JP5942549B2 - 空気電池、空気電池の使用方法および電子機器 - Google Patents

空気電池、空気電池の使用方法および電子機器 Download PDF

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Description

本開示は空気電池、空気電池の使用方法および電子機器に関し、例えば、リチウム（Ｌｉ）などの金属を負極に用いた空気電池およびこの空気電池を用いる各種の電子機器に適用して好適なものである。
空気電池（金属空気電池ともいう）は、負極活物質としてエネルギー密度が高い金属を用い、正極活物質として空気中の酸素を用いることから、半電池で動作することができ、電極活物質量が半分で済む（例えば、特許文献１参照。）。このため、空気電池は、理論的に大きなエネルギー密度を得ることができる。空気電池は、負極に用いる金属の種類に依存して、起電力および容量が大きく異なる。その中でも、最も原子番号が小さい金属であるリチウムを負極に用いた空気電池は、非常に大きな容量が得られるとともに、理論起電力も３Ｖ程度と大きいことから、実用化に向けて盛んに研究が行われている（例えば、特許文献２、非特許文献１〜３参照。）。
空気電池は、一般的に、空気極（正極）、負極、電解質層、外部から酸素を取り込めるような開口部を設けた筐体などからなる。空気極は、一般的に、酸素の反応場としての、炭素材料やそれに金属触媒を加えたものなどからなる。負極は、上述のように例えばリチウムなどの金属からなる。電解質層に用いられる電解液は、有機電解液と水溶性電解液とに大別され、どちらにもメリットとデメリットがあるが、有機電解液の方が水溶性電解液に比べて、理論容量が大きいというメリットがある。また、電解質層は、一般的に、空気極と負極とのショートを防止するためのセパレータに電解液を含浸した形態で用いられている。
従来の一般的な空気電池においては、空気極の酸素取り込み面に集電用の金属メッシュが設けられ、充放電時にはこの金属メッシュに負極に対して正の電圧が印加される。
特開平５−２５８７８２号公報 特開２００９−２５２６３７号公報
Electrochemical and Solid-State Letters, 13(11)A165-A167(2010) Electrochemical and Solid-State Letters, 13(6)A69-A72(2010) Journal of Power Sources 174(2007)1177-1182
しかしながら、放電時に、空気極の酸素取り込み面に設けられた金属メッシュに、負極に対して正の電圧が印加されると、空気極のうちの酸素導入部に近い側から絶縁体の放電生成物（反応生成物）（例えば、リチウム空気電池ではＬｉ2 Ｏ2 やＬｉ2 Ｏなど）が生成する。この放電生成物により空気極表面が覆い尽くされたり、空気極中の酸素の通り道である空孔が放電生成物によって閉塞したりすることによって、空気極の内部への酸素拡散が放電初期から抑制されてしまい、放電が終了してしまう。このため、空気電池の放電容量が少なくなってしまう。この問題は空気極の厚さが大きくなるほど顕著になる。
そこで、本開示が解決しようとする課題は、放電時には、空気極の内部への酸素の拡散を長時間維持することができることにより高い放電容量を得ることができ、充電時には、空気極の内部における酸素の滞留も防止することができる空気電池およびその使用方法を提供することである。
本開示が解決しようとする他の課題は、上記のような優れた空気電池を用いた高性能の電子機器を提供することである。
上記課題および他の課題は、添付図面を参照した以下の明細書の記述より明らかとなるであろう。
上記課題を解決するために、本開示は、
少なくとも金属を含む負極と、
空気極と、
上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層と、
上記空気極の上記負極側の面に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第１の集電体と、
上記空気極の上記負極と反対側の面および上記空気極中の少なくとも一方に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第２の集電体とを有する空気電池である。
また、本開示は、
少なくとも金属を含む負極と、
空気極と、
上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層と、
上記空気極の上記負極側の面に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第１の集電体と、
上記空気極の上記負極と反対側の面および上記空気極中の少なくとも一方に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第２の集電体とを有する空気電池を使用する際に、
放電時には、上記第１の集電体および上記第２の集電体のうちの少なくとも上記第１の集電体に上記負極に対して正の電圧を印加し、
充電時には、上記第１の集電体および上記第２の集電体のうちの少なくとも上記第２の集電体に上記負極に対して正の電圧を印加するようにした空気電池の使用方法である。
また、本開示は、
少なくとも金属を含む負極と、
空気極と、
上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層と、
上記空気極の上記負極側の面に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第１の集電体と、
上記空気極の上記負極と反対側の面および上記空気極中の少なくとも一方に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第２の集電体とを有する空気電池を有する電子機器である。
本開示においては、一般的には、第２の集電体は酸素が透過可能に構成され、具体的には、例えば酸素が通ることができる開口部を有する。第１の集電体および第２の集電体は、典型的には、金属メッシュ（網目構造の金属）からなる。負極は、金属電極または少なくとも一種類の金属を主成分とする電極からなる。負極は、例えば、Ｌｉ（リチウム）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、亜鉛（Ｚｎ）、Ａｌ（アルミニウム）からなる群より選ばれた少なくとも一種類の金属を含むが、これに限定されるものではない。
また、本開示は、
空気電池と、
上記空気電池に関する制御を行う制御手段と、
上記空気電池を内包する外装とを有し、
上記空気電池が、
少なくとも金属を含む負極と、
空気極と、
上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層と、
上記空気極の上記負極側の面に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第１の集電体と、
