JP2017174771A - Metal air battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal air battery capable of stably supplying electric energy for a long period of time.SOLUTION: The metal air battery includes: a positive electrode that is an air electrode; and a negative electrode that uses a metal species for a negative electrode active material. The metal air battery has a portion for storing a negative electrode active material, and at least a part of a bottom surface of the storage portion is formed with a current collector.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、金属空気電池に関する。より詳しくは、正極として空気極を用い、負極として金属電極を用いる金属空気電池に関する。 The present invention relates to a metal-air battery. More specifically, the present invention relates to a metal-air battery using an air electrode as a positive electrode and a metal electrode as a negative electrode.

金属空気電池は、負極に金属材料を活物質として用い、正極に空気中の酸素を活物質として用いる。従って、正極活物質を充填するスペースが必要なく、その部分に負極活物質を充填できるため、高いエネルギー密度を実現できる電池として知られている。このような金属空気電池の1つに亜鉛を負極活物質として用いる空気亜鉛電池がある。
亜鉛は、電池材料として古くから用いられており、現在では多くの一次電池に採用されている。また、近年二次電池としての応用検討が活発化している。従来、空気亜鉛電池は亜鉛が充電時に形成されるデンドライトによって短絡を誘発しやすいため、二次電池には不向きといわれてきた。このため、メカニカルチャージ方式という亜鉛を物理的に供給する手法が知られている(特許文献1〜4参照)。この方式を用いると、亜鉛を物理的に供給してエネルギーを補給できるため、供給に必要な時間が短く、電気自動車においては、ガソリンを供給する時間と同程度の時間で電気エネルギーを補給できる利点がある。また、大規模発電システム等において、電気エネルギーを亜鉛という形で蓄積し、各家庭・工場・自動車等へ補給することによって、完全リサイクル可能なエネルギー媒体を構成できるメリットがある。
The metal-air battery uses a metal material as an active material for a negative electrode and oxygen in the air as an active material for a positive electrode. Therefore, there is no need for a space for filling the positive electrode active material, and the portion can be filled with the negative electrode active material, so that it is known as a battery that can realize a high energy density. One such metal-air battery is a zinc-air battery that uses zinc as the negative electrode active material.
Zinc has long been used as a battery material, and is currently used in many primary batteries. In recent years, application studies as a secondary battery have been activated. Conventionally, it has been said that a zinc-air battery is not suitable for a secondary battery because zinc easily induces a short circuit due to dendrite formed during charging. For this reason, the method of supplying zinc physically called a mechanical charge system is known (refer to patent documents 1-4). Using this method, it is possible to replenish energy by physically supplying zinc, so the time required for supply is short, and in an electric vehicle, the advantage of being able to replenish electric energy in the same amount of time as supplying gasoline There is. Further, in a large-scale power generation system or the like, there is an advantage that an energy medium that can be completely recycled can be configured by accumulating electrical energy in the form of zinc and supplying it to each home, factory, car, and the like.

特開2004−362869号公報JP 2004-362869 A 特開2004−362868号公報JP 2004-362868 A 特表2005−509262号公報JP 2005-509262 A 特開2015−79583号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-79583

これら従来のメカニカルチャージ方式の電池のうち、特許文献1、2のような予め決められた形状の負極の金属材料を交換する方式の電池では、取り外しのための構造などに用いる部材が必要となるために金属材料を大きくしにくく、電池容量を大きくするためには電池全体を大きくする必要がある。また、特許文献3には、負極活物質と集電体等からなる金属燃料アノードを1つ又は複数容器内に挿入する方式の電気化学セルが記載されているが、この方式の場合、負極活物質量を多くした場合に集電体から負極活物質が脱落するおそれがあるため、負極活物質量をあまり多くすることができない。更に特許文献4では、亜鉛粉末のみを導入する方式の電池が記載されているが、重力によって沈降する亜鉛粉末に対し、重力方向に平行な集電体を底面から離れた位置に配置しているために供給した亜鉛のエネルギーを十分に取り出せていない構成となっている。このように、いずれの電池も性能の面で充分とはいえないものであった。 Among these conventional mechanical charge type batteries, a battery of a type in which a negative electrode metal material having a predetermined shape as in Patent Documents 1 and 2 is replaced requires a member for use in a structure for removal or the like. Therefore, it is difficult to increase the metal material, and in order to increase the battery capacity, it is necessary to enlarge the entire battery. Patent Document 3 describes an electrochemical cell of a type in which one or more metal fuel anodes composed of a negative electrode active material and a current collector are inserted into one or more containers. Since the negative electrode active material may fall off from the current collector when the amount of the material is increased, the amount of the negative electrode active material cannot be increased too much. Furthermore, Patent Document 4 describes a battery of a system in which only zinc powder is introduced, but a current collector parallel to the direction of gravity is arranged at a position away from the bottom surface with respect to zinc powder that settles by gravity. Therefore, the energy of the supplied zinc cannot be sufficiently extracted. Thus, none of the batteries was satisfactory in terms of performance.

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、長期間安定的に電気エネルギーを供給することが可能な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 the said present condition, and aims at providing the metal air battery which can supply an electric energy stably for a long period of time.

本発明者は、長期間安定的に電気エネルギーを供給することが可能な金属空気電池について種々検討したところ、金属空気電池の中に負極活物質を貯蔵する部位を設け、該貯蔵部位の少なくとも底面の一部を集電体で形成することに想到した。このようにすると、負極活物質が集電体から脱落して電池反応に有効に利用できなくなる不具合の発生がないことから、貯蔵部位に多くの負極活物質を含ませてもそれらを電池反応に有効に利用することができ、長期間安定的に電気エネルギーを供給することが可能な金属空気電池となることを見出し、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。 The inventor has made various studies on metal-air batteries capable of stably supplying electric energy for a long period of time. As a result, the metal-air battery is provided with a portion for storing a negative electrode active material, and at least the bottom surface of the storage portion. I thought of forming a part of the current collector. In this way, there is no problem that the negative electrode active material falls off the current collector and cannot be effectively used for the battery reaction. The inventors found that the metal-air battery can be used effectively and can stably supply electric energy for a long period of time, and arrived at the present invention by conceiving that the above problems could be solved brilliantly. Is.

すなわち本発明は、空気極である正極と、金属種を負極活物質とする負極とを有する金属空気電池であって、上記金属空気電池は、負極活物質を貯蔵する部位を備え、上記貯蔵部位の少なくとも底面の一部が集電体で形成されていることを特徴とする金属空気電池である。
以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
That is, the present invention is a metal-air battery having a positive electrode that is an air electrode and a negative electrode that uses a metal species as a negative electrode active material, the metal-air battery including a part that stores a negative electrode active material, and the storage part The metal-air battery is characterized in that at least a part of the bottom surface is formed of a current collector.
The present invention is described in detail below.
A combination of two or more preferred embodiments of the present invention described below is also a preferred embodiment of the present invention.

<金属空気電池>
本発明の金属空気電池は、少なくとも底面の一部が集電体で形成されている負極活物質の貯蔵部位を有することを特徴とする。特許文献3のように集電体に負極活物質を貼り付けた負極を電解液中に縦に配置する電池の場合、負極活物質が集電体から脱落して電池反応に有効に利用できなくなる不具合が発生するおそれがあるが、上記のように貯蔵部位に負極活物質を入れるようにすると、そのような不具合の発生がない。また、負極活物質となる金属材料を取り替える方式の電池に比べて、取り外しのための構造部材が不要である分、より多くの負極活物質を電池に搭載することができる。
本発明の電池における負極活物質の貯蔵部位は、少なくとも底面の一部が集電体で形成されていればよいが、底面全体が集電体で形成されていることが好ましい。より好ましくは、貯蔵部位の側面全体及び底面全体が集電体で形成されていることである。
<Metal-air battery>
The metal-air battery of the present invention is characterized in that it has a negative electrode active material storage part having at least a part of the bottom surface formed of a current collector. In the case of a battery in which a negative electrode in which a negative electrode active material is attached to a current collector as in Patent Document 3, the negative electrode active material is dropped from the current collector and cannot be used effectively for a battery reaction. There is a possibility that a problem occurs. However, if the negative electrode active material is placed in the storage site as described above, such a problem does not occur. In addition, as compared with a battery in which a metal material serving as a negative electrode active material is replaced, a larger number of negative electrode active materials can be mounted on the battery because a structural member for removal is unnecessary.
The storage site of the negative electrode active material in the battery of the present invention is only required to have at least a part of the bottom surface formed of a current collector, but the entire bottom surface is preferably formed of a current collector. More preferably, the entire side surface and the entire bottom surface of the storage site are formed of a current collector.

また負極活物質の貯蔵部位の大きさや形状は特に制限されないが、より多くの負極活物質を貯蔵できる点で、貯蔵部位が電池の上端から底面まで達する深さの空間であることが好ましい。
また、貯蔵部位の中には、負極活物質のみが入っていてもよく、負極活物質の他に集電体が入れられていてもよい。貯蔵部位の中に集電体が入れられていると、集電体との距離が遠い負極活物質が少なくなるため、負極活物質を充放電反応により有効に活用できるようになるため好ましい。
貯蔵部位の中に入れられる集電体の形状は特に制限されず、板状であってもよく、金属発泡体等の多孔性金属材料であってもよいが、貯蔵部位の中に多孔性金属材料が入れられ、該多孔性金属材料の孔内に負極活物質が入れられていることは本発明の好適な実施形態の1つである。金属発泡体の孔内に負極活物質が入れられていると、負極活物質と集電体との距離が近くなり、負極活物質を充放電反応により有効に活用できるようになる。
Further, the size and shape of the storage site of the negative electrode active material are not particularly limited, but it is preferable that the storage site is a space having a depth reaching from the upper end to the bottom surface of the battery in terms of storing more negative electrode active material.
Further, only the negative electrode active material may be contained in the storage site, and a current collector may be contained in addition to the negative electrode active material. It is preferable that a current collector is placed in the storage site because the negative electrode active material is far away from the current collector and the negative electrode active material can be effectively utilized by the charge / discharge reaction.
The shape of the current collector placed in the storage site is not particularly limited, and may be a plate shape or a porous metal material such as a metal foam. It is one of the preferred embodiments of the present invention that a material is placed and a negative electrode active material is placed in the pores of the porous metal material. When the negative electrode active material is put in the hole of the metal foam, the distance between the negative electrode active material and the current collector is reduced, and the negative electrode active material can be effectively utilized by the charge / discharge reaction.

