JP6203139B2 - 組成物、該組成物を含有する多孔性層を有する電極、および該電極を有する金属空気二次電池 - Google Patents
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Description
本発明の第2の態様の金属空気二次電池用負極は、金属電極層が多孔性層と当接して被覆された金属空気二次電池用負極であって、上記多孔性層が本発明の第1の態様の組成物から構成されることを特徴とする。
1)上記酸化物系材料および/またはカーボン系材料と結着樹脂を溶剤に溶かした組成物を金属電極層に塗布乾燥する、
2)予め酸化物系材料および/またはカーボン系材料と結着樹脂を混合した組成物を金属電極層とともに加熱して、あるいは加熱せずに圧力を印加して成形する、
3)酸化物系材料および/またはカーボン系材料と結着樹脂とを混合した組成物を型内に導入し、加熱して、あるいは加熱をおこなわずに圧力を印加してペレット様の層状物に成形し、前記層状物を金属電極層と重ねる、
4)酸化物系材料および/またはカーボン系材料と結着樹脂とを混合した組成物を金属電極層と接触した状態で加熱して、あるいは加熱せずに圧力を印加して層状物に成形する、
といった方法のなかから、適宜選択することができる。
本発明の第3の態様の金属空気二次電池用空気極は、集電支持体を含有する触媒層が多孔性層と当接して被覆された金属空気二次電池用空気極であって、上記多孔性層が本発明の第1の態様から構成されることを特徴とする。
1)上記酸化物系材料および/またはカーボン系材料と結着樹脂を溶剤に溶かした組成物を触媒層に塗布乾燥する、
2)予め酸化物系材料および/またはカーボン系材料と結着樹脂を混合した組成物を触媒層とともに加熱して、あるいは加熱せずに圧力を印加して成形する、
3)酸化物系材料および/またはカーボン系材料と結着樹脂とを混合した組成物を型内に導入し、加熱して、あるいは加熱をおこなわずに圧力を印加してペレット様の層状物に成形し、前記層状物を触媒層と重ねる、
4)酸化物系材料および/またはカーボン系材料と結着樹脂とを混合した組成物を触媒層と接触した状態で加熱して、あるいは加熱せずに圧力を印加して層状物に成形する、
といった方法のなかから、適宜選択することができる。
本発明の第4の態様の金属空気二次電池は、空気極層、負極層、および電解質層を有する金属空気二次電池であって、上記負極層が本発明の第2の態様の金属空気二次電池用負極を含み、上記金属空気二次電池用負極の多孔性層が上記電解質層と接していることを特徴とする。さらに、上記の空気極層が、本発明の第3の態様の金属空気二次電池用空気極を含み、上記空気極多孔性層が電解質層と接していてもよい。
(負極の製造)
アルミナ(Al2O3)粒子、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)、および溶剤としてN−メチルピロリドンを重量比で、1:1:8で混合してインク化した。
つづいて、製造したインクを、厚さ1mmの市販の金属アルミニウムに、ドクターブレード法を用いて塗布した。塗布後600℃、2hの焼成を行って多孔性層を設け、25mm×35mmに切り出して負極を製造した。
(空気極の製造)
市販の酸化マンガンと活性炭とポリフッ化ビニリデン(PVDF)を重量比4:4:2で秤量し、エタノールを溶媒として十分に混合した後、テフロン(登録商標)樹脂製のシートに集電体となるニッケルメッシュとともに塗布し、120℃、1hで乾燥した後、φ15mmに加工し、空気極とした。
(Al2O3ペレットの製造)
Al2O3とPVDFを8:2の比で混合して20MPaの圧力でプレスし、多孔性のペレットを作成した。
(電池の製造)
上記で製造した負極を、多孔性層側を上にして、内径25mm、長さ15mmのフッ素樹脂金型の片側にはめ込み、負極を筒底としてフッ素樹脂金型に、電解液として2mol/LのNaOH水溶液が染み込んだガーゼを介して、気泡が入らないように上記で製造したペレットと空気極で密栓し、実施例1のアルミニウム空気電池を製造した。
電解液に、NaOH水溶液を使用したほかは、実施例1と同様にして、実施例2のアルミニウム空気電池を製造した。
電解液にNaCl水溶液を使用し、多孔性層にAl2O3に換えて活性炭を用いたほかは、実施例1と同様にして、実施例3のアルミニウム空気電池を製造した。
負極として、多孔性層を形成していない金属アルミニウムを使用し、アルミナ(Al2O3)ペレットを使用しないほかは、実施例1と同様にして、比較例のアルミニウム空気電池を製造した。
実施例1と比較例で得られたアルミニウム空気電池を、5mA/cm2の電流密度で放電させて放電カーブを求めた。その際、蒸発分の電解液を補充した。その結果を、それぞれ、図1(実施例)および図2(比較例)に示した。
[電池評価2]
実施例1〜3で得られたアルミニウム空気電池の充放電特性を定法に従い測定した。実施例1〜3の結果を、それぞれ、図3〜5に示した。
Claims (6)
- 金属空気二次電池の負極または空気極において、活物質として働く物質を含む負極の金属電極層、または、空気極の触媒層に当接して被覆するように設けられた、反応副生成物を孔中に蓄積する多孔性層を製造するための原料組成物であって、
酸化物系材料及び結着樹脂からなるか、または、酸化物系材料、結着樹脂及び溶剤からなり、
前記酸化物系材料はAl 2 O 3 、ZrO 2 、SiO 2 、MnO 2 、TiO 2 、V 2 O 5 、VO 2 のうちのいずれか一種以上であり、
前記多孔性層は、金属酸化物として前記原料組成物に含まれる前記酸化物系材料と同一の酸化物のみを含む組成物。 - 前記活物質として働く物質を含む金属電極層に多孔性層が当接して被覆するように設けられた金属空気二次電池用負極であって、
前記多孔性層が請求項1に記載された組成物から構成された金属空気二次電池用負極。 - 前記金属電極層が、アルミニウム、鉄、マグネシウム、亜鉛、リチウムからなる群から選択される一種以上を含有する請求項2に記載された金属空気二次電池用負極。
- 集電支持体を含有する触媒層に多孔性層が当接して被覆するように設けられた金属空気二次電池用空気極であって、
前記多孔性層が請求項1に記載された組成物から構成される金属空気二次電池用空気極。 - 空気極層、負極層、および電解質層を有する金属空気二次電池であって、
前記負極層が請求項2または3に記載された金属空気二次電池用負極を含み、前記金属空気二次電池用負極の多孔性層が前記電解質層と接している金属空気二次電池。 - 前記空気極層が、請求項4に記載された金属空気二次電池用空気極を含み、
前記金属空気二次電池用空気極の多孔性層が前記電解質層と接している金属空気二次電池。
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