上記空気極の上記負極と反対側の面および上記空気極中の少なくとも一方に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第２の集電体とを有する電池パックである。
この電池パックにおいて、制御手段は、例えば、空気電池に関する充放電、過放電または過充電の制御を行う。
また、本開示は、
空気電池と、
上記空気電池に関する制御を行う制御手段と、
上記空気電池を内包する外装とを有し、
上記空気電池が、
少なくとも金属を含む負極と、
空気極と、
上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層と、
上記空気極の上記負極側の面に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第１の集電体と、
上記空気極の上記負極と反対側の面および上記空気極中の少なくとも一方に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第２の集電体とを有する空気電池から電力の供給を受ける電子機器である。
電子機器は、基本的にはどのようなものであってもよく、携帯型のものと据え置き型のものとの双方を含むが、具体例を挙げると、携帯電話、モバイル機器、ロボット、パーソナルコンピュータ、車載機器、各種家庭電気製品などである。
また、本開示は、
空気電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
上記空気電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置とを有し、
上記空気電池が、
少なくとも金属を含む負極と、
空気極と、
上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層と、
上記空気極の上記負極側の面に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第１の集電体と、
上記空気極の上記負極と反対側の面および上記空気極中の少なくとも一方に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第２の集電体とを有する電動車両である。
この電動車両において、変換装置は、典型的には、空気電池から電力の供給を受けてモータを回転させ、駆動力を発生させる。このモータは、回生エネルギーを利用することもできる。また、制御装置は、例えば、空気電池の電池残量に基づいて車両制御に関する情報処理を行う。この電動車両は、例えば、電気自動車、電動バイク、電動自転車、鉄道車両などのほか、いわゆるハイブリッド車も含む。
また、本開示は、
空気電池から電力の供給を受け、および／または、電力源から空気電池に電力を供給するように構成され、
上記空気電池が、
少なくとも金属を含む負極と、
空気極と、
上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層と、
上記空気極の上記負極側の面に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第１の集電体と、
上記空気極の上記負極と反対側の面および上記空気極中の少なくとも一方に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第２の集電体とを有する電力システムである。
この電力システムは、およそ電力を使用するものである限り、どのようなものであってもよく、単なる電力装置も含む。この電力システムは、例えば、スマートグリッド、家庭用エネルギー管理システム（ＨＥＭＳ）、車両など含み、蓄電も可能である。
また、本開示は、
電力が供給される電子機器が接続されるように構成され、
空気電池を有し、
上記空気電池が、
少なくとも金属を含む負極と、
空気極と、
上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層と、
上記空気極の上記負極側の面に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第１の集電体と、
上記空気極の上記負極と反対側の面および上記空気極中の少なくとも一方に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第２の集電体とを有する電力貯蔵用電源である。
この電力貯蔵用電源の用途は問わず、基本的にはどのような電力システムまたは電力装置にも用いることができるが、例えば、スマートグリッドに用いることもできる。
上記の空気電池において、放電時に放電生成物を空気極のうちの負極側の部分から優先的に生成させる効果をより確実に得る観点からは、必要に応じて空気極を次のように構成する。すなわち、空気極のうちの負極側の部分の放電過電圧が他の部分の放電過電圧よりも低くなるようにする。例えば、空気極が、負極から空気極に向かう方向において、放電過電圧が互いに異なる複数の部分を有するようにする。例えば、これらの複数の部分にはそれぞれ放電過電圧が互いに異なる触媒が存在するようにする。また、例えば、空気極が、負極側の第１の部分および負極と反対側の第２の部分からなるようにし、第１の部分には第１の放電過電圧を有する第１の触媒が存在し、第２の部分には第１の放電過電圧よりも高い第２の放電過電圧を有する第２の触媒が存在するようにする。また、空気極において、第１の放電過電圧を有する第１の触媒が、負極から空気極に向かう方向に濃度が減少する濃度分布で存在するとともに、第１の放電過電圧よりも高い第２の放電過電圧を有する第２の触媒が、負極から空気極に向かう方向に濃度が増加する濃度分布で存在するようにする。また、空気極が、負極側の第１の部分および負極と反対側の第２の部分からなるようにし、第１の部分には触媒が存在し、第２の部分には触媒が存在せず、第２の部分の放電過電圧は触媒の放電過電圧よりも高くなるようにする。さらに、例えば、空気極において、触媒が、負極から空気極に向かう方向に濃度が減少する濃度分布で存在するようにする。
本開示によれば、放電時には、第１の集電体に負極に対して正の電圧を印加することにより、放電生成物を空気極のうちの負極側の部分から優先的に生成させることができる。このため、放電生成物により空気極の表面が覆い尽くされたり、空気極中の酸素の通り道である空孔が放電生成物によって閉塞したりするのを有効に防止することができ、空気極の内部への酸素の拡散を長時間維持することができ、放電末期まで放電を持続させることができる。また、充電時には、第２の集電体に負極に対して正の電圧を印加することにより、空気極のうちの負極と反対側の部分から放電生成物を優先的に分解することができる。このため、放電生成物の分解により発生する酸素を空気極の内部を通って空気極の酸素取り込み面から外部にスムーズに放出させることができ、空気極の内部に酸素が滞留するのを効果的に防止することができる。
本開示によれば、放電時には、空気極の内部への酸素の拡散を長時間維持することができることにより高い放電容量を得ることができ、充電時には、空気極の内部における酸素の滞留も防止することができる空気電池を得ることができる。そして、この優れた空気電池を用いることにより、高性能の電池パック、電子機器、電動車両、電力システム、電力貯蔵用電源などを実現することができる。
