JP5625344B2 - Air battery conditioning method and air battery manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は空気電池のコンディショニング方法及び空気電池の製造方法に関する。   The present invention relates to an air battery conditioning method and an air battery manufacturing method.

近年、地球環境保護の観点から、低公害車としての電気自動車やハイブリッド自動車等に適用するべく、高性能な二次電池が必要とされている。   In recent years, from the viewpoint of protecting the global environment, a high-performance secondary battery is required to be applied to an electric vehicle or a hybrid vehicle as a low-pollution vehicle.

二次電池の性能を向上・改善させるには、電池の製造時や使用時等において、電池のコンディショニングを行うことが有効である。例えば、特許文献1に記載されているように、液系の電解質を用いた二次電池の場合、電極層の液濡れ性を向上させて電池容量を増加させるため、製造時或いは使用時等において、充放電を数サイクル繰り返すことにより電池のコンディショニングを行うことができる。電池のコンディショニングを行う場合の充放電レートは、電池の使用時よりも低レートとされるのが通常である。これは、高レートにて充放電を行った場合、液濡れにムラができ好ましくないと考えられていたためである。   In order to improve and improve the performance of the secondary battery, it is effective to condition the battery at the time of manufacturing or using the battery. For example, as described in Patent Document 1, in the case of a secondary battery using a liquid electrolyte, in order to improve the liquid wettability of the electrode layer and increase the battery capacity, The battery can be conditioned by repeating several cycles of charging and discharging. In general, the charge / discharge rate for battery conditioning is lower than when the battery is used. This is because when charging / discharging was performed at a high rate, liquid wetting was uneven and it was considered undesirable.

一方、二次電池のうち、空気電池は、酸素を空気極活物質とする電池であり、放電時には空気を外部から取り込んで用いるため、空気極及び負極の活物質を電池内に有する他の電池に比べ、電池容器内に占める負極活物質の割合を大きくすることが可能になる。したがって、原理的に放電できる電気容量が大きく、小型化や軽量化が容易という特徴を有している。また、空気極活物質として用いる酸素の酸化力は強力であるため、電池起電力が比較的高い。さらに、酸素は資源的な制約がなくクリーンな材料であるという特徴も有するため、空気電池は環境負荷が小さい。このような多くの利点を有する空気電池についても、電池のコンディショニングを行うことで、電池性能をさらに向上できるものと考えられる。   On the other hand, among the secondary batteries, the air battery is a battery that uses oxygen as an air electrode active material, and takes in air from the outside during discharge. Therefore, other batteries having an air electrode and a negative electrode active material in the battery are used. In comparison with this, it is possible to increase the proportion of the negative electrode active material in the battery container. Therefore, in principle, the electric capacity that can be discharged is large, and it is easy to reduce the size and weight. Further, since the oxidizing power of oxygen used as the air electrode active material is strong, the battery electromotive force is relatively high. Furthermore, since oxygen has a feature that it is a clean material without resource restrictions, the air battery has a small environmental load. It is considered that the battery performance can be further improved by conditioning the battery of the air battery having such many advantages.

特開2004−342520号公報JP 2004-342520 A

本発明者らは、特許文献1に記載されたような、従来のコンディショニング方法を用いて、空気電池のコンディショニングを行った。しかしながら、空気電池の充放電過程では、固体酸化物の生成・消失が伴うため、特許文献1に記載されたように、単に充放電を数サイクル行って電極層の電解液に対する濡れ性を向上させるのみでは、電池性能を向上させることができなかった。これは、空気電池においては、電極層の液濡れ性よりも、電極層における反応起点の増加及び反応起点への酸素回りの促進が、電池性能の向上に係る重要な因子となるためと考えられた。特にリチウム空気二次電池において従来のコンディショニング方法を用いた場合、放電時の生成物(以下、放電生成物という。)の寸法が大きくなることで、放電生成物が充電時に分解されず、すなわち、核生成よりも核成長モードが大きく、クーロン効率(充電容量/放電容量)が非常に低くなるという問題に突き当たった。特に、絶縁体である放電生成物が電極表面を覆ってしまうと、電子伝導や酸素・リチウムイオン拡散のためのパスが全く形成されなくなり、その後充放電サイクルを重ねることができなくなってしまった。   The present inventors performed conditioning of an air battery using a conventional conditioning method as described in Patent Document 1. However, in the charging / discharging process of the air battery, the generation and disappearance of the solid oxide are accompanied. Therefore, as described in Patent Document 1, the charging / discharging is simply performed for several cycles to improve the wettability of the electrode layer with respect to the electrolytic solution. However, the battery performance could not be improved only by the use. This is because in an air battery, rather than the wettability of the electrode layer, the increase in the reaction starting point in the electrode layer and the promotion of oxygen around the reaction starting point are important factors for improving battery performance. It was. In particular, when a conventional conditioning method is used in a lithium-air secondary battery, the size of a product during discharge (hereinafter referred to as a discharge product) increases, so that the discharge product is not decomposed during charging. We faced the problem that the nucleation growth mode is larger than the nucleation and the Coulomb efficiency (charge capacity / discharge capacity) becomes very low. In particular, when the discharge product, which is an insulator, covers the electrode surface, a path for electron conduction and oxygen / lithium ion diffusion cannot be formed at all, and the charge / discharge cycle cannot be repeated thereafter.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、クーロン効率の高い空気電池を得るための、空気電池のコンディショニング方法及び空気電池の製造方法を提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of the above, and makes it a subject to provide the conditioning method of an air battery and the manufacturing method of an air battery in order to obtain an air battery with high coulomb efficiency.

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成をとる。すなわち、
第1の本発明は、通常使用時における充放電レートと比較して高レートで、空気電池の充放電を行う、空気電池のコンディショニング方法である。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is,
1st this invention is the conditioning method of an air battery which charges / discharges an air battery at a high rate compared with the charge / discharge rate at the time of normal use.

第1の本発明及び以下に示す本発明において、「通常使用時」とは、所定の用途に適するように予め設定されたレートで、空気電池の充放電を行う場合をいう。所定の用途としては、車載用電源等の大型電源から、携帯電話用電源等の小型電源まで、特に限定されるものではない。「レート」或いは「充放電レート」とは、具体的には、充放電時の電流密度(mA/cm)が例示される。「通常使用時と比較して高レートで、空気電池の充放電を行う」とは、所定の用途に適するように予め設定された使用時の充放電レートよりも相対的に高い充放電レートにて、空気電池の充放電を行うことをいう。 In the first aspect of the present invention and the present invention described below, “in normal use” refers to a case where the air battery is charged / discharged at a rate set in advance so as to be suitable for a predetermined application. The predetermined application is not particularly limited from a large power source such as an in-vehicle power source to a small power source such as a mobile phone power source. Specific examples of the “rate” or “charge / discharge rate” include current density (mA / cm 2 ) during charge / discharge. “Charging and discharging air batteries at a higher rate than in normal use” means that the charge / discharge rate is relatively higher than the charge / discharge rate set in advance to be suitable for a given application. This means that the air battery is charged and discharged.

第1の本発明において、通常使用時における空気電池の容量が所定値以下となった場合に、通常使用時における充放電レートと比較して高レートで、空気電池の充放電を行い、電池のコンディショニングが行われることが好ましい。このようにすることで、空気電池の容量が低下した場合であっても、コンディショニングにより容量を回復させることができる。   In the first aspect of the present invention, when the capacity of the air battery during normal use is below a predetermined value, the air battery is charged and discharged at a higher rate than the charge / discharge rate during normal use. Conditioning is preferably performed. By doing in this way, even if it is a case where the capacity | capacitance of an air battery falls, a capacity | capacitance can be recovered by conditioning.

