layer by the electrolytic solution, the precipitation of metal hydroxide on the positive electrode surface, and the like. it is conceivable that.

また、前記金属空気電池用正極において、前記金属層は、前記孔が、前記金属層全体にわたって形成されていることが好ましい。   In the positive electrode for a metal-air battery, the metal layer preferably has the hole formed over the entire metal layer.

このような構成によれば、長期間にわたって、より好適な放電を維持できる。   According to such a configuration, a more suitable discharge can be maintained over a long period of time.

このことは、正極活物質である、空気中の酸素を、金属層により効率的に取り込むことができることによると考えられる。   This is considered to be because oxygen in the air, which is a positive electrode active material, can be efficiently taken in by the metal layer.

また、前記金属空気電池用正極において、炭素を含む多孔質体を備え、前記多孔質体が、前記被膜上に積層されていることが好ましい。   The positive electrode for a metal-air battery preferably includes a porous body containing carbon, and the porous body is laminated on the coating film.

このような構成によれば、長期間にわたって、より好適な放電を維持できる。   According to such a configuration, a more suitable discharge can be maintained over a long period of time.

このことは、前記被膜上に積層された多孔質体によっても、電解液による金属層の腐食の発生や正極表面上での金属水酸化物の析出等を抑制できることによると考えられる。   This is considered to be due to the fact that the porous body laminated on the coating can suppress the occurrence of corrosion of the metal layer by the electrolytic solution, the precipitation of the metal hydroxide on the positive electrode surface, and the like.

また、前記金属空気電池用正極において、前記被膜が被覆された前記金属層を、2枚の前記多孔質体で挟むように配置されていることが好ましい。   In the metal-air battery positive electrode, the metal layer coated with the coating is preferably disposed so as to be sandwiched between two porous bodies.

このような構成によれば、長期間にわたって、より好適な放電を維持できる。   According to such a configuration, a more suitable discharge can be maintained over a long period of time.

このことは、前記被膜が被覆された前記金属層を、前記多孔質体で挟むことによって、上述したような、電解液による金属層の腐食の発生や正極表面上での金属水酸化物の析出等をより抑制できることによると考えられる。   This is because the metal layer covered with the coating is sandwiched between the porous bodies, and as described above, the corrosion of the metal layer due to the electrolytic solution and the deposition of the metal hydroxide on the surface of the positive electrode are performed. This is considered to be due to the fact that it can be further suppressed.

また、本発明の他の一態様に係る金属空気電池は、酸素を正極活物質とする正極と、金属又は合金からなる負極活物質を含む負極と、前記負極から金属イオンを溶出させる電解液と、前記正極と前記負極との間に介在し、前記電解液を保持するセパレータとを備え、前記正極が、前記金属空気電池用正極であることを特徴とする。   A metal-air battery according to another embodiment of the present invention includes a positive electrode using oxygen as a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material made of a metal or an alloy, and an electrolyte solution for eluting metal ions from the negative electrode. And a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode and holding the electrolytic solution, wherein the positive electrode is the positive electrode for a metal-air battery.

このような構成によれば、正極として、前記金属空気電池用正極を用いるので、電圧が充分に高く、長期間にわたって放電可能な金属空気電池を提供することができる。   According to such a configuration, since the positive electrode for metal-air batteries is used as the positive electrode, a metal-air battery having a sufficiently high voltage and capable of discharging over a long period of time can be provided.

また、前記金属空気電池において、前記電解液が、中性電解液又は弱塩基性電解液であることが好ましい。   In the metal-air battery, the electrolyte solution is preferably a neutral electrolyte solution or a weakly basic electrolyte solution.

このような構成によれば、漏液時の安全性の高めることができる。よって、電圧が充分に高く、長期間にわたって放電可能であって、漏液時の安全性の高い金属空気電池を提供することができる。   According to such a structure, the safety | security at the time of leak can be improved. Therefore, it is possible to provide a metal-air battery having a sufficiently high voltage, capable of discharging over a long period of time, and having high safety at the time of leakage.

このことは、以下のことによると考えられる。まず、本発明の一態様に係る金属空気電池用正極は、上述したように、電解液による金属層の腐食の発生や正極表面上での金属水酸化物の析出による空気との接触面積の低下を抑制でき、金属空気電池の電解液の種類にかかわらず、金属空気電池の正極としての性能の低下を、長期間にわたって、充分に抑制できると考えられる。このことから、電解液として、漏液時の安全性の高い上記の電解液を用いても、電圧が充分に高く、長期間にわたって放電可能な金属空気電池が得られると考えられる。よって、電圧が充分に高く、長期間にわたって放電可能であって、漏液時の安全性の高い金属空気電池が得られると考えられる。   This is considered to be due to the following. First, as described above, the positive electrode for a metal-air battery according to one embodiment of the present invention has a reduced contact area with air due to the occurrence of corrosion of the metal layer due to the electrolytic solution or precipitation of metal hydroxide on the positive electrode surface. Regardless of the type of the electrolyte of the metal-air battery, it is considered that the deterioration of the performance of the metal-air battery as the positive electrode can be sufficiently suppressed over a long period of time. From this, it is considered that a metal-air battery having a sufficiently high voltage and capable of discharging over a long period of time can be obtained even when the above-described electrolyte solution having high safety at the time of leakage is used as the electrolyte solution. Therefore, it is considered that a metal-air battery having a sufficiently high voltage and capable of discharging over a long period of time and having high safety at the time of leakage is obtained.

また、前記金属空気電池において、前記電解液が、ハロゲン化物、リン酸塩、有機酸塩、炭酸塩、及び炭酸水素塩からなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。   In the metal-air battery, it is preferable that the electrolyte contains at least one selected from the group consisting of halides, phosphates, organic acid salts, carbonates, and hydrogen carbonates.

このような構成によれば、漏液時の安全性の高めることができる。よって、電圧が充分に高く、長期間にわたって放電可能であって、漏液時の安全性の高い金属空気電池を提供することができる。   According to such a structure, the safety | security at the time of leak can be improved. Therefore, it is possible to provide a metal-air battery having a sufficiently high voltage, capable of discharging over a long period of time, and having high safety at the time of leakage.

本発明によれば、電圧が充分に高く、長期間にわたって放電可能な金属空気電池を得ることができる金属空気電池用正極を提供することができる。また、前記金属空気電池用正極を備えた金属空気電池が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the positive electrode for metal air batteries which can obtain the metal air battery whose voltage is high enough and can discharge over a long period of time can be provided. Moreover, the metal air battery provided with the said positive electrode for metal air batteries is provided.

図1は、本発明の一実施形態に係る金属空気電池用正極を備えた金属空気電池の構成の一例を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a configuration of a metal-air battery including a positive electrode for a metal-air battery according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態に係る金属空気電池用正極の構成の一例を示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the positive electrode for a metal-air battery according to one embodiment of the present invention. 図3は、本発明の一実施形態に係る金属空気電池用正極の構成の他の一例を示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the positive electrode for a metal-air battery according to one embodiment of the present invention. 図4は、本発明の一実施形態に係る金属空気電池用正極の構成の他の一例を示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the positive electrode for a metal-air battery according to one embodiment of the present invention.

以下、本発明に係る実施形態について説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。   Hereinafter, although the embodiment concerning the present invention is described, the present invention is not limited to these.

本発明の一実施形態に係る金属空気電池用正極は、金属又は合金からなる負極活物質を含む負極を備える金属空気電池に備えられる金属空気電池用正極である。また、この金属空気電池用正極は、多数の孔が形成された金属層と、前記金属層の表面を被覆する被膜とを備えている。   The positive electrode for metal air batteries which concerns on one Embodiment of this invention is a positive electrode for metal air batteries with which the negative electrode containing the negative electrode active material which consists of a metal or an alloy is provided. The positive electrode for a metal-air battery includes a metal layer in which a large number of holes are formed and a coating that covers the surface of the metal layer.

まず、金属空気電池用正極を適用する金属空気電池としては、金属又は合金からなる負極活物質を含む負極を備える金属空気電池であれば、特に限定されない。本明細書において、「金属空気電池」とは、空気中の酸素を正極活物質(電子を受け取る物質)とし、金属又は合金を負極活物質(電子を放出する物質)とする電池である。なお、金属空気電池は、金属燃料電池とも呼ばれる。   First, the metal-air battery to which the positive electrode for the metal-air battery is applied is not particularly limited as long as it is a metal-air battery including a negative electrode including a negative electrode active material made of a metal or an alloy. In this specification, a “metal-air battery” is a battery in which oxygen in the air is a positive electrode active material (a substance that receives electrons) and a metal or an alloy is a negative electrode active material (a substance that emits electrons). The metal-air battery is also called a metal fuel cell.

また、金属空気電池は、以下のようにして、起電力が発生する。具体的には、金属空気電池として、金属としてアルミニウムを用いるアルミニウム空気電池を例に挙げて、説明する。   Moreover, an electromotive force is generated in the metal-air battery as follows. Specifically, an explanation will be given by taking an aluminum-air battery using aluminum as a metal as an example.

負極に含まれるアルミニウムは、電子を放出してアルミニウムイオンとなって電解液中に溶出する。その一方、正極では、酸素と水とが電子を受け取って、水酸化物イオンとなる。電池全体で見ると、アルミニウム、酸素、及び水から水酸化アルミニウム(Al(OH))が生成することで、両極間に起電力が発生する。 Aluminum contained in the negative electrode emits electrons and becomes aluminum ions and is eluted in the electrolytic solution. On the other hand, in the positive electrode, oxygen and water receive electrons and become hydroxide ions. When the battery is viewed as a whole, aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) is generated from aluminum, oxygen, and water, so that an electromotive force is generated between both electrodes.