第１の実施の形態による空気電池を示す断面図である。 第１の実施の形態による空気電池の具体的な構造例を示す断面図である。 図２に示す空気電池の平面図である。 第１の実施の形態による空気電池の他の具体的な構造例を示す断面図である。 第１の実施の形態による空気電池において用いられる空気極を示す断面図である。 第１の実施の形態による空気電池の動作を説明するための断面図である。 実施例の空気電池を示す断面図である。 実施例の空気電池を示す平面図である。 第２の実施の形態による空気電池を示す断面図である。 第３の実施の形態による空気電池を示す断面図である。 第３の実施の形態による空気電池の動作を説明するための断面図である。 第４の実施の形態による空気電池を示す断面図である。 第４の実施の形態による空気電池の動作を説明するための断面図である。 第５の実施の形態による空気電池の空気極を示す断面図である。 第６の実施の形態による空気電池の空気極を示す断面図およびこの空気極中の触媒濃度分布を示す略線図である。 第７の実施の形態による空気電池の空気極を示す断面図である。 第８の実施の形態による空気電池の空気極を示す断面図およびこの空気極中の触媒濃度分布を示す略線図である。
以下、発明を実施するための形態（以下「実施の形態」とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（空気電池、その製造方法およびその使用方法）
２．第２の実施の形態（空気電池、その製造方法およびその使用方法）
３．第３の実施の形態（空気電池、その製造方法およびその使用方法）
４．第４の実施の形態（空気電池、その製造方法およびその使用方法）
５．第５の実施の形態（空気電池、その製造方法およびその使用方法）
６．第６の実施の形態（空気電池、その製造方法およびその使用方法）
７．第７の実施の形態（空気電池、その製造方法およびその使用方法）
８．第８の実施の形態（空気電池、その製造方法およびその使用方法）
〈１．第１の実施の形態〉
［空気電池］
図１は第１の実施の形態による空気電池を示す。図１に示すように、この空気電池は、負極１１と、空気極１２と、負極１１と空気極１２との間に設けられた電解質層１３とを有する。この空気電池はさらに、空気極１２の負極１１側の面に空気極１２と電気的に接続されて設けられた第１の集電体１４と、空気極１２の負極１１と反対側の面に空気極１２と電気的に接続されて設けられた第２の集電体１５とを有する。
負極１１は、少なくとも一種類の金属を含む材料、好適には少なくとも一種類の金属を主成分とする材料を用いて構成される。この材料としては、例えば、Ｌｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ａｌなどのうちの一種からなる単体金属、これらの金属のうちの二種類以上の金属からなる合金、これらの金属と他の金属との合金（例えば、ＬｉとＳｉ（シリコン）との合金、ＬｉとＳｎ（スズ）との合金など）などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。負極１１は、必要に応じて、これらの材料に加えて、他の導電性材料や結着材などを含んでもよい。負極１１に含まれるこれらの導電性材料や結着材の含有量は特に限定されるものでなく、必要に応じて選ばれるが、負極１１の導電性が十分に得られ、かつ形状が安定に保持される限り、できる限り少ないことが望ましい。この導電性材料は、有機材料でも無機材料であってもよい。有機材料としては、導電性ポリマーなどを挙げることができる。無機材料としては、炭素系材料（例えば、各種の炭素粒子）などを挙げることができる。結着材としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）など、一般的な電池に用いられている結着材を用いることができる。負極１１は、金属箔などを直接用いてもよい。
空気極１２は、導電性材料、触媒材料、結着材などからなる。導電性材料は、導電性を有し、空気電池の使用環境に耐えうるものであれば、特に限定されるものではないが、一般的には、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバーなどの炭素材料などが用いられる。空気電池の放電時にはこの導電性材料の表面に放電生成物が生成されるため、導電性材料としては、比表面積が大きいものが望ましく、また、空気極１２中の含有量をできるだけ多くすることが電池容量の観点から望ましい。触媒材料としては、二酸化マンガン（ＭｎＯ2 ）などの無機セラミックス、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）などの金属、コバルトフタロシアニンなどの有機金属錯体などを用いることができるが、上述した炭素材料自体も触媒活性を有するため、必ず必要というわけではない。触媒量は特に限定されるものではなく、必要な触媒機能を発現する程度の含有量である限り、できる限り少なくすることが望ましい。結着材としては、ＰＶＤＦ、ＳＢＲ、ＰＴＦＥなど、一般的な電池に用いられている結着材を用いることができる。結着材の含有量は特に限定されるものではないが、電極の形状が安定に保持される限り、できる限り少なくすることが望ましい。
電解質層１３は、例えば、負極１１と空気極１２との間の金属イオンの伝導を担う電解液と、それによって満たされたセパレータとにより構成される。電解液は、金属イオン伝導性を有するものであれば、特に限定されず、従来公知のものの中から必要に応じて選ばれるが、一般的には、有機溶媒に金属塩が溶解したものが用いられる。例えば、負極１１にＬｉを用いる空気電池においては、リチウム塩としてＬｉＰＦ6 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、ＬｉＮ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 、ＬｉＮ（Ｃ2 Ｆ5 ＳＯ2 ）2 、ＬｉＣ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）3 などを用いることができる。有機溶媒としては従来公知のものを用いることができ、必要に応じて選ばれるが、具体的には、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、シロキサンなどや、イオン液体、それらの混合物などを用いることができる。電解液中の塩濃度は、特に限定されるものではないが、一般的には０．１ｍｏｌ／Ｌ以上２ｍｏｌ／Ｌ以下程度が望ましい。電解質層１３に用いられるセパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの多孔質膜やガラス繊維などの不織布などを用いることができる。