本発明の金属空気電池が有する貯蔵部位は、外部から負極活物質を供給可能な供給口を有することが好ましい。これにより、継続的に貯蔵部位に負極活物質を供給することが可能となり、より長期間に渡る安定的な電気エネルギー供給が可能となる。
供給口の位置は特に制限されないが、供給の容易性から、貯蔵部位の上部に供給口があることが好ましい。
It is preferable that the storage part which the metal air battery of this invention has has a supply port which can supply a negative electrode active material from the outside. As a result, the negative electrode active material can be continuously supplied to the storage site, and stable electric energy can be supplied over a longer period of time.
The position of the supply port is not particularly limited, but it is preferable that the supply port is at the upper part of the storage site in order to facilitate supply.

本発明の金属空気電池は、空気極である電極と、金属種を負極活物質とする負極とを有するものであればよいが、空気極を放電用の正極とし、空気極とは別に充電用の正極を有する第三極方式の電池であることが好ましい。本発明の金属空気電池では貯蔵部位に負極活物質を有していれば放電が可能であり、上記のように継続的に貯蔵部位に負極活物質を供給すれば、電気的に充電をしなくても放電を続けることは可能であるが、金属空気電池が第三極方式の電池であると、外部からの活物質供給という物理的なエネルギー供給に加え、充電により電気的にエネルギーを蓄えることも可能となるため好ましい。 The metal-air battery of the present invention only needs to have an electrode that is an air electrode and a negative electrode that uses a metal species as a negative electrode active material, but the air electrode is a positive electrode for discharge, and for charging separately from the air electrode. It is preferable that the battery is a third electrode type battery having a positive electrode. In the metal-air battery of the present invention, discharge is possible if the negative electrode active material is present in the storage part, and if the negative electrode active material is continuously supplied to the storage part as described above, it is not electrically charged. However, if the metal-air battery is a third-pole battery, it can store energy electrically by charging in addition to supplying physical energy from the outside. Is also preferable.

本発明の金属空気電池は、正極と負極との間にセパレータが配置されていることが好ましい。セパレータが配置されていることで正極と負極との短絡を効果的に抑制することができる。また、セパレータが配置されていることで、負極活物質として亜鉛やニッケル等を用いた場合のデンドライトの成長による負極と充電用の正極間の短絡を抑制することができる。
本発明の金属空気電池が第三極方式の電池である場合、充電用の正極と電解液との間、又は、電解液と負極との間のいずれかにセパレータが配置されていることが好ましい。
In the metal-air battery of the present invention, a separator is preferably disposed between the positive electrode and the negative electrode. By arranging the separator, a short circuit between the positive electrode and the negative electrode can be effectively suppressed. In addition, by arranging the separator, it is possible to suppress a short circuit between the negative electrode and the positive electrode for charging due to the growth of dendrite when zinc, nickel, or the like is used as the negative electrode active material.
When the metal-air battery of the present invention is a third electrode type battery, it is preferable that a separator is disposed either between the positive electrode for charging and the electrolytic solution or between the electrolytic solution and the negative electrode. .

本発明の金属空気電池が第三極方式の電池である場合、充電用の正極と電解液との間、又は、電解液と負極との間のいずれかに設置されるセパレータは、アニオン伝導性材料により形成されていることが好ましい。このセパレータがアニオン伝導性材料により形成されたアニオン伝導性膜であることにより、電極反応に必要なアニオンの良好な透過性を確保しつつ、デンドライトの成長を原因とする電極間の短絡をより効果的に抑制することができる。
なお、アニオン伝導性膜とは、陰イオンを優先的に透過する膜を意味する。これは、本発明と同じ又は類似の技術分野に属する下記公知文献に記載のいずれの発明においても共通する概念である。本発明では、アニオン伝導性膜とは、陰イオン、特に水酸化物イオンを透過する膜(層)を意味する。アニオン伝導性膜を形成するアニオン伝導性材料については後述する。
(特表2014−503689号公報、特開2013−145758号公報、特開2013−091598号公報、特開2014−011000号公報、特開2013−211201号公報参照。)
When the metal-air battery of the present invention is a battery of the third electrode system, the separator installed either between the positive electrode for charging and the electrolytic solution or between the electrolytic solution and the negative electrode is anion conductive. It is preferable that it is formed of a material. Since this separator is an anion conductive membrane formed of an anion conductive material, the short circuit between the electrodes due to dendrite growth is more effective while ensuring good permeability of the anion necessary for the electrode reaction. Can be suppressed.
The anion conductive membrane means a membrane that preferentially transmits anions. This is a concept common to any invention described in the following publicly known documents belonging to the same or similar technical field as the present invention. In the present invention, the anion conductive membrane means a membrane (layer) that transmits anions, particularly hydroxide ions. The anion conductive material forming the anion conductive membrane will be described later.
(Refer to Japanese translations of PCT publication No. 2014-503689, JP 2013-145758, JP 2013-091598, JP 2014-011000, JP 2013-211201.)

本発明の金属空気電池の構成は、空気極である正極と、金属種を負極活物質とする負極と、上記負極活物質の貯蔵部位とを有するものであればその構成は特に制限されないが、負極活物質の貯蔵部位と空気極との間の電解液中に充電用の正極が配置され、負極活物質の貯蔵部位と充電用の正極との間にセパレータが配置された構成であることは、本発明の金属空気電池の好適な形態の1つである。このような構成であると、正極と負極との短絡やデンドライトの成長を効果的に抑制しながら、貯蔵部位の負極活物質を放電反応に充分に活用し、また、充電も充分に行うことができる。
より好ましくは、電池の中央に負極活物質の貯蔵部位があり、その左右に空気極があり、貯蔵部位と左右の空気極との間の電解液中にそれぞれ充電用の正極が配置され、負極活物質の貯蔵部位と充電用の正極との間にそれぞれセパレータが配置された、図1のような構成である。本発明の金属空気電池が図1のような構成であると、放電時により多くの電流を取り出すことができる。
The configuration of the metal-air battery of the present invention is not particularly limited as long as it has a positive electrode that is an air electrode, a negative electrode having a metal species as a negative electrode active material, and a storage site for the negative electrode active material, It is a configuration in which a positive electrode for charging is arranged in the electrolyte solution between the storage site of the negative electrode active material and the air electrode, and a separator is arranged between the storage site of the negative electrode active material and the positive electrode for charging. This is one of the preferred forms of the metal-air battery of the present invention. With such a configuration, the negative electrode active material at the storage site can be fully utilized for the discharge reaction, and charging can be sufficiently performed while effectively suppressing the short circuit between the positive electrode and the negative electrode and the growth of dendrite. it can.
More preferably, there is a negative electrode active material storage part in the center of the battery, there are air electrodes on the left and right sides thereof, and a positive electrode for charging is disposed in the electrolyte between the storage part and the left and right air electrodes, respectively. It is the structure as shown in FIG. 1 in which separators are respectively disposed between the active material storage site and the positive electrode for charging. When the metal-air battery of the present invention has the configuration as shown in FIG. 1, more current can be taken out during discharging.

<負極>
本発明の金属空気電池における負極の活物質は、カドミウム種・リチウム種・ナトリウム種・マグネシウム種・鉛種・亜鉛種・錫種・シリコン含有材料・水素吸蔵合金材料、白金等の貴金属材料等、電池の負極活物質として通常用いられるものを負極活物質として用いることができる。上記のように、負極と正極との間にアニオン伝導性膜をセパレータとして設置することでデンドライトの成長も効果的に抑制することができるため、負極としては、上記のものの中でも、亜鉛種又はカドミウム種が好ましい。
ここで、亜鉛種とは亜鉛の金属単体又は亜鉛化合物を意味し、カドミウム種とはカドミウムの金属単体又はカドミウム化合物を意味する。リチウム種、ナトリウム種、マグネシウム種、鉛種、亜鉛種、及び、錫種についても同様である。化合物としては、酸化物、硫化物、水酸化物等が挙げられる。
<Negative electrode>
The active material of the negative electrode in the metal-air battery of the present invention includes cadmium species, lithium species, sodium species, magnesium species, lead species, zinc species, tin species, silicon-containing materials, hydrogen storage alloy materials, noble metal materials such as platinum, etc. What is normally used as a negative electrode active material of a battery can be used as a negative electrode active material. As described above, since the growth of dendrites can be effectively suppressed by installing an anion conductive membrane as a separator between the negative electrode and the positive electrode, among the above, zinc species or cadmium can be used as the negative electrode. Species are preferred.
Here, the zinc species means a zinc simple metal or a zinc compound, and the cadmium species means a cadmium simple metal or a cadmium compound. The same applies to lithium species, sodium species, magnesium species, lead species, zinc species, and tin species. Examples of the compound include oxides, sulfides and hydroxides.

上記負極活物質は、平均粒子径が1nm〜500μmであることが好ましい。より好ましくは5nm〜200μmであり、更に好ましくは10nm〜100μmであり、特に好ましくは、10nm〜60μmである。
上記平均粒子径は、粒度分布測定装置を用いて測定することができる。
The negative electrode active material preferably has an average particle size of 1 nm to 500 μm. More preferably, they are 5 nm-200 micrometers, More preferably, they are 10 nm-100 micrometers, Especially preferably, they are 10 nm-60 micrometers.
The average particle diameter can be measured using a particle size distribution measuring device.

