JP2020080291A - Air electrode catalyst for air secondary battery, manufacturing method of air electrode catalyst, and air secondary battery - Google Patents

Air electrode catalyst for air secondary battery, manufacturing method of air electrode catalyst, and air secondary battery Download PDF

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Abstract

To provide an air electrode catalyst for an air secondary battery that contributes to reducing an overvoltage in a discharge reaction, a method for manufacturing the air electrode catalyst, and an air secondary battery that includes the air electrode catalyst and can reduce an overvoltage in the discharge reaction.SOLUTION: A battery 1 includes an electrode group 20 including an air electrode 23 and a negative electrode 21 that are stacked via a separator 22, and a battery case 10 containing the electrode group 20 together with an alkaline electrolyte, and the air electrode 23 contains an air electrode catalyst in which RuOis present on the surface of BiRuOwhich is a pyrochlore type composite oxide.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、空気二次電池用の空気極触媒、この空気極触媒の製造方法及び空気二次電池に関する。   The present invention relates to an air electrode catalyst for an air secondary battery, a method for producing the air electrode catalyst, and an air secondary battery.

近年、大気中の酸素を正極活物質とする空気電池が、エネルギー密度が高く、小型、軽量化が容易であること等の理由から注目を集めている。このような空気電池においては、亜鉛空気一次電池が補聴器用の電源として実用化されている。   2. Description of the Related Art In recent years, air batteries using oxygen in the atmosphere as a positive electrode active material have been attracting attention because of their high energy density, easy size, and light weight. In such an air battery, a zinc-air primary battery has been put into practical use as a power source for a hearing aid.

また、充電が可能な空気電池として、負極用金属に、Li、Zn、Al、Mgなどを用いる空気二次電池の研究がなされており、このような空気二次電池は、リチウムイオン二次電池のエネルギー密度を超える新しい二次電池として期待されている。   Further, as a rechargeable air battery, research on an air secondary battery using Li, Zn, Al, Mg, or the like as a metal for a negative electrode has been carried out, and such an air secondary battery is a lithium ion secondary battery. Is expected as a new secondary battery that exceeds the energy density of

しかしながら、上記したような負極用金属を用いる空気二次電池は、電池における充放電の際の化学反応(以下、電池反応という)にともない当該負極用金属の溶解析出反応が繰り返されるので、負極用金属が樹枝状に析出するいわゆるデンドライト成長が起き、それにともなう内部短絡が発生したり、シェイプチェンジにより負極の形状が変化することで電池容量が低下してしまうといった問題があり、未だ実用化には至っていない。   However, in the air secondary battery using the metal for the negative electrode as described above, the dissolution and precipitation reaction of the metal for the negative electrode is repeated along with the chemical reaction during charging/discharging of the battery (hereinafter, referred to as battery reaction). There is a problem that so-called dendrite growth occurs in which metal deposits in a dendritic form, an internal short circuit occurs with it, and the shape of the negative electrode changes due to shape change, resulting in a decrease in battery capacity. I haven't arrived.

ところで、空気二次電池の一種として、電解液にアルカリ性水溶液(アルカリ電解液)を用い、負極活物質に水素を用いる空気水素二次電池の研究がなされている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に代表されるような空気水素二次電池は、負極用金属として水素吸蔵合金を用いているが、空気水素二次電池における負極活物質は、上記した水素吸蔵合金に吸蔵放出される水素であるので、電池反応にともない水素吸蔵合金自体の溶解析出反応は起こらない。このため、空気水素二次電池においては、上記したようなデンドライト成長による内部短絡やシェイプチェンジによる電池容量の低下の問題は起こらない。   By the way, as one kind of air secondary battery, an air-hydrogen secondary battery using an alkaline aqueous solution (alkali electrolytic solution) as an electrolyte and hydrogen as a negative electrode active material has been studied (for example, see Patent Document 1). The air-hydrogen secondary battery represented by Patent Document 1 uses a hydrogen storage alloy as the metal for the negative electrode, but the negative electrode active material in the air-hydrogen secondary battery is stored and released in the hydrogen storage alloy described above. Since it is hydrogen, the dissolution and precipitation reaction of the hydrogen storage alloy itself does not occur with the battery reaction. Therefore, in the air-hydrogen secondary battery, the above-mentioned problems of decrease in battery capacity due to internal short circuit due to dendrite growth and shape change do not occur.

上記の空気水素二次電池のようにアルカリ電解液を用いる空気二次電池では、正極(以下、空気極という)において以下に示すような充放電反応が起こる。   In an air secondary battery that uses an alkaline electrolyte, such as the above-described air-hydrogen secondary battery, the following charge/discharge reaction occurs at the positive electrode (hereinafter referred to as the air electrode).

充電(酸素発生反応):4OH→O+2HO+4e・・・(I)
放電(酸素還元反応):O+2HO+4e→4OH・・・(II)
空気二次電池の空気極は、充電時には反応式(I)で表されるように酸素と水を生成し、放電時には反応式(II)で表されるように酸素を還元して水酸化物イオンを生成する。空気極で発生した酸素は、空気極における大気に開放されている部分から大気中に放出される。
Charging (oxygen evolution reaction): 4OH - → O 2 + 2H 2 O + 4e - ··· (I)
Discharge (oxygen reduction reaction): O 2 +2H 2 O+4e →4OH (II)
The air electrode of an air secondary battery generates oxygen and water as shown in reaction formula (I) during charging, and reduces oxygen as shown in reaction formula (II) during discharge to reduce hydroxide. Generates ions. Oxygen generated at the air electrode is released into the atmosphere from the portion of the air electrode that is open to the atmosphere.

特許第4568124号公報Japanese Patent No. 4568124

ところで、上記した空気二次電池においては、エネルギー効率は未だ十分な値とはなっておらず、また、高出力化も未だ十分には図られていない。このため、空気二次電池の実用化を図るためには、更なるエネルギー効率の向上や高出力化が求められている。   By the way, in the above-mentioned air secondary battery, the energy efficiency has not yet reached a sufficient value, and the high output has not yet been sufficiently achieved. Therefore, in order to put the air secondary battery into practical use, further improvement in energy efficiency and higher output are required.

上記したようなエネルギー効率の向上や高出力化を妨げている要因の一つとしては、空気極における放電反応すなわち酸素還元反応の過電圧が大きいことが挙げられる。   One of the factors that hinder the improvement in energy efficiency and the increase in output as described above is that the overvoltage of the discharge reaction at the air electrode, that is, the oxygen reduction reaction is large.

本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、放電反応における過電圧を低減することに貢献する空気二次電池用の空気極触媒、この空気極触媒の製造方法、及び、この空気極触媒を含む、放電反応における過電圧を低減することができる空気二次電池を提供することにある。   The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to manufacture an air electrode catalyst for an air secondary battery, which contributes to reducing an overvoltage in a discharge reaction, and to manufacture the air electrode catalyst. It is to provide a method and an air secondary battery including the air electrode catalyst, which can reduce an overvoltage in a discharge reaction.

上記目的を達成するために、本発明によれば、一般式:A2−x(Ruα1−α2−y7−z(ただし、x、y、z、αは、それぞれ、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0<α≦1の関係を満たし、Aは、Bi、Pb、Tb、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Mn、Y、Zn及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素を表し、Bは、Ir、Si、Ge、Ta、Sn、Hf、Zr、Ti、Nb、V、Sb、Rh、Cr、Re、Sc、Co、Cu、In、Ga、Cd、Fe、Ni、W及びMoから選ばれる少なくとも1種の元素を表している。)で表される組成を有しているパイロクロア型複合酸化物と、前記パイロクロア型複合酸化物の表面に存在するルテニウム酸化物と、を備えている空気二次電池用の空気極触媒が提供される。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a general formula: A2 -x (Ru[ alpha] B1-[ alpha] ) 2-yO7 -z (where x, y, z and [alpha] are, respectively, The relationship of 0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦z≦1, 0<α≦1 is satisfied, and A is Bi, Pb, Tb, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu. , Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Mn, Y, Zn, and Al, and at least one element is selected, and B is Ir, Si, Ge, Ta, Sn, Hf, Zr, It represents at least one element selected from Ti, Nb, V, Sb, Rh, Cr, Re, Sc, Co, Cu, In, Ga, Cd, Fe, Ni, W and Mo.). There is provided an air electrode catalyst for an air secondary battery, comprising: a pyrochlore-type composite oxide having a composition according to claim 1, and ruthenium oxide present on the surface of the pyrochlore-type composite oxide.

前記ルテニウム酸化物のX線回折パターンの(110)面におけるピーク強度は、前記パイロクロア型複合酸化物のX線回折パターンの(222)面におけるピーク強度に対して、1.7%以上である構成とすることが好ましい。   The peak intensity in the (110) plane of the X-ray diffraction pattern of the ruthenium oxide is 1.7% or more with respect to the peak intensity in the (222) plane of the X-ray diffraction pattern of the pyrochlore type composite oxide. It is preferable that

また、本発明によれば、一般式:A2−x(Ruα1−α2−y7−z(ただし、x、y、z、αは、それぞれ、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0<α≦1の関係を満たし、Aは、Bi、Pb、Tb、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Mn、Y、Zn及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素を表し、Bは、Ir、Si、Ge、Ta、Sn、Hf、Zr、Ti、Nb、V、Sb、Rh、Cr、Re、Sc、Co、Cu、In、Ga、Cd、Fe、Ni、W及びMoから選ばれる少なくとも1種の元素を表している。)で表される組成を有しているパイロクロア型複合酸化物の前駆体を調製する前駆体調製工程と、前記前駆体に第1の熱処理を施し、前記パイロクロア型複合酸化物を形成する一次熱処理工程と、前記一次熱処理工程により得られた前記パイロクロア型複合酸化物を酸性水溶液に浸漬させ酸処理する酸処理工程と、前記酸処理工程を経た前記パイロクロア型複合酸化物に第2の熱処理を施す二次熱処理工程と、を備えている空気二次電池用の空気極触媒の製造方法が提供される。 Further, according to the present invention, the general formula: A 2-x (Ru α B 1-α ) 2-y O 7-z (where x, y, z and α are respectively 0≦x≦1, The relationship of 0≦y≦1, 0≦z≦1, 0<α≦1 is satisfied, and A is Bi, Pb, Tb, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho. , Er, Tm, Yb, Lu, Mn, Y, Zn and Al, and at least one element is selected, and B is Ir, Si, Ge, Ta, Sn, Hf, Zr, Ti, Nb, V, Sb, Rh, Cr, Re, Sc, Co, Cu, In, Ga, Cd, Fe, Ni, W and Mo). A precursor preparation step of preparing a precursor of a pyrochlore-type composite oxide, a first heat treatment step of subjecting the precursor to a first heat treatment to form the pyrochlore-type composite oxide, and a first heat treatment step. And an acid treatment step of immersing the pyrochlore-type composite oxide in an acidic aqueous solution to perform an acid treatment, and a secondary heat treatment step of subjecting the pyrochlore-type composite oxide subjected to the acid treatment step to a second heat treatment. A method for manufacturing an air electrode catalyst for an air secondary battery is provided.

前記第1の熱処理は、400℃以上、700℃以下で行う構成とすることが好ましい。   The first heat treatment is preferably performed at 400° C. or higher and 700° C. or lower.

前記第2の熱処理は、400℃以上で行う構成とすることが好ましい。   The second heat treatment is preferably performed at 400° C. or higher.

また、本発明によれば、セパレータを介して重ね合わされた空気極及び負極を含む電極群と、前記電極群をアルカリ電解液とともに収容している容器と、を備え、前記空気極は、上記した空気二次電池用の空気極触媒を含んでいる、空気二次電池が提供される。   Further, according to the present invention, an electrode group including an air electrode and a negative electrode stacked via a separator, and a container accommodating the electrode group together with an alkaline electrolyte, the air electrode is as described above. There is provided an air secondary battery including an air electrode catalyst for the air secondary battery.

前記負極は、水素吸蔵合金を含んでいる構成とすることが好ましい。   It is preferable that the negative electrode includes a hydrogen storage alloy.

本発明に係る空気二次電池用の空気極触媒は、一般式:A2−x(Ruα1−α2−y7−z(ただし、x、y、z、αは、それぞれ、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0<α≦1の関係を満たし、Aは、Bi、Pb、Tb、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Mn、Y、Zn及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素を表し、Bは、Ir、Si、Ge、Ta、Sn、Hf、Zr、Ti、Nb、V、Sb、Rh、Cr、Re、Sc、Co、Cu、In、Ga、Cd、Fe、Ni、W及びMoから選ばれる少なくとも1種の元素を表している。)で表される組成を有しているパイロクロア型複合酸化物と、前記パイロクロア型複合酸化物の表面に存在するルテニウム酸化物と、を備えていることから、放電反応における過電圧を低減することに貢献する。よって、斯かる空気極触媒を含む空気二次電池は、放電反応における過電圧が低減するので、エネルギー効率が向上し、出力も高くなる。このため、本発明によれば、放電反応における過電圧を低減することに貢献する空気二次電池用の空気極触媒、この空気極触媒の製造方法、及び、この空気極触媒を含む、放電反応における過電圧を低減することができる空気二次電池を提供することができる。 The air electrode catalyst for an air secondary battery according to the present invention has a general formula: A2 -x (Ru[ alpha] B1-[ alpha] ) 2-yO7 -z (where x, y, z and [alpha] are, respectively. , 0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦z≦1, 0<α≦1, and A is Bi, Pb, Tb, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, At least one element selected from Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Mn, Y, Zn and Al is represented, and B is Ir, Si, Ge, Ta, Sn, Hf, Zr. , Ti, Nb, V, Sb, Rh, Cr, Re, Sc, Co, Cu, In, Ga, Cd, Fe, Ni, W and Mo). Since the pyrochlore-type composite oxide having the above composition and the ruthenium oxide existing on the surface of the pyrochlore-type composite oxide are provided, it contributes to reducing the overvoltage in the discharge reaction. Therefore, in the air secondary battery including such an air electrode catalyst, since the overvoltage in the discharge reaction is reduced, the energy efficiency is improved and the output is increased. Therefore, according to the present invention, an air electrode catalyst for an air secondary battery that contributes to reducing an overvoltage in the discharge reaction, a method for producing the air electrode catalyst, and a discharge reaction including the air electrode catalyst. An air secondary battery capable of reducing overvoltage can be provided.