電解質層１３は、ポリエチレンオキシドなどに電解質を加えたポリマー電解質や、ＰＶＤＦなどによって電解液を保持したゲル電解質でも構わない。また、電解質層１３は、負極活物質がリチウムの場合、例えばリチウムイオン導電性ガラスセラミックなどの固体電解質でも構わない。また、電解質層１３は、液体、ポリマー、固体電解質をそれぞれ含有していたり、それらが層状に形成されていたりしても構わない。例えば、電解質層１３が負極１１側からポリマー電解質／固体電解質／液系電解質のような三層構造を有するものであっても構わない。
第１の集電体１４および第２の集電体１５は、空気電池の充放電時に電子を空気極１２に対して出し入れするためのものである。第２の集電体１５は、この第２の集電体１５を通って空気極１２に酸素が供給されるようにするために、酸素に対して透過性を有するように構成される。第１の集電体１４は、この第１の集電体１４を通って金属イオンが出入りできるように構成される。これらの第１の集電体１４および第２の集電体１５は、典型的には、金属メッシュにより構成される。金属メッシュは、空気電池の使用環境に耐えうるものであれば、材質は特に限定されないが、一般的には、Ｎｉ（ニッケル）やステンレス鋼（ＳＵＳ）などにより形成されたものが用いられる。この金属メッシュの孔径なども特に限定されるものではなく、必要に応じて選ばれる。これらの第１の集電体１４および第２の集電体１５は、典型的には、互いに電気的に独立に構成されるが、これに限定されるものではない。
［空気電池の具体的な構造例］
図２はこの空気電池の具体的な構造例を示す。図２に示すように、この空気電池においては、空気極１２上の第２の集電体１５上に酸素透過膜１６が設けられている。この酸素透過膜１６の材質などは特に限定されず、必要に応じて選ばれる。これらの負極１１、電解質層１３、第１の集電体１４、空気極１２、第２の集電体１５および酸素透過膜１６の全体が筐体１７の内部に収容されている。この筐体１７のうちの、酸素透過膜１６に面している上部には開口部１７ａが設けられており、これらの開口部１７ａを通して外部から空気（より一般的には酸素を含むガス）が酸素透過膜１６に到達することができるようになっている。こうして酸素透過膜１６に到達した空気は、この酸素透過膜１６を透過して空気極１２に供給されるようになっている。開口部１７ａの大きさ、形状、個数、配置などは必要に応じて選ばれる。
図３は図２に示す空気電池の平面図の一例である。図３に示すように、この例では、空気電池は長方形または正方形の平面形状を有し、全体として四角柱状の形状を有する。筐体１７のうちの酸素透過膜１６に面している上部に開口１７ａが二次元マトリクス状に設けられている。第１の集電体１４からは、電池外部にリード部１４ａが取り出されている。同様に、第２の集電体１５からも、電池外部にリード部１５ａが取り出されている。さらに、図２においては図示されていないが、負極１１の下面にも集電体がこの負極１１と電気的に接続されて設けられ、図３に示すように、電池外部にこの集電体のリード部１１ａが取り出されている。この例では、これらのリード部１１ａ、１４ａ、１５ａは、空気電池の一つの側面に取り出されているが、これに限定されるものではない。
図４はこの空気電池の他の構造例を示す。図４に示すように、この空気電池においては、図３に示す空気電池と異なり、酸素透過膜１６が設けられていない。そして、負極１１、電解質層１３、第１の集電体１４、空気極１２および第２の集電体１５の全体が、筐体１７の内部に収容されている。この筐体１７は、より大きな筐体１８の内部に収容されている。この筐体１８は、一端部１８ａを除いて気密性を有しており、その一端部１８ａが酸素ボンベ１９のガス取り出し口と接続されている。そして、酸素ボンベ１９の開閉により、筐体１８の内部に酸素を供給することができるようになっている。筐体１７のうちの、空気極１２に面している上部には開口１７ａが設けられており、これらの開口１７ａを通して、筐体１８の内部に供給された酸素が空気極１２に供給されるようになっている。
［空気電池の製造方法］
次に、この空気電池の製造方法について説明する。
まず、負極１１を、使用する材料に応じて、従来公知の方法によって形成する。
次に、図５に示すように、空気極１２の両面（上面および下面）に、第１の集電体１４および第２の集電体１５を形成する。第１の集電体１４および第２の集電体１５を有する空気極１２は、例えば、次のようにして製造することができる。すなわち、例えば、空気極１２の製造に用いる上記の電極材料を所定の比率で、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン、アセトン、イソプロピルアルコールなどの有機溶媒を用いて混合し、溶媒を十分に揮発させた後に、この電極材料を２枚の金属メッシュの間に挟み込んでプレスを行うことで、金属メッシュ／空気極／金属メッシュの形状に圧着させる。あるいは、溶媒を含んだ状態で金属メッシュ上に電極材料をブレードコート法などによって塗布し、乾燥させた後に、もう片方の金属メッシュと圧着させる。
この後、電解質層１３を介して負極１１と空気極１２とを対向させる。こうして、図１に示すように、目的とする空気電池が製造される。
図２に示す空気電池のように酸素透過膜１６を用いる場合には、空気極１２上に第２の集電体１５を介して酸素透過膜１６を設ける。そして、図２に示すように、負極１１、電解質層１３、第１の集電体１４、空気極１２、第２の集電体１５および酸素透過膜１６の全体を筐体１７の内部に収容する。
また、図４に示す空気電池では、筐体１７を筐体１８の内部に収容し、筐体１８の一端部１８ａを酸素ボンベ１９のガス取り出し口と接続する。
［空気電池の使用方法］
この空気電池においては、 放電時には、空気極１２の負極１１側の面に接続された第１の集電体１４あるいは第１の集電体１４と第２の集電体１５との双方に、負極１１に対して正の電圧を印加する。このとき、負極１１から電解質層１３を通って空気極１２に金属イオン（例えば、リチウムイオン（Ｌｉ+ ））が移動することにより電気エネルギーが発生する。一方、充電時には、空気極１２の負極１１と反対側の面に接続された第２の集電体１５あるいは第２の集電体１５と第１の集電体１４との双方に、負極１１に対して正の電圧を印加する。このとき、金属イオンが空気極１２から電解質層１３を通って負極１１に移動することにより電気エネルギーが化学エネルギーに変換されて蓄電される。
この空気電池の放電時には、図６に示すように、第１の集電体１４に、負極１１に対して正の電圧を印加することにより、負極１１からの金属イオンは、空気極１２のうちの負極１１側の部分から優先的に、第２の集電体１５を透過して空気極１２に供給される酸素と反応して放電生成物が生成され、その後、第２の集電体１５に向かって放電生成物が生成される。例えば、負極１１がリチウムにより構成されている場合には、放電生成物としてＬｉ2 Ｏ2 やＬｉ2 Ｏなどが生成される。
また、この空気電池の充電時には、図６に示すように、第２の集電体１５に、負極１１に対して正の電圧を印加することにより、空気極１２の内部に生成された放電生成物は、空気極１２のうちの第２の集電体１５側の部分から優先的に分解される。このため、分解によって発生する酸素を空気極１２の内部を通って第２の集電体１５側の面から外部にスムーズに放出させることができるので、充電時に空気極１２の内部に酸素が滞留するのを効果的に抑制することができる。