第1の本発明において、空気電池の温度を通常使用時よりも高い温度に保持しながら、空気電池の充放電を行い、電池のコンディショニングが行われることが好ましい。このようにすることで、電極層における電解液の浸透を促進させ、反応場を増大させることができ、電池性能を向上させることができる。   In the first aspect of the present invention, it is preferable that the air battery is charged and discharged and the battery is conditioned while maintaining the temperature of the air battery at a temperature higher than that during normal use. By doing in this way, penetration of the electrolyte solution in an electrode layer can be promoted, a reaction field can be increased, and battery performance can be improved.

第2の本発明は、空気極、電解質及び負極を有する発電部を作製する、発電部作製工程と、通常使用時における充放電レートと比較して高レートで、発電部の充放電を行う、コンディショニング工程とを有する、空気電池の製造方法である。   The second aspect of the present invention is to produce a power generation unit having an air electrode, an electrolyte, and a negative electrode, and to charge and discharge the power generation unit at a higher rate than the power generation unit production process and the charge / discharge rate during normal use. It is a manufacturing method of an air battery which has a conditioning process.

第2の本発明に係るコンディショニング工程において、発電部の温度を通常使用時よりも高い温度に保持しながら、発電部の充放電を行うことが好ましい。このようにすることで、電極層における電解液の浸透を促進させ、反応場を増大させることができ、より性能に優れた空気電池を製造することができる。   In the conditioning process according to the second aspect of the present invention, it is preferable to charge and discharge the power generation unit while maintaining the temperature of the power generation unit at a higher temperature than that during normal use. By doing in this way, the penetration of the electrolyte solution in the electrode layer can be promoted, the reaction field can be increased, and an air battery with better performance can be manufactured.

第1の本発明によれば、電池のコンディショニングの際、通常使用時と比較して高レートで空気電池の充放電が行われる。高レートで放電を行う場合、寸法の小さな放電生成物が均一に析出するが、当該放電生成物は電子伝導や酸素・リチウムイオン拡散のためのパスを塞ぐことがなく、電極層への電解液浸透を促進させることができ、電池反応場を増大させることができる。また高レートで充電を行う場合、高レート放電によって生成した微小放電生成物を効率よく分解できるため、残存放電生成物が少なくすることができる。また、放電生成物の分解反応(例えば、Li→2Li+O↑+2e)に伴い、電極層の内部まで、酸素供給を促進させることができ、電池反応に係る有効表面積を増大させることができる。このように、第1の本発明によれば、反応場を増大させるとともに、酸素供給を促進させることができ、クーロン効率に優れる電池とすることが可能な空気電池のコンディショニング方法を提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, during battery conditioning, the air battery is charged and discharged at a higher rate than during normal use. When discharging at a high rate, discharge products with small dimensions are uniformly deposited, but the discharge products do not block the path for electron conduction and oxygen / lithium ion diffusion, and the electrolyte solution to the electrode layer Penetration can be promoted and the cell reaction field can be increased. In addition, when charging at a high rate, the minute discharge products generated by the high rate discharge can be efficiently decomposed, so that the remaining discharge products can be reduced. Further, along with the decomposition reaction of the discharge product (for example, Li 2 O 2 → 2Li + + O 2 ↑ + 2e ), oxygen supply can be promoted to the inside of the electrode layer, and the effective surface area related to the battery reaction is increased. Can be made. Thus, according to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a conditioning method for an air battery that can increase the reaction field, promote oxygen supply, and provide a battery having excellent coulomb efficiency. it can.

第2の本発明によれば、第1の本発明に係るコンディショニング方法により発電部のコンディショニングを行った後、空気電池が製造される。従って、反応場が増大され、酸素供給が促進されているとともに、クーロン効率に優れる空気電池を製造することができる。   According to the second aspect of the present invention, the air battery is manufactured after conditioning the power generation unit by the conditioning method according to the first aspect of the present invention. Therefore, the reaction field is increased, oxygen supply is promoted, and an air battery excellent in coulomb efficiency can be manufactured.

一実施形態に係る本発明の空気電池のコンディショニング方法を説明するためのフローチャートである。3 is a flowchart for explaining a method of conditioning an air battery according to an embodiment of the present invention. 一実施形態に係る本発明の空気電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the air battery of this invention which concerns on one Embodiment. 本発明を適用可能な空気電池の一形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one form of the air battery which can apply this invention. 従来の方法により空気電池のコンディショニングを行った場合における、電池特性を示す図である。It is a figure which shows a battery characteristic in the case of conditioning an air battery by the conventional method. 参考例に係る方法により空気電池のコンディショニングを行った場合における電池特性を示す図である。It is a figure which shows the battery characteristic at the time of conditioning an air battery by the method which concerns on a reference example. 実施例に係る方法により空気電池のコンディショニングを行った場合における電池特性を示す図である。It is a figure which shows the battery characteristic at the time of conditioning an air battery by the method which concerns on an Example.

以下本発明を、リチウム空気電池に適用した場合を中心に説明する。ただし、本発明は、この形態に限定されるものではなく、その他空気電池に適用することができる。   Hereinafter, the case where the present invention is applied to a lithium-air battery will be mainly described. However, the present invention is not limited to this form, and can be applied to other air batteries.

1.空気電池のコンディショニング方法
図1は、一実施形態に係る本発明の空気電池のコンディショニング方法S10(以下、単に「方法S10」という。)を説明するためのフローチャートである。図1に示されるように、方法S10は、通常使用時において所定のレートにて充放電を行う工程S1、電池容量を確認し、電池容量が所定値より大きいか否かを確認する工程S2、工程S2において否定判断(電池容量が所定値以下)がなされた場合に、上記通常使用時における充放電レートよりも高レートにて充放電を行う工程S3、及び、工程S2において肯定判断(電池容量が所定値よりも大きい)がなされた場合に、上記通常使用時における所定レートにて充放電を継続する工程S4を備えている。以下、各工程につき説明する。
1. Air Battery Conditioning Method FIG. 1 is a flowchart for explaining an air battery conditioning method S10 (hereinafter simply referred to as “method S10”) according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the method S10 includes a step S1 of charging and discharging at a predetermined rate during normal use, a step S2 of checking the battery capacity and checking whether the battery capacity is greater than a predetermined value, When a negative determination (battery capacity is equal to or less than a predetermined value) is made in step S2, step S3 performs charging / discharging at a higher rate than the charge / discharge rate during normal use, and an affirmative determination (battery capacity) Step S4 for continuing charging / discharging at a predetermined rate during normal use. Hereinafter, each process will be described.

(工程S1)
工程S1は、予め設定された通常使用時におけるレートにて充放電を行うことで、空気電池を所定用途において作動させる工程である。通常使用時における充放電レートについては、特に限定されるものではなく、電池の用途や電池の接続形態等によって適宜選択すればよい。
(Process S1)
Step S1 is a step of operating the air battery in a predetermined application by charging and discharging at a preset rate for normal use. The charge / discharge rate during normal use is not particularly limited, and may be appropriately selected depending on the use of the battery, the connection form of the battery, and the like.