正極及び負極でのそれぞれの反応式は、以下の通りとなる。   The respective reaction formulas at the positive electrode and the negative electrode are as follows.

正極:3O+6HO+12e → 12OH
負極:4Al → 4Al3++12e
全体:4Al+O+6HO → 4Al(OH)
金属空気電池としては、例えば、図1に示すような金属空気電池が挙げられる。なお、図1は、本発明の一実施形態に係る金属空気電池用正極を備えた金属空気電池の構成の一例を示す概略断面図である。金属空気電池10は、図1に示したように、正極20と、負極30と、正極20と負極30との間に介在し、電解液を保持しているセパレータ40とを備えている。すなわち、正極20、セパレータ40、及び負極30の順に積層される。そして、この金属空気電池10は、例えば、正極20と負極30とを、電力計50等を介して、電気的に接続することによって、放電することができる。電力計50は、この放電によって流れた電気の電圧や電流を測定することができる。そして、この正極20として、本発明の一実施形態に係る金属空気電池用正極を用いることができる。なお、正極、負極、セパレータ、及び電解液については、後述する。
Positive electrode: 3O 2 + 6H 2 O + 12e → 12OH
Negative electrode: 4Al → 4Al 3+ + 12e
Overall: 4Al + O 2 + 6H 2 O → 4Al (OH) 3
As a metal air battery, a metal air battery as shown in FIG. 1 is mentioned, for example. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a metal-air battery including a positive electrode for a metal-air battery according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the metal-air battery 10 includes a positive electrode 20, a negative electrode 30, and a separator 40 that is interposed between the positive electrode 20 and the negative electrode 30 and holds an electrolytic solution. That is, the positive electrode 20, the separator 40, and the negative electrode 30 are laminated in this order. The metal-air battery 10 can be discharged, for example, by electrically connecting the positive electrode 20 and the negative electrode 30 via the wattmeter 50 or the like. The wattmeter 50 can measure the voltage and current of electricity that has flowed through this discharge. And as this positive electrode 20, the positive electrode for metal air batteries which concerns on one Embodiment of this invention can be used. In addition, a positive electrode, a negative electrode, a separator, and electrolyte solution are mentioned later.

また、金属空気電池としては、図1に示すような、正極20、セパレータ40、及び負極30の順で積層された場合に限定されず、これ以外の構成であってもよい。具体的には、金属空気電池としては、正極と、負極とを、セパレータを介して対向させ、渦巻状に捲回させた構成であってもよいし、板状の負極の周囲に、セパレータ及び正極を順番に巻き付けた構成であってもよい。   In addition, the metal-air battery is not limited to the case where the positive electrode 20, the separator 40, and the negative electrode 30 are stacked in this order, as shown in FIG. Specifically, the metal-air battery may have a configuration in which a positive electrode and a negative electrode are opposed to each other through a separator and wound in a spiral shape. The structure which wound the positive electrode in order may be sufficient.

また、本発明の一実施形態に係る金属空気電池用正極は、上述したように、前記金属層と前記被膜とを備えている。また、金属空気電池用正極は、前記金属層と前記被膜とを備えていればよく、他の層等を備えていてもよい。   Moreover, the positive electrode for metal air batteries which concerns on one Embodiment of this invention is equipped with the said metal layer and the said film as mentioned above. Moreover, the positive electrode for metal air batteries should just be provided with the said metal layer and the said film, and may be provided with the other layer.

まず、金属空気電池用正極20としては、図2に示すように、金属層22と被膜23とからなる正極が挙げられる。このような正極であれば、前記被膜23が形成された前記金属層22が正極となるので、他の層等が不要であるので、価格面でも有利であるし、電極薄型化による電池軽量化や部品点数削減の点からも有利である。なお、図2は、本発明の一実施形態に係る金属空気電池用正極の構成の一例を示す概略断面図である。   First, as the metal-air battery positive electrode 20, as shown in FIG. 2, a positive electrode composed of a metal layer 22 and a coating 23 can be mentioned. In the case of such a positive electrode, the metal layer 22 on which the coating film 23 is formed serves as a positive electrode, so other layers are unnecessary, which is advantageous in terms of price, and the battery weight is reduced by thinning the electrode. It is also advantageous in terms of reducing the number of parts. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the positive electrode for a metal-air battery according to one embodiment of the present invention.

前記金属層は、多数の孔が形成されている。すなわち、前記金属層は、多孔性金属層である。前記金属層は、この多数の孔により、酸素との接触面積を増やし、好適な電池反応を実現できる。また、この孔は、前記金属層の一方の面に形成されていてもよいし、両面に形成されていてもよく、また、一方の面から他方の面に到るまで全体的に形成されていてもよい。この中でも、前記金属層は、前記孔が、金属層全体にわたって形成されていることが好ましい。このような全体にわたって孔が形成されている金属層であれば、空気中の酸素をより効率的に取り入れることができると考えられ、長期間にわたって、より好適な放電が維持できる。   The metal layer has a large number of holes. That is, the metal layer is a porous metal layer. The metal layer can increase the contact area with oxygen by the large number of holes, and can realize a suitable battery reaction. Further, the hole may be formed on one surface of the metal layer, may be formed on both surfaces, or is formed entirely from one surface to the other surface. May be. Among these, it is preferable that the said metal layer has the said hole formed over the whole metal layer. Such a metal layer in which holes are formed throughout can be considered to be able to take in oxygen in the air more efficiently and maintain a more favorable discharge over a long period of time.

また、前記多孔性金属層を得る方法としては、多数の孔が形成されていない金属層に、多数の孔が形成される処理を施す方法(多孔化する方法)であれば、特に限定されない。この方法としては、例えば、切削、研磨及びサンドブラスト等の物理的な方法、及び、酸や塩基等のエッチング液を用いた、電解エッチングや無電解エッチング等の化学的な方法等が挙げられる。また、多孔化する方法としては、前記各方法を単独で行ってもよいし、2種以上を組み合わせて行ってもよい。また、多孔化する方法としては、表面積を大きくするという観点から、形成する孔(細孔)をより緻密に形成させるため、化学的な方法であることが好ましい。   Further, the method for obtaining the porous metal layer is not particularly limited as long as it is a method (a method for making a porous structure) in which a metal layer in which a large number of holes are not formed is subjected to a treatment for forming a large number of holes. Examples of this method include physical methods such as cutting, polishing, and sand blasting, and chemical methods such as electrolytic etching and electroless etching using an etching solution such as acid and base. Moreover, as a method of making it porous, each said method may be performed independently and may be performed in combination of 2 or more type. Further, as a method for making the pores, a chemical method is preferable from the viewpoint of increasing the surface area, in order to form pores (pores) to be formed more densely.

また、前記金属層の材質としては、正極集電体として用いることができる材質であれば、特に限定されず、例えば、アルミニウム、銅、鉄、チタン、タングステン、ニッケル、及びこれらの合金等が挙げられる。前記金属層の材質としては、この中でも、価格及び加工性の観点から、アルミニウムであることが好ましい。また、金属層としては、いわゆるアルミニウム箔であることが好ましい。   Further, the material of the metal layer is not particularly limited as long as it can be used as a positive electrode current collector, and examples thereof include aluminum, copper, iron, titanium, tungsten, nickel, and alloys thereof. It is done. Among these, the material of the metal layer is preferably aluminum from the viewpoint of cost and workability. The metal layer is preferably a so-called aluminum foil.

また、前記金属層の厚みは、特には限定されないが、例えば、0.01〜5mmであることが好ましく、0.1〜3.5mmであることがより好ましく、0.15〜3mmであることがより好ましい。前記金属層が薄すぎると、集電効率や強度が低下する傾向があり、また、空気中の酸素との接触点や電解液との接触点が少なくなり、電池出力が低下する傾向がある。また、前記金属層が厚すぎると、最終的に得られる金属空気電池の小型化を阻害する傾向がある。これらのことから、前記金属層の厚みが、上記範囲内であれば、必要以上に厚くすることなく、集電効率と強度とが優れたものとなる。   The thickness of the metal layer is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 5 mm, more preferably 0.1 to 3.5 mm, and 0.15 to 3 mm, for example. Is more preferable. If the metal layer is too thin, current collection efficiency and strength tend to decrease, and contact points with oxygen in the air and contact points with the electrolyte solution decrease, and the battery output tends to decrease. Moreover, when the said metal layer is too thick, there exists a tendency which inhibits size reduction of the metal air battery finally obtained. From these things, if the thickness of the said metal layer is in the said range, it will become the thing which was excellent in current collection efficiency and intensity | strength, without making it unnecessarily thick.

また、前記金属層の形状は、特に限定されず、例えば、平板状、波板状、パンチングメタル、及びエキスパンドメタル等が挙げられる。この中でも、正極集電体としての加工性の観点から、平板状やパンチングメタルであることが好ましい。また、この金属層への印加を容易にするため、端子(リード)を設けることが好ましい。   Moreover, the shape of the said metal layer is not specifically limited, For example, flat plate shape, corrugated plate shape, a punching metal, an expanded metal, etc. are mentioned. Among these, from the viewpoint of workability as a positive electrode current collector, a flat plate shape or a punching metal is preferable. In order to facilitate application to the metal layer, it is preferable to provide a terminal (lead).

また、前記被膜は、前記金属層の表面を被覆する層である。この被膜が、電解液による正極の腐食の発生や正極集電体表面上での金属水酸化物の析出等の抑制効果を発揮する。また、この被膜は、前記金属層の表面上に形成された被膜であれば、特に限定されず、例えば、酸化物被膜及び炭素被膜等が挙げられる。   Moreover, the said film is a layer which coat | covers the surface of the said metal layer. This coating exhibits an effect of suppressing the occurrence of corrosion of the positive electrode by the electrolytic solution and the precipitation of metal hydroxide on the surface of the positive electrode current collector. Moreover, this film will not be specifically limited if it is a film formed on the surface of the said metal layer, For example, an oxide film, a carbon film, etc. are mentioned.