上記負極は、集電体と接触するように負極活物質層が形成されたものであることが好ましい。活物質層中に含まれる活物質の質量割合は、活物質層全体100質量%中、40質量%以上であることが好ましい。活物質の配合量がこのような範囲であると、電極の容量を充分なものとすることができる。より好ましくは60質量%以上であり、更に好ましくは80質量%以上であり、特に好ましくは85質量%以上である。また、該質量割合は、99.9質量%以下であることが好ましく、99.5質量%以下であることがより好ましく、99質量%以下であることが更に好ましく、98質量%以下であることが特に好ましい。 The negative electrode is preferably one in which a negative electrode active material layer is formed so as to be in contact with the current collector. The mass ratio of the active material contained in the active material layer is preferably 40% by mass or more in 100% by mass of the entire active material layer. When the amount of the active material is in such a range, the capacity of the electrode can be made sufficient. More preferably, it is 60 mass% or more, More preferably, it is 80 mass% or more, Especially preferably, it is 85 mass% or more. The mass ratio is preferably 99.9% by mass or less, more preferably 99.5% by mass or less, still more preferably 99% by mass or less, and 98% by mass or less. Is particularly preferred.

上記負極活物質層は、活物質以外に結着剤や導電助剤等を含んでいてもよい。
結着剤としては、種々のものを用いることができ、熱可塑性、熱硬化性のいずれであってもよく、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のハロゲン原子含有ポリマー、ポリオレフィン等の炭化水素部位含有ポリマー、ポリスチレン等の芳香族基含有ポリマー;アルキレングリコール等のエーテル基含有ポリマー;ポリビニルアルコール等の水酸基含有ポリマー;ポリアミド、ポリアクリルアミド等のアミド結合含有ポリマー;ポリマレイミド等のイミド基含有ポリマー;ポリ(メタ)アクリル酸等のカルボキシル基含有ポリマー;ポリ(メタ)アクリル酸塩等のカルボン酸塩基含有ポリマー;スルホン酸塩部位含有ポリマー;第四級アンモニウム塩や第四級ホスホニウム塩含有ポリマー;イオン交換性重合体;天然ゴム;スチレンブタジエンゴム(SBR)等の人工ゴム;ヒドロキシアルキルセルロース(例えば、ヒドロキシエチルセルロース)、カルボキシメチルセルロース等の糖類;ポリエチレンイミン等のアミノ基含有ポリマー;ポリウレタン等が挙げられる。
The negative electrode active material layer may contain a binder, a conductive auxiliary agent and the like in addition to the active material.
Various binders can be used, which may be either thermoplastic or thermosetting. Polymers containing halogen atoms such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, and hydrocarbon moieties such as polyolefin. -Containing polymers, aromatic group-containing polymers such as polystyrene; ether group-containing polymers such as alkylene glycol; hydroxyl group-containing polymers such as polyvinyl alcohol; amide bond-containing polymers such as polyamide and polyacrylamide; imide group-containing polymers such as polymaleimide; Carboxyl group-containing polymers such as (meth) acrylic acid; Carboxylic acid group-containing polymers such as poly (meth) acrylates; Sulfonate moiety-containing polymers; Quaternary ammonium salt and quaternary phosphonium salt-containing polymers; Ion exchange Polymer; natural rubber; Artificial rubber such as Ren butadiene rubber (SBR); hydroxyalkylcelluloses (e.g., hydroxyethylcellulose), sugars such as carboxymethyl cellulose; amino group-containing polymers such as polyethyleneimine; and polyurethane.

上記結着剤の活物質層全体中の質量割合は、0.3〜30質量%であることが好ましい。より好ましくは、0.5〜15質量%であり、更に好ましくは、1〜10質量%であり、特に好ましくは、2〜6質量%である。 It is preferable that the mass ratio in the whole active material layer of the said binder is 0.3-30 mass%. More preferably, it is 0.5-15 mass%, More preferably, it is 1-10 mass%, Most preferably, it is 2-6 mass%.

上記導電助剤としては、特に制限されないが、例えば、導電性カーボン、導電性セラミックス、亜鉛・銅・真鍮・ニッケル・銀・ビスマス・インジウム・鉛・錫等の金属等の1種又は2種以上を用いることができる。 Although it does not restrict | limit especially as said conductive support agent, For example, 1 type, or 2 or more types, such as conductive carbon, conductive ceramics, metals, such as zinc, copper, brass, nickel, silver, bismuth, indium, lead, and tin Can be used.

上記負極活物質層が導電助剤を含む場合の導電助剤の割合は、負極活物質層中の活物質100質量%に対して、0.0001〜100質量%であることが好ましい。導電助剤の含有割合がこのような範囲であると、より良好な電池性能を発揮することができる。より好ましくは、0.0005〜60質量%であり、更に好ましくは、0.001〜40質量%である。 In the case where the negative electrode active material layer contains a conductive auxiliary agent, the proportion of the conductive auxiliary agent is preferably 0.0001 to 100% by mass with respect to 100% by mass of the active material in the negative electrode active material layer. When the content ratio of the conductive assistant is within such a range, better battery performance can be exhibited. More preferably, it is 0.0005-60 mass%, More preferably, it is 0.001-40 mass%.

上記負極活物質層は、その他の成分として、周期表の第1族〜第17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する化合物、有機化合物、及び、有機化合物塩からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。
上記負極活物質層がその他の成分を含む場合は、該その他の成分の負極活物質層中の含有割合は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、1質量%以下であることが更に好ましい。
The negative electrode active material layer includes, as other components, a compound having at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Group 1 to Group 17 of the periodic table, an organic compound, and an organic compound salt. It may contain at least one selected from the group.
When the negative electrode active material layer contains other components, the content ratio of the other components in the negative electrode active material layer is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, More preferably, it is 1 mass% or less.

上記負極活物質層の厚さは、100μm以上であることが好ましく、200μm以上であることがより好ましく、500μm以上であることが更に好ましく、1mm以上であることが特に好ましい。該活物質層の厚さは、例えば10mm以下であることが好ましく、5mm以下であることがより好ましい。
上記活物質層の厚さは、マイクロメーターにより測定することができる。
The thickness of the negative electrode active material layer is preferably 100 μm or more, more preferably 200 μm or more, further preferably 500 μm or more, and particularly preferably 1 mm or more. The thickness of the active material layer is preferably 10 mm or less, for example, and more preferably 5 mm or less.
The thickness of the active material layer can be measured with a micrometer.

本発明において、負極集電体の材料は特に制限されず、(電解)銅箔、銅メッシュ(エキスパンドメタル)、発泡銅、パンチング銅、真鍮等の銅合金、真鍮箔、真鍮メッシュ(エキスパンドメタル)、発泡真鍮、パンチング真鍮、ニッケル箔、耐食性ニッケル、ニッケルメッシュ(エキスパンドメタル)、パンチングニッケル、金属亜鉛、耐食性金属亜鉛、亜鉛箔、亜鉛メッシュ(エキスパンドメタル)、(パンチング)鋼板、導電性を付与した不織布;Ni・Zn・Sn・Pb・Hg・Bi・In・Tl・真鍮等を添加した(電解)銅箔・銅メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡銅・パンチング銅・真鍮等の銅合金・真鍮箔・真鍮メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡真鍮・パンチング真鍮・ニッケル箔・耐食性ニッケル・ニッケルメッシュ(エキスパンドメタル)・パンチングニッケル・金属亜鉛・耐食性金属亜鉛・亜鉛箔・亜鉛メッシュ(エキスパンドメタル)・(パンチング)鋼板・不織布;Ni・Zn・Sn・Pb・Hg・Bi・In・Tl・真鍮等によりメッキされた(電解)銅箔・銅メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡銅・パンチング銅・真鍮等の銅合金・真鍮箔・真鍮メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡真鍮・パンチング真鍮・ニッケル箔・耐食性ニッケル・ニッケルメッシュ(エキスパンドメタル)・パンチングニッケル・金属亜鉛・耐食性金属亜鉛・亜鉛箔・亜鉛メッシュ(エキスパンドメタル)・(パンチング)鋼板・不織布;銀;アルカリ(蓄)電池や空気亜鉛電池に集電体や容器として使用される材料等が挙げられる。
これらの中で、上述した多孔性金属材料としては、発泡金属材料が挙げられ、発泡銅、発泡真鍮等を用いることができる。
In the present invention, the material of the negative electrode current collector is not particularly limited, (electrolytic) copper foil, copper mesh (expanded metal), copper alloy such as foamed copper, punched copper, brass, brass foil, brass mesh (expanded metal) , Foamed brass, punched brass, nickel foil, corrosion resistant nickel, nickel mesh (expanded metal), punched nickel, metal zinc, corrosion resistant metal zinc, zinc foil, zinc mesh (expanded metal), (punched) steel sheet, imparted conductivity Non-woven fabric; (electrolytic) copper foil / copper mesh (expanded metal) / copper alloy such as Ni / Zn / Sn / Pb / Hg / Bi / In / Tl / brass etc.・ Brass mesh (expanded metal) ・ Foamed brass ・ Punching brass ・ Nickel foil ・ Corrosion resistant nickel ・ Nickel (Expanded metal), punched nickel, metal zinc, corrosion-resistant metal zinc, zinc foil, zinc mesh (expanded metal), (punched) steel plate, non-woven fabric; Ni, Zn, Sn, Pb, Hg, Bi, In, Tl, brass (Electrolytic) copper foil, copper mesh (expanded metal), foamed copper, punched copper, copper alloys such as brass, brass foil, brass mesh (expanded metal), foamed brass, punched brass, nickel foil, corrosion resistance Nickel, nickel mesh (expanded metal), punched nickel, metal zinc, corrosion-resistant metal zinc, zinc foil, zinc mesh (expanded metal), (punched) steel sheet, non-woven fabric, silver, alkaline (storage) battery, and air zinc battery Examples include materials used as bodies and containers.
Among these, examples of the porous metal material described above include foam metal materials, and foam copper, foam brass, and the like can be used.