本発明の実施形態に係る空気水素二次電池を概略的に示した平面図である。1 is a plan view schematically showing an air-hydrogen secondary battery according to an embodiment of the present invention. 図1中のII‐II線に沿う断面を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the cross section along the II-II line in FIG. 実施例1、実施例2、比較例1及び比較例2の空気極触媒のXRDプロファイルである。3 is an XRD profile of air electrode catalysts of Example 1, Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2. 図3における2θが25度〜45度の範囲を拡大したXRDプロファイルである。FIG. 4 is an XRD profile in which 2θ in FIG. 3 is expanded in the range of 25 degrees to 45 degrees. 実施例1の空気極触媒のSEM像を示す図面代用写真である。4 is a drawing-substituting photograph showing an SEM image of the air electrode catalyst of Example 1. 実施例2の空気極触媒のSEM像を示す図面代用写真である。7 is a drawing-substituting photograph showing an SEM image of the air electrode catalyst of Example 2. 実施例1、2、比較例1及び比較例2の空気水素二次電池の放電特性カーブを示したグラフである。3 is a graph showing discharge characteristic curves of air-hydrogen secondary batteries of Examples 1 and 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2.

以下、本発明に係る空気極触媒を含む空気水素二次電池1(以下、電池1という)について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an air-hydrogen secondary battery 1 (hereinafter referred to as battery 1) including an air electrode catalyst according to the present invention will be described with reference to the drawings.

電池1は、図1に示すように、容器としての電池ケース10を備えている。この電池ケース10は、図2に示すように、空気極側ケース半体12と負極側ケース半体14とを含んでおり、これら空気極側ケース半体12と負極側ケース半体14とが組み合わされて、全体として箱形状の電池ケース10が形成されている。この電池ケース10は、例えば、アクリル樹脂により形成されている。   The battery 1 includes a battery case 10 as a container, as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the battery case 10 includes an air electrode side case half body 12 and a negative electrode side case half body 14, and the air electrode side case half body 12 and the negative electrode side case half body 14 are separated from each other. Combined, the battery case 10 having a box shape as a whole is formed. The battery case 10 is made of, for example, acrylic resin.

空気極側ケース半体12は、空気極23に対向する空気極対向壁16と、この空気極対向壁16の周縁部に設けられ、空気極23を囲む空気極側外周壁18とを含んでいる。   The air electrode side case half 12 includes an air electrode facing wall 16 that faces the air electrode 23, and an air electrode side outer peripheral wall 18 that is provided in a peripheral portion of the air electrode facing wall 16 and surrounds the air electrode 23. There is.

負極側ケース半体14は、負極21と接する負極側対向壁26と、この負極側対向壁26の周縁部に設けられ、負極21を囲む負極側外周壁28とを含んでいる。   The negative electrode side case half 14 includes a negative electrode side facing wall 26 that is in contact with the negative electrode 21, and a negative electrode side outer peripheral wall 28 that is provided in the peripheral portion of the negative electrode side facing wall 26 and surrounds the negative electrode 21.

電池ケース10の内部には、アルカリ電解液32とともに電極群20が収容されている。
電極群20は、空気極(正極)23と、負極21とがセパレータ22を介して重ね合わされて形成されている。
Inside the battery case 10, the electrode group 20 is housed together with the alkaline electrolyte 32.
The electrode group 20 is formed by stacking an air electrode (positive electrode) 23 and a negative electrode 21 via a separator 22.

負極21は、多孔質構造をなし多数の空孔を有する導電性の負極基材と、前記した空孔内及び負極基材の表面に担持された負極合剤とを含んでいる。上記したような負極基材としては、例えば発泡ニッケルを用いることができる。   The negative electrode 21 includes a conductive negative electrode base material having a porous structure and a large number of pores, and a negative electrode mixture carried in the pores and on the surface of the negative electrode base material. As the negative electrode base material as described above, for example, nickel foam can be used.

負極合剤は、負極活物質としての水素を吸蔵及び放出可能な水素吸蔵合金粒子の集合体である水素吸蔵合金粉末と、導電材と、結着剤とを含む。ここで、導電材としては、黒鉛、カーボンブラック等を用いることができる。   The negative electrode mixture contains a hydrogen storage alloy powder, which is an aggregate of hydrogen storage alloy particles capable of storing and releasing hydrogen as a negative electrode active material, a conductive material, and a binder. Here, graphite, carbon black, or the like can be used as the conductive material.

水素吸蔵合金粒子を構成する水素吸蔵合金としては、特に限定されるものではないが、希土類−Mg−Ni系水素吸蔵合金が用いられる。この希土類−Mg−Ni系水素吸蔵合金の組成は自由に選択できるが、例えば、一般式:
Ln1−aMgNib−c−dAl・・・(III)
で表されるものを用いるのが好ましい。
The hydrogen storage alloy that constitutes the hydrogen storage alloy particles is not particularly limited, but a rare earth-Mg-Ni-based hydrogen storage alloy is used. Although the composition of this rare earth-Mg-Ni-based hydrogen storage alloy can be freely selected, for example, a general formula:
Ln 1-a Mg a Ni b-c-d Al c M d ... (III)
It is preferable to use the one represented by

ただし、一般式(III)中、Lnは、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、Y、Zr及びTiよりなる群から選ばれた少なくとも1種の元素を表し、Mは、V、Nb、Ta、Cr、Mo、Mn、Fe、Co、Ga、Zn、Sn、In、Cu、Si、P及びBよりなる群から選ばれた少なくとも1種の元素を表し、添字a、b、c、dは、それぞれ0.01≦a≦0.30、2.8≦b≦3.9、0.05≦c≦0.30、0≦d≦0.50、を満たす数を表す。   However, in the general formula (III), Ln is derived from La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc, Y, Zr and Ti. Represents at least one element selected from the group consisting of V, Nb, Ta, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ga, Zn, Sn, In, Cu, Si, P and B. Represents at least one element selected from the group, and subscripts a, b, c, d are 0.01≦a≦0.30, 2.8≦b≦3.9, 0.05≦c≦, respectively. It represents a number satisfying 0.30 and 0≦d≦0.50.

ここで、水素吸蔵合金粒子は、例えば以下のようにして得られる。
まず、所定の組成となるように金属原材料を計量して混合し、この混合物を不活性ガス雰囲気下にて、例えば、高周波誘導溶解炉で溶解してインゴットにする。得られたインゴットは、不活性ガス雰囲気下にて900〜1200℃に加熱され、その温度で5〜24時間保持する熱処理が施され均質化される。この後、インゴットを粉砕し、篩分けを行うことにより所望粒径の水素吸蔵合金粒子の集合体である水素吸蔵合金粉末を得る。
Here, the hydrogen storage alloy particles are obtained, for example, as follows.
First, metal raw materials are weighed and mixed so as to have a predetermined composition, and this mixture is melted in an inert gas atmosphere, for example, in a high frequency induction melting furnace to form an ingot. The obtained ingot is heated to 900 to 1200° C. under an inert gas atmosphere and subjected to a heat treatment of holding at that temperature for 5 to 24 hours for homogenization. Then, the ingot is crushed and sieved to obtain a hydrogen storage alloy powder, which is an aggregate of hydrogen storage alloy particles having a desired particle size.

結着剤としては、例えば、ポリアクリル酸ナトリウム、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴム等が用いられる。   As the binder, for example, sodium polyacrylate, carboxymethyl cellulose, styrene butadiene rubber or the like is used.

負極21は、例えば以下のようにして製造することができる。
まず、水素吸蔵合金粒子の集合体である水素吸蔵合金粉末、導電材、結着剤及び水を混練して負極合剤ペーストを調製する。得られた負極合剤ペーストは負極基材に充填され、乾燥させられる。乾燥後、水素吸蔵合金粒子等が付着した負極基材はロール圧延されて、体積当たりの合金量を高められ、その後、裁断がなされ、これにより負極21が製造される。この負極21は、全体として板状をなしている。
The negative electrode 21 can be manufactured, for example, as follows.
First, a hydrogen storage alloy powder, which is an aggregate of hydrogen storage alloy particles, a conductive material, a binder, and water are kneaded to prepare a negative electrode mixture paste. The obtained negative electrode mixture paste is filled in the negative electrode base material and dried. After drying, the negative electrode base material to which the hydrogen-absorbing alloy particles and the like are attached is rolled to increase the alloy amount per volume, and then cut, whereby the negative electrode 21 is manufactured. The negative electrode 21 has a plate shape as a whole.

次に、空気極23は、多孔質構造をなし多数の空孔を有する導電性の空気極基材と、前記した空孔内及び空気極基材の表面に担持された空気極合剤(正極合剤)とを含んでいる。上記したような空気極基材としては、例えば、発泡ニッケルやニッケルメッシュを用いることができる。   Next, the air electrode 23 includes a conductive air electrode base material having a porous structure and a large number of pores, and an air electrode mixture (a positive electrode) carried in the pores and on the surface of the air electrode base material. (Mixture). As the air electrode base material as described above, for example, foamed nickel or nickel mesh can be used.

空気極合剤は、空気二次電池用の空気極触媒と、導電材と、結着剤とを含む。
空気二次電池用の空気極触媒としては、パイロクロア型複合酸化物と、このパイロクロア型複合酸化物の表面に存在するルテニウム酸化物とを備えているものが用いられる。
The air electrode mixture contains an air electrode catalyst for an air secondary battery, a conductive material, and a binder.
As an air electrode catalyst for an air secondary battery, one provided with a pyrochlore type composite oxide and a ruthenium oxide present on the surface of the pyrochlore type composite oxide is used.

パイロクロア型複合酸化物としては、一般式:A2−x(Ruα1−α2−y7−z(ただし、x、y、z、αは、それぞれ、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0<α≦1の関係を満たし、Aは、Bi、Pb、Tb、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Mn、Y、Zn及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素を表し、Bは、Ir、Si、Ge、Ta、Sn、Hf、Zr、Ti、Nb、V、Sb、Rh、Cr、Re、Sc、Co、Cu、In、Ga、Cd、Fe、Ni、W及びMoから選ばれる少なくとも1種の元素を表している。)で表される組成を有しているパイロクロア型複合酸化物を用いる。 The pyrochlore-type composite oxide has the general formula: A2 -x (Ru[ alpha] B1-[ alpha] ) 2-yO7 -z (where x, y, z, and α are 0≤x≤1, respectively). The relationship of 0≦y≦1, 0≦z≦1, 0<α≦1 is satisfied, and A is Bi, Pb, Tb, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho. , Er, Tm, Yb, Lu, Mn, Y, Zn and Al, and at least one element is selected, and B is Ir, Si, Ge, Ta, Sn, Hf, Zr, Ti, Nb, V, Sb, Rh, Cr, Re, Sc, Co, Cu, In, Ga, Cd, Fe, Ni, W and Mo). A pyrochlore type complex oxide is used.

複合酸化物は、酸素還元及び酸素発生の2元機能を有しており、このような二元機能を有する触媒は、充電過程でも、放電過程でも電池の過電圧を低減させることに寄与する。本発明で用いるパイロクロア型複合酸化物も2元機能を有する触媒の一つである。   The composite oxide has a dual function of oxygen reduction and oxygen generation, and the catalyst having such a dual function contributes to reducing the overvoltage of the battery during both the charging process and the discharging process. The pyrochlore type complex oxide used in the present invention is also one of the catalysts having a binary function.

ここで、複合酸化物触媒の酸素還元活性には、酸素欠陥構造等の特性が大きく寄与することが知られている。このため、酸素欠陥量、原子価状態、金属元素と酸素との間の結合エネルギーなどの、複合酸化物の特性を変化させることで酸素還元活性に影響を与えることができると考えられる。また、効率的に酸素分子の結合を切断するためには触媒上に酸素がサイドオン(side−on)吸着することが重要と考えられ、吸着点の間隔や表面状態も重要な要素となると考えられる。   Here, it is known that properties such as an oxygen defect structure greatly contribute to the oxygen reduction activity of the composite oxide catalyst. Therefore, it is considered that the oxygen reduction activity can be affected by changing the properties of the composite oxide such as the amount of oxygen defects, the valence state, the binding energy between the metal element and oxygen. In addition, it is considered that the side-on adsorption of oxygen on the catalyst is important in order to efficiently break the bond of oxygen molecules, and the interval between adsorption points and the surface condition are also important factors. Be done.