前記酸化物被膜は、特に限定されず、例えば、前記金属層の表面を酸化させて形成された酸化物層等が挙げられる。前記酸化物被膜としては。具体的には、金属層を酸素存在下において、加熱し、金属層の表面を酸化することによって形成される酸化物被膜や、金属層の表面を電気的に酸化させる方法で酸化させた酸化物被膜等が挙げられる。この中でも、前記被膜は、強度や酸化の均質性の観点から、金属層の表面を電気的に酸化させる方法で酸化させた酸化物被膜であることが好ましい。   The oxide film is not particularly limited, and examples thereof include an oxide layer formed by oxidizing the surface of the metal layer. As the oxide film. Specifically, an oxide film formed by heating a metal layer in the presence of oxygen and oxidizing the surface of the metal layer, or an oxide oxidized by a method of electrically oxidizing the surface of the metal layer A film etc. are mentioned. Among these, the film is preferably an oxide film oxidized by a method of electrically oxidizing the surface of the metal layer from the viewpoint of strength and oxidation homogeneity.

また、前記炭素被膜は、特に限定されず、例えば、以下の方法により形成された炭素被膜等が挙げられる。まず、前記炭素被膜としては、例えば、前記金属層の表面上に、化学気相成長(CVD)法等の方法で、直接形成した炭素被膜が挙げられる。また、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、繊維強化プラスチック(FRP)、不飽和ポリエステル樹脂等の、炭素を含有する熱硬化性樹脂を含む塗布液を金属層表面に塗布し、熱処理により、硬化させた炭素被膜等も挙げられる。また、石油ピッチや石炭ピッチ等を金属層表面に塗布し、熱縮合させて膜化させた炭素被膜も挙げられる。この中でも、生産性や経済性等の観点から、熱硬化性樹脂を含む塗布液や石油ピッチを塗布する方法が好ましい。   Moreover, the said carbon film is not specifically limited, For example, the carbon film etc. which were formed with the following method are mentioned. First, examples of the carbon coating include a carbon coating directly formed on the surface of the metal layer by a method such as chemical vapor deposition (CVD). In addition, a coating film containing a thermosetting resin containing carbon such as phenol resin, epoxy resin, fiber reinforced plastic (FRP), and unsaturated polyester resin is applied to the surface of the metal layer and cured by heat treatment. And so on. Moreover, the carbon film which apply | coated petroleum pitch, coal pitch, etc. to the metal layer surface, and was heat-condensed and made into a film | membrane is also mentioned. Among these, from the viewpoints of productivity, economy, and the like, a method of applying a coating liquid containing a thermosetting resin or petroleum pitch is preferable.

また、前記被膜の厚みは、特には限定されないが、例えば、2μm以下であることが好ましく、0.1〜2μmであることがより好ましく、0.2〜1μmであることがより好ましい。前記被膜が薄すぎると、耐食性を高める効果が低下してしまう傾向がある。また、前記被膜が厚すぎると、前記被膜により正極の導電性が低下し、集電効率が低下する傾向がある。これらのことから、前記被膜の厚みが、上記範囲内であれば、長期間にわたって、より好適に放電を実現することができる。   The thickness of the coating is not particularly limited, but is preferably 2 μm or less, more preferably 0.1 to 2 μm, and even more preferably 0.2 to 1 μm. If the coating is too thin, the effect of increasing the corrosion resistance tends to decrease. Moreover, when the said film is too thick, the electroconductivity of a positive electrode falls with the said film, and there exists a tendency for current collection efficiency to fall. For these reasons, when the thickness of the coating is within the above range, it is possible to more appropriately realize discharge over a long period of time.

また、前記被膜が形成された金属層のBET比表面積は、特には限定されないが、例えば、0.5〜50m/gであることが好ましく、0.7〜40m/gであることがより好ましく、1〜30m/gであることがより好ましい。前記金属層のBET比表面積が小さすぎると、酸素との接触面積が狭くなり、電池反応の進行が阻害される傾向がある。また、前記金属層のBET比表面積が大きすぎると、この金属層の表面上での金属水酸化物の析出等の抑制効果が低下する傾向がある。これらのことから、前記被膜が形成された金属層のBET比表面積が、上記範囲内であれば、長期間にわたって、より好適に放電を実現することができる。なお、BET比表面積は、BET法によって測定される比表面積であり、公知の方法で測定可能である。BET比表面積の測定方法としては、例えば、窒素吸着等温線測定を行い、得られた吸着等温線から算出する方法等が挙げられる。 In addition, the BET specific surface area of the metal layer on which the film is formed is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 50 m 2 / g, for example, 0.7 to 40 m 2 / g. More preferably, it is 1-30 m < 2 > / g. If the BET specific surface area of the metal layer is too small, the contact area with oxygen becomes narrow, and the battery reaction tends to be inhibited. Moreover, when the BET specific surface area of the said metal layer is too large, there exists a tendency for the inhibitory effects, such as precipitation of a metal hydroxide, on the surface of this metal layer to fall. For these reasons, if the BET specific surface area of the metal layer on which the coating film is formed is within the above range, it is possible to more appropriately realize discharge over a long period of time. The BET specific surface area is a specific surface area measured by the BET method and can be measured by a known method. Examples of the method for measuring the BET specific surface area include a method of performing nitrogen adsorption isotherm measurement and calculating from the obtained adsorption isotherm.

また、金属空気電池用正極20は、図2に示すように、前記金属層22と前記被膜23とからなる正極であってもよい。このような前記金属層22と前記被膜23とからなる正極は、酸素との接触する酸素吸着体としての性能を示すとともに、正極集電体としても働くことから、前記金属層22と前記被膜23とからなる積層体は、単に正極集電体25とも称する。また、金属空気電池用正極は、前記金属層と前記被膜とを備えていればよく、他の層等を備えていてもよい。具体的には、また、金属空気電池用正極20は、図3及び図4に示すように、前記金属層22と前記被膜23とからなる前記正極集電体25に多孔質体21が積層したものであることが好ましい。すなわち、前記被膜23上に、炭素を含む多孔質体21を積層したものが好ましい。このような前記被膜23上に積層された多孔質体21は、電解液による金属層の腐食の発生や正極表面上での金属水酸化物の析出等をより抑制できると考えられ、長期間にわたって、より好適な放電が維持できる。   Further, the metal-air battery positive electrode 20 may be a positive electrode including the metal layer 22 and the coating film 23 as shown in FIG. Such a positive electrode composed of the metal layer 22 and the coating film 23 exhibits performance as an oxygen adsorbent that comes into contact with oxygen and also functions as a positive electrode current collector. Therefore, the metal layer 22 and the coating film 23 The laminate composed of is also simply referred to as the positive electrode current collector 25. Moreover, the positive electrode for metal air batteries should just be provided with the said metal layer and the said film, and may be provided with the other layer. Specifically, in the metal-air battery positive electrode 20, as shown in FIGS. 3 and 4, the porous body 21 is laminated on the positive electrode current collector 25 including the metal layer 22 and the coating 23. It is preferable. That is, a laminate in which a porous body 21 containing carbon is laminated on the coating 23 is preferable. Such a porous body 21 laminated on the coating 23 is considered to be able to further suppress the occurrence of corrosion of the metal layer due to the electrolytic solution and the precipitation of metal hydroxide on the positive electrode surface. A more favorable discharge can be maintained.

また、この多孔質体は、前記正極集電体と密着するように積層されていることがより好ましい。すなわち、前記正極集電体と前記多孔質体とが、一体化していることがより好ましい。そうすることで、電解液による金属層の腐食の発生や正極表面上での金属水酸化物の析出等をさらに抑制できると考えられる。   The porous body is more preferably laminated so as to be in close contact with the positive electrode current collector. That is, it is more preferable that the positive electrode current collector and the porous body are integrated. By doing so, it is thought that generation | occurrence | production of the corrosion of the metal layer by electrolyte solution, precipitation of the metal hydroxide on the positive electrode surface, etc. can be suppressed further.

また、金属空気電池用正極20は、例えば、図3に示すように、2枚の多孔質体21で、正極集電体25を挟むように配置してもよいし、図4に示すように、前記多孔質体21と前記正極集電体25とのそれぞれ一枚ずつを用いて積層してもよい。なお、図3及び図4は、本発明の一実施形態に係る金属空気電池用正極の構成の他の一例を示す概略断面図である。また、金属空気電池用正極としては、図3で示すよう、2枚の多孔質体で、正極集電体を挟んだ構成のほうが好ましい。このような構成であれば、電解液による金属層の腐食の発生や正極集電体表面上での金属水酸化物の析出等をより抑制できると考えられる。このため、得られた金属空気電池は、長期間にわたって、より好適な放電を維持できる。   Moreover, the positive electrode 20 for metal air batteries may be arrange | positioned so that the positive electrode electrical power collector 25 may be pinched | interposed with two porous bodies 21, as shown in FIG. 3, for example, as shown in FIG. Alternatively, the porous body 21 and the positive electrode current collector 25 may be laminated using one each. 3 and 4 are schematic cross-sectional views showing another example of the configuration of the positive electrode for a metal-air battery according to one embodiment of the present invention. Moreover, as a positive electrode for metal air batteries, as shown in FIG. 3, it is preferable to have a configuration in which a positive electrode current collector is sandwiched between two porous bodies. With such a configuration, it is considered that the occurrence of corrosion of the metal layer by the electrolytic solution and the precipitation of metal hydroxide on the surface of the positive electrode current collector can be further suppressed. For this reason, the obtained metal air battery can maintain a more suitable discharge over a long period of time.