(工程S2)
工程S2は、空気電池の容量(例えば、放電容量)を確認し、容量が所定値よりも大きいか否かを判断する工程である。空気電池の容量の確認は、空気電池に電気的に接続された公知の手段により確認することができる。例えば、公知の充放電試験を行うことによって確認することができる。容量については、空気電池の初期状態(例えば、出荷当時)の容量を100%とした場合、50〜80%程度の任意の容量を上記所定値として設定することができる。
(Process S2)
Step S2 is a step of confirming the capacity (for example, discharge capacity) of the air battery and determining whether or not the capacity is larger than a predetermined value. The capacity of the air battery can be confirmed by a known means electrically connected to the air battery. For example, it can be confirmed by performing a known charge / discharge test. Regarding the capacity, when the capacity of the air battery in the initial state (for example, at the time of shipment) is 100%, an arbitrary capacity of about 50 to 80% can be set as the predetermined value.

(工程S3)
工程S3は、工程S2において否定判断(電池容量が所定値以下)がなされた場合に、工程S1に係る充放電レートよりも高いレートで充放電を行う工程である。工程S3により、空気電池の容量が所定値よりも大となるように、電池のコンディショニングが行われる。工程S3に係る充放電レートとしては、例えば、工程S1に係る充放電レートに対して2〜5倍程度の高レートとすることができる。工程S3においては、例えば充放電サイクルを2〜50回繰り返すように制御される。或いは、充放電サイクルを予め設定した所定時間繰り返すことでもよい。工程S3において、通常使用時よりも高レートにて充放電が行われることで、空気電池内では、寸法の小さな放電生成物が均一に析出するが、当該放電生成物は電子伝導や酸素・リチウムイオン拡散のためのパスを塞ぐことがない。そして、空気電池において、電極層への電解液浸透を促進させることができ、電池反応場を増大させることができる。また通常使用時よりも高レートで充電を行う場合、高レート放電によって生成した微小放電生成物を効率よく分解できるため、残存放電生成物が少なくすることができる。さらに、放電生成物の分解反応(例えば、Li→2Li+O↑+2e)に伴い、電極層の内部まで、酸素供給を促進させることができ、電池反応に係る有効表面積を増大させることができる。工程S3によれば、このように空気電池のコンディショニングが行われ、電池容量を所定値よりも大となるように、空気電池性能を改善することができる。
(Process S3)
Step S3 is a step of performing charge / discharge at a rate higher than the charge / discharge rate according to step S1 when a negative determination (battery capacity is equal to or less than a predetermined value) is made in step S2. In step S3, the battery is conditioned so that the capacity of the air battery becomes larger than a predetermined value. As a charging / discharging rate which concerns on process S3, it can be set as a high rate about 2 to 5 times with respect to the charging / discharging rate which concerns on process S1, for example. In process S3, it controls so that a charge / discharge cycle may be repeated 2-50 times, for example. Alternatively, the charge / discharge cycle may be repeated for a predetermined time. In step S3, charge and discharge are performed at a higher rate than in normal use, so that discharge products with small dimensions are uniformly deposited in the air battery. Does not block the path for ion diffusion. And in an air battery, electrolyte solution osmosis | permeation to an electrode layer can be accelerated | stimulated and a battery reaction field can be increased. In addition, when charging at a higher rate than during normal use, the minute discharge products generated by the high rate discharge can be efficiently decomposed, so that the remaining discharge products can be reduced. Further, along with the decomposition reaction of the discharge product (for example, Li 2 O 2 → 2Li + + O 2 ↑ + 2e ), oxygen supply can be promoted to the inside of the electrode layer, and the effective surface area related to the battery reaction is increased. Can be made. According to step S3, the air battery is conditioned in this way, and the air battery performance can be improved so that the battery capacity becomes larger than a predetermined value.

空気電池の電解液に粘性の高い溶媒を用いる場合、電極(特に、多孔性の空気極)の濡れ性が悪く、充放電反応場が十分に形成されないため、十分に大きな充放電容量を得ることができない場合がある。そこで、工程S3においては、空気電池の温度を通常使用時よりも高い温度に保持しながら、高レート充放電が行われることが好ましい。このようにすることで、電解液の粘度を低下させることができ、電極への液周りを向上させることができる。具体的には、空気電池としてリチウム空気電池を用いる場合、45〜100℃程度の温度に保持しながら、工程S3を行うことが好ましい。   When a highly viscous solvent is used for the electrolyte of the air battery, the electrode (particularly the porous air electrode) has poor wettability, and the charge / discharge reaction field is not sufficiently formed. May not be possible. Therefore, in step S3, it is preferable that high rate charge / discharge be performed while maintaining the temperature of the air battery at a higher temperature than during normal use. By doing in this way, the viscosity of electrolyte solution can be reduced and the circumference | surroundings of the liquid to an electrode can be improved. Specifically, when a lithium air battery is used as the air battery, it is preferable to perform step S3 while maintaining the temperature at about 45 to 100 ° C.

(工程S4)
一方、工程S2において肯定判断(電池容量が所定値より大きい)がなされた場合、空気電池は、通常使用時において必要十分な容量を維持していることとなる。従って、空気電池のコンディショニングを行う必要はなく、通常使用時におけるレートにてそのまま充放電を行えばよい。
(Process S4)
On the other hand, if an affirmative determination (the battery capacity is greater than the predetermined value) is made in step S2, the air battery maintains a necessary and sufficient capacity during normal use. Therefore, it is not necessary to condition the air battery, and charging / discharging may be performed as it is at a rate during normal use.

このように方法S10は、工程S1〜S4(特に工程S3)を有している。工程S1〜S4を経ることで、空気電池の電池容量が適切に維持・改善され、通常使用時において常に充分な電池性能を得ることができる。特に、工程S3により、空気電池のコンディショニングが適切に行われるので、方法S10によれば、反応場を増大させるとともに、酸素供給を促進させることができ、クーロン効率に優れる電池とすることが可能な空気電池のコンディショニング方法とすることができる。   Thus, method S10 has process S1-S4 (especially process S3). Through the steps S1 to S4, the battery capacity of the air battery is appropriately maintained and improved, and sufficient battery performance can be always obtained during normal use. In particular, since the air battery is appropriately conditioned by the step S3, according to the method S10, the reaction field can be increased, the oxygen supply can be promoted, and a battery having excellent coulomb efficiency can be obtained. It can be set as the conditioning method of an air battery.

尚、上記方法S10では、空気電池の容量につき所定値より大きいか否かを判断する工程S2の後、工程S3を行うものとして説明したが、本発明において工程S2は必須ではない。本発明に係るコンディショニング方法は、通常使用時における充放電レートよりも高レートで充放電が行われる形態であればよく、例えば、工程S1により通常使用がなされ、且つ、所定の時間、期間毎に工程S3による高レート充放電に切り替えられるような形態であってもよい。   In the method S10 described above, the step S3 is performed after the step S2 for determining whether the capacity of the air battery is larger than a predetermined value. However, the step S2 is not essential in the present invention. The conditioning method according to the present invention may be in a form in which charging / discharging is performed at a higher rate than the charging / discharging rate during normal use. For example, the conditioning method is normally used in step S1, and every predetermined time and period. The form which can be switched to the high rate charging / discharging by process S3 may be sufficient.