〈実施例〉
次のようにして空気電池を作製した。
空気極を次のようにして作製した。まず、カーボンブラック、二酸化マンガン、ＰＶＤＦを重量比で７３：１４：１３となるように秤量し、これをＮ−メチルピロリドン溶媒中に加えて混合撹拌した後、溶媒を揮発させ、粉末状の組成物を作製した。この粉末状の組成物を、空気極から互いに異なる方向にリード部を取り出せるように加工した２枚のＮｉメッシュ（Ｎｉ金属金網、株式会社ニラコ製）の間に挟み込んでプレスをすることで空気極を作製した。作製した空気極の厚さはおよそ２００μｍで、空気極（リード部は除く）は約３ｃｍ×３ｃｍの形状になるように加工した。
負極を次のようにして作製した。すなわち、Ｌｉ金属（３ｃｍ×３ｃｍ）を、負極部分からリード部を取り出せるような形状に加工したＮｉメッシュに圧着することで負極を成型した。
電解液として、１，２−ジメトキシエタン中にＬｉＮ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 を濃度１ｍｏｌ／Ｌで溶解させた電解液を用いた。また、セパレータとして、ガラスファイバーセパレータを用いた。筐体として、アルミラミネートフィルムを用いた。
図７に示すように、アルミラミネートフィルム２１上にＮｉメッシュ２２が下面に接続されたＬｉ金属負極２３を配置した。次に、このＬｉ金属負極２３上に電解液を滴下した後に、このＬｉ金属負極２３上にこのＬｉ金属負極２３の全体を覆うことができるように加工したガラスファイバーセパレータ２４を配置した。このガラスファイバーセパレータ２４の上からさらに電解液を滴下した後、下面および上面にそれぞれＮｉメッシュ２５、２６が接続された空気極２７を配置した。さらに、この空気極２７上にアルミラミネートフィルム２８をかぶせて、Ｎｉメッシュ２２、２５、２６のリード部をアルミラミネートフィルム２１、２８の外部に取り出した。この状態の平面図を図８に示す。図８に示すように、この状態で、アルミラミネートフィルム２１、２８の、Ｎｉメッシュ２２、２５、２６のリード部２２ａ、２５ａ、２６ａが取り出された辺を除く３辺に沿ってヒートプレスを行うことで溶着した後に、残りの１辺に対して、真空中でヒートプレスすることで空気電池を作製した。図８において、ヒートプレスを行った箇所を符号２８ａ〜２８ｄで示す。この後、こうして作製した空気電池の空気極２７側のアルミラミネートフィルム２８をカッターナイフなどで加工することで酸素導入用の開口部を形成した。
こうして作製した空気電池の充放電を純酸素（圧力１ａｔｍ）雰囲気中で行ったところ、放電時にはＬｉ金属負極２３に対向するＮｉメッシュ２５（第１の集電体１４に対応する）を用いて放電することで、放電生成物を空気極２７のうちのＬｉ金属負極２３に対向する側から優先的に生成させることができた。これにより、放電初期での、空気極２７のうちの酸素が導入されるアルミラミネートフィルム２８側の部分の閉塞を抑制することができるため、空気極２７の全体を反応場に用いることができ、高い放電容量を実現することができた。また、充電時には、逆に、アルミラミネートフィルム２８側のＮｉメッシュ２６（第２の集電体１５に対応する）を用いて充電することで、空気極２７のうちの酸素が導入される側から優先的に放電生成物を分解し、酸素を発生させることで、酸素を安定して電池外部に放出することができた。
以上のように、この第１の実施の形態によれば、空気極１２の負極１１側の面に空気極１２と電気的に接続されて設けられた第１の集電体１４と、空気極１２の負極１１と反対側の面に空気極１２と電気的に接続されて設けられた第２の集電体１５とを有する。このため、放電時には、第１の集電体１４に負極１１に対して正の電圧を印加することにより、放電生成物を、空気極１２のうちの負極１１側の部分から優先的に生成させることができる。このため、放電生成物により空気極１２の表面が覆い尽くされたり、空気極１２中の酸素の通り道である空孔が放電生成物によって閉塞したりするのを有効に防止することができ、空気極１２の内部への酸素の拡散を長時間維持することができ、放電末期まで放電を持続させることができる。また、充電時には、第２の集電体１５に負極１１に対して正の電圧を印加することにより、空気極１２のうちの第２の集電体１５側の部分から優先的に放電生成物を分解することができる。このため、放電生成物の分解により発生する酸素を空気極１２の内部を通って空気極１２の第２の集電体１５側の面から外部にスムーズに放出させることができ、空気極１２の内部に酸素が滞留するのを効果的に防止することができる。以上により、放電時には、空気極１２の内部への酸素の拡散を長時間維持することができることにより高い放電容量を得ることができ、充電時には、空気極１２の内部における酸素の滞留も防止することができる高性能の空気電池を得ることができる。
〈２．第２の実施の形態〉
［空気電池］
図９は第２の実施の形態による空気電池を示す。図９に示すように、この空気電池は、空気極１２が下部空気極１２ａと上部空気極１２ｂとの２層構造からなる。この場合、下部空気極１２ａと上部空気極１２ｂとの間にこれらの下部空気極１２ａおよび上部空気極１２ｂと電気的に接続されて第２の集電体１５が設けられている。言い換えれば、この場合、第２の集電体１５は、下部空気極１２ａと上部空気極１２ｂとからなる空気極１２中に設けられている。この空気電池の上記以外の構成は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
［空気電池の製造方法］
この空気電池の製造方法は、空気極１２を下部空気極１２ａと上部空気極１２ｂとの２層構造とし、下部空気極１２ａと上部空気極１２ｂとの間に第２の集電体１５を設けること以外は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
［空気電池の使用方法］
この空気電池の使用方法は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈３．第３の実施の形態〉
［空気電池］
図１０は第３の実施の形態による空気電池を示す。図１０に示すように、この空気電池は、空気極１２が下部空気極１２ａと上部空気極１２ｂとの２層構造からなる。この場合、下部空気極１２ａと上部空気極１２ｂとの間にこれらの下部空気極１２ａおよび上部空気極１２ｂと電気的に接続されて第２の集電体１５ｂが設けられていることに加えて、上部空気極１２ｂ上にこの上部空気極１２ｂと電気的に接続されて第２の集電体１５ｃが設けられている。この空気電池の上記以外の構成は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
［空気電池の製造方法］
この空気電池の製造方法は、空気極１２を下部空気極１２ａと上部空気極１２ｂとの２層構造とし、下部空気極１２ａと上部空気極１２ｂとの間に第２の集電体１５ｂを設け、上部空気極１２ｂ上に第２の集電体１５ｃを設けること以外は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
［空気電池の使用方法］