まず、前記正極集電体としては、上述した、前記金属層22と前記被膜23とを備えているものである。   First, the positive electrode current collector includes the metal layer 22 and the coating film 23 described above.

次に、前記多孔質体としては、炭素を含んだ多孔質体であれば、特に限定されない。この多孔質体は、正極活物質である、空気中の酸素に電子を供給するので、空気中の酸素との接触面積が大きい多孔質体であることが好ましい。すなわち、ここでの多孔質体としては、炭素を含んでいて、電子の移動を阻害しない程度の導電性を有し、通気性に優れ、酸素吸着体として作用しうる多孔質体であることが好ましい。具体的には、炭素を主成分として含む多孔質体であってもよいし、炭素からなる多孔質体であってもよい。また、前記多孔質体に含まれる炭素としては、具体的には、活性炭、活性炭繊維、及び炭素繊維等の炭素質材料が挙げられる。また、この炭素しては、耐腐食性及び比表面積の点から、活性炭や活性炭繊維であることが好ましい。また、この炭素としては、各種炭素質材料を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。この炭素が含まれる多孔質体としては、具体的には、前記炭素質材料を、布状やフェルト状にしたものが好ましい。このような多孔質体は、耐腐食性や通気性等に優れている。そして、前記金属空気電池用正極は、多孔質体として、上記のような多孔質体を備えることによって、正極活物質である、空気中の酸素を効率的に取り込むことができ、金属空気電池の正極として、好適に働くと考えられる。   Next, the porous body is not particularly limited as long as it is a porous body containing carbon. Since this porous body supplies electrons to oxygen in the air, which is a positive electrode active material, a porous body having a large contact area with oxygen in the air is preferable. That is, the porous body here is a porous body that contains carbon, has conductivity that does not hinder the movement of electrons, has excellent air permeability, and can act as an oxygen adsorbent. preferable. Specifically, a porous body containing carbon as a main component or a porous body made of carbon may be used. Specific examples of the carbon contained in the porous body include carbonaceous materials such as activated carbon, activated carbon fiber, and carbon fiber. The carbon is preferably activated carbon or activated carbon fiber from the viewpoint of corrosion resistance and specific surface area. Moreover, as this carbon, various carbonaceous materials may be used independently and may be used in combination of 2 or more type. Specifically, the porous body containing carbon is preferably a cloth-like or felt-like one made of the carbonaceous material. Such a porous body is excellent in corrosion resistance and air permeability. And the said positive electrode for metal air batteries can take in oxygen in the air which is a positive electrode active material efficiently by providing the above porous bodies as a porous body. It is thought that it works suitably as a positive electrode.

また、前記多孔質体の厚みは、特には限定されないが、例えば、0.1〜10mmであることが好ましく、0.2〜9mmであることがより好ましく、0.25〜8mmであることがより好ましい。前記多孔質体が薄すぎると、空気中の酸素との接触点や電解液との接触点が少なくなり、電池出力が低下する傾向がある。また、前記多孔質体が厚すぎると、多孔質体の厚み方向の抵抗が大きくなり、電池出力が低下する傾向がある。これらのことから、前記多孔質体の厚みが、上記範囲内であれば、電池出力を充分に高めることができる。   Moreover, the thickness of the porous body is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 10 mm, more preferably 0.2 to 9 mm, and more preferably 0.25 to 8 mm. More preferred. When the porous body is too thin, the contact point with oxygen in the air and the contact point with the electrolyte solution are decreased, and the battery output tends to be lowered. On the other hand, when the porous body is too thick, the resistance in the thickness direction of the porous body increases, and the battery output tends to decrease. From these things, if the thickness of the said porous body is in the said range, battery output can fully be raised.

また、前記多孔質体のBET比表面積は、特には限定されないが、例えば、100〜4000m/gであることが好ましく、150〜3000m/gであることがより好ましく、200〜2500m/gであることがより好ましい。前記多孔質体のBET比表面積が小さすぎると、酸素との接触面積が狭くなり、電池反応の進行が阻害される傾向がある。また、前記多孔質体のBET比表面積が大きすぎると、電解液による金属層の腐食の発生や正極集電体表面上での金属水酸化物の析出等の抑制効果が低下する傾向がある。これらのことから、前記多孔質体のBET比表面積が、上記範囲内であれば、長期間にわたって、より好適に放電を実現することができる。 Further, BET specific surface area of the porous body are not particularly limited, for example, is preferably 100~4000m 2 / g, more preferably 150~3000m 2 / g, 200~2500m 2 / More preferably, it is g. If the BET specific surface area of the porous body is too small, the contact area with oxygen tends to be narrow, and the battery reaction tends to be inhibited. Moreover, when the BET specific surface area of the said porous body is too large, there exists a tendency for suppression effects, such as generation | occurrence | production of the corrosion of the metal layer by electrolyte solution, and precipitation of a metal hydroxide on the positive electrode collector surface. From these things, if the BET specific surface area of the said porous body is in the said range, it can implement | achieve discharge more suitably over a long period of time.

また、前記正極集電体と前記多孔質体との一体化は、前記正極集電体と前記多孔質体とが密着して積層されていればよく、前記正極集電体と前記多孔質体とを積層した正極を、金属空気電池の正極としても用いた場合であっても、前記正極集電体の、電解液への接触が、前記多孔質体によって抑制できる程度、密着していることが好ましい。このように密着していることによって、電解液による正極の腐食の発生や正極集電体表面上での金属水酸化物の析出等を抑制できると考えられる。このことから、金属空気電池の電解液の種類にかかわらず、金属空気電池の正極としての性能の低下を、長期間にわたって、充分に抑制できると考えられる。よって、前記金属空気電池用正極は、金属空気電池の正極として長期間にわたって用いても、正極としての好適な性能を維持することができ、よって、この正極を用いることで、電圧が充分に高く、長期間にわたって放電可能な金属空気電池を得ることができると考えられる。また、前記正極集電体と前記多孔質体とを一体化することによって、得られた正極の、集電効率を高めることができ、さらに、強度、耐腐食性、及び通気性等を向上させることができる。   The positive electrode current collector and the porous body may be integrated as long as the positive electrode current collector and the porous body are stacked in close contact with each other. The positive electrode current collector is used as a positive electrode of a metal-air battery, and the positive electrode current collector is in close contact with the electrolyte so that contact with the electrolyte can be suppressed by the porous material. Is preferred. By adhering in this manner, it is considered that the occurrence of corrosion of the positive electrode due to the electrolytic solution and the precipitation of metal hydroxide on the surface of the positive electrode current collector can be suppressed. From this, it is considered that the deterioration of the performance as the positive electrode of the metal-air battery can be sufficiently suppressed over a long period regardless of the type of the electrolyte of the metal-air battery. Therefore, even if the positive electrode for metal-air batteries is used as a positive electrode of a metal-air battery for a long period of time, it can maintain suitable performance as a positive electrode. Therefore, by using this positive electrode, the voltage is sufficiently high. It is considered that a metal-air battery that can be discharged over a long period of time can be obtained. Further, by integrating the positive electrode current collector and the porous body, the current collection efficiency of the obtained positive electrode can be increased, and further, the strength, corrosion resistance, air permeability, etc. are improved. be able to.

また、前記一体化の方法は、特に限定されない。具体的には、前記正極集電体と前記多孔質体とを、圧力的に押さえつけて、一体化してもよいし、導電性テープや導電性接着剤を用いて、前記正極集電体と前記多孔質体とを接着させて、一体化してもよい。また、前記正極集電体と前記多孔質体と間の導電性を充分に確保できるのであれば、前記正極集電体と前記多孔質体とを、熱硬化性樹脂を用いて硬化接着してもよい。一体化の方法としては、この中でも、前記多孔質体と前記正極集電体とを、導電性接着剤で接着する方法が、好ましい。導電性接着剤で接着する方法であれば、前記正極集電体と前記多孔質体とを、正極内での電子の移動を阻害することなく、正極における好適に密着させることができると考えられる。このため、得られた金属空気電池用正極は、長期間にわたって、より好適な放電を維持できる金属空気電池を実現できるものである。   The integration method is not particularly limited. Specifically, the positive electrode current collector and the porous body may be pressed and integrated by pressure, or the positive electrode current collector and the porous material may be integrated using a conductive tape or a conductive adhesive. The porous body may be bonded and integrated. Further, if sufficient conductivity can be secured between the positive electrode current collector and the porous body, the positive electrode current collector and the porous body are cured and bonded using a thermosetting resin. Also good. Among these, a method of adhering the porous body and the positive electrode current collector with a conductive adhesive is preferable. If it is the method of adhere | attaching with a conductive adhesive, it is thought that the said positive electrode collector and the said porous body can be closely contact | adhered in a positive electrode, without inhibiting the movement of the electron in a positive electrode. . For this reason, the obtained positive electrode for metal-air batteries can realize a metal-air battery that can maintain a more suitable discharge over a long period of time.

また、導電性接着剤としては、接着後、接着させた物体間の界面における、電気的な導通を実現できる接着剤であれば、特に限定されない。導電性接着剤としては、例えば、カーボン系の導電性フィラーを、接着剤に分散させたもの等が挙げられる。また、導電性接着剤に含まれる接着剤としては、非腐食性の点から、熱硬化性樹脂であることが好ましい。よって、導電性接着剤としては、例えば、カーボン系フィラーを熱硬化性樹脂に分散させたものが好ましく用いられる。   In addition, the conductive adhesive is not particularly limited as long as it is an adhesive that can realize electrical conduction at the interface between bonded objects after bonding. Examples of the conductive adhesive include a carbon-based conductive filler dispersed in an adhesive. Moreover, as an adhesive agent contained in a conductive adhesive agent, it is preferable that it is a thermosetting resin from a non-corrosive point. Therefore, as the conductive adhesive, for example, a material obtained by dispersing a carbon-based filler in a thermosetting resin is preferably used.