2.空気電池の製造方法
上記方法S10においては、空気電池の通常使用時に適用されるものとして、本発明に係るコンディショニング方法を説明した。しかしながら、本発明に係る空気電池のコンディショニング方法は、電池製造時におけるコンディショニング方法としても適用可能である。図2は、本発明に係る空気電池の製造方法S20(以下、単に「製造方法S20」という。)を説明するためのフローチャートである。図2に示されるように、製造方法S20は、少なくとも、発電部を作製する工程S11と、当該発電部について通常使用時の充放電レート(電池製造後、所定の用途に供されるものとして予め設定された充放電レート)よりも高レートで充放電を行うことによりコンディショニングを行う工程S12と、を備えている。
2. Air Battery Manufacturing Method In the method S10 described above, the conditioning method according to the present invention has been described as being applied during normal use of an air battery. However, the air battery conditioning method according to the present invention is also applicable as a conditioning method during battery manufacture. FIG. 2 is a flowchart for explaining an air battery manufacturing method S20 (hereinafter simply referred to as “manufacturing method S20”) according to the present invention. As shown in FIG. 2, the manufacturing method S20 includes at least a step S11 for producing a power generation unit, and a charge / discharge rate during normal use of the power generation unit (assumed to be used for a predetermined application after battery manufacture). And step S12 of performing conditioning by charging / discharging at a higher rate than the set charging / discharging rate).

(工程S11)
工程S11は、空気電池の充放電を行う発電部を作製する工程である。発電部は空気電池の発電部として機能し得る形態であれば特に限定されるものではない。例えば、空気極及び空気極に接する酸素層と、負極と、空気極及び負極との間に設けられる電解質を含む層とを有し、任意に集電体等をさらに有する発電部とすることができる。発電部は、筐体に収納され、後述する工程S12を行った後、空気電池とされる。
(Process S11)
Step S11 is a step of producing a power generation unit that charges and discharges the air battery. A power generation part will not be specifically limited if it is a form which can function as a power generation part of an air battery. For example, an air electrode and an oxygen layer in contact with the air electrode, a negative electrode, and a layer containing an electrolyte provided between the air electrode and the negative electrode, and optionally a power generation unit further including a current collector or the like. it can. The power generation unit is housed in the housing, and is an air battery after performing step S12 described below.

(工程S12)
工程S12は、工程S11にて作製された発電部に対して、通常使用時の充放電レートよりも高いレートで充放電を行う工程である。工程S12により、発電部のコンディショニングが行われる。工程S12に係る充放電レートとしては、空気電池製造後、所定の用途に供するものとして予め設定された充放電レートに対して2〜5倍程度の高レートにて充放電を行う。工程S12においては、例えば充放電サイクルを2〜50回繰り返すように制御される。或いは、充放電サイクルを予め設定した所定時間繰り返すことでもよい。工程S12において、製造後に想定された通常使用時の充放電レートよりも高レートにて充放電が行われることで、発電部には、寸法の小さな放電生成物が均一に析出するが、当該放電生成物は電子伝導や酸素・リチウムイオン拡散のためのパスを塞ぐことがない。そして、発電部において、電極層(空気極、負極)への電解液浸透を促進させることができ、電池反応場を増大させることができる。また通常使用時よりも高レートで充電を行う場合、高レート放電によって生成した微小放電生成物を効率よく分解できるため、残存放電生成物が少なくすることができる。さらに、放電生成物の分解反応(例えば、Li→2Li+O↑+2e)に伴い、電極層の内部まで、酸素供給を促進させることができ、電池反応に係る有効表面積を増大させることができる。このように、電池製造時、工程S12を経ることにより、発電部のコンディショニングが適切に行われ、コンディショニングを行わない場合と比較して、電池性能が増大された空気電池を製造することができる。また、電解液に粘性の高い溶媒を用いる場合、電極(特に、多孔性の空気極)の濡れ性が悪く、充放電反応場が十分に形成されないため、十分に大きな充放電容量を得ることができない場合がある。そこで、工程S12においては、発電部の温度を通常使用時よりも高い温度に保持しながら、高レート充放電が行われることが好ましい。このようにすることで、電解液の粘度を低下させることができ、電極への液周りを向上させることができ、さらに高性能な空気電池を製造することができる。具体的には、リチウム空気電池を製造する場合、45〜100℃程度の温度に保持しながら、工程S12を行うことが好ましい。
(Process S12)
Step S12 is a step of charging / discharging the power generation unit produced in step S11 at a higher rate than the charge / discharge rate during normal use. In step S12, the power generation unit is conditioned. As the charge / discharge rate according to step S12, after the air battery is manufactured, charge / discharge is performed at a high rate of about 2 to 5 times the charge / discharge rate set in advance for use in a predetermined application. In step S12, for example, the charge / discharge cycle is controlled to be repeated 2 to 50 times. Alternatively, the charge / discharge cycle may be repeated for a predetermined time. In step S12, by performing charge / discharge at a rate higher than the charge / discharge rate during normal use assumed after manufacture, a small-sized discharge product is uniformly deposited on the power generation unit. The product does not block the path for electron conduction and oxygen / lithium ion diffusion. And in an electric power generation part, electrolyte solution osmosis | permeation to an electrode layer (air electrode, negative electrode) can be accelerated | stimulated, and a battery reaction field can be increased. In addition, when charging at a higher rate than during normal use, the minute discharge products generated by the high rate discharge can be efficiently decomposed, so that the remaining discharge products can be reduced. Further, along with the decomposition reaction of the discharge product (for example, Li 2 O 2 → 2Li + + O 2 ↑ + 2e ), oxygen supply can be promoted to the inside of the electrode layer, and the effective surface area related to the battery reaction is increased. Can be made. As described above, when the battery is manufactured, the air battery with the battery performance increased can be manufactured by performing the process S12 appropriately as compared with the case where the conditioning of the power generation unit is appropriately performed and the conditioning is not performed. In addition, when a highly viscous solvent is used for the electrolyte, the electrode (particularly the porous air electrode) has poor wettability, and the charge / discharge reaction field is not sufficiently formed, so that a sufficiently large charge / discharge capacity can be obtained. There are cases where it is impossible. Therefore, in step S12, it is preferable that high rate charge / discharge be performed while maintaining the temperature of the power generation unit at a higher temperature than during normal use. By doing in this way, the viscosity of electrolyte solution can be reduced, the circumference | surroundings of the liquid to an electrode can be improved, and a more efficient air battery can be manufactured. Specifically, when producing a lithium air battery, it is preferable to perform process S12, hold | maintaining at the temperature of about 45-100 degreeC.

このように製造方法S20は、工程S11により発電部を作製し、工程S12により発電部のコンディショニングが適切に行われた後、空気電池が製造される。工程S11、S12を経ることで、反応場を増大させるとともに、酸素供給を促進させることができ、クーロン効率に優れる空気電池を製造することができる。   Thus, manufacturing method S20 produces an electric power generation part by process S11, and after the conditioning of an electric power generation part is appropriately performed by process S12, an air battery is manufactured. By passing through steps S11 and S12, the reaction field can be increased, oxygen supply can be promoted, and an air battery excellent in coulomb efficiency can be manufactured.