<充電用の正極>
本発明の金属空気電池が第三極方式の場合、電池を構成する充電用の正極としては、充電用の正極として機能することができるものである限り特に制限されないが、負極と対向する面に対して垂直方向にイオンを伝導できる構造又は材質が好ましく、多孔性の金属板等が好ましい。多孔性の金属板としては、上記負極を構成する集電体として用いることができる材料に含まれる、パンチング金属板、発泡金属板を用いることができる。
<Positive electrode for charging>
When the metal-air battery of the present invention is a third electrode system, the positive electrode for charging constituting the battery is not particularly limited as long as it can function as the positive electrode for charging, but on the surface facing the negative electrode On the other hand, a structure or material that can conduct ions in the vertical direction is preferable, and a porous metal plate or the like is preferable. As the porous metal plate, a punched metal plate or a foamed metal plate included in a material that can be used as a current collector constituting the negative electrode can be used.

上記充電用の正極の厚さは特に制限されないが、0.01〜2mmであることが好ましい。より好ましくは、0.1〜1mmである。
上記充電用の正極の厚さは、マイクロメーターにより測定することができる。
The thickness of the positive electrode for charging is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 2 mm. More preferably, it is 0.1-1 mm.
The thickness of the charging positive electrode can be measured with a micrometer.

<空気極(放電用の正極)>
本発明の金属空気電池を構成する空気極(第三極方式の場合は、放電用の空気極)は、空気極として機能するものである限り特に制限されないが、空気極用触媒を含むものであることが好ましく、集電体上に空気極用触媒層を形成したものであることがより好ましい。
空気極用触媒としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、デンカブラック、カーボンナノチューブ、フラーレン等の導電性カーボン、金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。
<Air electrode (positive electrode for discharge)>
The air electrode constituting the metal-air battery of the present invention (in the case of the third electrode system, the discharge air electrode) is not particularly limited as long as it functions as an air electrode, but includes an air electrode catalyst. It is more preferable that the air electrode catalyst layer is formed on the current collector.
Examples of the air electrode catalyst include conductive carbon such as ketjen black, acetylene black, denka black, carbon nanotube, fullerene, metal, metal oxide, metal hydroxide, metal sulfide, and the like. Or 2 or more types can be used.

上記空気極用触媒層に含まれる空気極用触媒の質量割合は、空気極用触媒層全体100質量%中、5質量%以上であることが好ましい。空気極用触媒の割合がこのような範囲であると、空気極の機能を充分なものとすることができる。より好ましくは10質量%以上であり、更に好ましくは20質量%以上である。また、該質量割合は98質量%以下であることが好ましく、95質量%以下であることがより好ましい。 The mass ratio of the air electrode catalyst contained in the air electrode catalyst layer is preferably 5% by mass or more in 100% by mass of the entire air electrode catalyst layer. When the ratio of the air electrode catalyst is within such a range, the function of the air electrode can be made sufficient. More preferably, it is 10 mass% or more, More preferably, it is 20 mass% or more. Moreover, it is preferable that this mass ratio is 98 mass% or less, and it is more preferable that it is 95 mass% or less.

上記空気極用触媒層は、空気極用触媒以外に結着剤を含んでいてもよい。
結着剤としては、上述した負極活物質層が含む結着剤と同様のものを用いることができる。
結着剤の空気極用触媒層中の質量割合は、0.1〜10質量%であることが好ましい。より好ましくは、0.5〜8質量%であり、更に好ましくは、1〜5質量%である。
The air electrode catalyst layer may contain a binder in addition to the air electrode catalyst.
As a binder, the thing similar to the binder which the negative electrode active material layer mentioned above contains can be used.
The mass ratio of the binder in the air electrode catalyst layer is preferably 0.1 to 10% by mass. More preferably, it is 0.5-8 mass%, More preferably, it is 1-5 mass%.

上記空気極用触媒層は、空気極用触媒、結着剤以外にその他の成分として撥水剤等を含んでいてもよい。
これらその他に成分の空気極用触媒層中の質量割合は、5質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、3質量%以下であり、更に好ましくは、2質量%以下である。
The air electrode catalyst layer may contain a water repellent and the like as other components in addition to the air electrode catalyst and the binder.
In addition to these, the mass ratio of the components in the air electrode catalyst layer is preferably 5% by mass or less. More preferably, it is 3 mass% or less, More preferably, it is 2 mass% or less.

上記空気極用触媒層の厚さは、5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、20μm以上であることが更に好ましい。該活物質層の厚さは、例えば1mm以下であることが好ましく、500μm以下であることがより好ましい。
上記活物質層の厚さは、マイクロメーターにより測定することができる。
The thickness of the air electrode catalyst layer is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and further preferably 20 μm or more. The thickness of the active material layer is preferably, for example, 1 mm or less, and more preferably 500 μm or less.
The thickness of the active material layer can be measured with a micrometer.

上記空気極用触媒を構成する集電体としては、上述した負極となる金属電極を構成する集電体と同様のものを用いることができる。 As the current collector constituting the air electrode catalyst, the same current collector as that constituting the metal electrode serving as the negative electrode described above can be used.

<電解液>
本発明の金属空気電池を構成する電解液は、蓄電池の電解液として通常用いられるものを用いることができ、特に制限されないが、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメトキシメタン、ジエトキシメタン、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジエトキシエタン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、イオン性液体、フッ素含有カーボネート類、フッ素含有エーテル類、ポリエチレングリコール類、フッ素含有ポリエチレングリコール類等が挙げられる。これら有機溶剤系電解液は、1種でも2種以上でも使用することができる。水系電解液としては、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液、硫酸亜鉛水溶液、硝酸亜鉛水溶液、リン酸亜鉛水溶液、酢酸亜鉛水溶液等などが挙げられる。これらの中でも、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液といったアルカリ性電解質が好ましい。上記水系電解液は、1種でも2種以上でも使用することができる。水系電解液は、上記有機溶剤系電解液を含んでいてもよい。
<Electrolyte>
As the electrolytic solution constituting the metal-air battery of the present invention, those usually used as an electrolytic solution for a storage battery can be used, and are not particularly limited. For example, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone , Dimethoxymethane, diethoxymethane, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, diethoxyethane, dimethyl sulfoxide, sulfolane, acetonitrile, benzonitrile, ionic liquid, fluorine-containing carbonates, fluorine-containing ethers, polyethylene glycols, fluorine-containing Examples include polyethylene glycols. These organic solvent electrolytes can be used alone or in combination of two or more. Examples of the aqueous electrolyte include potassium hydroxide aqueous solution, sodium hydroxide aqueous solution, lithium hydroxide aqueous solution, zinc sulfate aqueous solution, zinc nitrate aqueous solution, zinc phosphate aqueous solution and zinc acetate aqueous solution. Among these, alkaline electrolytes such as an aqueous potassium hydroxide solution, an aqueous sodium hydroxide solution, and an aqueous lithium hydroxide solution are preferable. The aqueous electrolyte solution can be used alone or in combination of two or more. The aqueous electrolyte solution may contain the organic solvent electrolyte solution.

<セパレータ>
本発明の金属空気電池がアニオン伝導性膜をセパレータとして有する場合、セパレータの厚みは特に制限されないが、1μm〜1000μmであることが好ましい。より好ましくは、5μm〜500μmであり、更に好ましくは、10μm〜100μmである。
セパレータの厚みは、マイクロメーターにより測定することができる。
<Separator>
When the metal-air battery of the present invention has an anion conductive membrane as a separator, the thickness of the separator is not particularly limited, but is preferably 1 μm to 1000 μm. More preferably, it is 5 micrometers-500 micrometers, More preferably, they are 10 micrometers-100 micrometers.
The thickness of the separator can be measured with a micrometer.

本発明の金属空気電池が第三極方式のものであって、負極と電解液との間、又は、正極(第三極方式の電池の場合は充電用の正極)と電解液との間にセパレータを有する場合、このセパレータは、アニオン伝導性膜であってもよく、アニオン伝導性膜以外のセパレータであってもよいが、アニオン伝導性膜であることが好ましい。 The metal-air battery of the present invention is of the third electrode type, and is between the negative electrode and the electrolytic solution, or between the positive electrode (the positive electrode for charging in the case of the third electrode type battery) and the electrolytic solution. When it has a separator, this separator may be an anion conductive membrane or a separator other than an anion conductive membrane, but is preferably an anion conductive membrane.

上記アニオン伝導性膜以外のセパレータとしては、不織布、濾紙、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン部位含有ポリマー、ポリフッ化ビニリデン部位含有ポリマー、セルロース、フィブリル化セルロース、ビスコースレイヨン、酢酸セルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール含有ポリマー、セロファン、ポリスチレン等の芳香環部位含有ポリマー、ポリアクリロニトリル部位含有ポリマー、ポリアクリルアミド部位含有ポリマー、ポリフッ化ビニル部位含有ポリマー等のハロゲン含有ポリマー、ポリアミド部位含有ポリマー、ポリイミド部位含有ポリマー、ナイロン等のエステル部位含有ポリマー、ポリ(メタ)アクリル酸部位含有ポリマー、ポリ(メタ)アクリル酸塩部位含有ポリマー、ポリイソプレノールやポリ(メタ)アリルアルコール等の水酸基含有ポリマー、ポリカーボネート等のカーボネート基含有ポリマー、ポリエステル等のエステル基含有ポリマー、ポリウレタン等のカルバメートやカルバミド基部位含有ポリマー、寒天、ゲル化合物、有機無機ハイブリッド(コンポジット)化合物、イオン交換膜性ポリマー、環化ポリマー、スルホン酸塩含有ポリマー、第四級アンモニウム塩含有ポリマー、第四級ホスホニウム塩ポリマー、環状炭化水素基含有ポリマー、エーテル基含有ポリマー、セラミックス等の無機物等が挙げられる。 As separators other than the anion conductive membrane, nonwoven fabric, filter paper, polyolefin such as polyethylene and polypropylene, polytetrafluoroethylene moiety-containing polymer, polyvinylidene fluoride moiety-containing polymer, cellulose, fibrillated cellulose, viscose rayon, cellulose acetate, Hydroxyalkyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol-containing polymer, cellophane, polystyrene-containing aromatic ring site-containing polymer, polyacrylonitrile site-containing polymer, polyacrylamide site-containing polymer, halogen-containing polymer such as polyvinyl fluoride site-containing polymer, polyamide site-containing Polymer, Polyimide moiety-containing polymer, Nylon and other ester moiety-containing polymer, Poly (meth) acrylic acid moiety-containing poly -Poly (meth) acrylate site-containing polymer, hydroxyl group-containing polymer such as polyisoprenol and poly (meth) allyl alcohol, carbonate group-containing polymer such as polycarbonate, ester group-containing polymer such as polyester, carbamate such as polyurethane, Carbamide group site-containing polymer, agar, gel compound, organic-inorganic hybrid (composite) compound, ion exchange membrane polymer, cyclized polymer, sulfonate-containing polymer, quaternary ammonium salt-containing polymer, quaternary phosphonium salt polymer, Examples thereof include inorganic substances such as cyclic hydrocarbon group-containing polymers, ether group-containing polymers, and ceramics.