また、前記金属空気電池用正極の厚みは、特には限定されないが、例えば、0.11〜15mmであることが好ましく、0.3〜12.5mmであることがより好ましく、0.4〜11mmであることがより好ましい。前記金属空気電池用正極が薄すぎると、正極集電体や多孔質体の各性能を充分に発揮できない傾向がある。また、前記金属空気電池用正極が厚すぎると、最終的に得られる金属空気電池の小型化を阻害する傾向がある。これらのことから、前記金属空気電池用正極の厚みが、上記範囲内であれば、必要以上に厚くすることなく、長期間にわたって、より好適に放電を実現することができる。   The thickness of the positive electrode for a metal-air battery is not particularly limited, but is preferably 0.11 to 15 mm, more preferably 0.3 to 12.5 mm, and 0.4 to 11 mm, for example. It is more preferable that When the positive electrode for metal-air batteries is too thin, there is a tendency that the performances of the positive electrode current collector and the porous body cannot be fully exhibited. Moreover, when the said positive electrode for metal air batteries is too thick, there exists a tendency which inhibits size reduction of the metal air battery finally obtained. For these reasons, if the thickness of the positive electrode for metal-air batteries is within the above range, it is possible to more appropriately realize discharge over a long period of time without making it thicker than necessary.

また、前記金属空気電池用正極は、上述したように、金属空気電池に備えられる正極として利用することができる。前記金属空気電池用正極を、金属空気電池に備えられる正極として利用する場合には、図3及び図4に示すように、金属空気電池用正極20に備えられる前記多孔質体21が、前記セパレータ40と接するように、前記金属空気電池用正極20と前記セパレータ40とが配置されることが好ましい。このように配置することによって、負極から溶出された金属イオンに由来の金属水酸化物が正極集電体表面に析出することをより抑制できると考えられ、長期間にわたって、より好適な放電を維持できる金属空気電池が得られる。   Moreover, the said positive electrode for metal air batteries can be utilized as a positive electrode with which a metal air battery is equipped as mentioned above. When the positive electrode for a metal-air battery is used as a positive electrode provided in a metal-air battery, as shown in FIGS. 3 and 4, the porous body 21 provided in the positive electrode 20 for metal-air battery includes the separator. Preferably, the metal-air battery positive electrode 20 and the separator 40 are disposed so as to be in contact with 40. By arranging in this way, it is considered that the metal hydroxide derived from the metal ions eluted from the negative electrode can be further suppressed from precipitating on the surface of the positive electrode current collector, and a more suitable discharge can be maintained over a long period of time. A metal-air battery is obtained.

また、前記負極は、金属空気電池の負極として用いられるものであれば、特に限定されない。具体的には、前記負極は、金属又は合金からなる負極活物質を含む。前記金属としては、金属空気電池における負極活物質として用いることができる金属であれば、特に限定されない。前記金属としては、例えば、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、カルシウム等が挙げられる。また、前記合金としては、金属空気電池における負極活物質として用いることができる合金であれば、特に限定されない。前記合金としては、前記金属を含む合金等が挙げられる。具体的には、例えば、亜鉛合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、カルシウム合金等を含む合金が挙げられる。また、例えば、アルミニウム合金とは、アルミニウムを含む合金のことであり、一般的には、アルミニウムを主成分として含む合金のことをいい、例えば、アルミニウムを50質量%以上含む合金等が挙げられる。また、マグネシウム合金とは、マグネシウムを含む合金のことであり、一般的には、マグネシウムを主成分として含む合金のことをいい、例えば、マグネシウムを50質量%以上含む合金等が挙げられる。   Moreover, the said negative electrode will not be specifically limited if it is used as a negative electrode of a metal air battery. Specifically, the negative electrode includes a negative electrode active material made of a metal or an alloy. The metal is not particularly limited as long as it can be used as a negative electrode active material in a metal-air battery. Examples of the metal include zinc (Zn), aluminum (Al), magnesium (Mg), and calcium. The alloy is not particularly limited as long as it is an alloy that can be used as a negative electrode active material in a metal-air battery. Examples of the alloy include an alloy containing the metal. Specific examples include alloys including zinc alloys, aluminum alloys, magnesium alloys, calcium alloys, and the like. In addition, for example, an aluminum alloy is an alloy containing aluminum and generally refers to an alloy containing aluminum as a main component, and examples thereof include an alloy containing 50% by mass or more of aluminum. Moreover, a magnesium alloy is an alloy containing magnesium, and generally refers to an alloy containing magnesium as a main component. Examples thereof include an alloy containing magnesium in an amount of 50% by mass or more.

また、前記負極としては、前記負極活物質を含んでいればよく、前記負極活物質からなるものであってもよい。前記負極としては、具体的には、マグネシウム箔、マグネシウム合金箔、アルミニウム箔、及びアルミニウム合金箔等が挙げられる。   Further, the negative electrode only needs to contain the negative electrode active material, and may be made of the negative electrode active material. Specific examples of the negative electrode include magnesium foil, magnesium alloy foil, aluminum foil, and aluminum alloy foil.

また、前記負極の厚みは、特には限定されないが、例えば、0.001〜5mmであることが好ましく、0.005〜4mmであることがより好ましく、0.008〜3mmであることがより好ましい。前記負極が薄すぎると、電池容量が小さくなる傾向がある。また、前記負極が厚すぎると、最終的に得られる金属空気電池の小型化を阻害する傾向がある。これらのことから、前記負極の厚みが、上記範囲内であれば、必要以上に厚くすることなく、長期間にわたって、より好適に放電を実現することができる。   Further, the thickness of the negative electrode is not particularly limited, but is preferably 0.001 to 5 mm, more preferably 0.005 to 4 mm, and more preferably 0.008 to 3 mm. . If the negative electrode is too thin, the battery capacity tends to be small. Moreover, when the said negative electrode is too thick, there exists a tendency which inhibits size reduction of the metal air battery finally obtained. For these reasons, when the thickness of the negative electrode is within the above range, it is possible to more appropriately achieve discharge over a long period of time without increasing the thickness more than necessary.

また、前記セパレータは、金属空気電池のセパレータとして用いることができるものであれば、特に限定されない。すなわち、セパレータは、負極と正極との間に配置して、負極と正極との間の電気的短絡を防止するものであり、電解液を保持するものである。セパレータの形状としては、特に限定されず、例えば、フィルム状、織布状、及び不織布状等が挙げられる。電解液を保持する性能である保液性の点から、空隙を有していることが好ましく、具体的には、不織布であることが好ましい。また、セパレータの材料としては、特に限定されず、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等の樹脂、及びガラス等が挙げられる。すなわち、セパレータとしては、これらの樹脂の繊維やガラス繊維からなる織布、及びこれらの樹脂やガラスを用いた不織布等が挙げられる。また、セパレータとしては、濾紙等が用いられる。   Moreover, the said separator will not be specifically limited if it can be used as a separator of a metal air battery. That is, a separator is arrange | positioned between a negative electrode and a positive electrode, the electrical short circuit between a negative electrode and a positive electrode is prevented, and electrolyte solution is hold | maintained. The shape of the separator is not particularly limited, and examples thereof include a film shape, a woven fabric shape, and a nonwoven fabric shape. From the viewpoint of liquid retention, which is the performance of retaining the electrolytic solution, it is preferable to have voids, and specifically, a nonwoven fabric is preferable. Moreover, it does not specifically limit as a material of a separator, For example, resin, such as polyethylene and a polypropylene, glass, etc. are mentioned. That is, as a separator, the woven fabric which consists of these resin fibers and glass fibers, the nonwoven fabric using these resins and glass, etc. are mentioned. Moreover, a filter paper etc. are used as a separator.

また、前記セパレータの厚みは、特には限定されないが、例えば、0.01〜3mmであることが好ましく、0.05〜2mmであることがより好ましく、0.1〜1mmであることがより好ましい。前記セパレータが薄すぎると、負極と正極との間の電気的短絡を充分に防止できなかったり、電解液の保持量が少なくなり、好適な電池反応を実現できない傾向がある。また、前記セパレータが厚すぎると、最終的に得られる金属空気電池の小型化を阻害したり、電池反応を阻害する傾向がある。これらのことから、前記セパレータの厚みが、上記範囲内であれば、必要以上に厚くすることなく、長期間にわたって、より好適に放電を実現することができる。   The thickness of the separator is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 3 mm, more preferably 0.05 to 2 mm, and more preferably 0.1 to 1 mm. . If the separator is too thin, there is a tendency that an electrical short circuit between the negative electrode and the positive electrode cannot be sufficiently prevented, or the amount of electrolyte retained is reduced and a suitable battery reaction cannot be realized. On the other hand, if the separator is too thick, the metal-air battery finally obtained tends to be downsized or the battery reaction tends to be hindered. For these reasons, if the thickness of the separator is within the above range, it is possible to more appropriately realize discharge over a long period without increasing the thickness more than necessary.