本発明者は、上記のような事項を考慮し、種々の検討を行った結果、パイロクロア型複合酸化物において、その表面にルテニウム酸化物を存在させると、優れた触媒活性を示すことを見出した。ルテニウム酸化物がパイロクロア型複合酸化物の表面に存在すると酸素との相互作用に変化が生じ、酸素と空気極触媒の表面との結合強度が変化することや、以下に示すような2電子還元経路の過程で生じる中間体である過酸化水素イオン(HO )の分解を促進することなどが起こり、触媒の多元機能を引き起こすと考えられる。 The present inventor, as a result of various studies in consideration of the above matters, has found that in the pyrochlore type composite oxide, when ruthenium oxide is present on the surface thereof, excellent catalytic activity is exhibited. .. When ruthenium oxide is present on the surface of the pyrochlore type composite oxide, the interaction with oxygen is changed, and the bond strength between oxygen and the surface of the air electrode catalyst is changed. It is considered that the decomposition of hydrogen peroxide ion (HO 2 ) which is an intermediate produced in the process of 1) is promoted, and the multi-functionality of the catalyst is caused.

ここで、アルカリ電解液中での酸素の電気化学的還元機構は、上記した(II)式で示されるような4電子還元経路の他に、以下の(IV)式で示されるような、2電子還元経路が存在する。この2電子還元経路は、中間体として過酸化水素イオン(HO )を生じる。
+HO+2e→HO +OH・・・(IV)
Here, the electrochemical reduction mechanism of oxygen in the alkaline electrolyte is not limited to the four-electron reduction pathway as shown in the above formula (II), but as shown in the following formula (IV). There is an electron reduction pathway. This two-electron reduction pathway produces hydrogen peroxide ion (HO 2 ) as an intermediate.
O 2 + H 2 O + 2e - → HO 2 - + OH - ··· (IV)

HO は、電極表面に吸着して反応を阻害し、電池反応に悪影響を及ぼし、電池の過電圧の上昇の原因となる。しかし、本発明に係るパイロクロア型複合酸化物及びルテニウム酸化物を含む空気極触媒は、HO の分解を促進させると考えられ、以下の(V)式の反応を進行させていると考えられる。
2HO →2OH+O・・・(V)
なお、上記した(IV)式及び(V)式から全反応は、(II)式と同様となる。
HO 2 is adsorbed on the surface of the electrode and inhibits the reaction, which adversely affects the battery reaction and causes an increase in the overvoltage of the battery. However, the air electrode catalyst containing the pyrochlore type composite oxide and the ruthenium oxide according to the present invention is considered to promote the decomposition of HO 2 , and is considered to proceed the reaction of the following formula (V). .
2HO 2 - → 2OH - + O 2 ··· (V)
From the above formulas (IV) and (V), the entire reaction is the same as that of the formula (II).

本発明に用いるパイロクロア型複合酸化物としては、好ましくはビスマスルテニウム酸化物が用いられる。具体的には、BiRuで表されるビスマスルテニウム酸化物を用いることが好ましい。ビスマスルテニウム酸化物は、パイロクロア型複合酸化物の一つであり、酸素発生と酸素還元の二元機能を有する触媒である。 Bismuth ruthenium oxide is preferably used as the pyrochlore type composite oxide used in the present invention. Specifically, it is preferable to use a bismuth ruthenium oxide represented by Bi 2 Ru 2 O 7 . Bismuth ruthenium oxide is one of the pyrochlore type composite oxides and is a catalyst having a dual function of oxygen generation and oxygen reduction.

ここで、ルテニウムは、3価、4価、5価、7価、8価といった多様な酸化状態を取ることができ、RuOやRuOが存在する。 Here, ruthenium can be in various oxidation states such as trivalent, tetravalent, pentavalent, pentavalent, and octavalent, and RuO 2 and RuO 4 exist.

ルテニウム酸化物の量は、X線回折パターンのピークが確認できる程度には必要と考えられ、本発明においては、パイロクロア型複合酸化物との関係では、ルテニウム酸化物のX線回折パターンにおける2θ=28度の最強線である(110)面のピーク強度が、パイロクロア型複合酸化物のX線回折パターンにおける最強線である2θ=30度の(222)面のピーク強度に対し1.74%以上となる量に相当する量のルテニウム酸化物がパイロクロア型複合酸化物の表面に存在することが好ましい。より好ましくは、2.1%以上とする。   It is considered that the amount of ruthenium oxide is necessary to the extent that the peak of the X-ray diffraction pattern can be confirmed. In the present invention, in relation to the pyrochlore type composite oxide, 2θ= in the X-ray diffraction pattern of the ruthenium oxide The peak intensity of the (110) plane which is the strongest line of 28 degrees is 1.74% or more with respect to the peak intensity of the (222) plane of 2θ=30 degrees which is the strongest line in the X-ray diffraction pattern of the pyrochlore type composite oxide. It is preferable that an amount of ruthenium oxide corresponding to the amount is present on the surface of the pyrochlore type composite oxide. More preferably, it is 2.1% or more.

次に、空気二次電池用の空気極触媒の製造方法に関し、表面にルテニウム酸化物を有するパイロクロア型ビスマスルテニウム酸化物を例に挙げて具体的に以下に説明する。   Next, a method for producing an air electrode catalyst for an air secondary battery will be specifically described below by taking a pyrochlore-type bismuth ruthenium oxide having ruthenium oxide on the surface as an example.

まず、Bi(NO・5HO及びRuCl・3HOを同じ濃度となるように蒸留水の中に投入し、撹拌してBi(NO・5HO及びRuCl・3HOの混合水溶液を調製する。このとき蒸留水の温度は、60℃以上、90℃以下とする。そして、この混合水溶液に、1mol/L以上、3mol/L以下のNaOH水溶液を加える。この際の浴温度は60℃以上、90℃以下に保持し、酸素バブリングを行いながら撹拌する。この操作によって生じた沈殿物を含む溶液を80℃以上、100℃以下に保持して水分の一部を蒸発させてペーストを形成する。このペーストを蒸発皿に移し、100℃以上、150℃以下に加熱し、その状態で10時間以上、20時間以下保持して乾燥させ、ペーストの乾燥物を得る。そして、この乾燥物を乳鉢で粉砕した後、空気雰囲気下で400℃以上、700℃以下の温度に加熱し、0.5時間以上、24時間以下保持することにより一次熱処理を行い、第1焼成物を得る。 First, Bi(NO 3 ) 3 .5H 2 O and RuCl 3 .3H 2 O were poured into distilled water so as to have the same concentration, stirred, and then Bi(NO 3 ) 3 .5H 2 O and RuCl 3 were added. · 3H 2 to prepare an O mixed aqueous solution of. At this time, the temperature of the distilled water is 60° C. or higher and 90° C. or lower. Then, 1 mol/L or more and 3 mol/L or less NaOH aqueous solution is added to this mixed aqueous solution. The bath temperature at this time is maintained at 60° C. or higher and 90° C. or lower, and stirring is performed while oxygen bubbling is performed. The solution containing the precipitate generated by this operation is kept at 80° C. or higher and 100° C. or lower to evaporate a part of the water to form a paste. This paste is transferred to an evaporating dish, heated to 100° C. or higher and 150° C. or lower, and kept in that state for 10 hours or more and 20 hours or less to dry to obtain a dried paste product. Then, after crushing this dried product in a mortar, it is heated to a temperature of 400° C. or higher and 700° C. or lower in an air atmosphere, and is held for 0.5 hours or longer and 24 hours or shorter to carry out a primary heat treatment to perform a first firing. Get things.

ここで、一次熱処理の温度が400℃未満では、パイロクロア型の複合酸化物を形成することができない。一方、一次熱処理の温度が700℃を超えると、パイロクロア型の複合酸化物の構造が変化してしまうとともに粒子の焼結により第1焼成物の表面積が低下する。よって、一次熱処理の温度は、400℃以上、700℃以下とすることが好ましい。   Here, if the temperature of the primary heat treatment is less than 400° C., the pyrochlore type composite oxide cannot be formed. On the other hand, when the temperature of the primary heat treatment exceeds 700° C., the structure of the pyrochlore type complex oxide changes and the surface area of the first fired product decreases due to the sintering of the particles. Therefore, the temperature of the primary heat treatment is preferably 400° C. or higher and 700° C. or lower.

上記した第1焼成物は、上記した一次熱処理によりパイロクロア型複合酸化物とはなっているが、表面の一部に副生成物が形成されている。この副生成物には、ルテニウム酸化物が含まれているものの、その他に不要な単独酸化物、アモルファス状の酸化物、アモルファス状の水酸化物等も含まれている。このような不要な酸化物等を除去するため、次工程として、得られた第1焼成物に酸処理を施す。この酸処理を施すことにより、酸に不溶なルテニウム酸化物のみ残し、その他の酸化物等は除去することができる。   The above-mentioned first fired product becomes a pyrochlore type composite oxide by the above-mentioned primary heat treatment, but a by-product is formed on a part of the surface. This by-product contains ruthenium oxide, but also contains unnecessary single oxides, amorphous oxides, amorphous hydroxides, and the like. In order to remove such unnecessary oxides and the like, as a next step, the obtained first fired product is subjected to acid treatment. By performing this acid treatment, only ruthenium oxide which is insoluble in acid can be left and other oxides can be removed.

酸処理工程としては、第1焼成物を硝酸水溶液に浸漬させる。具体的には、以下の通りである。   In the acid treatment step, the first fired product is immersed in a nitric acid aqueous solution. Specifically, it is as follows.

まず、硝酸水溶液を準備する。ここで、硝酸水溶液の濃度は、1mol/L以上、3mol/L以下とすることが好ましく、硝酸水溶液の量は、第1焼成物1gに対して20mLの割合となる量を準備することが好ましく、硝酸水溶液の温度は、20℃以上、25℃以下に設定することが好ましい。   First, a nitric acid aqueous solution is prepared. Here, the concentration of the nitric acid aqueous solution is preferably 1 mol/L or more and 3 mol/L or less, and the amount of the nitric acid aqueous solution is preferably 20 mL with respect to 1 g of the first baked product. The temperature of the nitric acid aqueous solution is preferably set to 20° C. or higher and 25° C. or lower.

そして、準備された硝酸水溶液の中に、第1焼成物を浸漬し、0.5時間以上、24時間以下撹拌する。所定時間経過後、硝酸水溶液中から第1焼成物を吸引濾過する。濾別された第1焼成物は、60℃以上、80℃以下に設定されたイオン交換水に投入され洗浄される。   Then, the first fired product is immersed in the prepared nitric acid aqueous solution and stirred for 0.5 hours or more and 24 hours or less. After the lapse of a predetermined time, the first fired product is suction filtered from the aqueous nitric acid solution. The filtered first fired product is put into ion-exchanged water set at 60° C. or higher and 80° C. or lower and washed.

洗浄された第1焼成物は、100℃以上、120℃以下の環境下で1時間以上、2時間以下保持され、乾燥させられる。   The washed first fired product is held and dried in an environment of 100° C. or higher and 120° C. or lower for 1 hour or longer and 2 hours or shorter.

以上のようにして、酸処理が施された第1焼成物を得る。このように酸処理を施すことにより、ビスマスルテニウム酸化物(パイロクロア型複合酸化物)の製造過程で生じる不要な副生成物を除去し、ルテニウム酸化物のみ残すことができる。なお、酸処理に用いられる酸性水溶液は、硝酸水溶液に限定されるものではなく、硝酸水溶液の他に塩酸水溶液、硫酸水溶液を用いることができる。これら、塩酸水溶液及び硫酸水溶液においても、硝酸水溶液と同様に不要な副生成物を除去できるという効果が得られる。   As described above, the acid-treated first fired product is obtained. By performing the acid treatment in this way, unnecessary by-products generated in the manufacturing process of bismuth ruthenium oxide (pyrochlore type composite oxide) can be removed and only ruthenium oxide can be left. The acidic aqueous solution used for the acid treatment is not limited to the nitric acid aqueous solution, and a hydrochloric acid aqueous solution or a sulfuric acid aqueous solution can be used in addition to the nitric acid aqueous solution. Even in these hydrochloric acid aqueous solution and sulfuric acid aqueous solution, it is possible to obtain the effect that unnecessary by-products can be removed similarly to the nitric acid aqueous solution.

次に、酸処理が施された第1焼成物に二次熱処理を施す。具体的には、酸処理後の第1焼成物を、空気雰囲気下で400℃以上の温度に加熱し、0.5時間以上、24時間以下保持することにより二次熱処理を行い、第2焼成物を得る。   Next, a secondary heat treatment is performed on the acid-treated first fired product. Specifically, the first fired product after the acid treatment is heated to a temperature of 400° C. or higher in an air atmosphere and held for 0.5 hours or longer and 24 hours or shorter to perform a second heat treatment, and then the second firing. Get things.

この二次熱処理を行うことで、ビスマスルテニウム酸化物(パイロクロア型複合酸化物)の表面に残ったルテニウム酸化物の結晶化が促進され、優れた触媒活性を引き出すことができる。   By performing this secondary heat treatment, crystallization of the ruthenium oxide remaining on the surface of the bismuth ruthenium oxide (pyrochlore type composite oxide) is promoted, and excellent catalytic activity can be brought out.

ここで、二次熱処理の温度は、400℃未満では、ルテニウム酸化物の結晶化が進み難い。ルテニウム酸化物の結晶成長を促進させるためには、熱処理温度は、400℃以上とすることが好ましく、より好ましくは500℃以上とする。一方、二次熱処理の温度が高すぎると、ルテニウム酸化物の結晶構造が変化してしまうとともに、ベースのパイロクロア型複合酸化物の結晶構造も変化してしまう。このような不具合を避けるため、二次熱処理の温度は700℃以下とすることが好ましい。   Here, if the temperature of the secondary heat treatment is less than 400° C., crystallization of the ruthenium oxide is difficult to proceed. In order to promote the crystal growth of ruthenium oxide, the heat treatment temperature is preferably 400° C. or higher, more preferably 500° C. or higher. On the other hand, if the temperature of the secondary heat treatment is too high, the crystal structure of the ruthenium oxide changes and the crystal structure of the base pyrochlore type composite oxide also changes. In order to avoid such problems, the temperature of the secondary heat treatment is preferably 700°C or lower.