上記アニオン伝導性膜は、ポリマーと、周期表の第1族〜第17族から選ばれる少なくとも1種の元素を含有する化合物とを含むアニオン伝導性材料によって形成されるものであることが好ましい。このようなアニオン伝導性材料によって形成されたアニオン伝導性膜は、良好な水酸化物イオン透過性を有しながら、アニオンであってもイオン半径の大きな金属イオンの拡散は充分に防止することができるため、負極と正極(第三極方式の場合は、充電用正極)との間にセパレータとしてこのような膜が存在しても本発明の金属空気電池が良好な性能を発揮することができる。
この場合、アニオン伝導性材料はポリマーと、周期表の第1族〜第17族から選ばれる少なくとも1種の元素を含有する化合物をそれぞれ1種含んでいても2種以上含んでいてもよく、また、これら以外の成分を含んでいてもよい。
以下に、アニオン伝導性材料が含むポリマー、及び、周期表の第1族〜第17族から選ばれる少なくとも1種の元素を含有する化合物(以下、単に無機化合物ともいう。)について順に説明する。
The anion conductive membrane is preferably formed of an anion conductive material including a polymer and a compound containing at least one element selected from Group 1 to Group 17 of the periodic table. The anion conductive membrane formed of such an anion conductive material has a good hydroxide ion permeability, but can sufficiently prevent the diffusion of metal ions having a large ionic radius even in the case of anions. Therefore, even if such a film exists as a separator between the negative electrode and the positive electrode (in the case of the third electrode type, a positive electrode for charging), the metal-air battery of the present invention can exhibit good performance. .
In this case, the anion conductive material may contain a polymer and a compound containing at least one element selected from Group 1 to Group 17 of the periodic table, respectively, or may contain two or more kinds. Moreover, components other than these may be included.
Hereinafter, a polymer contained in the anion conductive material and a compound containing at least one element selected from Group 1 to Group 17 of the periodic table (hereinafter also simply referred to as an inorganic compound) will be described in order.

上記アニオン伝導性材料が含むポリマーとしては、ポリエチレンやポリプロピレン等の炭化水素部位含有ポリマー、ポリスチレンやスチレン−ブタジエン共重合体等に代表される芳香族基含有ポリマー;アルキレングリコール等に代表されるエーテル基含有ポリマー;ポリビニルアルコールやポリ(α−ヒドロキシメチルアクリル酸塩)等に代表される水酸基含有ポリマー;ポリアミド、ナイロン、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドンやN−置換ポリアクリルアミド等に代表されるアミド基含有ポリマー;ポリマレイミド等に代表されるイミド基含有ポリマー;ポリ(メタ)アクリル酸、ポリマレイン酸、ポリイタコン酸、ポリメチレングルタル酸等に代表されるカルボキシル基含有ポリマー;ポリ(メタ)アクリル酸塩、ポリマレイン酸塩、ポリイタコン酸塩、ポリメチレングルタル酸塩等に代表されるカルボン酸塩基含有ポリマー;ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のハロゲン含有ポリマー;エポキシ樹脂等のエポキシ基が開環することにより結合したポリマー;スルホン酸塩部位含有ポリマー;ARB(Aは、N又はPを表す。Bは、ハロゲンアニオンやOH等のアニオンを表す。R、R、Rは、同一又は異なって、炭素数1〜7のアルキル基、ヒドロキシアルキル基、アルキルカルボキシル基、又は、芳香環基を表す。R、R、Rは、結合して環構造を形成してもよい。)で表される基が結合したポリマーに代表される第四級アンモニウム塩や第四級ホスホニウム塩含有ポリマー;陽イオン・陰イオン交換膜等に使用されるイオン交換性重合体;天然ゴム;スチレンブタジエンゴム(SBR)等に代表される人工ゴム;セルロース、酢酸セルロース、ヒドロキシアルキルセルロース(例えば、ヒドロキシエチルセルロース)、カルボキシメチルセルロース、キチン、キトサン、アルギン酸(塩)等に代表される糖類;ポリエチレンイミンに代表されるアミノ基含有ポリマー;カルバメート基部位含有ポリマー;カルバミド基部位含有ポリマー;エポキシ基部位含有ポリマー;複素環、及び/又は、イオン化した複素環部位含有ポリマー;ポリマーアロイ;ヘテロ原子含有ポリマー;低分子量界面活性剤などが挙げられる。 Examples of the polymer included in the anion conductive material include a hydrocarbon moiety-containing polymer such as polyethylene and polypropylene, an aromatic group-containing polymer typified by polystyrene and styrene-butadiene copolymer; an ether group typified by alkylene glycol and the like. Containing polymer; hydroxyl group-containing polymer represented by polyvinyl alcohol and poly (α-hydroxymethyl acrylate); amide group-containing polymer represented by polyamide, nylon, polyacrylamide, polyvinylpyrrolidone, N-substituted polyacrylamide and the like; Imide group-containing polymers represented by polymaleimide, etc .; Carboxy group-containing polymers represented by poly (meth) acrylic acid, polymaleic acid, polyitaconic acid, polymethylene glutaric acid, etc .; poly (meth) acrylic acid salt, polymer Carboxylate group-containing polymers such as phosphate, polyitaconate, polymethylene glutarate; halogen-containing polymers such as polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene; epoxy groups such as epoxy resins are opened. Polymer bonded by ring; sulfonate moiety-containing polymer; AR 1 R 2 R 3 B (A represents N or P. B represents an anion such as a halogen anion or OH −. R 1 , R 2 and R 3 are the same or different and each represents an alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, a hydroxyalkyl group, an alkyl carboxyl group, or an aromatic ring group, and R 1 , R 2 , and R 3 are bonded to form a ring; A quaternary ammonium salt or a quaternary phosphonium salt-containing polymer represented by a polymer to which a group represented by Ion exchange polymers used for ion / anion exchange membranes, etc .; natural rubber; artificial rubber typified by styrene butadiene rubber (SBR), etc .; cellulose, cellulose acetate, hydroxyalkyl cellulose (for example, hydroxyethyl cellulose), carboxy Sugars typified by methylcellulose, chitin, chitosan, alginic acid (salt), etc .; amino group-containing polymers typified by polyethyleneimine; carbamate group site-containing polymers; carbamide group site-containing polymers; epoxy group site-containing polymers; And / or ionized heterocyclic moiety-containing polymer; polymer alloy; heteroatom-containing polymer; low molecular weight surfactant and the like.

上記のものの中でも、アニオン伝導性材料が含むポリマーは、芳香族基、ハロゲン原子、カルボキシル基、カルボン酸塩基、水酸基、アミノ基、及び、エーテル基からなる群より選択される少なくとも1種を含有するか、又は、炭化水素であることが好ましい。
ハロゲン原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子が好ましい。より好ましくは、フッ素原子である。また、カルボン酸塩基は、カルボン酸リチウム塩基、カルボン酸ナトリウム塩基、カルボン酸カリウム塩基が好ましい。より好ましくは、カルボン酸ナトリウム塩基である。上記炭化水素は、例えばポリオレフィンが挙げられる。中でも、上記ポリマーは、(1)絶縁物であること、(2)アニオン伝導性材料の粉末を増粘・結着させることができること、(3)物理的強度に優れることの3点を総合的に考慮して適宜選択することが好ましく、このような観点からは、炭化水素部位含有ポリマー、芳香族基含有ポリマー、エーテル基含有ポリマー、カルボキシル基含有ポリマー、カルボン酸塩基含有ポリマー、ハロゲン含有ポリマー、スルホン酸塩部位含有ポリマー、第四級アンモニウム塩や第四級ホスホニウム塩含有ポリマー、糖類が好ましい。上記ポリマーは熱や圧力等により繊維化された状態になってもよい。ポリマーの繊維化により、活物質(層)やアニオン伝導性材料の強度、アニオン伝導度等を調節することもできる。
Among the above, the polymer contained in the anion conductive material contains at least one selected from the group consisting of an aromatic group, a halogen atom, a carboxyl group, a carboxylate group, a hydroxyl group, an amino group, and an ether group. Or a hydrocarbon.
The halogen atom is preferably a fluorine atom, a chlorine atom or a bromine atom. More preferably, it is a fluorine atom. The carboxylate base is preferably a lithium carboxylate base, a sodium carboxylate base, or a potassium carboxylate base. More preferably, it is a sodium carboxylate base. Examples of the hydrocarbon include polyolefin. Above all, the above-mentioned polymer is comprehensively composed of three points: (1) being an insulator, (2) being capable of thickening and binding anion conductive material powder, and (3) being excellent in physical strength. In view of the above, it is preferable to select appropriately.From such a viewpoint, a hydrocarbon site-containing polymer, an aromatic group-containing polymer, an ether group-containing polymer, a carboxyl group-containing polymer, a carboxylate group-containing polymer, a halogen-containing polymer, Sulfonate moiety-containing polymers, quaternary ammonium salts, quaternary phosphonium salt-containing polymers, and saccharides are preferred. The polymer may be in a fiberized state by heat or pressure. The strength of the active material (layer) or anion conductive material, anion conductivity, and the like can also be adjusted by polymerizing the polymer.