本発明に係る空気電池のコンディショニング方法(方法S10)、或いは、空気電池の製造方法(製造方法S20)は、公知の空気電池、或いは、公知の空気電池製造プロセスに適用することができる。例えば、図3に示されるような、空気極11及び酸素層12と、負極13と、空気極11及び負極13の間に設けられた電解質を含む層14(電解質層14)と、を有する発電部15が、筐体16に収容されてなる空気電池10に対して、方法S10を適用することができ、或いは、空気電池10の製造時に製造方法S20を適用することができる。空気電池10の詳細については、例えば下記の通りである。ただし、本発明に適用できる空気電池は、図示の形態に限定されず、筐体内に発電部が複数収容されてなる形態や、発電部が捲回されてなる形態、複数の空気電池がスタックされた形態等、種々の形態が考えられる。   The air battery conditioning method (method S10) or the air battery manufacturing method (manufacturing method S20) according to the present invention can be applied to a known air battery or a known air battery manufacturing process. For example, as shown in FIG. 3, power generation having an air electrode 11 and an oxygen layer 12, a negative electrode 13, and a layer 14 (electrolyte layer 14) containing an electrolyte provided between the air electrode 11 and the negative electrode 13. The method S10 can be applied to the air battery 10 in which the unit 15 is accommodated in the housing 16, or the manufacturing method S20 can be applied when the air battery 10 is manufactured. The details of the air battery 10 are as follows, for example. However, the air battery that can be applied to the present invention is not limited to the illustrated form, and a form in which a plurality of power generation units are accommodated in a housing, a form in which a power generation unit is wound, or a plurality of air cells are stacked. Various forms are possible, such as different forms.

(空気極11)
空気極11は、導電性材料、触媒、及び、これらを結着させる結着材を含有している。
(Air electrode 11)
The air electrode 11 contains a conductive material, a catalyst, and a binder for binding them.

空気極11に含有される導電性材料は、空気電池100の使用時における環境に耐えることができ、且つ、導電性を有するものであれば、特に限定されるものではない。空気極11に含有される導電性材料としては、カーボンブラック、ケッチェンブラックやメソポーラスカーボン等の炭素材料等を例示することができる。また、反応場の減少及び電池容量の低下を抑制する等の観点から、空気極11における導電性材料の含有量は、10質量%以上とすることが好ましい。また、充分な触媒機能を発揮し得る形態にする等の観点から、空気極11における導電性材料の含有量は、99質量%以下とすることが好ましい。   The conductive material contained in the air electrode 11 is not particularly limited as long as it can withstand the environment when the air battery 100 is used and has conductivity. Examples of the conductive material contained in the air electrode 11 include carbon materials such as carbon black, ketjen black, and mesoporous carbon. Further, from the viewpoint of suppressing a decrease in reaction field and a decrease in battery capacity, the content of the conductive material in the air electrode 11 is preferably set to 10% by mass or more. Further, from the viewpoint of making the form capable of exhibiting a sufficient catalytic function, the content of the conductive material in the air electrode 11 is preferably 99% by mass or less.

空気極11に含有される触媒としては、コバルトフタロシアニン及び二酸化マンガン等を例示することができる。充分な触媒機能を発揮し得る形態にする等の観点から、空気極11における触媒の含有量は、1質量%以上とすることが好ましい。また、反応場の減少及び電池容量の低下を抑制する等の観点から、空気極11における触媒の含有量は、90質量%以下とすることが好ましい。   Examples of the catalyst contained in the air electrode 11 include cobalt phthalocyanine and manganese dioxide. From the viewpoint of providing a form capable of exhibiting a sufficient catalytic function, the content of the catalyst in the air electrode 11 is preferably 1% by mass or more. Further, from the viewpoint of suppressing a decrease in reaction field and a decrease in battery capacity, the content of the catalyst in the air electrode 11 is preferably 90% by mass or less.

空気極11に含有される結着材としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)及びポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等を例示することができる。空気極11における結着材の含有量は、特に限定されるものではないが、例えば10質量%以下とすることが好ましく、1質量%以上5質量%以下とすることがより好ましい。   Examples of the binder contained in the air electrode 11 include polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE). The content of the binder in the air electrode 11 is not particularly limited, but is preferably 10% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 5% by mass or less.

空気極11は、例えば、カーボンブラック、触媒、及び、結着材からなる塗料を、後述する空気極集電体の表面に、ドクターブレード法にて塗布することにより作製することができる。このほか、カーボンブラック及び触媒を含む混合粉末を熱圧着することにより作製することもできる。   The air electrode 11 can be produced, for example, by applying a paint made of carbon black, a catalyst, and a binder to the surface of an air electrode current collector described later by a doctor blade method. In addition, it can also be produced by hot pressing a mixed powder containing carbon black and a catalyst.

(酸素層12)
酸素層12は、筐体16内に存在する酸素ガスを、空気極11へと導く機能を担う。酸素層12は、空気極11へと導かれる空気の通り道であり、例えば、空気極11の内部又は外面に当接して、空気極11の集電を行う集電体に備えられる孔が、酸素層12として機能する。すなわち、酸素層12は、空気極集電体12と表現することもできる。
(Oxygen layer 12)
The oxygen layer 12 has a function of guiding oxygen gas present in the housing 16 to the air electrode 11. The oxygen layer 12 is a passage of air led to the air electrode 11. For example, a hole provided in a current collector that collects the air electrode 11 in contact with the inside or the outer surface of the air electrode 11 has oxygen Functions as layer 12. That is, the oxygen layer 12 can also be expressed as the air electrode current collector 12.

空気電池10において、空気極集電体は空気極11の集電を行う機能を担う。空気電池10において、空気極集電体の材料は、導電性を有する材料であれば特に限定されるものではない。空気極集電体の材料としては、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、鉄、チタン、及び、カーボン等を例示することができる。このような空気極集電体の形状としては、例えばメッシュ(グリッド)状等を例示することができる。   In the air battery 10, the air electrode current collector has a function of collecting the air electrode 11. In the air battery 10, the material of the air electrode current collector is not particularly limited as long as it is a conductive material. Examples of the material for the air electrode current collector include stainless steel, nickel, aluminum, iron, titanium, and carbon. Examples of the shape of such an air electrode current collector include a mesh (grid) shape.

(負極13)
負極13は、負極活物質として機能する金属を含有している。また、負極13には、負極13の内部又は外面に当接して、負極13の集電を行う負極集電体(不図示)が任意に設けられる。
(Negative electrode 13)
The negative electrode 13 contains a metal that functions as a negative electrode active material. The negative electrode 13 is optionally provided with a negative electrode current collector (not shown) that contacts the inside or the outer surface of the negative electrode 13 and collects the negative electrode 13.

負極13に含有され得る金属としては、Li、Na、K、Al、Mg、Ca、Zn、Fe等や、これらの合金等を例示することができる。高容量化を図りやすい空気電池10を提供する等の観点からは、Liが含有されることが好ましい。   Examples of the metal that can be contained in the negative electrode 13 include Li, Na, K, Al, Mg, Ca, Zn, and Fe, and alloys thereof. From the viewpoint of providing the air battery 10 that can easily increase the capacity, it is preferable that Li is contained.

負極13は少なくとも負極活物質を含有していれば良く、さらに、導電性を向上させる導電性材料や上記金属等を固定化させる結着材を含有していても良い。反応場の減少及び電池容量の低下を抑制する等の観点から、負極13における導電性材料の含有量は10質量%以下とすることが好ましい。また、負極13における結着材の含有量は、特に限定されるものではないが、例えば10質量%以下とすることが好ましく、1質量%以上5質量%以下とすることがより好ましい。負極13に含有され得る導電性材料及び結着材の種類、使用量等は、空気極11の場合と同様にすることができる。   The negative electrode 13 only needs to contain at least a negative electrode active material, and may further contain a conductive material that improves conductivity, or a binder that fixes the metal or the like. From the viewpoint of suppressing a decrease in reaction field and a decrease in battery capacity, the content of the conductive material in the negative electrode 13 is preferably 10% by mass or less. Further, the content of the binder in the negative electrode 13 is not particularly limited, but is preferably, for example, 10% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 5% by mass or less. The type and amount of the conductive material and binder that can be contained in the negative electrode 13 can be the same as in the case of the air electrode 11.