これにより、表面にルテニウム酸化物が存在するパイロクロア型のビスマスルテニウム酸化物、すなわち、空気極触媒が得られる。   As a result, a pyrochlore-type bismuth ruthenium oxide having ruthenium oxide on its surface, that is, an air electrode catalyst can be obtained.

次に、導電材について説明する。この導電材は、空気二次電池の高出力化を図るべく内部抵抗を低下させるため、及び、上記した触媒の担体として用いられる。斯かる導電材として、例えば、ニッケル粒子の集合体であるニッケル粉末を用いることが好ましい。上記したニッケル粒子としては、例えば、平均粒径が0.1μm〜10μmの粒子を用いることが好ましい。ここで、本発明においては、平均粒径といった場合、対象となる粒子の集合体である粉末について、レーザー回折・散乱式粒径分布測定装置を用いて体積基準で粒径分布を測定して得られた体積平均粒径を指すものとする。   Next, the conductive material will be described. This conductive material is used to reduce the internal resistance in order to increase the output of the air secondary battery, and is used as a carrier for the catalyst described above. As such a conductive material, for example, nickel powder, which is an aggregate of nickel particles, is preferably used. As the above-mentioned nickel particles, for example, particles having an average particle diameter of 0.1 μm to 10 μm are preferably used. Here, in the present invention, in the case of the average particle size, the particle size distribution is obtained by measuring the particle size distribution on a volume basis using a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device for the powder which is an aggregate of the target particles. It refers to the volume average particle diameter obtained.

上記したニッケル粉末は、空気極合剤中において、60質量%以上含有させることが好ましい。このニッケル粉末の含有量の上限は、空気極合剤における他の構成材料との関係から80質量%以下とすることが好ましい。   The above-mentioned nickel powder is preferably contained in the air electrode mixture in an amount of 60% by mass or more. The upper limit of the content of the nickel powder is preferably 80% by mass or less in view of the relationship with other constituent materials in the air electrode mixture.

また、導電材としては、上記したニッケル粉末に限定されるものではなく、コア材料に金属材料を被覆した金属被覆導電フィラーを用いることもできる。この金属被覆導電フィラーは、全体が金属で形成されている金属粒子よりも軽く、空気極全体としての軽量化に貢献する。上記したコア材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、シリカの粒子が挙げられる。そして、金属被覆層としては、ニッケルを採用することが好ましい。このような金属被覆導電フィラーの集合体である金属被覆導電フィラー粉末は、空気極合剤に対し、30質量%以上含有させることが好ましい。   Further, the conductive material is not limited to the above-mentioned nickel powder, and a metal-coated conductive filler having a core material coated with a metal material can also be used. This metal-coated conductive filler is lighter than the metal particles entirely formed of metal, and contributes to weight reduction of the air electrode as a whole. The core material described above is not particularly limited, and examples thereof include silica particles. Then, it is preferable to adopt nickel as the metal coating layer. The metal-coated conductive filler powder, which is an aggregate of such metal-coated conductive fillers, is preferably contained in an amount of 30% by mass or more based on the air electrode mixture.

結着剤は、空気極合剤の構成材料を結着させるとともに空気極23に適切な撥水性を付与する働きをする。ここで、結着剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、フッ素樹脂が用いられる。なお、好ましいフッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が用いられる。   The binder functions to bind the constituent materials of the air electrode mixture and to impart appropriate water repellency to the air electrode 23. Here, the binder is not particularly limited and, for example, a fluororesin is used. In addition, as a preferable fluororesin, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) is used.

空気極23は、例えば、以下のようにして製造することができる。
まず、空気極触媒、導電材、結着剤及び水を含む空気極合剤ペーストを調製する。
The air electrode 23 can be manufactured, for example, as follows.
First, an air electrode mixture paste containing an air electrode catalyst, a conductive material, a binder and water is prepared.

得られた空気極合剤ペーストは、シート状に成形され、その後、ニッケルメッシュ(空気極基材)にプレス圧着される。これにより、空気極の中間製品が得られる。   The obtained air electrode mixture paste is formed into a sheet and then press-bonded to a nickel mesh (air electrode base material). Thereby, an intermediate product of the air electrode is obtained.

次いで、得られた中間製品は、焼成炉に投入され焼成処理が行われる。この焼成処理は、不活性ガス雰囲気中で行われる。この不活性ガスとしては、例えば、窒素ガスやアルゴンガスが用いられる。焼成処理の条件としては、300℃以上、400℃未満の温度に加熱し、この状態で、10分以上、20分以下の間保持する。その後、中間製品を焼成炉内で自然冷却し、中間製品の温度が150℃以下になったところで大気中に取り出す。これにより、焼成処理が施された中間製品が得られる。この焼成処理後の中間製品を所定形状に裁断することにより、空気極23を得る。   Next, the obtained intermediate product is put into a firing furnace and subjected to a firing treatment. This firing process is performed in an inert gas atmosphere. As the inert gas, for example, nitrogen gas or argon gas is used. The conditions for the firing treatment are heating to a temperature of 300° C. or higher and lower than 400° C., and holding in this state for 10 minutes or longer and 20 minutes or shorter. Then, the intermediate product is naturally cooled in the firing furnace and taken out into the atmosphere when the temperature of the intermediate product becomes 150° C. or lower. As a result, an intermediate product that has been subjected to a baking treatment is obtained. The air electrode 23 is obtained by cutting the intermediate product after the baking treatment into a predetermined shape.

以上のようにして得られた空気極23及び負極21は、セパレータ22を介して積層され、これにより電極群20が形成される。このセパレータ22は、空気極23及び負極21の間の短絡を避けるために配設され、電気絶縁性の材料が採用される。このセパレータ22に採用される材料としては、例えば、ポリアミド繊維製不織布に親水性官能基を付与したもの、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維製不織布に親水性官能基を付与したもの等を用いることができる。ここで、セパレータ22は、全体として矩形状をなしている。そして、セパレータ22の平面視形状は、上記した空気極23の平面視形状及び負極21の平面視形状よりも大きくすることが好ましい。   The air electrode 23 and the negative electrode 21 obtained as described above are stacked with the separator 22 in between, and thus the electrode group 20 is formed. The separator 22 is arranged to avoid a short circuit between the air electrode 23 and the negative electrode 21, and is made of an electrically insulating material. As a material adopted for the separator 22, for example, a polyamide fiber non-woven fabric to which a hydrophilic functional group is added, or a polyolefin fiber non-woven fabric such as polyethylene or polypropylene to which a hydrophilic functional group is added, is used. it can. Here, the separator 22 has a rectangular shape as a whole. The shape of the separator 22 in plan view is preferably larger than the shapes of the air electrode 23 and the negative electrode 21 in plan view described above.

電極群20を形成する際、セパレータ22の四方の端部は、空気極23及び負極21の四方の端部よりも突出するようにして電極群20を組み立てる。   When the electrode group 20 is formed, the electrode group 20 is assembled so that the four end portions of the separator 22 project from the four end portions of the air electrode 23 and the negative electrode 21.

得られた電極群20には、更に、空気極23の上に撥水通気部材50を載置することが好ましい。この撥水通気部材50は、空気は透過し、アルカリ電解液の透過は防止する機能を有しているものであれば特に限定されるものではない。このような撥水通気部材50としては、例えば、フッ素樹脂多孔膜を用いることが好ましい。より好ましくは、PTFE多孔膜を用いる。更に、撥水通気部材50として、フッ素樹脂多孔膜に不織布拡散紙を重ね合わせた複合体を用いることが好ましい。   In the obtained electrode group 20, it is preferable to further mount a water repellent ventilation member 50 on the air electrode 23. The water repellent ventilation member 50 is not particularly limited as long as it has a function of allowing air to permeate and preventing permeation of the alkaline electrolyte. As such a water repellent ventilation member 50, for example, a fluororesin porous film is preferably used. More preferably, a PTFE porous membrane is used. Further, as the water repellent and ventilation member 50, it is preferable to use a composite body in which a nonwoven fabric diffusion paper is laminated on a fluororesin porous film.

撥水通気部材50が載置された電極群20は、電池ケース10内に配設される。詳しくは、図2に示すように、撥水通気部材50が載置された電極群20は、空気極側ケース半体12の空気極対向壁16と、負極側ケース半体14の負極側対向壁26との間に挟み込まれるとともに、セパレータ22の四方の端部が、空気極側ケース半体12の空気極側外周壁18の先端部19と、負極側ケース半体14の負極側外周壁28の先端部29とによって挟み込まれて固定される。これによって、電池1が形成される。   The electrode group 20 on which the water repellent ventilation member 50 is placed is arranged in the battery case 10. More specifically, as shown in FIG. 2, the electrode group 20 on which the water repellent ventilation member 50 is placed faces the air electrode facing wall 16 of the air electrode side case half body 12 and the negative electrode side of the negative electrode side case half body 14. While being sandwiched between the wall 26 and the four ends of the separator 22, the four end portions of the separator 22 are provided at the tip end portion 19 of the air electrode side outer peripheral wall 18 of the air electrode side case half 12 and the negative electrode side outer peripheral wall of the negative electrode side case half 14. It is sandwiched and fixed by the tip 29 of 28. Thereby, the battery 1 is formed.

ここで、空気極側ケース半体12の空気極側外周壁18の先端部19と、負極側ケース半体14の負極側外周壁28の先端部29との間は、セパレータ22の端部から外部にアルカリ電解液32が漏出しないようパッキン34で封止されている。   Here, between the tip portion 19 of the air electrode side outer peripheral wall 18 of the air electrode side case half 12 and the tip portion 29 of the negative electrode side outer peripheral wall 28 of the negative electrode side case half 14 is from the end of the separator 22. It is sealed with packing 34 so that the alkaline electrolyte 32 does not leak outside.

負極側ケース半体14は、図1及び図2に示すように、負極側外周壁28の一部に連結部40を介して取り付けられた電解液貯蔵部30を含んでいる。電解液貯蔵部30は、アルカリ電解液32を収容する容器である。連結部40は、電池ケース10の内部と電解液貯蔵部30との間を連通するアルカリ電解液32の流路である。このように、電池ケース10の内部と電解液貯蔵部30とは連通しているため、アルカリ電解液32は、電池ケース10の内部と電解液貯蔵部30との間を移動することができる。このため、充電時に空気極23が水を生成することによりアルカリ電解液32の量が増加した場合には、電池ケース10の内部の過剰なアルカリ電解液32は、電解液貯蔵部30へ移動して貯蔵される。また放電時に空気極23が水を分解することによりアルカリ電解液32が減少した場合には、電解液貯蔵部30に貯蔵されたアルカリ電解液32が電池ケース10の内部へ移動して空気極23におけるアルカリ電解液32の不足を補うことができる。このように、電解液貯蔵部30を有することで、アルカリ電解液32の漏出及び枯渇を抑制することができる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the negative electrode side case half 14 includes an electrolytic solution storage portion 30 attached to a part of the negative electrode side outer peripheral wall 28 via a connecting portion 40. The electrolytic solution storage unit 30 is a container that stores the alkaline electrolytic solution 32. The connection part 40 is a flow path of the alkaline electrolyte 32 that connects the inside of the battery case 10 and the electrolyte storage part 30. As described above, since the inside of the battery case 10 and the electrolytic solution storage unit 30 communicate with each other, the alkaline electrolytic solution 32 can move between the inside of the battery case 10 and the electrolytic solution storage unit 30. For this reason, when the amount of the alkaline electrolyte solution 32 increases due to the air electrode 23 generating water during charging, the excess alkaline electrolyte solution 32 inside the battery case 10 moves to the electrolyte solution storage unit 30. Stored. When the alkaline electrolyte 32 is reduced due to the air electrode 23 decomposing water at the time of discharge, the alkaline electrolyte 32 stored in the electrolytic solution storage unit 30 moves into the battery case 10 to move the air electrode 23. It is possible to make up for the shortage of the alkaline electrolyte 32. As described above, by including the electrolytic solution storage unit 30, it is possible to suppress leakage and depletion of the alkaline electrolytic solution 32.

なお、上記したアルカリ電解液としては、アルカリ二次電池に用いられる一般的なアルカリ電解液が好適に用いられ、具体的には、NaOH、KOH及びLiOHのうち、少なくとも1種を溶質として含む水溶液が用いられる。   As the above alkaline electrolyte, a general alkaline electrolyte used in an alkaline secondary battery is preferably used, and specifically, an aqueous solution containing at least one of NaOH, KOH and LiOH as a solute. Is used.

また、空気極側ケース半体12は、通気路60を有している。通気路60は、放電時に空気極23へ空気中の酸素を供給するとともに、充電時に空気極23から生じた酸素を外部へ排出する。通気路60の形状としては、特に限定されるものではない。好ましい通気路60の形状としては、例えば、図1及び図2に示したような形状が挙げられる。すなわち、通気路60は、空気極対向壁16における空気極側の内壁面17に設けられた空気極開口部としての凹溝63と、凹溝63の一方端に設けられた第1通気口61と、凹溝63の他方端に設けられた第2通気口62とを含んでいる。   Further, the air electrode side case half 12 has a ventilation path 60. The ventilation passage 60 supplies oxygen in the air to the air electrode 23 during discharging, and discharges oxygen generated from the air electrode 23 during charging to the outside. The shape of the ventilation passage 60 is not particularly limited. As a preferable shape of the ventilation path 60, for example, the shapes shown in FIGS. 1 and 2 can be mentioned. That is, the ventilation path 60 includes the concave groove 63 as an air electrode opening provided on the inner wall surface 17 of the air electrode facing wall 16 on the air electrode side, and the first ventilation hole 61 provided at one end of the concave groove 63. And a second ventilation hole 62 provided at the other end of the groove 63.