この空気電池の使用方法は、基本的には第１の実施の形態による空気電池と同様であるが、次のような使用方法も可能である。すなわち、放電初期は、第１の集電体１４に電圧を印加する。このとき、図１１Ａに示すように、下部空気極１２ａに放電生成物が形成される。放電がある程度進んだ放電中期では、第２の集電体１５ｂに電圧を印加する。このとき、図１１Ｂに示すように、下部空気極１２ａと上部空気極１２ｂとにまたがって放電生成物が形成される。さらに、放電末期では、第２の集電体１５ｃに電圧を印加する。このとき、図１１Ｃに示すように、上部空気極１２ｂに放電生成物が形成される。
この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、次のような利点を得ることができる。すなわち、第１の実施の形態においては、放電時に第１の集電体１４に電圧を印加するという簡単な操作により、放電生成物を空気極１２の第１の集電体１４に近い側から選択的に生成させているが、第３の実施の形態においては、放電の進行とともに第１の集電体１４、第２の集電体１５ｂおよび第２の集電体１５ｃに順次電圧を印加することにより、放電生成物の生成場所を制御することができる。また、空気極１２における放電生成物の生成場所を制御することができるため、従来に比べて空気極１２の全体の厚さを大きくすることができ、空気電池の充電容量を増加させることができる。加えて、次のような利点を得ることもできる。すなわち、空気極を単層構造とした従来の空気電池では、一般的に用いられている多孔質のカーボンにより空気極を形成した場合、カーボンの電気導電性があまり高くないことにより、空気極の厚さが大きくなるとカーボンから集電体までの距離が大きくなり、その間の電気抵抗が大きくなってしまう。これに対し、この第３の実施の形態によれば、空気極１２が下部空気極１２ａと上部空気極１２ｂとの２層構造を有し、下部空気極１２ａと上部空気極１２ｂとの間に第２の集電体１５ｂが設けられ、上部空気極１２ｂ上に第２の集電体１５ｃが設けられていることにより、空気極１２の厚さが大きくなってもカーボンから集電体までの距離が短いため、その間の電気抵抗を小さくすることができる。このため、空気電池の出力電圧の向上を図ることができる。さらに、例えば、この空気電池の瞬間的な高出力時には、第１の集電体１４、第２の集電体１５ｂおよび第２の集電体１５ｃの全てに電圧を同時に印加することにより、瞬間的な高出力特性の改善を図ることができる。
〈４．第４の実施の形態〉
［空気電池］
図１２は第４の実施の形態による空気電池を示す。図１２に示すように、この空気電池は、空気極１２が下部空気極１２ａと中間空気極１２ｃと上部空気極１２ｂとの３層構造からなる。この場合、下部空気極１２ａと中間空気極１２ｃとの間にこれらの下部空気極１２ａおよび中間空気極１２ｃと電気的に接続されて第２の集電体１５ｂが設けられている。また、中間空気極１２ｃと上部空気極１２ｂとの間にこれらの中間空気極１２ｃおよび上部空気極１２ｂと電気的に接続されて第２の集電体１５ｃが設けられている。さらに、上部空気極１２ｂ上にこの上部空気極１２ｂと電気的に接続されて第２の集電体１５ｄが設けられている。この空気電池の上記以外の構成は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
［空気電池の製造方法］
この空気電池の製造方法は、空気極１２を下部空気極１２ａと中間空気極１２ｃと上部空気極１２ｂとの３層構造とし、下部空気極１２ａと中間空気極１２ｃとの間に第２の集電体１５ｂを設け、中間空気極１２ｃと上部空気極１２ｂとの間に第２の集電体１５ｃを設け、上部空気極１２ｂ上に第２の集電体１５ｄを設けること以外は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
［空気電池の使用方法］
この空気電池の使用方法は、基本的には第１の実施の形態による空気電池と同様であるが、次のような使用方法も可能である。すなわち、放電初期は、第１の集電体１４に電圧を印加する。このとき、図１３Ａに示すように、下部空気極１２ａに放電生成物が形成される。放電がある程度進んだ段階で、第２の集電体１５ｂに電圧を印加する。このとき、図１３Ｂに示すように、下部空気極１２ａと中間空気極１２ｃとにまたがって放電生成物が形成される。さらに放電が進んだ段階では、第２の集電体１５ｃに電圧を印加する。このとき、図１３Ｃに示すように、中間空気極１２ｃと上部空気極１２ｂとにまたがって放電生成物が形成される。放電末期では、第２の集電体１５ｄに電圧を印加する。このとき、図１３Ｄに示すように、上部空気極１２ｂに放電生成物が形成される。
この第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、次のような利点を得ることもできる。すなわち、放電の進行とともに第１の集電体１４、第２の集電体１５ｂ、第２の集電体１５ｃおよび第２の集電体１５ｄに順次電圧を印加することにより、放電生成物の生成場所をきめ細かく制御することができる。また、空気極１２における放電生成物の生成場所を制御することができるため、従来に比べて空気極１２の全体の厚さを大きくすることができる。加えて、次のような利点を得ることもできる。すなわち、空気極１２が下部空気極１２ａと中間空気極１２ｃと上部空気極１２ｂとの３層構造を有し、下部空気極１２ａと中間空気極１２ｃとの間に第２の集電体１５ｂが設けられ、中間空気極１２ｃと上部空気極１２ｂとの間に第２の集電体１５ｃが設けられ、上部空気極１２ｂ上に第２の集電体１５ｄが設けられていることにより、カーボンから集電体までの距離が短くなるため、その間の電気抵抗を小さくすることができる。このため、空気電池の出力電圧の向上を図ることができる。さらに、例えば、この空気電池の瞬間的な高出力時には、第１の集電体１４、第２の集電体１５ｂ、第２の集電体１５ｃおよび第２の集電体１５ｄの全てに電圧を同時に印加することにより、瞬間的な高出力特性の改善を図ることができる。
〈５．第５の実施の形態〉
［空気電池］
図１４は第５の実施の形態による空気電池の空気極１２を示す。図１４に示すように、この空気電池においては、空気極１２のうちの負極１１側の下部１２ｅには第１の放電過電圧を有する第１の触媒が存在し、空気極１２のうちの負極１１と反対側の上部１２ｆには第１の放電過電圧より高い第２の放電過電圧を有する第２の触媒が存在する。
第１の触媒および第２の触媒の材料としては、例えば、二酸化マンガンなどの無機セラミックス、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕなどの金属、コバルトフタロシアニンなどの有機金属錯体などを用いることができる。例えば、第１の触媒および第２の触媒の材料として、これらの中から互いに放電過電圧が異なる二種類の材料が選ばれる。第２の放電過電圧は、第１の放電過電圧に対して、好適には０．０１Ｖ以上、より好適には０．１Ｖ以上高く選ばれる。具体例を挙げると、同一放電条件での放電過電圧が０．１Ｖ程度異なるＲｕとＡｕとをそれぞれ第１の触媒、第２の触媒として用いることで、目的の特性を実現することができる。
この空気電池の上記以外の構成は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