空気電池10では、負極13の内部又は外面に当接して、負極集電体(不図示)が設けられていてもよい。負極集電体は、負極13の集電を行う機能を担う。空気電池10において、負極集電体の材料は、導電性を有する材料であれば特に限定されるものではない。負極集電体の材料としては、銅、ステンレス鋼、及び、ニッケル等を例示することができる。また、負極集電体の形状としては、箔状、板状、及び、メッシュ(グリッド)状等を例示することができる。空気電池10において、負極13は、例えば空気極11と同様の方法により作製することができる。   In the air battery 10, a negative electrode current collector (not shown) may be provided in contact with the inside or the outer surface of the negative electrode 13. The negative electrode current collector has a function of collecting the negative electrode 13. In the air battery 10, the material for the negative electrode current collector is not particularly limited as long as it is a conductive material. Examples of the material for the negative electrode current collector include copper, stainless steel, and nickel. Examples of the shape of the negative electrode current collector include a foil shape, a plate shape, and a mesh (grid) shape. In the air battery 10, the negative electrode 13 can be produced by the same method as that for the air electrode 11, for example.

(電解質層14)
電解質層14は、空気極11及び負極13の間でイオンの伝導を担う電解質を有してなる層である。電解質としては、液系・固体系の電解質を特に限定されることなく用いることができる。
(Electrolyte layer 14)
The electrolyte layer 14 is a layer having an electrolyte that conducts ions between the air electrode 11 and the negative electrode 13. As the electrolyte, a liquid or solid electrolyte can be used without any particular limitation.

電解質として電解液を用いる場合は、金属イオン伝導性を有するものであれば特に限定されるものではなく、負極に用いられる金属により水系電解液、非水系電解液が選択される。特に、非水電解液とすることが好ましい。非水電解液の種類は、伝導する金属イオンの種類に応じて、適宜選択することが好ましい。例えば、空気電池10をリチウム空気電池とする場合の非水電解液は、通常、リチウム塩及び非水溶媒を含有する。   When the electrolytic solution is used as the electrolyte, it is not particularly limited as long as it has metal ion conductivity, and an aqueous electrolytic solution or a non-aqueous electrolytic solution is selected depending on the metal used for the negative electrode. In particular, a non-aqueous electrolyte is preferable. The type of the non-aqueous electrolyte is preferably selected as appropriate according to the type of metal ion to be conducted. For example, when the air battery 10 is a lithium-air battery, the non-aqueous electrolyte usually contains a lithium salt and a non-aqueous solvent.

電解液に含有されるリチウム塩としては、LiTFSI、LiBETI等のイミド塩や、LiBF、LiPF、LiClO、LiBOB等を用いることができる。また、非水溶媒としては、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、アセトニトリル、1,2−ジメトキシメタン、1,3−ジメトキシプロパン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン及びこれらの混合物や、4級アンモニウムカチオン(鎖状、環状)、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン等のカチオンと、TFSAアニオン、BETAアニオン、FSAアニオン、BFアニオン、PFアニオン、トリフレートアニオン、ClOアニオン等のアニオンと、を有するイオン性液体や、C14、C16、C18、C20、ヘキサフルオロベンゼン、ハイドロフルオロエーテル等のフッ素溶媒を例示することができる。 As the lithium salt contained in the electrolytic solution, imide salts such as LiTFSI and LiBETI, LiBF 4 , LiPF 6 , LiClO 4 , LiBOB and the like can be used. Non-aqueous solvents include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), butylene carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane, acetonitrile, Cations such as 1,2-dimethoxymethane, 1,3-dimethoxypropane, diethyl ether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran and mixtures thereof, quaternary ammonium cations (chain, cyclic), imidazolium cations, pyridinium cations, etc. , TFSA anion, or BETA anion, FSA anion, BF 4 anion, PF 6 anion, the ionic liquids having the triflate anion, and anion such as ClO 4 anion, a, C 6 Examples of the fluorine solvent include F 14 , C 7 F 16 , C 8 F 18 , C 9 F 20 , hexafluorobenzene, and hydrofluoroether.

また、電解質として電解液を用いる場合は、セパレータやゲルポリマーに電解液が保持される形態とすることが好ましい。セパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン等の多孔膜のほか、樹脂不織布、ガラス繊維不織布等の不織布等を例示することができる。また、ゲルポリマーとしては、アクリレート系高分子化合物や、ポリエチレンオキサイド等のエーテル系高分子化合物及びこれらを含む架橋体や、ポリメタクリレート等のメタクリレート高分子化合物や、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンの共重合体等のフッ素系高分子化合物等を用いることができる。ゲルポリマーの形態は粒子状等、電解液が保持可能な形態であれば特に限定されるものではない。電解液に係る電解質層14の作製については、特に限定されるものではないが、適切に成形されたセパレータや、ゲルポリマー充填層に、上記電解液を含ませ、セパレータやゲルポリマーに電解液を保持させることにより、所定形状の電解質層14が作製される。   Moreover, when using electrolyte solution as electrolyte, it is preferable to set it as the form by which electrolyte solution is hold | maintained at a separator or a gel polymer. Examples of the separator include porous membranes such as polyethylene and polypropylene, and nonwoven fabrics such as resin nonwoven fabrics and glass fiber nonwoven fabrics. Examples of the gel polymer include acrylate polymer compounds, ether polymer compounds such as polyethylene oxide, and crosslinked polymers containing these, methacrylate polymer compounds such as polymethacrylate, polyvinylidene fluoride, and polyvinylidene fluoride. Fluorine polymer compounds such as a copolymer of styrene and hexafluoropropylene can be used. The form of the gel polymer is not particularly limited as long as it is a form that can hold the electrolytic solution, such as a particulate form. The production of the electrolyte layer 14 related to the electrolytic solution is not particularly limited, but the electrolyte solution is contained in a suitably shaped separator or gel polymer filled layer, and the electrolytic solution is added to the separator or gel polymer. By holding, the electrolyte layer 14 having a predetermined shape is produced.