凹溝63は、図1から明らかなように、平面視形状が全体として1本のサーペンタイン形状をなしており、図2から明らかなように、断面形状が、矩形状をなし、空気極23の側(撥水通気部材50の側)に向かって開口している。なお、サーペンタイン形状の折り返す数は特に限定されるものではない。   As is clear from FIG. 1, the groove 63 has a single serpentine shape as a whole in a plan view, and as is clear from FIG. It opens toward the side (the side of the water repellent ventilation member 50). The number of turns of the serpentine shape is not particularly limited.

第1通気口61は、凹溝63の一方端の部分にて、空気極対向壁16の内部から外部へ貫かれた貫通孔である。そして、第1通気口61の内周面の一部は、凹溝63と連通している。   The first ventilation hole 61 is a through hole that penetrates from the inside of the air electrode facing wall 16 to the outside at the one end portion of the concave groove 63. A part of the inner peripheral surface of the first ventilation port 61 communicates with the concave groove 63.

第2通気口62は、凹溝63の他方端の部分にて、空気極対向壁16の内部から外部へ貫かれた貫通孔である。そして、第2通気口62の内周面の一部は、凹溝63と連通している。   The second ventilation port 62 is a through hole that penetrates from the inside of the air electrode facing wall 16 to the outside at the other end portion of the concave groove 63. Then, a part of the inner peripheral surface of the second ventilation port 62 communicates with the concave groove 63.

上記した撥水通気部材50は、空気極対向壁16と空気極23との間に介在し、空気極対向壁16及び空気極23の両方に密着している。この撥水通気部材50は、凹溝63、第1通気口61及び第2通気口62の全体をカバーする大きさを有している。   The water repellent ventilation member 50 described above is interposed between the air electrode facing wall 16 and the air electrode 23 and is in close contact with both the air electrode facing wall 16 and the air electrode 23. The water-repellent ventilation member 50 has a size that covers the entire groove 63, the first ventilation hole 61, and the second ventilation hole 62.

以上のような態様の電池1においては、通気路60を通じて空気が流れる。通気路60を流れる空気は、通気路60の凹溝63に面する撥水通気部材50の内部に拡散する。そして、撥水通気部材50は、内部に拡散した空気を直下にて接する空気極23に透過させる。つまり、撥水通気部材50はガス拡散層として機能する。また、撥水通気部材50は、空気極23から発生する酸素を凹溝63へ透過させる。凹溝63へ到達した酸素は、通気口を通じて電池ケース10の外部の大気中に放出される。   In the battery 1 having the above-described configuration, air flows through the ventilation path 60. The air flowing through the ventilation passage 60 diffuses into the water repellent ventilation member 50 facing the concave groove 63 of the ventilation passage 60. Then, the water repellent ventilation member 50 allows the air diffused inside to permeate the air electrode 23 which is in contact therewith immediately below. That is, the water repellent ventilation member 50 functions as a gas diffusion layer. Further, the water repellent ventilation member 50 allows oxygen generated from the air electrode 23 to permeate into the concave groove 63. The oxygen that has reached the groove 63 is released into the atmosphere outside the battery case 10 through the vent hole.

また、電池ケース10の内部のアルカリ電解液32は、撥水通気部材50によって通気路60への透過が妨げられる。このため、電池ケース10の内部のアルカリ電解液32の圧力が上昇した場合に、通気口を介してアルカリ電解液32が外部へ漏出することを抑制することができる。   In addition, the water repellent ventilation member 50 prevents the alkaline electrolyte 32 in the battery case 10 from permeating the ventilation path 60. For this reason, when the pressure of the alkaline electrolyte solution 32 inside the battery case 10 rises, it is possible to prevent the alkaline electrolyte solution 32 from leaking to the outside through the vent hole.

ここで、本発明に係る電池1においては、第1通気口61に、配管部材72を介して圧送装置としての圧送ポンプ74が取り付けられている。この圧送ポンプ74を駆動させることにより、第1通気口61から凹溝63に空気を送り込むことができる。   Here, in the battery 1 according to the present invention, a pressure feed pump 74 as a pressure feed device is attached to the first ventilation port 61 via the piping member 72. By driving the pressure pump 74, the air can be sent from the first vent 61 to the groove 63.

なお、本実施形態においては、図示することは省略したが、空気極23には空気極リードが、負極21には負極リードが、それぞれ電気的に接続されており、これら空気極リード及び負極リードは、電池ケース10の気密性及び水密性を保持した状態で電池ケース10の内側から外側へ適切に延びている。また、空気極リードの先端には空気極端子が取り付けられており、負極リードの先端には負極端子が取り付けられている。したがって、電池1においては、これら空気極端子及び負極端子を利用して充放電の際の電流の入力及び出力が行われる。
また、図1においては、圧送ポンプ74の図示を省略している。
In the present embodiment, although not shown, the air electrode lead is electrically connected to the air electrode 23, and the negative electrode lead is electrically connected to the negative electrode 21, respectively. Appropriately extends from the inside to the outside of the battery case 10 while maintaining the airtightness and watertightness of the battery case 10. An air electrode terminal is attached to the tip of the air electrode lead, and a negative electrode terminal is attached to the tip of the negative electrode lead. Therefore, in the battery 1, the current is input and output at the time of charging/discharging by using the air electrode terminal and the negative electrode terminal.
Further, in FIG. 1, the pressure feed pump 74 is not shown.

ここで、電池1においては、空気極側ケース半体12の凹溝63は撥水通気部材50に相対している。撥水通気部材50は、気体は通すが水分は遮断するので、空気極23は撥水通気部材50、凹溝63、第1通気口61及び第2通気口62を介して大気に開放されることになる。つまり、空気極23は、撥水通気部材50を通じて大気と接することになる。   Here, in the battery 1, the concave groove 63 of the air electrode side case half body 12 faces the water repellent ventilation member 50. Since the water-repellent ventilation member 50 allows gas to pass through but blocks moisture, the air electrode 23 is opened to the atmosphere through the water-repellent ventilation member 50, the groove 63, the first ventilation port 61, and the second ventilation port 62. It will be. That is, the air electrode 23 comes into contact with the atmosphere through the water repellent ventilation member 50.

以上のような空気二次電池用の空気極触媒は、放電反応における過電圧を低減することに貢献することができるので、斯かる空気極触媒を含む空気二次電池は、放電反応における過電圧を低減することができ、それによりエネルギー効率の向上と高出力化を図ることができる。   Since the air electrode catalyst for the air secondary battery as described above can contribute to reducing the overvoltage in the discharge reaction, the air secondary battery including the air electrode catalyst reduces the overvoltage in the discharge reaction. It is possible to improve the energy efficiency and increase the output.

[実施例]
1.電池の製造
(実施例1)
(1)空気極触媒の合成
第1ステップとして、Bi(NO・5HO及びRuCl・3HOを所定量準備し、これらBi(NO・5HO及びRuCl・3HOが同じ濃度となるように75℃の蒸留水中に投入し、撹拌してBi(NO・5HO及びRuCl・3HOの混合水溶液を調製した。そして、この混合水溶液に、2mol/LのNaOH水溶液を加えた。この際の浴温度は75℃とし、酸素バブリングを行いながら撹拌した。この操作によって生じた沈殿物を含む溶液を85℃に保持して水分の一部を蒸発させてペーストを形成した。このペーストを蒸発皿に移し、120℃に加熱し、その状態で12時間保持して乾燥させ、ペーストの乾燥物(前駆体)を得た。
[Example]
1. Production of battery (Example 1)
(1) as a synthetic first step of air electrode catalyst, Bi (NO 3) 3 · 5H 2 O and RuCl 3 · 3H 2 O prepared a predetermined amount, these Bi (NO 3) 3 · 5H 2 O and RuCl 3 · 3H 2 O is poured into distilled water so 75 ° C. the same concentration was prepared a mixed aqueous solution of stirring to Bi (NO 3) 3 · 5H 2 O and RuCl 3 · 3H 2 O. Then, a 2 mol/L NaOH aqueous solution was added to this mixed aqueous solution. The bath temperature at this time was 75° C., and stirring was performed while oxygen bubbling was performed. The solution containing the precipitate generated by this operation was kept at 85° C. to evaporate part of the water content to form a paste. This paste was transferred to an evaporation dish, heated to 120° C., and kept in that state for 12 hours to be dried to obtain a dried material (precursor) of the paste.

第2ステップとして、得られた乾燥物を乳鉢で粉砕した後、空気雰囲気下で600℃に加熱し、1時間保持する一次熱処理を施し、焼成物を得た。得られた焼成物を70℃の蒸留水を用いて水洗した後、吸引濾過し、120℃で乾燥させた。これにより、第1焼成物を得た。   As a second step, the obtained dried product was crushed in a mortar and then subjected to a primary heat treatment of heating at 600° C. in an air atmosphere and holding for 1 hour to obtain a fired product. The obtained fired product was washed with distilled water at 70° C., suction filtered, and dried at 120° C. Thereby, the first fired product was obtained.

得られた第1焼成物を、乳鉢を用いて粉砕することにより所定粒子径の粒子の集合体である第1焼成物の粉末を得た。この第1焼成物の粉末に関し、走査型電子顕微鏡による二次電子像を観察した結果、第1焼成物の粒子径は0.1μm以下であった。   The obtained first fired product was pulverized using a mortar to obtain a powder of the first fired product which was an aggregate of particles having a predetermined particle size. As a result of observing a secondary electron image of the powder of the first baked product with a scanning electron microscope, the particle diameter of the first baked product was 0.1 μm or less.

第3ステップとして、第1焼成物の粉末1gを20mLの硝酸水溶液とともにスターラーの撹拌槽に入れ、当該硝酸水溶液の温度を25℃に保持したまま1時間撹拌した。ここで、硝酸水溶液の濃度は2mol/Lとした。   As the third step, 1 g of the powder of the first baked product was put into a stirring tank of a stirrer together with 20 mL of a nitric acid aqueous solution, and stirred for 1 hour while maintaining the temperature of the nitric acid aqueous solution at 25°C. Here, the concentration of the nitric acid aqueous solution was 2 mol/L.

撹拌が終了した後、硝酸水溶液中から第1焼成物の粉末を吸引濾過することにより取り出した。取り出された第1焼成物の粉末は、70℃に加熱したイオン交換水1リットルで洗浄した。洗浄後、第1焼成物の粉末を、120℃に加熱して乾燥を行った。   After the stirring was completed, the powder of the first baked product was taken out from the aqueous nitric acid solution by suction filtration. The powder of the first fired product taken out was washed with 1 liter of ion-exchanged water heated to 70°C. After washing, the powder of the first fired product was heated to 120° C. to be dried.

第4ステップとして、硝酸による処理が終了した第1焼成物を、空気雰囲気下で500℃に加熱し、1時間保持する二次熱処理を施し、焼成物を得た。これにより、第2焼成物、すなわち、空気二次電池用の空気極触媒を得た。ここで、得られた空気極触媒のうち、一部は分析用試料として取り分けておき、残りを空気極の製造用とした。   As a fourth step, the first fired product that had been treated with nitric acid was heated to 500° C. in an air atmosphere and subjected to a secondary heat treatment of holding for 1 hour to obtain a fired product. As a result, the second fired product, that is, the air electrode catalyst for the air secondary battery was obtained. Here, a part of the obtained air electrode catalyst was set aside as a sample for analysis, and the rest was used for manufacturing the air electrode.

(2)空気極の製造
ニッケルの粒子の集合体であるニッケル粉末を準備した。このニッケルの粒子は、平均粒径が2〜3μmであった。
(2) Production of air electrode Nickel powder, which is an aggregate of nickel particles, was prepared. The nickel particles had an average particle size of 2 to 3 μm.

更に、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)ディスパージョン及びイオン交換水を準備した。   Further, a polytetrafluoroethylene (PTFE) dispersion and ion-exchanged water were prepared.

上記のようにして得られた空気極触媒の粉末に、ニッケル粉末、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)ディスパージョン及びイオン交換水を混合した。このとき、空気極触媒の粉末は20質量部、ニッケル粉末は70質量部、PTFEディスパージョンは10質量部、イオン交換水は30質量部の割合で均一に混合して空気極合剤のペーストを製造した。   Nickel powder, polytetrafluoroethylene (PTFE) dispersion, and ion-exchanged water were mixed with the air electrode catalyst powder obtained as described above. At this time, the powder of the air electrode catalyst was 20 parts by mass, the nickel powder was 70 parts by mass, the PTFE dispersion was 10 parts by mass, and the ion-exchanged water was uniformly mixed at a ratio of 30 parts by mass to prepare an air electrode mixture paste. Manufactured.

得られた空気極合剤のペーストをシート状に成形し、25℃の雰囲気下で乾燥させた後、このシート状の空気極合剤のペーストをメッシュ数60、線径0.08mm、開口率60%のニッケルメッシュにプレス圧着させた。   The obtained air electrode mixture paste was molded into a sheet and dried in an atmosphere of 25° C., and then this sheet of air electrode mixture paste was used for mesh number 60, wire diameter 0.08 mm, opening ratio. It was press-bonded to 60% nickel mesh.