また、前記電解液は、金属空気電池の電解液として用いることができるものであれば、特に限定されない。すなわち、前記電解液は、負極から金属を溶出させるとともに、酸素と反応する水(HO)を、正極に供給する。前記電解液のpHは、特に限定されず、酸性の電解液であっても、中性の電解液であっても、塩基性の電解液であっても用いることができる。前記電解液としては、この中でも、漏液時の安全性の観点から、中性の電解液や弱塩基性の電解液であることが好ましい。 Moreover, the said electrolyte solution will not be specifically limited if it can be used as an electrolyte solution of a metal air battery. That is, the electrolytic solution elutes metal from the negative electrode and supplies water (H 2 O) that reacts with oxygen to the positive electrode. The pH of the electrolytic solution is not particularly limited and may be an acidic electrolytic solution, a neutral electrolytic solution, or a basic electrolytic solution. Among these, the electrolytic solution is preferably a neutral electrolytic solution or a weakly basic electrolytic solution from the viewpoint of safety during leakage.

また、前記電解液に含まれる電解質としては、例えば、ハロゲン化物、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、及び有機酸塩等が挙げられる。ハロゲン化物としては、例えば、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、及びヨウ化カリウム等が挙げられる。また、硫酸塩としては、例えば、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、及び硫酸カリウム等が挙げられる。また、硝酸塩としては、例えば、硝酸リチウム、硝酸ナトリウム、及び硝酸カリウム等が挙げられる。また、リン酸塩としては、例えば、リン酸リチウム、リン酸ナトリウム、及びリン酸カリウム等が挙げられる。また、炭酸塩としては、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸カリウム等が挙げられる。また、炭酸水素塩としては、例えば、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、及び炭酸水素カリウム等が挙げられる。また、有機酸塩としては、例えば、酢酸ナトリウム、及び酢酸カリウム等が挙げられる。電解質は、上記各電解質を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、前記電解質の中でも、安全性や電解質溶解度の点等から、ハロゲン化物、リン酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、及び有機酸塩が好ましく、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、及び塩化カルシウム等の塩化物がより好ましく、塩化ナトリウム及び塩化カリウムがさらに好ましい。すなわち、前記電解液としては、塩化物イオンを含む電解液(塩化物イオン電解液)であることが好ましい。また、この塩化物イオン電解液としては、例えば、塩化ナトリウム水溶液、塩化カリウム水溶液、塩化マグネシウム水溶液、及び塩化カルシウム水溶液等が好ましく用いられる。このことから、前記電解液としては、前記各塩化物イオン電解液を単独で用いた電解液、又は2種以上を組み合わせて用いた電解液であることがより好ましい。   Examples of the electrolyte contained in the electrolytic solution include halides, sulfates, nitrates, phosphates, carbonates, bicarbonates, and organic acid salts. Examples of the halide include lithium chloride, sodium chloride, potassium chloride, calcium chloride, lithium bromide, sodium bromide, potassium bromide, lithium iodide, sodium iodide, and potassium iodide. Examples of the sulfate include lithium sulfate, sodium sulfate, and potassium sulfate. Examples of the nitrate include lithium nitrate, sodium nitrate, and potassium nitrate. Examples of the phosphate include lithium phosphate, sodium phosphate, and potassium phosphate. Examples of the carbonate include lithium carbonate, sodium carbonate, and potassium carbonate. Examples of the hydrogen carbonate include lithium hydrogen carbonate, sodium hydrogen carbonate, and potassium hydrogen carbonate. Examples of the organic acid salt include sodium acetate and potassium acetate. As the electrolyte, each of the above electrolytes may be used alone or in combination of two or more. Among the electrolytes, halides, phosphates, carbonates, hydrogen carbonates, and organic acid salts are preferable from the viewpoint of safety and electrolyte solubility, and lithium chloride, sodium chloride, potassium chloride, and calcium chloride are preferable. More preferred are chlorides such as sodium chloride and potassium chloride. That is, the electrolyte solution is preferably an electrolyte solution containing chloride ions (chloride ion electrolyte solution). Moreover, as this chloride ion electrolyte solution, sodium chloride aqueous solution, potassium chloride aqueous solution, magnesium chloride aqueous solution, calcium chloride aqueous solution etc. are used preferably, for example. Therefore, the electrolytic solution is more preferably an electrolytic solution using each of the chloride ion electrolytic solutions alone or an electrolytic solution using a combination of two or more.

また、電解液は、前記セパレータによって保持される。電解液をセパレータに保持する方法は、特に限定されない。例えば、セパレータを電解液に浸漬させる方法等が挙げられる。また、例えば、金属空気電池と併設する電解液漕に電解液を貯留させておき、その電解液を、セパレータに供給するようにしてもよい。このような電解液漕の形状や材料等は特に限定されず、電解液を貯留することができるものであればよい。電解液漕としては、例えば、ポリプロピレン等の合成樹脂によって形成された容器等が挙げられる。   Further, the electrolytic solution is held by the separator. The method for holding the electrolytic solution in the separator is not particularly limited. For example, the method of immersing a separator in electrolyte solution etc. are mentioned. In addition, for example, the electrolyte solution may be stored in an electrolyte tank provided with the metal-air battery, and the electrolyte solution may be supplied to the separator. There are no particular limitations on the shape, material, and the like of such an electrolyte bath, as long as the electrolyte can be stored. Examples of the electrolyte bath include a container formed of a synthetic resin such as polypropylene.

以下に、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the scope of the present invention is not limited to these examples.

[参考例1]
(多孔性金属層の作製)
まず、厚み100μm、純度99.9%のアルミニウム箔に、直径0,5mmの孔を3mm間隔であけ、80℃の1重量%硫酸酸性水溶液中に60秒間浸漬させることによって、表面に形成されている自然酸化被膜を除去した。
[Reference Example 1]
(Preparation of porous metal layer)
First, an aluminum foil having a thickness of 100 μm and a purity of 99.9% was formed on the surface by opening holes with a diameter of 0.5 mm at intervals of 3 mm and immersing in a 1 wt% sulfuric acid aqueous solution at 80 ° C. for 60 seconds. The natural oxide film is removed.

次に、この自然酸化被膜を除去したアルミニウム箔を、リン酸濃度が1.0質量%の90℃の水溶液に60秒間浸漬した。その後、塩酸5質量%、塩化アルミニウム2質量%、硫酸0.1質量%、リン酸0.5質量%、硝酸0.2質量%になるように調製した温度30℃の水溶液(電解液中のアルミニウム濃度を0.1質量%に調製)に上記アルミニウム箔を浸漬し、そのアルミニウム箔に5V、電流密度0.5A/cm、周波数40Hzの正弦波の電流を印加して300秒間エッチング処理を行い、幅1μm、深さ1〜10μmのピットと呼ばれるトンネル状の孔を複数形成させた。 Next, the aluminum foil from which the natural oxide film was removed was immersed in a 90 ° C. aqueous solution having a phosphoric acid concentration of 1.0 mass% for 60 seconds. Thereafter, an aqueous solution (temperature of 30 ° C.) prepared so as to be 5% by mass of hydrochloric acid, 2% by mass of aluminum chloride, 0.1% by mass of sulfuric acid, 0.5% by mass of phosphoric acid, and 0.2% by mass of nitric acid. The aluminum foil is immersed in an aluminum concentration of 0.1% by mass), and 5 V, a current density of 0.5 A / cm 2 , a sine wave current of 40 Hz in frequency is applied to the aluminum foil, and etching is performed for 300 seconds. A plurality of tunnel-like holes called pits having a width of 1 μm and a depth of 1 to 10 μm were formed.

次に、形成されたピット孔を拡大するために、得られたアルミニウム箔を、60℃の10質量%硫酸水溶液中に、5分間浸漬し、続いて、50℃の0.1質量%エタノールアミン水溶液で水和処理を行った後、250℃の大気下で3分間熱処理を行った。   Next, in order to enlarge the formed pit holes, the obtained aluminum foil was immersed in a 10% by mass sulfuric acid aqueous solution at 60 ° C. for 5 minutes, followed by 0.1% by mass ethanolamine at 50 ° C. After hydration treatment with an aqueous solution, heat treatment was performed for 3 minutes at 250 ° C. in the atmosphere.

上記のようにして、エッチング処理が施されたアルミニウム箔が得られた。このエッチング処理が施されたアルミニウム箔は、一方の面から他方の面に到る全体に、多数の孔が形成されたものであった。そして、この得られたアルミニウム箔が、多数の孔が形成された金属層(多孔性金属層)である。また、この金属箔の厚みは、0.2mmであった。また、この金属箔のBET比表面積は、5.1m/gであった。 As described above, an aluminum foil subjected to the etching treatment was obtained. The aluminum foil subjected to this etching treatment had a large number of holes formed from one side to the other side. The obtained aluminum foil is a metal layer (porous metal layer) in which a large number of holes are formed. Moreover, the thickness of this metal foil was 0.2 mm. Moreover, the BET specific surface area of this metal foil was 5.1 m < 2 > / g.

[参考例2]
(酸化物被膜の形成)
上記参考例1で得られたアルミニウム箔を、80℃で、かつ濃度が200g/Lのアジピン酸アンモニウム水溶液中に浸漬し、25mA/cmの低電流密度で15Vの電圧を印加することによって、エッチング処理が施されたアルミニウム箔に化成処理を施した。そうすることで、アルミニウム箔の表面に陽極酸化による被膜が形成された。このアルミニウム箔を切断し、その断面を、電子顕微鏡で観察したところ、酸化物被膜の膜厚は、0.6μmであった。また、この酸化物被膜を形成したアルミニウム箔の比表面積(BET比表面積)を、日本ベル株式会社製の蒸気吸着量測定装置(BELSORP−18PLUS)を用いて、測定したところ、4.6m/gであった。
[Reference Example 2]
(Formation of oxide film)
By immersing the aluminum foil obtained in Reference Example 1 above in an aqueous solution of ammonium adipate having a concentration of 200 g / L at 80 ° C. and applying a voltage of 15 V at a low current density of 25 mA / cm 2 , Chemical conversion treatment was applied to the aluminum foil that had been subjected to the etching treatment. By doing so, the film by anodic oxidation was formed on the surface of the aluminum foil. When this aluminum foil was cut and the cross section was observed with an electron microscope, the film thickness of the oxide film was 0.6 μm. Moreover, when the specific surface area (BET specific surface area) of the aluminum foil which formed this oxide film was measured using the vapor | steam adsorption amount measuring apparatus (BELSORP-18PLUS) by Nippon Bell Co., Ltd., it was 4.6 m < 2 > /. g.