上記ポリマーの重量平均分子量は、200〜7000000であることが好ましい。これにより、アニオン伝導性材料のイオン伝導性、粘性、可とう性、強度等を調節することができる。該重量平均分子量は、より好ましくは、400〜6500000であり、更に好ましくは、500〜5000000である。
上記重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定することができる。
The polymer preferably has a weight average molecular weight of 200 to 7000000. Thereby, the ion conductivity, viscosity, flexibility, strength, and the like of the anion conductive material can be adjusted. The weight average molecular weight is more preferably 400 to 6500000, and still more preferably 500 to 5000000.
The weight average molecular weight can be measured by gel permeation chromatography (GPC).

上記ポリマーの質量割合は、アニオン伝導性材料100質量%に対して、0.1質量%以上であることが好ましい。より好ましくは、1質量%以上であり、更に好ましくは、25質量%以上であり、一層好ましくは、30質量%を超えることであり、特に好ましくは、40質量%を超えることであり、最も好ましくは45質量%を超えることである。また、99.9質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、99.5質量%以下であり、更に好ましくは、99質量%以下であり、一層好ましくは、97質量%以下であり、特に好ましくは、80質量%以下である。これにより、アニオン伝導性材料のクラックを生じにくくすることができる。 The mass ratio of the polymer is preferably 0.1% by mass or more with respect to 100% by mass of the anion conductive material. More preferably, it is 1% by mass or more, further preferably 25% by mass or more, more preferably more than 30% by mass, particularly preferably more than 40% by mass, most preferably. Is more than 45% by mass. Moreover, it is preferable that it is 99.9 mass% or less. More preferably, it is 99.5 mass% or less, More preferably, it is 99 mass% or less, More preferably, it is 97 mass% or less, Most preferably, it is 80 mass% or less. Thereby, the crack of an anion conductive material can be made hard to produce.

本発明に係るアニオン伝導性材料における、ポリマーと、無機化合物との質量割合は、5000000/1〜1/100000であることが好ましい。より好ましくは、2000000/1〜1/50000であり、更に好ましくは、1000000/1〜1/10000である。一層好ましくは、1000000/1〜1/100である。より一層好ましくは、100/3〜75/100である。特に好ましくは、100/50〜75/100である。本発明に係るアニオン伝導性材料に含まれる無機化合物がハイドロタルサイトである場合に上記質量割合を満たすことにより、アニオン伝導性材料におけるアニオン伝導性を優れたものとする効果及びクラックを生じにくくする効果の両方を顕著に優れたものとすることができる。 The mass ratio between the polymer and the inorganic compound in the anion conductive material according to the present invention is preferably 5000000/1 to 1/100000. More preferably, it is 2000000/1-1 / 50,000, More preferably, it is 1000000/1-1/10000. More preferably, it is 1000000/1 to 1/100. Even more preferably, it is 100/3 to 75/100. Most preferably, it is 100 / 50-75 / 100. When the inorganic compound contained in the anion conductive material according to the present invention is hydrotalcite, by satisfying the above mass ratio, the effect of improving the anion conductivity in the anion conductive material and cracking are less likely to occur. Both effects can be remarkably improved.

上記周期表の第1族〜第17族から選ばれる少なくとも1種の元素を含有する化合物(本明細書中、単に無機化合物とも言う。)は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Sc、Y、ランタノイド、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ru、Co、Ni、Pd、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Tl、C、Si、Ge、Sn、Pb、N、P、Sb、Bi、S、Se、Te、F、Cl、及び、Brからなる群より選択される少なくとも1つの元素であることが好ましい。より好ましくは、Li、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、ランタノイド、Ti、Zr、Nb、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Ni、Pd、Cu、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Tl、C、Si、Sn、Pb、N、P、及び、Biからなる群より選ばれる少なくとも1つの元素を含むものである。 A compound containing at least one element selected from Group 1 to Group 17 of the periodic table (also referred to simply as an inorganic compound in the present specification) is an alkali metal, an alkaline earth metal, Sc, Y, Lanthanoid, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Ru, Co, Ni, Pd, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, In, It is preferably at least one element selected from the group consisting of Tl, C, Si, Ge, Sn, Pb, N, P, Sb, Bi, S, Se, Te, F, Cl, and Br. More preferably, Li, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, lanthanoid, Ti, Zr, Nb, Cr, Mn, Fe, Ru, Co, Ni, Pd, Cu, Zn, Cd, B, Al, It contains at least one element selected from the group consisting of Ga, In, Tl, C, Si, Sn, Pb, N, P, and Bi.

上記無機化合物は、酸化物、水酸化物、層状複水酸化物、硫酸化合物、及び、リン酸化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つの化合物であることが好ましい。
酸化物としては、例えばアルカリ金属、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、ランタノイド、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ru、Co、Ni、Pd、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Tl、C、Si、Ge、Sn、N、P、Sb、Bi、S、Se、Te、F、Cl、及び、Brからなる群より選択される少なくとも1つの元素を含む酸化物であることが好ましい。より好ましくは、Li、Na、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、ランタノイド、Ti、Zr、Nb、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Ni、Pd、Cu、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Tl、Si、Sn、Pb、及び、Biからなる群より選ばれる少なくとも1つの元素を含む酸化物である。更に好ましくは、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化ビスマス、酸化コバルト、酸化セリウム、酸化ニオブ、酸化錫、酸化ジルコニウムであり、特に好ましくは、酸化マグネシウム、酸化ビスマス、酸化セリウム、酸化ニオブ、酸化錫、酸化ジルコニウムである。また、酸化セリウムは、例えば、酸化サマリウム、酸化ガドリニウム、酸化ビスマス等の金属酸化物がドープされたものや、酸化ジルコニウム等の金属酸化物との固溶体であってもよい。上記酸化物は、酸素欠陥を持つものであってもよい。
The inorganic compound is preferably at least one compound selected from the group consisting of oxides, hydroxides, layered double hydroxides, sulfuric acid compounds, and phosphoric acid compounds.
Examples of the oxide include alkali metal, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, lanthanoid, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Ru, Co, Ni , Pd, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, In, Tl, C, Si, Ge, Sn, N, P, Sb, Bi, S, Se, Te, F, Cl, and , And an oxide containing at least one element selected from the group consisting of Br. More preferably, Li, Na, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, lanthanoid, Ti, Zr, Nb, Cr, Mn, Fe, Ru, Co, Ni, Pd, Cu, Zn, Cd, B, It is an oxide containing at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, In, Tl, Si, Sn, Pb, and Bi. More preferred are magnesium oxide, calcium oxide, strontium oxide, barium oxide, bismuth oxide, cobalt oxide, cerium oxide, niobium oxide, tin oxide, and zirconium oxide, and particularly preferred are magnesium oxide, bismuth oxide, cerium oxide, and oxide. Niobium, tin oxide and zirconium oxide. In addition, the cerium oxide may be, for example, a material doped with a metal oxide such as samarium oxide, gadolinium oxide, or bismuth oxide, or a solid solution with a metal oxide such as zirconium oxide. The oxide may have an oxygen defect.

上記水酸化物としては、例えば水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、水酸化セリウム、水酸化ジルコニウムが好ましい。なお、本明細書中、水酸化物は、層状複水酸化物以外の水酸化物を言う。 As the hydroxide, for example, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, strontium hydroxide, barium hydroxide, cerium hydroxide, and zirconium hydroxide are preferable. In the present specification, the hydroxide refers to a hydroxide other than the layered double hydroxide.

上記層状複水酸化物は、例えばハイドロタルサイトが好ましい。これにより、上記アニオン伝導性材料のアニオン伝導性を際立って優れたものとすることができる。
上記ハイドロタルサイトは、下記式(1);
[M 1−x (OH)](An−x/n・mHO (1)
(式中、M=Mg、Fe、Zn、Ca、Li、Ni、Co、Cu、Mn等;M=Al、Fe、Mn、Co、Cr、In等;An−=CO 2−、OH、Cl、NO 、CO 2−、COO等、mは0以上の正数、nは1〜3、xは、0.20≦x≦0.40程度)で示される化合物であることが好ましい。この化合物を、150℃〜900℃で焼成することにより脱水した化合物や、層間内の陰イオンを分解させた化合物、天然鉱物であるMgAl(OH)16CO・mHO等を上記無機化合物として使用してもよい。上記ハイドロタルサイトには、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、シラノール基等の官能基を持つ化合物が配位していてもよい。層間内に有機物を有していてもよい。
The layered double hydroxide is preferably hydrotalcite, for example. Thereby, the anion conductivity of the anion conductive material can be remarkably improved.
The hydrotalcite is represented by the following formula (1);
[M 1 1-x M 2 x (OH) 2 ] (A n− ) x / n · mH 2 O (1)
(In the formula, M 1 = Mg, Fe, Zn, Ca, Li, Ni, Co, Cu, Mn, etc .; M 2 = Al, Fe, Mn, Co, Cr, In, etc .; A n− = CO 3 2− , OH , Cl , NO 3 , CO 3 2− , COO −, etc., m is a positive number of 0 or more, n is 1 to 3, and x is about 0.20 ≦ x ≦ 0.40) It is preferable that it is a compound. A compound obtained by dehydrating this compound by baking at 150 ° C. to 900 ° C., a compound obtained by decomposing an anion in the interlayer, Mg 6 Al 2 (OH) 16 CO 3 .mH 2 O, which is a natural mineral, etc. You may use as said inorganic compound. The hydrotalcite may be coordinated with a compound having a functional group such as a hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, or a silanol group. You may have organic substance in an interlayer.

上記硫酸化合物は、例えばエトリンガイトが好ましい。
上記リン酸化合物は、例えばヒドロキシアパタイトが好ましい。
上記ヒドロキシアパタイトは、Ca10(PO(OH)に代表される化合物であり、調製時の条件によりCaの量を減らした化合物や、Ca以外の元素を導入したヒドロキシアパタイト化合物等を上記無機化合物として使用してもよい。
The sulfuric acid compound is preferably ettringite, for example.
The phosphoric acid compound is preferably, for example, hydroxyapatite.
The hydroxyapatite is a compound typified by Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 , such as a compound in which the amount of Ca is reduced depending on the preparation conditions, a hydroxyapatite compound into which an element other than Ca is introduced, and the like. You may use as said inorganic compound.