［空気電池の製造方法］
この空気電池の製造方法は、空気極１２の製造方法以外は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。空気極１２は以下のようにして製造する。すなわち、まず、第１の触媒および第２の触媒をそれぞれ含む第１の電極材料および第２の電極材料を所定の比率で所定の有機溶媒に混合した後、これらの第１の電極材料および第２の電極材料から有機溶媒を十分に揮発させる。次に、第１の電極材料を例えば金属メッシュからなる第１の集電体１４上にプレス成型した後、第１の電極材料上に第２の電極材料を載せて再度プレス成型する。こうして、下部１２ｅに第１の放電過電圧を有する第１の触媒が存在し、上部１２ｆに第１の放電過電圧より高い第２の放電過電圧を有する第２の触媒が存在する空気極１２が製造される。
空気極１２は次のような方法で製造することもできる。すなわち、例えば金属メッシュからなる第１の集電体１４上に有機溶媒を含んだ状態でまず第１の電極材料を塗布した後、乾燥させることにより有機溶媒を蒸発させる。次に、第１の電極材料の上に、有機溶媒を含んだ状態で第２の電極材料を塗布した後、乾燥させることにより有機溶媒を蒸発させる。こうして、下部１２ｅに第１の放電過電圧を有する第１の触媒が存在し、上部１２ｆに第１の放電過電圧より高い第２の放電過電圧を有する第２の触媒が存在する空気極１２が製造される。
［空気電池の使用方法］
この空気電池の使用方法は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
この第５の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、次のような利点を得ることができる。すなわち、空気極１２のうちの負極１１側の下部１２ｅに第１の放電過電圧を有する第１の触媒が存在し、空気極１２のうちの負極１１と反対側の上部１２ｆには第１の放電過電圧より高い第２の放電過電圧を有する第２の触媒が存在する。このため、放電時には、第１の集電体１４に電圧を印加することにより空気極１２のうちの負極１１側の下部１２ｅから優先的に放電生成物を生成させることができる効果に加えて、空気極１２において第１の触媒および第２の触媒を上記のように分布させたことにより空気極１２のうちの負極１１側の下部１２ｅから優先的に放電生成物を生成させることができる効果も得られることにより、空気極１２のうちの負極１１側の下部１２ｅからより確実に、優先的に放電生成物を生成させることができ、ひいては空気電池の放電容量をより増加させることができる。
〈６．第６の実施の形態〉
［空気電池］
図１５Ａは第６の実施の形態による空気電池の空気極１２を示す断面図、図１５Ｂはこの空気極１２における触媒濃度分布を示す略線図である。図１５Ａおよび図１５Ｂに示すように、この空気電池においては、空気極１２が、負極１１から空気極１２に向かう方向に、第１の放電過電圧を有する第１の触媒と第１の放電過電圧より高い第２の放電過電圧を有する第２の触媒とを互いに異なる濃度分布で含む。具体的には、この場合、第１の触媒の濃度は負極１１から空気極１２に向かう方向に連続的に減少し、第２の触媒の濃度は負極１１から空気極１２に向かう方向に連続的に増加している。その結果、空気極１２のうちの負極１１側の下部には第２の触媒よりも第１の触媒の方が高濃度に存在し、空気極１２のうちの負極１１と反対側の上部には第１の触媒よりも第２の触媒の方が高濃度に存在する。
この空気電池の上記以外の構成は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
［空気電池の製造方法］
この空気電池の製造方法は、空気極１２の製造方法以外は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。空気極１２は以下のようにして製造する。すなわち、まず、例えば金属メッシュからなる第１の集電体１４上に有機溶媒を含んだ状態でまず第１の電極材料を塗布した後、乾燥させることにより有機溶媒を蒸発させる。第１の電極材料が乾燥しきる前に、第１の電極材料の上に、有機溶媒を含んだ状態で第２の電極材料を塗布した後、乾燥させることにより有機溶媒を蒸発させる。その後、こうして形成した第１の電極材料および第２の電極材料をプレス成型する。こうして、空気極１２のうちの負極１１側の下部には第２の触媒よりも第１の触媒が高濃度に存在し、空気極１２のうちの負極１１と反対側の上部には第１の触媒よりも第２の触媒が高濃度に存在する空気極１２が製造される。
［空気電池の使用方法］
この空気電池の使用方法は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
この第６の実施の形態によれば、第５の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈７．第７の実施の形態〉
［空気電池］
図１６は第６の実施の形態による空気電池の空気極１２を示す。図１６に示すように、この空気電池においては、空気極１２のうちの負極１１側の下部１２ｇには触媒が存在し、空気極１２のうちの負極１１と反対側の上部１２ｈには触媒が存在しない。この場合、空気極１２の下部１２ｇに存在する触媒の放電過電圧は、空気極１２の上部１２ｈを構成する電極材料、例えば炭素などの導電性材料の放電過電圧よりも低い。
この空気電池の上記以外の構成は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
［空気電池の製造方法］
この空気電池の製造方法は、空気極１２の製造方法以外は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。空気極１２は以下のようにして製造する。すなわち、まず、それぞれ触媒を含む第１の電極材料および触媒を含まない第２の電極材料を所定の比率で所定の有機溶媒に混合した後、これらの第１の電極材料および第２の電極材料から有機溶媒を十分に揮発させる。次に、第１の電極材料を例えば金属メッシュからなる第１の集電体１４上にプレス成型した後、第１の電極材料上に第２の電極材料を載せて再度プレス成型する。こうして、下部１２ｇに触媒が存在し、上部１２ｈに触媒が存在しない空気極１２が製造される。
［空気電池の使用方法］
この空気電池の使用方法は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
この第７の実施の形態によれば、第５の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈８．第８の実施の形態〉
［空気電池］
図１７Ａは第８の実施の形態による空気電池の空気極１２を示す断面図、図１７Ｂはこの空気極１２における触媒濃度分布を示す略線図である。図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように、この空気電池においては、空気極１２が一種類の触媒を含み、この触媒の濃度が、負極１１から空気極１２に向かう方向に連続的に減少している。