ニッケルメッシュに圧着された空気極合剤のペーストを窒素ガス雰囲気下で340℃に加熱し、この温度で13分間保持し、焼成した。焼成された空気極合剤のシートは、縦40mm、横40mmに裁断され、これにより、空気極23を得た。この空気極23の厚さは0.23mmであった。なお、得られた空気極23において、空気極触媒の量は0.23gであった。   The air electrode mixture paste pressure-bonded to the nickel mesh was heated to 340° C. under a nitrogen gas atmosphere, held at this temperature for 13 minutes, and fired. The sheet of the fired air electrode mixture was cut into a length of 40 mm and a width of 40 mm, whereby an air electrode 23 was obtained. The thickness of the air electrode 23 was 0.23 mm. In the obtained air electrode 23, the amount of air electrode catalyst was 0.23 g.

(3)負極の製造
Nd、Mg、Ni、Alの各金属材料を所定のモル比となるように混合した後、高周波誘導溶解炉に投入しアルゴンガス雰囲気下にて溶解させ、得られた溶湯を鋳型に流し込み、25℃の室温まで冷却してインゴットを製造した。
(3) Manufacture of Negative Electrode Nd, Mg, Ni, and Al metal materials were mixed in a predetermined molar ratio, and then charged into a high-frequency induction melting furnace and melted under an argon gas atmosphere to obtain a molten metal. Was poured into a mold and cooled to room temperature of 25° C. to produce an ingot.

ついで、このインゴットに対し、温度1000℃のアルゴンガス雰囲気下にて10時間保持する熱処理を施した後、アルゴンガス雰囲気下で機械的に粉砕して、希土類−Mg−Ni系水素吸蔵合金粉末を得た。得られた希土類−Mg−Ni系水素吸蔵合金粉末について、レーザー回折・散乱式粒径分布測定装置により体積平均粒径(MV)を測定した。その結果、体積平均粒径(MV)は60μmであった。   Then, this ingot was subjected to a heat treatment of holding it in an argon gas atmosphere at a temperature of 1000° C. for 10 hours, and then mechanically crushed in an argon gas atmosphere to obtain a rare earth-Mg—Ni-based hydrogen storage alloy powder. Obtained. The volume average particle diameter (MV) of the obtained rare earth-Mg-Ni hydrogen storage alloy powder was measured by a laser diffraction/scattering particle size distribution measuring device. As a result, the volume average particle diameter (MV) was 60 μm.

この水素吸蔵合金粉末の組成を高周波プラズマ分光分析法(ICP)によって分析したところ、組成は、Nd0.89Mg0.11Ni3.33Al0.17であった。 When the composition of this hydrogen storage alloy powder was analyzed by the high frequency plasma spectroscopy (ICP), the composition was Nd 0.89 Mg 0.11 Ni 3.33 Al 0.17 .

得られた水素吸蔵合金の粉末100質量部に対し、ポリアクリル酸ナトリウムの粉末0.2質量部、カルボキシメチルセルロースの粉末0.04質量部、スチレンブタジエンゴムのディスパージョン3.0質量部、カーボンブラックの粉末0.5質量部、水22.4質量部を添加して25℃の環境下において混練し、負極合剤ペーストを調製した。   0.2 parts by mass of sodium polyacrylate powder, 0.04 parts by mass of carboxymethyl cellulose powder, 3.0 parts by mass of styrene-butadiene rubber dispersion, and 100 parts by mass of carbon black based on 100 parts by mass of the obtained hydrogen storage alloy powder. 0.5 parts by mass of powder and 22.4 parts by mass of water were added and kneaded in an environment of 25° C. to prepare a negative electrode mixture paste.

この負極合剤ペーストを面密度(目付)が約250g/m、厚みが約0.6mmの発泡ニッケルのシートに充填した。そして、負極合剤ペーストを乾燥させ、負極合剤が充填された発泡ニッケルのシートを得た。得られたシートは圧延され、体積当たりの合金量を高めた後、縦40mm、横40mmに切断して負極21を得た。なお、負極21の厚さは、0.25mmであった。 This negative electrode material mixture paste was filled into a nickel foam sheet having an areal density (area weight) of about 250 g/m 2 and a thickness of about 0.6 mm. Then, the negative electrode mixture paste was dried to obtain a sheet of foamed nickel filled with the negative electrode mixture. The obtained sheet was rolled to increase the amount of alloy per volume, and then cut into a length of 40 mm and a width of 40 mm to obtain a negative electrode 21. The thickness of the negative electrode 21 was 0.25 mm.

次に、得られた負極21に、活性化処理を施した。この活性化処理の手順を以下に示す。
まず、一般的な焼結式の水酸化ニッケル正極を準備した。なお、この水酸化ニッケル正極としては、その正極容量が負極21の負極容量よりも十分大きいものを準備した。そして、この水酸化ニッケル正極と、得られた負極21とを、これらの間にポリエチレンの不織布で形成されたセパレータを介在させた状態で重ね合わせて、活性化処理用電極群を形成した。この活性化処理用電極群を所定量のアルカリ電解液とともにアクリル樹脂製の容器に収容した。これにより、ニッケル水素二次電池の単極セルを形成した。
Next, the obtained negative electrode 21 was subjected to activation treatment. The procedure of this activation processing is shown below.
First, a general sintered nickel hydroxide positive electrode was prepared. As this nickel hydroxide positive electrode, one having a positive electrode capacity sufficiently larger than the negative electrode capacity of the negative electrode 21 was prepared. Then, the nickel hydroxide positive electrode and the obtained negative electrode 21 were overlapped with a separator made of a polyethylene nonwoven fabric interposed therebetween to form an activation treatment electrode group. This activation treatment electrode group was housed in a container made of acrylic resin together with a predetermined amount of alkaline electrolyte. As a result, a single electrode cell of a nickel hydrogen secondary battery was formed.

この単極セルに対し、初回の充放電操作として、温度25℃の環境下にて、5時間静置後、0.1Itで14時間の充電を行った後、0.5Itで電池電圧が0.70Vになるまで放電させた。次いで、2回目の充放電操作として、温度25℃の環境下にて、0.5Itで2.8時間の充電を行った後に、0.5Itで電池電圧が0.70Vになるまで放電させる操作を行った。2回目以降は、上記した2回目の充放電操作を1サイクルとする充放電サイクルを複数回行うことにより負極21の活性化処理を行った。また、各充放電サイクルにおいては単極セルの容量を求めた。そして、得られた容量の最大値を負極の容量とした。なお、負極の容量は640mAhであった。   As a first charge/discharge operation, this single electrode cell was left standing for 5 hours in an environment of a temperature of 25° C., charged at 0.1 It for 14 hours, and then at 0.5 It, the battery voltage was 0. It was discharged to 0.70V. Next, as a second charge/discharge operation, an operation of charging the battery at 0.5 It for 2.8 hours in an environment of a temperature of 25° C., and then discharging at 0.5 It until the battery voltage becomes 0.70 V. I went. After the second time, the negative electrode 21 was activated by performing a plurality of charge/discharge cycles in which the above-described second charge/discharge operation was one cycle. In addition, the capacity of the monopolar cell was obtained in each charge/discharge cycle. Then, the maximum value of the obtained capacities was taken as the capacity of the negative electrode. The capacity of the negative electrode was 640 mAh.

その後、0.5Itで2.8時間の充電を行った後、単極セルから負極21を取り外した。このようにして、活性化処理及び充電が済んだ負極21を得た。   Then, after charging at 0.5 It for 2.8 hours, the negative electrode 21 was removed from the single electrode cell. Thus, the negative electrode 21 that had been activated and charged was obtained.

(4)空気水素二次電池の製造
得られた空気極23及び負極21を、これらの間にセパレータ22を挟んだ状態で重ね合わせ、電極群20を製造した。この電極群20の製造に使用したセパレータ22はスルホン基を有するポリプロピレン繊維製不織布により形成されており、その厚みは0.1mm(目付量53g/m)であった。
(4) Manufacture of Air-Hydrogen Secondary Battery The obtained air electrode 23 and negative electrode 21 were stacked with the separator 22 sandwiched therebetween to manufacture the electrode group 20. The separator 22 used for manufacturing this electrode group 20 was formed of a polypropylene fiber non-woven fabric having a sulfone group and had a thickness of 0.1 mm (basis weight: 53 g/m 2 ).

一方、撥水通気部材50として、PTFE多孔膜の上に不織布拡散紙を重ね合わせて形成した複合体を準備した。ここで、PTFE多孔膜の寸法は、縦が45mm、横が45mm、厚みが0.1mmであった。また、不織布拡散紙の寸法は、縦が40mm、横が40mm、厚みが0.2mmであった。   On the other hand, as the water-repellent air-permeable member 50, a composite body formed by stacking a nonwoven fabric diffusion paper on a PTFE porous film was prepared. Here, the dimensions of the PTFE porous membrane were 45 mm in length, 45 mm in width, and 0.1 mm in thickness. The dimensions of the non-woven diffusion paper were 40 mm in length, 40 mm in width, and 0.2 mm in thickness.

上記した電極群20における空気極23の上に上記した撥水通気部材50としての複合体を載置し、電池ケース10内に収容した。詳しくは、撥水通気部材50としての複合体が載置された電極群20を、空気極側ケース半体12の空気極対向壁16と、負極側ケース半体14の負極側対向壁26との間に挟み込むとともに、セパレータ22の四方の端部を、空気極側ケース半体12の空気極側外周壁18の先端部19と、負極側ケース半体14の負極側外周壁28の先端部29とによって挟み込み固定した。ここで、空気極側ケース半体12の空気極側外周壁18の先端部19と、負極側ケース半体14の負極側外周壁28の先端部29との間は、セパレータ22の端部から外部にアルカリ電解液32が漏出しないようパッキン34で封止した。   The composite body as the water repellent ventilation member 50 was placed on the air electrode 23 in the electrode group 20 and housed in the battery case 10. Specifically, the electrode group 20 on which the composite body as the water repellent ventilation member 50 is placed is provided with the air electrode facing wall 16 of the air electrode side case half 12 and the negative electrode facing wall 26 of the negative electrode side case half 14. And the four end portions of the separator 22 are attached to the front end portion 19 of the air electrode side outer peripheral wall 18 of the air electrode side case half body 12 and the negative electrode side outer peripheral wall 28 of the negative electrode side case half body 14. It was sandwiched by 29 and fixed. Here, between the tip portion 19 of the air electrode side outer peripheral wall 18 of the air electrode side case half 12 and the tip portion 29 of the negative electrode side outer peripheral wall 28 of the negative electrode side case half 14 is from the end of the separator 22. The packing was sealed with packing 34 so that the alkaline electrolyte 32 did not leak outside.

ここで、空気極側ケース半体12の空気極対向壁16には、凹溝63として、幅1mm、深さ1mm、山幅1mmのサーペンタイン形状の凹溝63が設けられている。この凹溝63の全長は720mmである。そして、この凹溝63の一方の端部に第1通気口61が設けられており、他方の端部に第2通気口62が設けられている。この凹溝63は、撥水通気部材50側が開放されている。更に、上記した第1通気口61には、配管部材72を介して圧送ポンプ74を取り付けた。   Here, the air electrode facing wall 16 of the air electrode side case half 12 is provided with a serpentine-shaped groove 63 having a width of 1 mm, a depth of 1 mm, and a mountain width of 1 mm as the groove 63. The total length of the groove 63 is 720 mm. The first vent 61 is provided at one end of the groove 63, and the second vent 62 is provided at the other end. The groove 63 is open on the side of the water repellent ventilation member 50. Further, a pressure feed pump 74 was attached to the above-mentioned first ventilation port 61 via a piping member 72.

また、負極側ケース半体14には、負極側外周壁28の一部に連結部40を介して電解液貯蔵部30が取り付けられている。この電解液貯蔵部30にアルカリ電解液32として5mol/LのKOH水溶液を注入した。なお、このとき注入したKOH水溶液の量は50mLであった。   Further, in the negative electrode side case half body 14, an electrolytic solution storage portion 30 is attached to a part of the negative electrode side outer peripheral wall 28 via a connecting portion 40. A 5 mol/L KOH aqueous solution was injected as the alkaline electrolyte 32 into the electrolytic solution storage unit 30. The amount of the KOH aqueous solution injected at this time was 50 mL.

以上のようにして、図1及び図2に示すような電池1を製造した。得られた電池1は、25℃の環境下で1時間静置し、電極群20にアルカリ電解液を浸透させた。   As described above, the battery 1 as shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured. The obtained battery 1 was allowed to stand in an environment of 25° C. for 1 hour to allow the electrode group 20 to permeate the alkaline electrolyte.

なお、空気極23には空気極リード(図示せず)が、負極21には負極リード(図示せず)が、それぞれ電気的に接続されており、これら空気極リード及び負極リードは、電池ケース10の気密性及び水密性を保持した状態で電池ケース10の内側から外側へ適切に延びている。また、空気極リードの先端には空気極端子(図示せず)が取り付けられており、負極リードの先端には負極端子(図示せず)が取り付けられている。   An air electrode lead (not shown) is electrically connected to the air electrode 23, and a negative electrode lead (not shown) is electrically connected to the negative electrode 21. These air electrode lead and negative electrode lead are connected to the battery case. The battery case 10 appropriately extends from the inside to the outside while maintaining the airtightness and watertightness. An air electrode terminal (not shown) is attached to the tip of the air electrode lead, and a negative electrode terminal (not shown) is attached to the tip of the negative electrode lead.

(実施例2)
第4ステップとして、硝酸による処理が終了した第1焼成物を、空気雰囲気下で400℃に加熱し、1時間保持する二次熱処理を施し、焼成物を得たことを除いて、実施例1と同様にして空気水素二次電池を製造した。
(Example 2)
As the fourth step, the first calcined product that had been treated with nitric acid was heated to 400° C. in an air atmosphere and subjected to a secondary heat treatment of holding for 1 hour, except that a calcined product was obtained. An air hydrogen secondary battery was manufactured in the same manner as in.