電解質層14に固体電解質を用いる場合、固体電解質としては、空気電池10に使用可能な固体電解質であれば特に限定されるものではない。例えば、空気電池10をリチウム空気電池とする場合、種々のリチウム含有酸化物やその他リチウム系固体電解質等、リチウム空気電池に適用可能な固体電解質を用いることができる。具体的には、Li1.5TiSi0.42.612、Li1.5Al0.5Ge1.5(POの等のNASICON型固体電解質、LiLaZr12、LiBaLaTa12等のガーネット型固体電解質、Li0.5La0.5TiO等のペロブスカイト型固体電解質、Li3.60.4Si0.5、Li3.40.6Ge0.4等のLISICON型固体電解質、LiO−B、LiCl−LiO−B、LiO−SiO、LiSO−LiPO、LiO−Nb、LiO−Ta等のガラス型固体電解質や、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンオキサイドとエチルグリシジルエーテルとの共重合体等の固体高分子電解質等を用いることができる。固体電解質に係る電解質層14の作製方法については、特に限定されるものではないが、例えば、粉体状の固体電解質を混合し、加圧成形すること等によって作製することができる。 When a solid electrolyte is used for the electrolyte layer 14, the solid electrolyte is not particularly limited as long as it is a solid electrolyte that can be used for the air battery 10. For example, when the air battery 10 is a lithium-air battery, solid electrolytes applicable to lithium-air batteries such as various lithium-containing oxides and other lithium-based solid electrolytes can be used. Specifically, a NASICON solid electrolyte such as Li 1.5 Ti 2 Si 0.4 P 2.6 O 12 and Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 , Li 7 La Garnet type solid electrolytes such as 3 Zr 2 O 12 and Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12 , perovskite type solid electrolytes such as Li 0.5 La 0.5 TiO 3 , Li 3.6 P 0.4 Si 0.5 LISICON solid electrolytes such as O 4 , Li 3.4 V 0.6 Ge 0.4 O 4 , Li 2 O—B 2 O 3 , LiCl—Li 2 O—B 2 O 3 , Li 2 O—SiO 2 , and Li 2 SO 4 -LiPO 4, Li 2 O-Nb 2 O 5, Li 2 O-Ta 2 O glass types such as 5 solid electrolyte, polyethylene oxide, polyethylene oxide and ethyl glycidyl ether It can be used a solid polymer electrolyte such as a copolymer. The method for producing the electrolyte layer 14 relating to the solid electrolyte is not particularly limited, and for example, it can be produced by mixing a powdered solid electrolyte and performing pressure molding.

(発電部15)
空気電池10において、発電部15は、上記(酸素層12)、空気極11、電解質層14、及び負極13が、この順に積層されてなる積層体である。空気極11、電解質層14、及び負極13の積層方法については特に限定されず、空気極11と負極13との間にセパレータ又はゲルポリマーを配し、当該セパレータ又はゲルポリマーに電解液を含ませることで、空気極11と負極13との間に電解液に係る電解質層14を設ける形態や、或いは、空気極11と負極13との間に、加圧成形した固体電解質に係る電解質層14を配置する形態等を例示することができる。
(Power generation unit 15)
In the air battery 10, the power generation unit 15 is a stacked body in which the above (oxygen layer 12), the air electrode 11, the electrolyte layer 14, and the negative electrode 13 are stacked in this order. The method for laminating the air electrode 11, the electrolyte layer 14, and the negative electrode 13 is not particularly limited, and a separator or gel polymer is disposed between the air electrode 11 and the negative electrode 13, and an electrolyte solution is included in the separator or gel polymer. Thus, a mode in which an electrolyte layer 14 relating to an electrolytic solution is provided between the air electrode 11 and the negative electrode 13, or an electrolyte layer 14 relating to a pressure-molded solid electrolyte is provided between the air electrode 11 and the negative electrode 13. The form etc. to arrange | position can be illustrated.

(筐体16)
筐体16には、発電部40、酸素層12、及び酸素含有ガスが少なくとも収容される。空気電池10において、筐体16の形状は特に限定されるものではない。例えば、筐体16の一部をメッシュ状とすること、或いは、供給口を設けること等により、外部から空気等の酸素含有ガスを取り込み、空気電池10の空気極に酸素が供給される形態であってもよいし、筐体16内部にあらかじめ酸素含有ガス等を収容して密閉したうえで、空気電池10の空気極に酸素が供給される形態であってもよい。筐体16の構成材料は、空気電池の筐体に使用可能な材料を適宜用いることができる。筐体16に取り込まれる又は収容される酸素含有ガスについては、酸素が含有されているものであれば特に限定されるものではないが、空気、好ましくは乾燥空気や、圧力が1.01×10Pa、酸素濃度が99.99%の酸素ガス等を用いることができる。
(Case 16)
The housing 16 accommodates at least the power generation unit 40, the oxygen layer 12, and the oxygen-containing gas. In the air battery 10, the shape of the housing 16 is not particularly limited. For example, in a form in which oxygen is supplied to the air electrode of the air battery 10 by taking in an oxygen-containing gas such as air from the outside by forming a part of the casing 16 in a mesh shape or providing a supply port. There may be a configuration in which oxygen is supplied to the air electrode of the air battery 10 after the oxygen containing gas or the like is accommodated in the housing 16 and sealed in advance. As a constituent material of the casing 16, a material that can be used for the casing of the air battery can be appropriately used. The oxygen-containing gas taken in or accommodated in the housing 16 is not particularly limited as long as it contains oxygen, but is preferably air, preferably dry air, or a pressure of 1.01 × 10. An oxygen gas or the like having 5 Pa and an oxygen concentration of 99.99% can be used.

このような空気電池10に対して、本発明に係るコンディショニング方法を行うことができ、また、発電部15に本発明に係るコンディショニング方法を適用した後、空気電池10を製造することができる。本発明に係るコンディショニング方法を行うことにより、空気電池10の反応場を増大させるとともに、酸素供給を促進させることができ、クーロン効率に優れる電池とすることができる。また、本発明に係るコンディショニング方法により発電部のコンディショニングを行った後、空気電池10を製造することで、反応場が増大され、酸素供給が促進されているとともに、クーロン効率に優れる空気電池10を製造することができる。   The conditioning method according to the present invention can be performed on such an air battery 10, and the air battery 10 can be manufactured after applying the conditioning method according to the present invention to the power generation unit 15. By performing the conditioning method according to the present invention, the reaction field of the air battery 10 can be increased, the oxygen supply can be promoted, and a battery having excellent coulomb efficiency can be obtained. In addition, after conditioning the power generation unit by the conditioning method according to the present invention, the air cell 10 is manufactured, whereby the reaction field is increased, oxygen supply is promoted, and the air cell 10 having excellent coulomb efficiency is obtained. Can be manufactured.

以下、実施例に基づいて、本発明に係る空気電池のコンディショニング方法についてさらに詳細に説明する。   Hereinafter, based on an Example, the conditioning method of the air battery which concerns on this invention is demonstrated in detail.

(評価セル(空気電池)の作製)
ケッチェンブラック、MnO、結着剤(PTFE)を質量比で80:10:10含む層(厚み300μm)を空気極(正極)として用いた。また、空気極には、空気極集電体としてNi 50メッシュ(ニラコ社製、NI−318501)を設けた。一方、負極として、金属リチウム(極東金属、厚み200μm、φ15mm)を用いた。また、セパレータとして、ポリプロピレン製の不織布(JH1004N、厚み200μm)を用い、電解液として0.32mol/kgの支持電解質(Li/TFSIを加えたイオン液体(関東化学社製、PP13/TFSI)、1.5mm)を用いた。これらを用いて、評価セル(F型セル、北斗電工社製)を作製し、ガス置換コック付きガラスデシケーター内(デシケーター内にはモレキュラーシーブを約50ml設置)で評価を行った。
(Production of evaluation cell (air battery))
A layer (thickness: 300 μm) containing ketjen black, MnO 2 , and a binder (PTFE) in a mass ratio of 80:10:10 was used as an air electrode (positive electrode). The air electrode was provided with Ni 50 mesh (manufactured by Nilaco Corporation, NI-318501) as an air electrode current collector. On the other hand, metallic lithium (Far East Metal, thickness 200 μm, φ15 mm) was used as the negative electrode. Moreover, a nonwoven fabric made of polypropylene (JH1004N, thickness of 200 μm) is used as a separator, and a supporting electrolyte of 0.32 mol / kg as an electrolytic solution (ionic liquid with Li / TFSI added (PP13 / TFSI manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), 1 0.5 mm) was used. Using these, an evaluation cell (F-type cell, manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.) was prepared and evaluated in a glass desiccator equipped with a gas replacement cock (about 50 ml of molecular sieve was installed in the desiccator).

