JP5292736B2 - 空気電池 - Google Patents
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Description
まず、本発明の空気電池について説明する。本発明の空気電池は、導電性材料を含有する空気極層および上記空気極層の集電を行う空気極集電体を有する空気極と、金属イオンを吸蔵・放出する負極活物質を含有する負極層および上記負極層の集電を行う負極集電体を有する負極と、上記空気極層および上記負極層の間に設置されたセパレータと、を有し、放電または充放電に伴う電極の体積変化が生じた際に、上記空気極層および上記負極層が常に電解液で満たされていることを特徴とするものである。
以下、本発明の空気電池について、空気電池の材料と、空気電池の構成とに分けて説明する。
まず、本発明の空気電池の材料について説明する。本発明の空気電池は、空気極、負極、セパレータ、電解液および電池ケースを有する。
本発明に用いられる空気極は、導電性材料を含有する空気極層および上記空気極層の集電を行う空気極集電体を有する。本発明においては、電解液に溶存した酸素が、空気極内で金属イオンと反応し、導電性材料の表面に金属酸化物が生成する。そのため、上記空気極層は、酸素および金属イオンのキャリアである電解液が充分に移動できる程度の空隙を有している。
次に、本発明に用いられる負極について説明する。本発明に用いられる負極は、金属イオンを吸蔵・放出する負極活物質を含有する負極層および前記負極層の集電を行う負極集電体を有する。
次に、本発明に用いられるセパレータについて説明する。本発明に用いられるセパレータは、上記空気極層および上記負極層の間に設置されるものである。上記セパレータとしては、空気極層と負極層とを分離し、電解液を保持する機能を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等の多孔膜;樹脂不織布、ガラス繊維不織布等の不織布;およびリチウムポリマー電池に使用されているポリマー材料等を挙げることができる。
次に、本発明に用いられる電解液について説明する。本発明に用いられる電解液は、通常、電解質を有機溶媒に溶解してなるものである。上記電解質としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4およびLiAsF6等の無機リチウム塩;およびLiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、等の有機リチウム塩等を挙げることができる。
次に、本発明に用いられる電池ケースについて説明する。本発明に用いられる電池ケースの形状としては、上述した空気極、負極、セパレータ、電解液を保持することができれば特に限定されるものではないが、具体的にはコイン型、平板型、円筒型等を挙げることができる。また、上記電池ケースは、通常、空気を供給する空気孔を有するが、例えば、後述する電解液循環型の空気電池等の場合は、特に空気孔を必要としない。
次に、本発明の空気電池の構成について説明する。本発明の空気電池は、放電または充放電に伴う電極の体積変化が生じた際に、空気極層および負極層が常に電解液で満たされているものである。
次に、本発明の空気電池システムについて説明する。本発明の空気電池システムは、上述した空気電池と、上記電解液を加熱する加熱手段および上記電解液を冷却する冷却手段の少なくとも一方の手段と、を有することを特徴とするものである。
次に、本発明の空気電池の制御方法について説明する。本発明の空気電池の制御方法は、上述した空気電池を用い、充電の際に上記電解液を加熱すること、および放電の際に上記電解液を冷却することの少なくとも一方を行うことを特徴とするものである。
[実施例]
本実施例においては、コインセル型の空気リチウム電池を作製した。なお、以下のコインセルの組立はアルゴンボックス内で行った。
コインセルの模式図を図8に示す。負極ケース22、空気極ケース20はともにSUS材からなり、空気極ケース20は、直径2mmの貫通孔29を複数開けられている。負極ケース22の上には、金属リチウム箔24が設置されている。金属リチウム箔24は、厚み250μmのシートを直径18mmで打ち抜いたものを使用した。その金属リチウム箔24の上にポリエチレン製セパレータ25を設置した。セパレータ25は厚み25μmで直径19.5mmに打ち抜いたものを使用した。
1a … 下部絶縁ケース
1b … 上部絶縁ケース
2 … 負極集電体
2´ … 負極リード
3 … 負極層
4 … 空気極層
5 … 空気極メッシュ
6 … 空気極集電体
6´ … 空気極リード
7 … セパレータ
8 … 微多孔膜
9 … 電解液
Claims (4)
- 導電性材料を含有する空気極層および前記空気極層の集電を行う空気極集電体を有する空気極と、金属イオンを吸蔵・放出する負極活物質を含有する負極層および前記負極層の集電を行う負極集電体を有する負極と、前記空気極層および前記負極層の間に設置されたセパレータと、を有し、
放電または充放電に伴う電極の体積変化が生じ、
放電または充放電の際に、前記空気極層および前記負極層が常に電解液で満たされていることを特徴とする空気電池。 - 放電または充放電に伴う電極の体積変化により前記電解液の液面の高さが変化する場合に、前記電解液の液面の最も下がった位置が、前記空気極層および前記負極層の最上面の位置よりも高いことを特徴とする請求項1に記載の空気電池。
- 請求項1または請求項2に記載の空気電池と、前記電解液を加熱する加熱手段および前記電解液を冷却する冷却手段の少なくとも一方の手段と、を有することを特徴とする空気電池システム。
- 請求項1または請求項2に記載の空気電池を用い、充電の際に前記電解液を加熱すること、および放電の際に前記電解液を冷却することの少なくとも一方を行うことを特徴とする空気電池の制御方法。
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