(比較例1)
第4ステップとして、硝酸による処理が終了した第1焼成物を、空気雰囲気下で300℃に加熱し、1時間保持する二次熱処理を施し、焼成物を得たことを除いて、実施例1と同様にして空気水素二次電池を製造した。
(Comparative Example 1)
As the fourth step, the first calcined product that had been treated with nitric acid was heated to 300° C. in an air atmosphere and subjected to a secondary heat treatment for holding for 1 hour, except that a calcined product was obtained, and Example 1 An air hydrogen secondary battery was manufactured in the same manner as in.

(比較例2)
第4ステップの二次熱処理を省略し、硝酸による処理が終了した第1焼成物を空気二次電池用の空気極触媒としたことを除いて、実施例1と同様にして空気水素二次電池を製造した。
(Comparative example 2)
An air-hydrogen secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the fourth step of the secondary heat treatment was omitted and the first calcined product after the treatment with nitric acid was used as the air electrode catalyst for the air secondary battery. Was manufactured.

2.空気水素二次電池の評価
(1)空気極触媒の分析
実施例1、実施例2、比較例1及び比較例2の空気極触媒の分析用試料についてX線回折(XRD)分析を行った。XRD分析には平行ビームX線回折装置を用いた。ここでの分析の条件は、X線源はCuKα、管電圧は40kV、管電流は15mA、スキャンスピードは1度/min、ステップ幅は0.01度であった。分析結果のプロファイルを図3及び図4に示した。ここで、図3には、全体的なプロファイルを示し、図4には、一部を拡大して示したプロファイルを示した。
2. Evaluation of Air-Hydrogen Secondary Battery (1) Analysis of Air Electrode Catalyst X-ray diffraction (XRD) analysis was performed on the analytical samples of the air electrode catalysts of Example 1, Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2. A parallel beam X-ray diffractometer was used for XRD analysis. The conditions of the analysis here were CuKα for the X-ray source, a tube voltage of 40 kV, a tube current of 15 mA, a scan speed of 1 degree/min, and a step width of 0.01 degree. The profile of the analysis result is shown in FIGS. 3 and 4. Here, FIG. 3 shows an overall profile, and FIG. 4 shows a partially enlarged profile.

図3及び図4のXRDプロファイルより、相構成を確認した。   The phase constitution was confirmed from the XRD profiles of FIGS. 3 and 4.

また、実施例1及び実施例2の空気極触媒の分析用試料について、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察するとともにエネルギー分散型X線分光器(EDS)により元素分析を行う、いわゆるSEM/EDS分析を行った。実施例1の分析結果のSEM像(倍率:5000倍)の写真を図5に示し、実施例2の分析結果のSEM像(倍率:5000倍)の写真を図6に示した。   In addition, so-called SEM/EDS in which the analysis samples of the air electrode catalysts of Examples 1 and 2 are observed by a scanning electron microscope (SEM) and elemental analysis is performed by an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) Analysis was carried out. The SEM image (magnification: 5000 times) of the analysis result of Example 1 is shown in FIG. 5, and the SEM image (magnification: 5000 times) of the analysis result of Example 2 is shown in FIG.

そして、各SEM像中において1〜6の番号を付した部分の測定スポットにおけるEDS分析を行った。各測定スポットにおいて、C、O、Na、Al、Ru及びBiの特性X線の強度(カウント数)を測定し、各元素の濃度(原子数%)を調べた。その結果を、実施例1については表1に示し、実施例2については表2に示した。また、BiとRuの比をBi/Ruとして表1、表2に併せて示した。   Then, EDS analysis was performed on the measurement spots of the portions numbered 1 to 6 in each SEM image. At each measurement spot, the intensity (count number) of the characteristic X-rays of C, O, Na, Al, Ru, and Bi was measured, and the concentration of each element (number of atoms %) was examined. The results are shown in Table 1 for Example 1 and Table 2 for Example 2. In addition, the ratio of Bi to Ru is also shown in Tables 1 and 2 as Bi/Ru.

(2)放電試験
実施例1、実施例2、比較例1及び比較例2の空気水素二次電池については、空気極端子及び負極端子を介して、0.5Itで1.2時間充電し、0.5Itで電池電圧が0.4Vになるまで放電することを1サイクルとし、斯かる充放電を10サイクル繰り返した。このとき、充放電に関わらず、圧送ポンプ74により第1通気口61から空気を送り、通気路60には、53mL/分の割合で常に空気を供給し続けた。なお、負極容量(640mAh)を1Itとした。
(2) Discharge test The air-hydrogen secondary batteries of Example 1, Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were charged at 0.5 It for 1.2 hours through the air electrode terminal and the negative electrode terminal, Discharging at 0.5 It until the battery voltage reached 0.4 V was defined as one cycle, and such charging/discharging was repeated 10 cycles. At this time, regardless of charge and discharge, air was sent from the first ventilation port 61 by the pressure pump 74, and air was constantly supplied to the ventilation path 60 at a rate of 53 mL/min. The negative electrode capacity (640 mAh) was set to 1 It.

そして、各サイクルにおいて、放電容量と電池電圧とを測定した。
ここで、電池特性が安定した10サイクル時における放電容量と電池電圧との関係(放電特性カーブ)を図7に示した。
Then, in each cycle, the discharge capacity and the battery voltage were measured.
FIG. 7 shows the relationship (discharge characteristic curve) between the discharge capacity and the battery voltage after 10 cycles when the battery characteristics were stable.

また、このときの全放電容量の半分の放電容量になった時の電池電圧を放電中間電圧として表3に示した。   In addition, the battery voltage when the discharge capacity is half the total discharge capacity at this time is shown in Table 3 as the discharge intermediate voltage.

(3)考察
図3にICDD(登録商標)(International Centre for Diffraction Data)におけるBiRu及びRuOのピーク位置のデータを併記した。これらBiRu及びRuOのピークの位置と実施例1、実施例2、比較例1及び比較例2のXRDプロファイルを照合した結果、実施例1、実施例2、比較例1及び比較例2の空気極触媒には、いずれもBiRuのピークが存在していることが確認できた。そして、実施例1及び実施例2については、更に、RuOに相当するピークが存在することが確認できた。ただし、比較例1及び比較例2については、RuOに相当するピークは確認できなかった。このことから、比較例1及び比較例2の空気極触媒は、RuOをほとんど含んでいないが、実施例1及び実施例2は、BiRuとRuOとが共存していることがわかる。
(3) Consideration FIG. 3 shows data of peak positions of Bi 2 Ru 2 O 7 and RuO 2 in ICDD (registered trademark) (International Center for Diffraction Data). As a result of collating the peak positions of these Bi 2 Ru 2 O 7 and RuO 2 with the XRD profiles of Example 1, Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, Example 1, Example 2, Comparative Example 1 and It was confirmed that the air electrode catalysts of Comparative Example 2 each had a peak of Bi 2 Ru 2 O 7 . In addition, in Example 1 and Example 2, it was further confirmed that there was a peak corresponding to RuO 2 . However, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, a peak corresponding to RuO 2 could not be confirmed. From this, the air electrode catalysts of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 hardly contain RuO 2 , but in Example 1 and Example 2, Bi 2 Ru 2 O 7 and RuO 2 coexist. I understand.

また、図5、図6、表1及び表2のSEM/EDS分析の結果より、実施例1においては、測定スポット1の部分が、Biの量が極めて少なく、Ruの量が多い部分であることが確認でき、実施例2においては、測定スポット4の部分が、Biの量が極めて少なく、Ruの量が多い部分であることが確認できた。これらの部分に存在するのは、Biがほとんど含まれていないRuOに相当する結晶であると考えられる。つまり、実施例1及び実施例2の空気極触媒においては、BiRuの主相の表面にRuOが存在していることが確認できた。 Further, from the results of the SEM/EDS analysis of FIGS. 5 and 6 and Tables 1 and 2, in Example 1, the portion of the measurement spot 1 is a portion in which the amount of Bi is extremely small and the amount of Ru is large. It was confirmed that in Example 2, the portion of the measurement spot 4 had a very small amount of Bi and a large amount of Ru. It is considered that the crystals existing in these portions correspond to RuO 2 containing almost no Bi. That is, in the air electrode catalysts of Example 1 and Example 2, it was confirmed that RuO 2 was present on the surface of the main phase of Bi 2 Ru 2 O 7 .

また、実施例1及び実施例2に関し、XRDプロファイルの結果を基に、BiRuの最強線となる(222)面のピーク強度に対する、RuOの最強線となる(110)面のピーク強度の比率を求めたところ、実施例1では2.1%であり、実施例2では1.74%であった。 Further, regarding Example 1 and Example 2, based on the result of the XRD profile, the strongest line of RuO 2 with respect to the peak intensity of the (222) plane which is the strongest line of Bi 2 Ru 2 O 7 is the (110) plane. When the ratio of the peak intensities was calculated, it was 2.1% in Example 1 and 1.74% in Example 2.

次に、実施例1、実施例2、比較例1及び比較例2の放電特性カーブを示した図7の結果から、比較例1及び比較例2の放電特性カーブに比べ実施例1及び実施例2の放電特性カーブは放電電圧が高い方にシフトしており、実施例1及び実施例2では、放電側の過電圧が低減されたことがわかる。   Next, from the results of FIG. 7 showing the discharge characteristic curves of Example 1, Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, compared with the discharge characteristic curves of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, Example 1 and Example The discharge characteristic curve of No. 2 shifts toward the higher discharge voltage, and it can be seen that in Examples 1 and 2, the overvoltage on the discharge side was reduced.

また、放電中間電圧を示した表3の結果からも、比較例1、比較例2に対して、実施例1の放電中間電圧は0.08V向上し、実施例2の放電中間電圧は0.03V向上しており、放電側の過電圧が低減されたことがわかる。   Also, from the results of Table 3 showing the discharge intermediate voltage, the discharge intermediate voltage of Example 1 was improved by 0.08 V, and the discharge intermediate voltage of Example 2 was 0. It is improved by 03 V, and it can be seen that the overvoltage on the discharge side is reduced.

以上より、BiRu(パイロクロア型複合酸化物)の表面にルテニウム酸化物を存在させることで、放電電圧が上昇した。これは、酸素還元活性の向上により電荷移動抵抗が低下したためであると考えられる。ルテニウム酸化物はXRDプロファイルからRuOの相を有しているが、RuOは酸素発生(充電側)に活性を有しており、単独での酸素還元(放電側)の活性向上は考えにくい。したがって、パイロクロア型複合酸化物と合わせることで、高い触媒活性を有する触媒が作製できたと考えられる。つまり、パイロクロア型複合酸化物とルテニウム酸化物とが共存することで、酸素との相互作用変化や2電子還元過程の中間体である過酸化水素イオンの接触分解の促進など、触媒の多元機能化が起こったことが原因で放電反応における過電圧を低減することができたと推測される。 From the above, the discharge voltage was increased by allowing the ruthenium oxide to exist on the surface of Bi 2 Ru 2 O 7 (pyrochlore type composite oxide). It is considered that this is because the charge transfer resistance decreased due to the improvement in oxygen reduction activity. Although ruthenium oxide has a phase of RuO 2 from the XRD profile, RuO 2 is active in oxygen generation (charge side), and it is unlikely to improve the activity of oxygen reduction (discharge side) by itself. . Therefore, it is considered that a catalyst having high catalytic activity could be produced by combining it with the pyrochlore type composite oxide. In other words, the coexistence of pyrochlore-type composite oxide and ruthenium oxide makes the catalyst multi-functional, such as the change in interaction with oxygen and the promotion of catalytic decomposition of hydrogen peroxide ion, which is an intermediate in the two-electron reduction process. It is presumed that the overvoltage in the discharge reaction could be reduced due to the occurrence of the phenomenon.

また、以上の結果より、BiRu(パイロクロア型複合酸化物)の表面にルテニウム酸化物を存在させるには、400℃以上で二次熱処理を行うことが好ましく、より優れた過電圧の低減効果を得るには、500℃以上で二次熱処理を行うことが好ましいといえる。更に、パイロクロア型複合酸化物のX線回折パターンの(222)面におけるピーク強度に対するルテニウム酸化物のX線回折パターンの(110)面におけるピーク強度の比率を、1.7%以上とすることにより、過電圧の低減効果が得られ、より優れた過電圧の低減効果を得るには、前記比率を2.1%以上とすることが好ましいといえる。 Further, from the above results, in order to allow the ruthenium oxide to be present on the surface of Bi 2 Ru 2 O 7 (pyrochlore type composite oxide), it is preferable to carry out the secondary heat treatment at 400° C. or higher, which is more excellent in overvoltage. In order to obtain the reduction effect, it can be said that the secondary heat treatment is preferably performed at 500° C. or higher. Furthermore, by setting the ratio of the peak intensity at the (110) plane of the X-ray diffraction pattern of the ruthenium oxide to the peak intensity at the (222) plane of the X-ray diffraction pattern of the pyrochlore type composite oxide to 1.7% or more. In order to obtain the effect of reducing the overvoltage and to obtain the more excellent effect of reducing the overvoltage, it can be said that the ratio is preferably 2.1% or more.