1.従来例
従来の二次電池に対して行われてきた低レート充放電(0.02mA/cm)により評価セルの充放電を行った。結果を図4に示す。図4に示されるように、従来の低レート充放電にあっては、評価セルの初期の放電容量は大きいが、2サイクル目以降、充放電を重ねることができなかった。これは、評価セル内で、絶縁体である放電生成物が電極表面を覆ってしまい、電子伝導や酸素・リチウムイオン拡散のためのパスが全く形成されなくなったためと考えられる。また、その後、高いレートでコンディショニングを行ったが、放電容量を回復することはできなかった。
1. Conventional Example The evaluation cell was charged / discharged by low-rate charge / discharge (0.02 mA / cm 2 ) performed on a conventional secondary battery. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 4, in the conventional low-rate charge / discharge, the initial discharge capacity of the evaluation cell is large, but the charge / discharge cannot be repeated after the second cycle. This is presumably because the discharge product, which is an insulator, covered the electrode surface in the evaluation cell, and no path for electron conduction or oxygen / lithium ion diffusion was formed. After that, conditioning was performed at a high rate, but the discharge capacity could not be recovered.

2.参考例
中レート充放電(0.04mA/cm)にて評価セルの充放電を続けた場合、及び、高レート充放電(0.1mA/cm)にて評価セルの充放電を続けた場合について、電池挙動を評価した。結果を図5に示す。図5に示されるように、単に中レート充放電、或いは、高レート充放電を続けた場合は、評価セルの充放電サイクルを重ねることができた。この場合の評価セルの放電容量は、中レート充放電で約90mAh/g−正極材、高レート充放電で約70mAh/g−正極材となった。
2. If it continued charging and discharging of the evaluation cell in Reference Example in-rate discharge (0.04mA / cm 2), and continued to charge and discharge of the evaluation cell at a high-rate discharge (0.1mA / cm 2) For the case, the battery behavior was evaluated. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 5, when the medium rate charge / discharge or the high rate charge / discharge was continued, the charge / discharge cycle of the evaluation cell could be repeated. The discharge capacity of the evaluation cell in this case was about 90 mAh / g-positive electrode material for medium rate charge / discharge and about 70 mAh / g-positive electrode material for high rate charge / discharge.

3.実施例
高レート充放電(0.1mA/cm)に係る充放電サイクルを5回重ねた後、中レート充放電(0.04mA/cm)に切り替え、続けて充放電サイクルを重ねた場合について、電池挙動を評価した。結果を図6に示す。図6に示されるように、高レート充放電時は、図5と同様、放電容量が約70mAh/g−正極材であったが、中レート充放電に切り替えると、放電容量が約180mAh/g−正極材に増大し、図5の中レート充放電の約2倍の放電容量を実現できた。すなわち、空気電池の通常使用時の充放電レートよりも、高レートにて空気電池のコンディショニングを行うことで、空気電池の放電容量を増大させ、クーロン効率に優れる電池とすることができることが分かった。また、電池使用前(製造時)に、予め高レート充放電を行い電池のコンディショニングを行っておくことで、使用時に高い放電容量を有する空気電池とすることができることが分かった。
3. Example After charging / discharging cycle related to high rate charge / discharge (0.1 mA / cm 2 ) 5 times, switching to medium rate charge / discharge (0.04 mA / cm 2 ), and subsequently repeating charge / discharge cycle The battery behavior was evaluated. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 6, at the time of high rate charge / discharge, the discharge capacity was about 70 mAh / g-positive electrode material as in FIG. 5, but when switched to medium rate charge / discharge, the discharge capacity was about 180 mAh / g. -Increased to a positive electrode material, and was able to realize a discharge capacity about twice that of the medium rate charge / discharge of FIG. In other words, it was found that by conditioning the air battery at a higher rate than the charge / discharge rate during normal use of the air battery, the discharge capacity of the air battery can be increased and a battery having excellent coulomb efficiency can be obtained. . Further, it was found that an air battery having a high discharge capacity at the time of use can be obtained by preconditioning the battery by performing high-rate charge / discharge before using the battery (during manufacture).

コンディショニング条件(レート、温度、サイクル数、コンディショニングに要する時間等)は、電池構成要素によって異なるため一義的に決定できるものではない。本実施例では、通常0.04mA/cmで充放電する電池に対し、2.5倍の0.1mA/cmで、約50時間コンディショニングをすることによって、上述の通り、容量特性を2倍に向上できた。 Conditioning conditions (rate, temperature, number of cycles, time required for conditioning, etc.) vary depending on battery components and cannot be uniquely determined. In this embodiment, with respect to the battery to be charged and discharged in the usual 0.04 mA / cm 2, at 2.5 times the 0.1 mA / cm 2, by about 50 hours conditioning, as described above, the capacitance characteristics 2 I was able to improve it twice.

以上、現時点において、最も実践的であり、且つ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う空気電池のコンディショニング方法又は空気電池の製造方法また本発明の技術範囲に包含されるものとして理解されなければならない。   Although the present invention has been described with reference to the most practical and preferred embodiments at the present time, the invention is not limited to the embodiments disclosed herein. The air battery conditioning method, the air battery manufacturing method, and the technical scope of the present invention can be changed as appropriate without departing from the spirit or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification. Must be understood as encompassed by.

本発明によれば、クーロン効率に優れる空気電池が得られ、当該空気電池は、携帯機器、電気自動車、ハイブリッド車等の電源として好適に用いることができる。   According to the present invention, an air battery excellent in coulomb efficiency is obtained, and the air battery can be suitably used as a power source for portable devices, electric vehicles, hybrid vehicles, and the like.

10 空気電池
11 空気極
12 酸素層(集電体)
13 負極
14 電解質層
15 発電部
16 筐体
10 Air battery 11 Air electrode 12 Oxygen layer (current collector)
13 Negative Electrode 14 Electrolyte Layer 15 Power Generation Unit 16 Case

Claims (3)

電解液を有する空気電池の温度を45〜100℃に保持しながら、通常使用時における充放電レートと比較して高レートで、空気電池の充放電を行う、空気電池のコンディショニング方法。 While maintaining the temperature of the air battery having an electrolytic solution 45 to 100 ° C., usually at a high rate compared to the charge and discharge rate at the time of use, charging and discharging of the air battery, method of conditioning air battery. 前記通常使用時における前記空気電池の容量が所定値以下となった場合に、前記通常使用時における充放電レートと比較して高レートで、前記空気電池の充放電を行う、請求項1に記載の空気電池のコンディショニング方法。 The charge / discharge of the air battery is performed at a higher rate than the charge / discharge rate during the normal use when the capacity of the air battery during the normal use becomes a predetermined value or less. Air battery conditioning method. 空気極、電解液を含む電解質及び負極を有する発電部を作製する、発電部作製工程と、
前記発電部の温度を45〜100℃に保持しながら、通常使用時における充放電レートと比較して高レートで、前記発電部の充放電を行う、コンディショニング工程と、
を有する、空気電池の製造方法。
A power generation unit manufacturing step of manufacturing a power generation unit having an air electrode, an electrolyte containing an electrolyte, and a negative electrode;
A conditioning process for charging and discharging the power generation unit at a higher rate compared to the charge and discharge rate during normal use while maintaining the temperature of the power generation unit at 45 to 100 ° C . ;
A method for manufacturing an air battery.
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