[参考例3]
(炭素被膜の形成)
上記参考例1で得られたアルミニウム箔を、80℃で、かつ濃度が20g/L のレゾール系フェノール樹脂水溶液中に浸漬し、引き上げた後、80℃の熱風乾燥機で12時間乾燥し、その後、500℃で3時間加熱することによって、アルミニウム箔上に、炭素被膜を形成した。このアルミニウム箔を切断し、その断面を、電子顕微鏡で観察したところ、炭素被膜の膜厚が、0.4μmであった。また、この炭素被膜を形成したアルミニウム箔の比表面積(BET比表面積)を、参考例2と同様の方法で測定したところ、3.2m/gであった。
[Reference Example 3]
(Formation of carbon coating)
The aluminum foil obtained in Reference Example 1 was immersed in an aqueous resol phenolic resin solution at 80 ° C. and a concentration of 20 g / L, pulled up, dried for 12 hours with a hot air dryer at 80 ° C., and then The carbon film was formed on the aluminum foil by heating at 500 ° C. for 3 hours. When this aluminum foil was cut and the cross section was observed with an electron microscope, the film thickness of the carbon film was 0.4 μm. Moreover, it was 3.2 m < 2 > / g when the specific surface area (BET specific surface area) of the aluminum foil in which this carbon film was formed was measured by the method similar to the reference example 2. FIG.

[実施例1]
(金属空気電池:アルミニウム空気電池)
まず、正極としては、参考例2で製造した、酸化物被膜が形成されたアルミニウム箔を、100mmに切断したものを用いた。
[Example 1]
(Metal air battery: Aluminum air battery)
First, as the positive electrode, an aluminum foil produced in Reference Example 2 and having an oxide film formed thereon was cut into 100 mm 2 .

また、負極としては、アルミニウム箔を用いた。   Moreover, the aluminum foil was used as a negative electrode.

また、電解液としては、飽和塩化ナトリウム水溶液を用いた。   Further, a saturated sodium chloride aqueous solution was used as the electrolytic solution.

また、セパレータとしては、120mmの濾紙(アドバンテック東洋株式会社製の5C)を用いた。 As the separator, 120 mm 2 filter paper (5C manufactured by Advantech Toyo Co., Ltd.) was used.

次に、図1に示すように、正極上に、電解液としての飽和塩化ナトリウム水溶液10mLを含浸させた直後のセパレータを載置し、さらに、その上に、負極を載置することによって、アルミニウム空気電池を作製した。   Next, as shown in FIG. 1, a separator immediately after impregnating 10 mL of a saturated sodium chloride aqueous solution as an electrolytic solution is placed on the positive electrode, and further, a negative electrode is placed thereon, thereby placing aluminum. An air battery was produced.

[実施例2]
正極として、参考例3で製造した、炭素被膜が形成されたアルミニウム箔を、100mmに切断したものを用いたこと以外、実施例1と同様である。
[Example 2]
As the positive electrode, the same as Example 1 except that the aluminum foil produced in Reference Example 3 and having the carbon coating formed thereon was cut into 100 mm 2 .

[実施例3]
電解液としての飽和塩化ナトリウム水溶液10mLを含浸させた直後のセパレータを用いる代わりに、電解液としての飽和塩化ナトリウム水溶液10mLをセパレータに含浸させた後、正極と重ね合わせて5時間放置した後のセパレータを用いること以外、実施例1と同様である。
[Example 3]
Instead of using a separator immediately after impregnating with 10 mL of a saturated sodium chloride aqueous solution as an electrolytic solution, the separator was impregnated with 10 mL of a saturated sodium chloride aqueous solution as an electrolytic solution, and then left on the positive electrode for 5 hours. Example 1 is the same as in Example 1.

[実施例4]
電解液としての飽和塩化ナトリウム水溶液10mLを含浸させた直後のセパレータを用いる代わりに、電解液としての飽和塩化ナトリウム水溶液10mLをセパレータに含浸させた後、正極と重ね合わせて5時間放置した後のセパレータを用いること以外、実施例2と同様である。
[Example 4]
Instead of using a separator immediately after impregnating with 10 mL of a saturated sodium chloride aqueous solution as an electrolytic solution, the separator was impregnated with 10 mL of a saturated sodium chloride aqueous solution as an electrolytic solution, and then left on the positive electrode for 5 hours. Example 2 is the same as in Example 2.

[実施例5]
(正極)
まず、多孔質体としては、活性炭シート(クラレケミカル株式会社製のクラシートCH900、厚み:3mm、BET比表面積:1200m/g)を、100mmに切断したものを用いた。
[Example 5]
(Positive electrode)
First, as the porous body, an activated carbon sheet (Kuraray Chemical Corporation Kurasheet CH900, thickness: 3 mm, BET specific surface area: 1200 m 2 / g) cut to 100 mm 2 was used.

次に、正極集電体としては、参考例2で製造した、酸化物被膜が形成されたアルミニウム箔を、100mmに切断したものを用いた。 Next, as the positive electrode current collector, an aluminum foil produced in Reference Example 2 on which an oxide film was formed and cut into 100 mm 2 was used.

アクリル系樹脂にカーボン系フィラーを分散させた導電性接着剤(藤倉化成株式会社製のドータイトXC−12)を、前記正極集電体の両面に、厚み200μmとなるように塗工した。この両面に導電性接着剤を塗工した正極集電体の両面上に、2枚の前記多孔質体を載置した状態で、80℃で2時間加熱することによって、図3に示すような、前記正極集電体と前記多孔質体とが密着して積層された一体型の正極が得られた。この正極の厚みが、6.2mmであった。   A conductive adhesive in which a carbon-based filler was dispersed in an acrylic resin (Dotite XC-12 manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.) was applied on both surfaces of the positive electrode current collector to a thickness of 200 μm. As shown in FIG. 3, heating is performed at 80 ° C. for 2 hours in a state where the two porous bodies are placed on both sides of the positive electrode current collector coated with a conductive adhesive on both sides. Thus, an integrated positive electrode was obtained in which the positive electrode current collector and the porous body were laminated in close contact. The thickness of this positive electrode was 6.2 mm.

(金属空気電池:アルミニウム空気電池)
正極としては、前記の製造方法によって得られた正極を用いた。
(Metal air battery: Aluminum air battery)
As the positive electrode, the positive electrode obtained by the above production method was used.

また、負極としては、アルミニウム箔を用いた。   Moreover, the aluminum foil was used as a negative electrode.

また、電解液としては、飽和塩化ナトリウム水溶液を用いた。   Further, a saturated sodium chloride aqueous solution was used as the electrolytic solution.

また、セパレータとしては、120mmの濾紙(アドバンテック東洋株式会社製の5C)を用いた。 As the separator, 120 mm 2 filter paper (5C manufactured by Advantech Toyo Co., Ltd.) was used.

次に、図1に示すように、正極上に、電解液としての飽和塩化ナトリウム水溶液10mLを含浸させた直後のセパレータを載置し、さらに、その上に、負極を載置することによって、アルミニウム空気電池を作製した。この際、セパレータには、正極に備えられる多孔質体が接するように配置される。   Next, as shown in FIG. 1, a separator immediately after impregnating 10 mL of a saturated sodium chloride aqueous solution as an electrolytic solution is placed on the positive electrode, and further, a negative electrode is placed thereon, thereby placing aluminum. An air battery was produced. At this time, the separator is disposed so as to contact the porous body provided in the positive electrode.

[実施例6]
前記導電性接着剤を、前記正極集電体の一方の面にのみ塗工し、図4に示すように、前記正極集電体の一方の面上に前記多孔質体を積層させること以外、実施例5と同様である。この正極の厚みが、3.2mmであった。なお、この場合も、セパレータには、正極に備えられる多孔質体が接するように配置される。
[Example 6]
The conductive adhesive is applied only to one surface of the positive electrode current collector, and as shown in FIG. 4, the porous body is laminated on one surface of the positive electrode current collector, The same as in the fifth embodiment. The thickness of this positive electrode was 3.2 mm. In this case as well, the separator is disposed so that the porous body provided in the positive electrode is in contact therewith.

[実施例7]
セパレータに、正極における正極集電体が接するように配置すること以外、実施例6と同様である。具体的には、正極集電体である、酸化物被膜が形成された金属層の、酸化物被膜が、セパレータと接するように配置される。
[Example 7]
Example 6 is the same as Example 6 except that the separator is disposed so that the positive electrode current collector in the positive electrode is in contact with the separator. Specifically, the oxide film of the metal layer on which the oxide film is formed, which is a positive electrode current collector, is disposed so as to be in contact with the separator.

[比較例1]
正極として、参考例1で製造した、エッチング処理が施されたアルミニウム箔を、100mmに切断したものを用いたこと以外、実施例1と同様である。すなわち、酸化物被膜も炭素被膜も形成されていない金属層を用いたこと以外、実施例1と同様である。
[Comparative Example 1]
Example 1 is the same as Example 1 except that the aluminum foil produced in Reference Example 1 and subjected to the etching treatment is cut into 100 mm 2 as the positive electrode. That is, it is the same as in Example 1 except that a metal layer on which neither an oxide film nor a carbon film is formed is used.