この空気電池の上記以外の構成は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
［空気電池の製造方法］
この空気電池の製造方法は、空気極１２の製造方法以外は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。空気極１２は以下のようにして製造する。すなわち、まず、例えば金属メッシュからなる第１の集電体１４上に有機溶媒を含んだ状態で触媒を含んだ電極材料を塗布し、乾燥させることにより有機溶媒を徐々に蒸発させる。その後、こうして形成した電極材料をプレス成型する。こうして、触媒の濃度が、負極１１から空気極１２に向かう方向に連続的に減少している空気極１２が製造される。
［空気電池の使用方法］
この空気電池の使用方法は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
この第８の実施の形態によれば、第５の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
以上、実施の形態および実施例について具体的に説明したが、本技術は、上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、構造、構成、形状、材料などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、構成、形状、材料などを用いてもよい。具体的には、例えば、第２、第３および第４の実施の形態においては、空気極１２を二つまたは三つに分割したが、四つ以上に分割してもよい。また、空気極１２における触媒の分布は、放電時に、空気極１２の負極１１側の部分から放電生成物が生成される限り、第５〜第８の実施の形態における触媒の分布と異なる分布としてもよい。さらに、上述の第１〜第８の実施の形態のいずれか二つ以上を組み合わせてもよい。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）少なくとも金属を含む負極と、空気極と、上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層と、上記空気極の上記負極側の面に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第１の集電体と、上記空気極の上記負極と反対側の面および上記空気極中の少なくとも一方に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第２の集電体とを有する空気電池。
（２）上記第２の集電体は酸素が透過可能に構成されている前記（１）に記載の空気電池。
（３）上記第１の集電体および上記第２の集電体は金属メッシュからなる前記（１）または（２）に記載の空気電池。
（４）上記負極は金属電極または少なくとも一種類の金属を主成分とする電極からなる前記（１）から（３）のいずれか一項に記載の空気電池。
（５）上記負極はＬｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｃａ、ＺｎおよびＡｌからなる群より選ばれた少なくとも一種類の金属を含む前記（１）から（４）のいずれか一項に記載の空気電池。
１１…負極、１１ａ…リード部、１２…空気極、１３…電解質層、１４…第１の集電体、１４ａ…リード部、１５…第２の集電体、１５ａ…リード部、１６…酸素透過膜、１７…筐体、１８…ボンベ、２１、２８…アルミラミネートフィルム、２２、２５、２６…Ｎｉメッシュ、２３…Ｌｉ金属負極、２４…ガラスファイバーセパレータ、２７…空気極

Claims (7)

  1. 少なくとも金属を含む負極と、
    空気極と、
    上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層と、
    上記空気極の上記負極側の面に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第１の集電体と、
    上記空気極の上記負極と反対側の面および上記空気極中の少なくとも一方に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第２の集電体とを有し、
    放電時には、空気極において上記第１の集電体が使用され、
    充電時には、空気極において上記第２の集電体が使用される、
    空気電池。
  2. 上記第２の集電体は酸素が透過可能に構成されている、
    請求項１に記載の空気電池。
  3. 上記第１の集電体および上記第２の集電体は金属メッシュからなる、
    請求項１または請求項２に記載の空気電池。
  4. 上記負極は金属電極または少なくとも一種類の金属を主成分とする電極からなる、
    請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の空気電池。
  5. 上記負極はＬｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｃａ、ＺｎおよびＡｌからなる群より選ばれた少なくとも一種類の金属を含む、
    請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の空気電池。
  6. 少なくとも金属を含む負極と、
    空気極と、
    上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層と、
    上記空気極の上記負極側の面に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第１の集電体と、
    上記空気極の上記負極と反対側の面および上記空気極中の少なくとも一方に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第２の集電体とを有する空気電池を使用する際に、
    放電時には、空気極において上記第１の集電体を使用し、
    充電時には、空気極において上記第２の集電体を使用する、
    空気電池の使用方法。
  7. 少なくとも金属を含む負極と、
    空気極と、
    上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層と、
    上記空気極の上記負極側の面に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第１の集電体と、
    上記空気極の上記負極と反対側の面および上記空気極中の少なくとも一方に上記空気極と電気的に接続されて設けられた第２の集電体とを有する空気電池を有する電子機器であって、
    上記空気電池にあっては、
    放電時には、空気極において上記第１の集電体が使用され、
    充電時には、空気極において上記第２の集電体が使用される、
    電子機器。
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