上記無機化合物は、それを電解液原料、電解液、ゲル電解質等に導入した際に、溶解状態、コロイド等の分散状態、不溶状態等のいずれであっても良く、その表面の一部がプラスやマイナスの電荷に帯電するものが好ましく、ゼータ電位の測定等により、粒子の帯電状態を推察することができる。これら無機化合物は、後述するように、ポリマーが有する官能基との共有結合、配位結合や、イオン結合、水素結合、π結合、ファンデルワールス結合、アゴスチック相互作用等の非共有性結合により相互作用することもできる。ハイドロタルサイト等の層状化合物を用いる場合には、その層内にポリマーが形成されていてもよいし、有機物を含んでいてもよい。また、上記無機化合物は、それを電解液原料、電解液、ゲル電解質等に導入した際に、その表面の一部がプラスやマイナスの電荷に帯電しない状態(等電点に相当)で使用してもよい。 The inorganic compound may be in a dissolved state, a dispersed state such as a colloid, or an insoluble state when it is introduced into an electrolytic solution raw material, an electrolytic solution, a gel electrolyte, etc. Or a negative charge is preferable, and the charged state of the particles can be inferred by measuring the zeta potential. As described later, these inorganic compounds interact with each other by non-covalent bonds such as covalent bonds, coordinate bonds, ionic bonds, hydrogen bonds, π bonds, van der Waals bonds, and agostic interactions with functional groups of polymers. It can also act. When a layered compound such as hydrotalcite is used, a polymer may be formed in the layer, or an organic substance may be included. The inorganic compound is used in a state where a part of its surface is not charged with a positive or negative charge (corresponding to an isoelectric point) when it is introduced into an electrolytic solution raw material, electrolytic solution, gel electrolyte, or the like. May be.

上記アニオン伝導性材料は、電解液原料、電解液、ゲル電解質等に導入した際に水和物となるようなものであってもよい。水和物であることにより、電池反応に関与する水酸化物イオン等の伝導性を更に高めることができる。 The anion conductive material may be a hydrate when introduced into an electrolyte solution raw material, an electrolyte solution, a gel electrolyte, or the like. By being a hydrate, the conductivity of hydroxide ions and the like involved in the battery reaction can be further increased.

上記無機化合物の質量割合としては、アニオン伝導性材料100質量%に対して、0.1質量%以上であることが好ましい。より好ましくは、0.5質量%以上であり、更に好ましくは、1質量%以上であり、一層好ましくは、3質量%以上であり、特に好ましくは、20質量%以上である。また、99.9質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、99質量%以下であり、更に好ましくは、75質量%以下であり、一層好ましくは、70質量%未満であり、特に好ましくは、60質量%未満であり、最も好ましくは、55質量%未満である。
上記無機化合物の質量割合を上記範囲内とすることにより、本発明の効果を発揮できるとともに、アニオン伝導性材料のクラックを生じにくくする効果を発揮することができる。中でも、層状複水酸化物の質量割合を上記範囲内とすることが特に好ましい。
The mass ratio of the inorganic compound is preferably 0.1% by mass or more with respect to 100% by mass of the anion conductive material. More preferably, it is 0.5 mass% or more, More preferably, it is 1 mass% or more, More preferably, it is 3 mass% or more, Most preferably, it is 20 mass% or more. Moreover, it is preferable that it is 99.9 mass% or less. More preferably, it is 99 mass% or less, More preferably, it is 75 mass% or less, More preferably, it is less than 70 mass%, Especially preferably, it is less than 60 mass%, Most preferably, it is 55 mass %.
By making the mass ratio of the inorganic compound within the above range, the effect of the present invention can be exhibited, and the effect of making it difficult to cause cracks in the anion conductive material can be exhibited. Among these, it is particularly preferable that the mass ratio of the layered double hydroxide is within the above range.

上記アニオン伝導性材料は、ポリマーと、無機化合物とを含む限り、更にその他の成分を含んでいてもよい。 The anion conductive material may further contain other components as long as it contains a polymer and an inorganic compound.

上記その他の成分は、特に限定されないが、例えば、粘土化合物;固溶体;合金;ゼオライト;ハロゲン化物;カルボキシラート化合物;炭酸化合物;炭酸水素化合物;硝酸化合物;スルホン酸化合物;亜リン化合物;次亜リン酸化合物、ホウ酸化合物;ケイ酸化合物;アルミン酸化合物;硫化物;オニウム化合物;塩;有機化合物等を1種又は2種以上含んでいても良い。上記その他の成分は、上記無機化合物や上記ポリマーとは異なる化合物である。上記その他の成分は、イオン伝導性を補助したり、溶媒・熱・焼成・電気等の手法を用いて除去されることによって後述するアニオン伝導性材料中の空孔を形成したりする等の働きも可能である。 The other components are not particularly limited. For example, clay compound; solid solution; alloy; zeolite; halide; carboxylate compound; carbonate compound; hydrogencarbonate compound; nitrate compound; An acid compound, a boric acid compound; a silicic acid compound; an aluminate compound; a sulfide; an onium compound; a salt; and one or more organic compounds may be included. The other components are compounds different from the inorganic compound and the polymer. The above-mentioned other components function to assist ion conductivity or form pores in the anion conductive material described later by being removed using a method such as solvent, heat, baking, electricity, etc. Is also possible.

上記その他の成分の質量割合は、その他の成分を用いる場合は、アニオン伝導性材料100質量%に対して、0.001質量%以上であることが好ましい。より好ましくは、0.01質量%以上であり、更に好ましくは、0.05質量%以上である。また、90質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、70質量%以下であり、更に好ましくは、45質量%以下である。その他の成分は、全く含まなくてもよい。 When other components are used, the mass ratio of the other components is preferably 0.001% by mass or more with respect to 100% by mass of the anion conductive material. More preferably, it is 0.01 mass% or more, More preferably, it is 0.05 mass% or more. Moreover, it is preferable that it is 90 mass% or less. More preferably, it is 70 mass% or less, More preferably, it is 45 mass% or less. Other components may not be contained at all.

本発明に係るアニオン伝導性材料は、上述したポリマー、無機化合物、その他の成分を、それぞれ、1種のみ含んでいてもよいし2種以上を含んでいてもよい。なお、ポリマーが2種以上含まれる場合、ポリマーの質量とは、特に断らない限り、2種以上のポリマーの合計質量を言う。無機化合物、その他の成分のそれぞれが2種以上含まれる場合についても同様である。 The anion conductive material according to the present invention may contain only one kind or two or more kinds of the above-mentioned polymer, inorganic compound and other components. In addition, when two or more types of polymers are included, the mass of the polymer means the total mass of the two or more types of polymers unless otherwise specified. The same applies to the case where two or more inorganic compounds and other components are contained.

本発明の金属空気電池は、上述の構成よりなり、多くの負極活物質を電池内に貯蔵でき、長期間安定に電気エネルギーを供給することが可能な金属空気電池である。 The metal-air battery of the present invention is a metal-air battery that has the above-described configuration, can store a large number of negative electrode active materials in the battery, and can stably supply electric energy for a long period of time.

本発明の金属空気電池の構成の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the structure of the metal air battery of this invention. 実施例2、3及び比較例1における負極の構成を示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a negative electrode in Examples 2 and 3 and Comparative Example 1.

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「重量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, “part” means “part by weight” and “%” means “mass%”.

下記実施例、比較例において、充電用の正極、放電用の正極、電解液、セパレータとしては、それぞれ以下のものを用いた。
(1)充電用の正極
Niメッキされたパンチング鋼板を充電用の正極として用いた。
(2)放電用の正極(空気極)
天然黒鉛と60%濃度のテトラフルオロエチレン水分散液(ポリフロン D−210C、ダイキン工業社製)を9:1の質量比で混合しペースト化したものを、Niメッキされたパンチング鋼板に圧延によって圧着し、さらに電解液側にポリプロピレン製不織布、空気側にテフロン(登録商標)製不織布がくるような3層構成を圧延によって圧着して形成し、セパレータを貼り付けた空気極とした。
(3)電解液
8M濃度のKOH水溶液を電解液とした(酸化亜鉛は一切溶かさずに用いた)。
(4)セパレータ1
ハイドロタルサイト(商品名:DHT−6、協和化学工業社製、平均粒子径は0.20μm)とポリテトラフルオロエチレン水分散体(商品名:D210C、ダイキン工業社製、固形分60%)と純水とを100:100:15の質量比でニーダー混練し、ロール圧延を行うことで、厚さ100μmのアニオン伝導性膜1を作製した。
(5)セパレータ2
ハイドロタルサイト(商品名:DHT−6、協和化学工業社製、平均粒子径は0.20μm)とスチレン−ブタジエン共重合体の水分散体(製品名:TRD2001、JSR社製、Tg=−2℃、固形分量48%)とポリテトラフルオロエチレン水分散体(商品名:D210C、ダイキン工業社製、固形分60%)とカルボキシメチルセルロース(商品名:ダイセル1380、ダイセルファインケム社製)と純水とを100:100:5:3:15の質量比でニーダー混練し、ロール圧延を行うことで、厚さ100μmのアニオン伝導性膜2を作製した。
In the following examples and comparative examples, the following were used as the positive electrode for charging, the positive electrode for discharging, the electrolytic solution, and the separator, respectively.
(1) Positive electrode for charging A punched steel plate plated with Ni was used as a positive electrode for charging.
(2) Positive electrode for discharge (air electrode)
Natural graphite and 60% -concentrated tetrafluoroethylene aqueous dispersion (Polyflon D-210C, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) mixed at a mass ratio of 9: 1 and pasted into a Ni-plated punched steel sheet by rolling Further, a three-layer structure in which a polypropylene non-woven fabric comes on the electrolyte side and a Teflon (registered trademark) non-woven fabric comes on the air side by pressing to form an air electrode with a separator attached thereto.
(3) Electrolytic solution An 8M concentration KOH aqueous solution was used as the electrolytic solution (zinc oxide was used without being dissolved at all).
(4) Separator 1
Hydrotalcite (trade name: DHT-6, manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., average particle size is 0.20 μm) and polytetrafluoroethylene aqueous dispersion (trade name: D210C, manufactured by Daikin Industries, Ltd., solid content 60%) Kneader kneading with pure water at a mass ratio of 100: 100: 15 and roll rolling were performed to produce an anion conductive membrane 1 having a thickness of 100 μm.
(5) Separator 2
Hydrotalcite (trade name: DHT-6, manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., average particle size is 0.20 μm) and an aqueous dispersion of styrene-butadiene copolymer (product name: TRD2001, manufactured by JSR, Tg = -2) ° C, solid content 48%), polytetrafluoroethylene water dispersion (trade name: D210C, manufactured by Daikin Industries, Ltd., solid content 60%), carboxymethylcellulose (trade name: Daicel 1380, manufactured by Daicel Finechem) and pure water Was kneaded at a mass ratio of 100: 100: 5: 3: 15 and roll-rolled to prepare an anion conductive membrane 2 having a thickness of 100 μm.