[比較例2]
正極として、参考例1での、エッチング処理を施す前のアルミニウム箔を、100mmに切断したものを用いたこと以外、実施例1と同様である。すなわち、酸化物被膜も炭素被膜も形成されておらず、エッチング処理もしていない金属層を用いたこと以外、実施例1と同様である。
[Comparative Example 2]
As the positive electrode, the same as in Example 1 except that the aluminum foil in Reference Example 1 before being etched was cut to 100 mm 2 . That is, it is the same as that of Example 1 except that a metal layer on which neither an oxide film nor a carbon film is formed and an etching process is used is used.

[比較例3]
電解液としての飽和塩化ナトリウム水溶液10mLを含浸させた直後のセパレータを用いる代わりに、電解液としての飽和塩化ナトリウム水溶液10mLをセパレータに含浸させた後、正極と重ね合わせて5時間放置した後のセパレータを用いること以外、比較例1と同様である。
[Comparative Example 3]
Instead of using a separator immediately after impregnating 10 mL of a saturated aqueous sodium chloride solution as an electrolytic solution, the separator was impregnated with 10 mL of a saturated aqueous sodium chloride solution as an electrolytic solution and then left on the positive electrode for 5 hours. It is the same as that of the comparative example 1 except using.

[比較例4]
電解液としての飽和塩化ナトリウム水溶液10mLを含浸させた直後のセパレータを用いる代わりに、電解液としての飽和塩化ナトリウム水溶液10mLをセパレータに含浸させた後、正極と重ね合わせて5時間放置した後のセパレータを用いること以外、比較例2と同様である。
[Comparative Example 4]
Instead of using a separator immediately after impregnating with 10 mL of a saturated sodium chloride aqueous solution as an electrolytic solution, the separator was impregnated with 10 mL of a saturated sodium chloride aqueous solution as an electrolytic solution, and then left on the positive electrode for 5 hours. It is the same as that of the comparative example 2 except using this.

上記のようにして得られた各アルミニウム空気電池の、作製直後の電圧と電流、及び作製後5時間経過後の電流を測定した。   The voltage and current immediately after production of each aluminum air battery obtained as described above, and the current after 5 hours from production were measured.

Figure 2017021924
Figure 2017021924

表1からわかるように、多数の孔が形成された金属層と、前記金属層の表面を被覆する被膜とを備えるアルミニウム空気電池用正極を用いた場合(実施例1〜7)は、これ以外の正極を用いた場合より、高い電圧の電流を多く流すことができた。すなわち、好適な放電を、長期間にわたって維持できたことがわかる。   As can be seen from Table 1, when using a positive electrode for an aluminum air battery comprising a metal layer in which a large number of holes are formed and a coating covering the surface of the metal layer (Examples 1 to 7), other than this As compared with the case of using the positive electrode, a larger amount of high voltage current was allowed to flow. That is, it can be seen that a suitable discharge could be maintained over a long period of time.

このことから、多数の孔が形成された金属層と、前記金属層の表面を被覆する被膜とを備えるアルミニウム空気電池用正極を用いることで、抵抗が低下し、取り出し電流が増加したことがわかり、さらに耐久性を維持していることがわかる。このようなアルミニウム空気電池用正極は、正極に求められる、集電効率、強度、耐腐食性、および通気性を併せ持つことが可能になったことがわかる。   From this, it can be seen that by using a positive electrode for an aluminum air battery comprising a metal layer in which a large number of holes are formed and a coating covering the surface of the metal layer, the resistance decreased and the extraction current increased. It can be seen that the durability is further maintained. It can be seen that such a positive electrode for an aluminum-air battery can have current collection efficiency, strength, corrosion resistance, and air permeability required for the positive electrode.

上記のことは、正極と、電解液を含浸させたセパレータとを予め5時間接触させておいた実施例3,4と比較例3,4との比較からもわかる。すなわち、被膜を形成させた正極を用いた場合(実施例3,4)は、予め5時間接触させておいても、金属層の電解液による腐食が発生していないのに対し、被膜を形成させていない正極を用いた場合(比較例3,4)は、予め5時間接触させておくとも、金属層の電解液による腐食が発生し、好適な放電が維持できないことからもわかる。すなわち、多数の孔が形成された金属層の表面を被膜で被覆したアルミニウム空気電池用正極を用いた場合(実施例3,4)は、酸化物被膜も炭素被膜も設けていない場合(比較例3,4)と比較することによって、電解液に長時間接触させていたとしても、好適な放電を実現できたことがわかる。このことは、実施例に係るアルミニウム空気電池用正極の場合は、電解液による正極の腐食を充分に抑制できたのに対して、比較例に係るアルミニウム空気電池用正極の場合は、電解液による正極の腐食を充分に抑制できなかったことによると考えられる。   The above can also be seen from a comparison between Examples 3 and 4 and Comparative Examples 3 and 4 in which the positive electrode and a separator impregnated with an electrolytic solution were previously contacted for 5 hours. That is, in the case of using the positive electrode on which the film was formed (Examples 3 and 4), the metal layer was not corroded by the electrolytic solution even after the contact for 5 hours in advance, but the film was formed. In the case of using a positive electrode that was not used (Comparative Examples 3 and 4), it can also be seen from the fact that the metal layer is corroded by the electrolytic solution even if the contact is made in advance for 5 hours, and a suitable discharge cannot be maintained. That is, when the positive electrode for an aluminum air battery in which the surface of the metal layer having a large number of pores is coated with a film is used (Examples 3 and 4), neither an oxide film nor a carbon film is provided (Comparative Example) By comparing with 3 and 4), it can be seen that a suitable discharge could be realized even if the electrolyte solution was kept in contact for a long time. In the case of the positive electrode for an aluminum air battery according to the example, the corrosion of the positive electrode by the electrolytic solution was sufficiently suppressed, whereas in the case of the positive electrode for an aluminum air battery according to the comparative example, the positive electrode was used by the electrolytic solution. This is probably because the corrosion of the positive electrode could not be sufficiently suppressed.

また、被膜を形成させた金属層を正極で用いた場合(実施例1〜4)より、さらに、多孔質体を積層した場合(実施例5〜7)のほうが、より好適な放電を、長期間にわたって維持できることがわかった。   Moreover, the case where the porous body is further laminated (Examples 5 to 7) is longer than the case where the metal layer on which the film is formed is used for the positive electrode (Examples 1 to 4). It was found that it can be maintained over a period of time.

10 金属空気電池
20 正極
21 多孔質体
22 金属層
23 被膜
25 正極集電体
30 負極
40 セパレータ
50 電力計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Metal-air battery 20 Positive electrode 21 Porous body 22 Metal layer 23 Coating 25 Positive electrode collector 30 Negative electrode 40 Separator 50 Wattmeter

Claims (8)

金属又は合金からなる負極活物質を含む負極を備える金属空気電池に備えられる金属空気電池用正極であって、
多数の孔が形成された金属層と、
前記金属層の表面を被覆する被膜とを備えることを特徴とする金属空気電池用正極。
A metal-air battery positive electrode provided in a metal-air battery including a negative electrode containing a negative electrode active material made of a metal or an alloy,
A metal layer with a large number of holes,
A positive electrode for a metal-air battery, comprising: a coating that covers the surface of the metal layer.
前記被膜が、酸化物被膜又は炭素被膜である請求項1に記載の金属空気電池用正極。   The positive electrode for a metal-air battery according to claim 1, wherein the coating is an oxide coating or a carbon coating. 前記金属層は、前記孔が、前記金属層全体にわたって形成されている請求項1又は請求項2に記載の金属空気電池用正極。   3. The positive electrode for a metal-air battery according to claim 1, wherein the hole of the metal layer is formed over the entire metal layer. 炭素を含む多孔質体を備え、
前記多孔質体が、前記被膜上に積層されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の金属空気電池用正極。
Comprising a porous body containing carbon;
The positive electrode for a metal-air battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the porous body is laminated on the coating.
前記被膜が被覆された前記金属層を、2枚の前記多孔質体で挟むように配置されている請求項4に記載の金属空気電池用正極。   The positive electrode for a metal-air battery according to claim 4, wherein the metal layer coated with the coating is disposed so as to be sandwiched between two porous bodies. 酸素を正極活物質とする正極と、
金属又は合金からなる負極活物質を含む負極と、
前記負極から金属イオンを溶出させる電解液と、
前記正極と前記負極との間に介在し、前記電解液を保持するセパレータとを備え、
前記正極が、請求項1〜5のいずれか1項に記載の金属空気電池用正極であることを特徴とする金属空気電池。
A positive electrode using oxygen as a positive electrode active material;
A negative electrode including a negative electrode active material made of a metal or an alloy;
An electrolytic solution for eluting metal ions from the negative electrode;
A separator interposed between the positive electrode and the negative electrode and holding the electrolytic solution;
The said positive electrode is a positive electrode for metal air batteries of any one of Claims 1-5, The metal air battery characterized by the above-mentioned.
前記電解液が、中性電解液又は弱塩基性電解液である請求項6に記載の金属空気電池。   The metal-air battery according to claim 6, wherein the electrolytic solution is a neutral electrolytic solution or a weakly basic electrolytic solution. 前記電解液が、ハロゲン化物、リン酸塩、有機酸塩、炭酸塩及び炭酸水素塩からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項6又は請求項7に記載の金属空気電池。   The metal-air battery according to claim 6 or 7, wherein the electrolytic solution is at least one selected from the group consisting of halides, phosphates, organic acid salts, carbonates and bicarbonates.
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