なお、本発明は上記した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、空気二次電池用の空気極触媒としては、ビスマスルテニウム酸化物の他に、上記したパイロクロア型複合酸化物の組成を表す一般式において挙げた選択可能元素の酸化物が挙げられる。また、本発明は、空気水素二次電池に限定されるものではなく、負極に用いる金属として、Zn、Al、Mg、Liなどを用いた他の空気二次電池であっても構わない。これら他の空気二次電池も上記した空気水素二次電池と同様の効果が得られる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and as an air electrode catalyst for an air secondary battery, in addition to bismuth ruthenium oxide, a composition of the above-mentioned pyrochlore-type composite oxide is used. Oxides of the selectable elements listed in the general formulas represented are included. Further, the present invention is not limited to the air-hydrogen secondary battery, and may be another air secondary battery using Zn, Al, Mg, Li or the like as the metal used for the negative electrode. These other air secondary batteries also have the same effects as those of the air hydrogen secondary battery described above.

また、本発明ではRuOに帰属するXRDプロファイルが確認されたが、電池反応の最中で酸化状態が変化することは十分にあり得るため、酸化ルテニウムはRuOに限定されるものではない。 Further, in the present invention, an XRD profile attributed to RuO 2 was confirmed, but since the oxidation state may change during the battery reaction, ruthenium oxide is not limited to RuO 2 .

<本発明の態様>
本発明の第1の態様は、一般式:A2−x(Ruα1−α2−y7−z(ただし、x、y、z、αは、それぞれ、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0<α≦1の関係を満たし、Aは、Bi、Pb、Tb、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Mn、Y、Zn及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素を表し、Bは、Ir、Si、Ge、Ta、Sn、Hf、Zr、Ti、Nb、V、Sb、Rh、Cr、Re、Sc、Co、Cu、In、Ga、Cd、Fe、Ni、W及びMoから選ばれる少なくとも1種の元素を表している。)で表される組成を有しているパイロクロア型複合酸化物と、前記パイロクロア型複合酸化物の表面に存在するルテニウム酸化物と、を備えている空気二次電池用の空気極触媒である。
<Aspect of the present invention>
A first aspect of the present invention have the general formula: A 2-x (Ru α B 1-α) 2-y O 7-z ( however, x, y, z, alpha, respectively, 0 ≦ x ≦ 1 , 0≦y≦1, 0≦z≦1, 0<α≦1, and A is Bi, Pb, Tb, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Mn, Y, Zn, and at least one element selected from Al, and B represents Ir, Si, Ge, Ta, Sn, Hf, Zr, Ti, Nb, and V. , Sb, Rh, Cr, Re, Sc, Co, Cu, In, Ga, Cd, Fe, Ni, W and Mo). And a ruthenium oxide present on the surface of the pyrochlore-type composite oxide.

本発明の第2の態様は、上記した本発明の第1の態様において、前記ルテニウム酸化物のX線回折パターンの(110)面におけるピーク強度は、前記パイロクロア型複合酸化物のX線回折パターンの(222)面におけるピーク強度に対して、1.7%以上である、空気二次電池用の空気極触媒である。   A second aspect of the present invention is the above-mentioned first aspect of the present invention, wherein the peak intensity at the (110) plane of the X-ray diffraction pattern of the ruthenium oxide is the X-ray diffraction pattern of the pyrochlore type complex oxide. It is 1.7% or more with respect to the peak intensity on the (222) plane of the air electrode catalyst for an air secondary battery.

本発明の第3の態様は、一般式:A2−x(Ruα1−α2−y7−z(ただし、x、y、z、αは、それぞれ、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0<α≦1の関係を満たし、Aは、Bi、Pb、Tb、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Mn、Y、Zn及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素を表し、Bは、Ir、Si、Ge、Ta、Sn、Hf、Zr、Ti、Nb、V、Sb、Rh、Cr、Re、Sc、Co、Cu、In、Ga、Cd、Fe、Ni、W及びMoから選ばれる少なくとも1種の元素を表している。)で表される組成を有しているパイロクロア型複合酸化物の前駆体を調製する前駆体調製工程と、前記前駆体に第1の熱処理を施し、前記パイロクロア型複合酸化物を形成する一次熱処理工程と、前記一次熱処理工程により得られた前記パイロクロア型複合酸化物を酸性水溶液に浸漬させ酸処理する酸処理工程と、前記酸処理工程を経た前記パイロクロア型複合酸化物に第2の熱処理を施す二次熱処理工程と、を備えている空気二次電池用の空気極触媒の製造方法である。 A third aspect of the present invention is directed to a general formula: A2 -x (Ru[ alpha] B1-[ alpha] ) 2-yO7 -z (where x, y, z and [alpha] are each 0≤x≤1. , 0≦y≦1, 0≦z≦1, 0<α≦1, and A is Bi, Pb, Tb, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Mn, Y, Zn, and at least one element selected from Al, and B represents Ir, Si, Ge, Ta, Sn, Hf, Zr, Ti, Nb, and V. , Sb, Rh, Cr, Re, Sc, Co, Cu, In, Ga, Cd, Fe, Ni, W, and Mo). A precursor preparation step of preparing a precursor of a pyrochlore type complex oxide, a first heat treatment step of subjecting the precursor to a first heat treatment to form the pyrochlore type complex oxide, and a first heat treatment step. An acid treatment step of dipping the pyrochlore-type composite oxide in an acidic aqueous solution for acid treatment, and a secondary heat treatment step of subjecting the pyrochlore-type composite oxide that has undergone the acid treatment step to a second heat treatment. A method for producing an air electrode catalyst for an air secondary battery is provided.

本発明の第4の態様は、上記した本発明の第3の態様において、前記第1の熱処理は、400℃以上、700℃以下で行う、空気二次電池用の空気極触媒の製造方法である。   A fourth aspect of the present invention is the method for producing an air electrode catalyst for an air secondary battery according to the third aspect of the present invention, wherein the first heat treatment is performed at 400° C. or higher and 700° C. or lower. is there.

本発明の第5の態様は、上記した本発明の第3の態様又は第4の態様において、前記第2の熱処理は、400℃以上で行う、空気二次電池用の空気極触媒の製造方法である。   A fifth aspect of the present invention is the method for producing an air electrode catalyst for an air secondary battery according to the third aspect or the fourth aspect of the present invention, wherein the second heat treatment is performed at 400° C. or higher. Is.

本発明の第6の態様は、セパレータを介して重ね合わされた空気極及び負極を含む電極群と、前記電極群をアルカリ電解液とともに収容している容器と、を備え、前記空気極は、請求項1又は2に記載の空気二次電池用の空気極触媒を含んでいる、空気二次電池である。   A sixth aspect of the present invention includes an electrode group including an air electrode and a negative electrode that are stacked via a separator, and a container that accommodates the electrode group together with an alkaline electrolyte. An air secondary battery comprising the air electrode catalyst for an air secondary battery according to Item 1 or 2.

本発明の第7の態様は、上記した本発明の第6の態様において、前記負極は、水素吸蔵合金を含んでいる、空気二次電池である。   A seventh aspect of the present invention is the air secondary battery according to the sixth aspect of the present invention, wherein the negative electrode contains a hydrogen storage alloy.

1 空気二次電池(空気水素二次電池)
10 電池ケース
20 電極群
21 負極
22 セパレータ
23 空気極
30 電解液貯蔵部
50 撥水通気部材
60 通気路
61 第1通気口
62 第2通気口
63 凹溝
74 圧送ポンプ
1 Air rechargeable battery (air hydrogen rechargeable battery)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Battery case 20 Electrode group 21 Negative electrode 22 Separator 23 Air electrode 30 Electrolyte storage part 50 Water repellent ventilation member 60 Ventilation path 61 First ventilation hole 62 Second ventilation hole 63 Recessed groove 74 Pressure pump

Claims (7)

一般式:A2−x(Ruα1−α2−y7−z(ただし、x、y、z、αは、それぞれ、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0<α≦1の関係を満たし、Aは、Bi、Pb、Tb、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Mn、Y、Zn及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素を表し、Bは、Ir、Si、Ge、Ta、Sn、Hf、Zr、Ti、Nb、V、Sb、Rh、Cr、Re、Sc、Co、Cu、In、Ga、Cd、Fe、Ni、W及びMoから選ばれる少なくとも1種の元素を表している。)で表される組成を有しているパイロクロア型複合酸化物と、
前記パイロクロア型複合酸化物の表面に存在するルテニウム酸化物と、を備えている空気二次電池用の空気極触媒。
General formula: A 2-x (Ru α B 1-α) 2-y O 7-z ( however, x, y, z, alpha, respectively, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ The relationship of z≦1, 0<α≦1 is satisfied, and A is Bi, Pb, Tb, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu. , Mn, Y, Zn and Al, and B represents Ir, Si, Ge, Ta, Sn, Hf, Zr, Ti, Nb, V, Sb, Rh, Cr, Re, Sc, Co, Cu, In, Ga, Cd, Fe, Ni, W and Mo represents at least one element, and a pyrochlore type composite oxide having a composition represented by:
An air electrode catalyst for an air secondary battery, comprising: a ruthenium oxide present on the surface of the pyrochlore type composite oxide.
前記ルテニウム酸化物のX線回折パターンの(110)面におけるピーク強度は、前記パイロクロア型複合酸化物のX線回折パターンの(222)面におけるピーク強度に対して、1.7%以上である、請求項1に記載の空気二次電池用の空気極触媒。   The peak intensity on the (110) plane of the X-ray diffraction pattern of the ruthenium oxide is 1.7% or more with respect to the peak intensity on the (222) plane of the X-ray diffraction pattern of the pyrochlore type composite oxide. An air electrode catalyst for an air secondary battery according to claim 1. 一般式:A2−x(Ruα1−α2−y7−z(ただし、x、y、z、αは、それぞれ、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0<α≦1の関係を満たし、Aは、Bi、Pb、Tb、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Mn、Y、Zn及びAlから選ばれる少なくとも1種の元素を表し、Bは、Ir、Si、Ge、Ta、Sn、Hf、Zr、Ti、Nb、V、Sb、Rh、Cr、Re、Sc、Co、Cu、In、Ga、Cd、Fe、Ni、W及びMoから選ばれる少なくとも1種の元素を表している。)で表される組成を有しているパイロクロア型複合酸化物の前駆体を調製する前駆体調製工程と、
前記前駆体に第1の熱処理を施し、前記パイロクロア型複合酸化物を形成する一次熱処理工程と、
前記一次熱処理工程により得られた前記パイロクロア型複合酸化物を酸性水溶液に浸漬させ酸処理する酸処理工程と、
前記酸処理工程を経た前記パイロクロア型複合酸化物に第2の熱処理を施す二次熱処理工程と、
を備えている空気二次電池用の空気極触媒の製造方法。
General formula: A 2-x (Ru α B 1-α) 2-y O 7-z ( however, x, y, z, alpha, respectively, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ The relationship of z≦1, 0<α≦1 is satisfied, and A is Bi, Pb, Tb, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu. , Mn, Y, Zn and Al, and B represents Ir, Si, Ge, Ta, Sn, Hf, Zr, Ti, Nb, V, Sb, Rh, Cr, Re, Which represents at least one element selected from Sc, Co, Cu, In, Ga, Cd, Fe, Ni, W and Mo.) A precursor of a pyrochlore type complex oxide having a composition represented by A precursor preparation step for preparing the body,
A first heat treatment step of subjecting the precursor to a first heat treatment to form the pyrochlore type composite oxide;
An acid treatment step of immersing the pyrochlore-type composite oxide obtained by the primary heat treatment step in an acidic aqueous solution for acid treatment;
A second heat treatment step of performing a second heat treatment on the pyrochlore-type composite oxide that has undergone the acid treatment step;
A method for producing an air electrode catalyst for an air secondary battery, comprising:
前記第1の熱処理は、400℃以上、700℃以下で行う、請求項3に記載の空気二次電池用の空気極触媒の製造方法。   The method for producing an air electrode catalyst for an air secondary battery according to claim 3, wherein the first heat treatment is performed at 400° C. or higher and 700° C. or lower. 前記第2の熱処理は、400℃以上で行う、請求項3又は4に記載の空気二次電池用の空気極触媒の製造方法。   The method for producing an air electrode catalyst for an air secondary battery according to claim 3, wherein the second heat treatment is performed at 400° C. or higher. セパレータを介して重ね合わされた空気極及び負極を含む電極群と、
前記電極群をアルカリ電解液とともに収容している容器と、を備え、
前記空気極は、請求項1又は2に記載の空気二次電池用の空気極触媒を含んでいる、空気二次電池。
An electrode group including an air electrode and a negative electrode superposed via a separator,
A container containing the electrode group together with an alkaline electrolyte,
An air secondary battery, wherein the air electrode includes the air electrode catalyst for an air secondary battery according to claim 1 or 2.
前記負極は、水素吸蔵合金を含んでいる、請求項6に記載の空気二次電池。   The air secondary battery according to claim 6, wherein the negative electrode contains a hydrogen storage alloy.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5485196A (en) * 1977-12-02 1979-07-06 Exxon Research Engineering Co Bismuthhrich pyrochlor compounds and electrochemical apparatus containing them
JP2018055810A (en) * 2016-09-26 2018-04-05 Fdk株式会社 Air electrode for air secondary battery and air-hydrogen secondary battery including the air electrode
JP2018098133A (en) * 2016-12-16 2018-06-21 Fdk株式会社 Air secondary battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5485196A (en) * 1977-12-02 1979-07-06 Exxon Research Engineering Co Bismuthhrich pyrochlor compounds and electrochemical apparatus containing them
JP2018055810A (en) * 2016-09-26 2018-04-05 Fdk株式会社 Air electrode for air secondary battery and air-hydrogen secondary battery including the air electrode
JP2018098133A (en) * 2016-12-16 2018-06-21 Fdk株式会社 Air secondary battery

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