実施例1
錫メッキされたパンチング鋼板(負極集電体)を折り曲げて籠状に加工し、その籠の外周を囲うように上記セパレータ1を配置したうえで、中に金属亜鉛粉末(粒子径50〜200μm)を3g(理論容量2460mAh)を導入したものを、セパレータを貼り付けた亜鉛負極とした。
この亜鉛負極、及び、上記充電用の正極、放電用の正極(空気極)、電解液を図1に示すようにして電池を構成して初期放電容量を測定したところ、1837mAh(放電効率74.67%)であった。
Example 1
A tinned punched steel sheet (negative electrode current collector) is bent and processed into a bowl shape, and the separator 1 is disposed so as to surround the outer periphery of the bowl, and then metal zinc powder (particle diameter: 50 to 200 μm) is contained therein. 3 g (theoretical capacity 2460 mAh) was used as a zinc negative electrode with a separator attached thereto.
When the zinc negative electrode, the positive electrode for charging, the positive electrode for discharging (air electrode), and the electrolyte were configured as shown in FIG. 1 and the initial discharge capacity was measured, 1837 mAh (discharge efficiency 74. 67%).

実施例2
実施例1で作成したセパレータを貼り付けた籠状の負極集電体の中央に錫メッキされたパンチング鋼板を差し込んで籠内を2つに区切り、それぞれの区画に金属亜鉛粉末(粒子径50〜200μm)を1.5gずつを導入したもの(図2(a))をセパレータを貼り付けた亜鉛負極として用いた以外は実施例1と同様にして初期放電容量を測定したところ、2035mAh(放電効率82.72%)であった。
Example 2
A punched steel plate plated with tin is inserted into the center of the bowl-shaped negative electrode current collector pasted with the separator prepared in Example 1, and the inside of the bowl is divided into two parts. The initial discharge capacity was measured in the same manner as in Example 1 except that 1.5 g each of 200 μm) (FIG. 2 (a)) was used as the zinc negative electrode with the separator attached thereto, and 2035 mAh (discharge efficiency) 82.72%).

実施例3
実施例1で作成したセパレータを貼り付けた籠状の負極集電体の中に、籠内部の体積の30%に相当する体積の発泡銅(孔径:φ1〜1.5mm程度)を入れた後、籠内に金属亜鉛粉末(粒子径50〜200μm)を3g(理論容量2460mAh)を導入したもの(図2(b))をセパレータを貼り付けた亜鉛負極として用いた以外は実施例1と同様にして初期放電容量を測定したところ、2263mAh(放電効率92%)であった。
Example 3
After putting foamed copper (pore diameter: about φ1 to 1.5 mm) of the volume corresponding to 30% of the volume inside the basket into the bowl-shaped negative electrode current collector pasted with the separator created in Example 1 The same as in Example 1 except that 3 g (theoretical capacity 2460 mAh) of metal zinc powder (particle size 50 to 200 μm) was introduced into the cage (FIG. 2B) was used as a zinc negative electrode with a separator attached. The initial discharge capacity was measured to find 2263 mAh (discharge efficiency 92%).

比較例1
実施例1で作成した籠状の負極集電体の底面の集電体を除いたもの(図2(c))を作成し、その籠の外周を囲うように上記セパレータ1を配置したうえで、図1と同様にして電池を構成した後、負極集電体で囲まれた空間内に金属亜鉛粉末(粒子径50〜200μm)を3g(理論容量2460mAh)を導入して初期放電容量を測定したところ、822mAh(放電効率33%)であった。
Comparative Example 1
After preparing the thing remove | excluding the collector on the bottom face of the bowl-shaped negative electrode collector created in Example 1 (FIG.2 (c)), and arrange | positioning the said separator 1 so that the outer periphery of the bowl may be enclosed After the battery was constructed in the same manner as in FIG. 1, 3 g (theoretical capacity 2460 mAh) of metal zinc powder (particle size 50 to 200 μm) was introduced into the space surrounded by the negative electrode current collector, and the initial discharge capacity was measured. As a result, it was 822 mAh (discharge efficiency 33%).

実施例4〜8
実施例1と同じ電池(実施例6)、及び、実施例1で負極集電体の外周を囲うセパレータを以下のように変更した以外は実施例1と同様にした電池(実施例4、5、7、8)について、以下の下記の条件で充放電サイクル試験を行った。結果を表1に示す。なお、実施例4で使用したセルガード3501はセルガード社製のポリプロピレン製微多孔膜であり、実施例5で使用したナフィオンはシグマアルドリッチ社製のパーフルオロカーボン材料である。
表1中、頓死とは、亜鉛デンドライトが充電極に達して電池として放電不可能になる状態のことを指す。
[充放電サイクル試験]
放電深度30%まで放電した後、放電した容量を電気的に充電するサイクルを繰り返し、その繰り返しサイクル性能を比較した(放電レート:70mAh/cm、充電レート:20mAh/cm)。
Examples 4-8
The same battery as in Example 1 (Example 6) and the same battery as in Example 1 except that the separator surrounding the outer periphery of the negative electrode current collector in Example 1 was changed as follows (Examples 4 and 5). 7 and 8) were subjected to a charge / discharge cycle test under the following conditions. The results are shown in Table 1. Note that Celgard 3501 used in Example 4 is a polypropylene microporous membrane manufactured by Celgard, and Nafion used in Example 5 is a perfluorocarbon material manufactured by Sigma-Aldrich.
In Table 1, sudden death refers to a state in which the zinc dendrite reaches the charging electrode and cannot be discharged as a battery.
[Charge / discharge cycle test]
After discharging to a discharge depth of 30%, the cycle of electrically charging the discharged capacity was repeated, and the repeated cycle performance was compared (discharge rate: 70 mAh / cm 2 , charge rate: 20 mAh / cm 2 ).

Figure 2017174771
Figure 2017174771

実施例1〜3と比較例1との比較から、底面が集電体で形成された貯蔵部位に負極活物質を入れたものを負極として用いることで、負極活物質を放電反応に有効に利用することができ、高い放電容量が得られることが確認された。このような構成の電池に負極活物質を多く搭載する、又は、放電に伴って負極活物質を外部から供給することで長期間安定的に電気エネルギーを供給することが可能となる。
また、実施例4〜8の結果から、負極活物質を多く搭載する、又は、放電に伴って負極活物質を外部から供給するという物理的なエネルギー供給ではなく、電気的なエネルギー供給である充電を行い、充電と放電とを繰り返す場合には、アニオン伝導性膜をセパレータとして用いることで充放電サイクルを長くすることができ、物理的なエネルギー供給、電気的なエネルギー供給のいずれを用いても長期間安定的に電気エネルギーを供給することが可能となることが確認された。
From the comparison between Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, the negative electrode active material was effectively used for the discharge reaction by using as the negative electrode a negative electrode active material placed in a storage site whose bottom surface was formed of a current collector. It was confirmed that a high discharge capacity can be obtained. It is possible to stably supply electric energy for a long period of time by mounting a large amount of the negative electrode active material on the battery having such a configuration, or by supplying the negative electrode active material from the outside along with discharge.
In addition, from the results of Examples 4 to 8, charging is an electrical energy supply, not a physical energy supply in which a large amount of the negative electrode active material is mounted or a negative electrode active material is supplied from the outside along with discharge. When charging and discharging are repeated, the charge / discharge cycle can be lengthened by using an anion conductive membrane as a separator, and either physical energy supply or electrical energy supply can be used. It was confirmed that electric energy can be supplied stably for a long period of time.

A:セパレータを貼り付けた放電用の正極(空気極)
B:充電用の正極
C:負極集電体
D:セパレータ
E:負極活物質
F:電解液
G:電池容器
A: Positive electrode for discharge (air electrode) with separator attached
B: Positive electrode for charging C: Negative electrode current collector D: Separator E: Negative electrode active material F: Electrolytic solution G: Battery container

Claims (4)

空気極である正極と、金属種を負極活物質とする負極とを有する金属空気電池であって、
該金属空気電池は、負極活物質を貯蔵する部位を備え、
該貯蔵部位の少なくとも底面の一部が集電体で形成されていることを特徴とする金属空気電池。
A metal-air battery having a positive electrode that is an air electrode and a negative electrode using a metal species as a negative electrode active material,
The metal-air battery includes a portion for storing a negative electrode active material,
A metal-air battery, characterized in that at least a part of the bottom surface of the storage part is formed of a current collector.
前記貯蔵部位は、外部から負極活物質を供給可能な供給口を有することを特徴とする請求項1に記載の金属空気電池。 The metal-air battery according to claim 1, wherein the storage part has a supply port through which a negative electrode active material can be supplied from the outside. 前記金属空気電池は、正極と負極との間にセパレータが配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の金属空気電池。 The metal-air battery according to claim 1 or 2, wherein a separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode of the metal-air battery. 前記セパレータは、アニオン伝導性材料により形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の金属空気電池。 The metal-air battery according to claim 1, wherein the separator is made of an anion conductive material.
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