JP6560025B2 - Air metal battery - Google Patents

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Description

本発明は、空気金属電池に関する。より詳しくは、正極として放電用の空気極と充電用の金属電極とを有し、更に負極を有する3極式の空気金属電池等の空気金属電池に関する。 The present invention relates to an air metal battery. More specifically, the present invention relates to an air metal battery such as a tripolar air metal battery having a discharge air electrode and a charge metal electrode as a positive electrode and further having a negative electrode.

空気金属電池は、正極活物質に空気中の酸素を用いるため電池内部に正極活物質を搭載する必要がなく、そのため負極活物質を大量に充電することができることで、実質的な電池容量を大きくすることができる点を特徴としている。
空気金属電池の1種である空気亜鉛電池は、すでに一次電池としては補聴器用などに用いられているが、二次電池として市場に流通している例はない。これは、正極である空気極を用いた充電反応は酸素発生反応であるために密閉化が困難である他、正極の触媒として用いる炭素等が酸化されてしまい、充分な性能を得ることが難しいためである。そこで、空気極を放電用の正極としてのみ用い、別に充電用の正極を設置した3極方式の空気亜鉛電池が提案されている(特許文献1参照)。しかしながら、亜鉛種を活物質とする負極では、亜鉛デンドライトの成長や、負極活物質層の形態変化といった不具合が発生することが知られている。この不具合は3極方式の空気亜鉛電池にしても発生するため、電池としての寿命は非常に短い。この課題に対しては、亜鉛負極を安定に動作させる工夫が提案されており(特許文献2、3参照)、亜鉛デンドライトについては、アニオン伝導性材料を用いて抑制する技術が提案されている(特許文献4参照)。
Since air metal batteries use oxygen in the air as the positive electrode active material, there is no need to mount the positive electrode active material inside the battery, and therefore the negative electrode active material can be charged in large quantities, thereby increasing the substantial battery capacity. The feature is that it can be done.
A zinc-air battery, which is a kind of air metal battery, has already been used as a primary battery for hearing aids, but there is no example that is distributed in the market as a secondary battery. This is because the charge reaction using the air electrode as the positive electrode is an oxygen generation reaction, so that it is difficult to seal, and carbon used as a catalyst for the positive electrode is oxidized, making it difficult to obtain sufficient performance. Because. Thus, a three-electrode zinc-air battery using an air electrode only as a positive electrode for discharging and separately installing a positive electrode for charging has been proposed (see Patent Document 1). However, it is known that in the negative electrode using a zinc species as an active material, problems such as growth of zinc dendrite and a change in shape of the negative electrode active material layer occur. Since this problem occurs even in a three-pole zinc-air battery, the battery life is very short. For this problem, a device for stably operating the zinc negative electrode has been proposed (see Patent Documents 2 and 3), and a technique for suppressing the zinc dendrite using an anion conductive material has been proposed ( (See Patent Document 4).

特開2000−133328号公報JP 2000-133328 A 特開2013−225444号公報JP 2013-225444 A 特開2015−225443号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-225443 特開2015−5493号公報JP2015-5493A

空気金属電池の1種である空気亜鉛電池では、亜鉛負極でデンドライトの成長だけでなく負極活物質層の形態変化も発生し、これが電池の寿命を短くする原因の1つとなることが知られている。また負極活物質層の形態変化を生じる金属は亜鉛だけに限られないため、負極活物質層の形態変化を抑制して空気金属電池をより長寿命化することは、空気金属電池に共通の課題である。上記のように、空気亜鉛電池として充分な性能を得ることを目的とした検討がされているが、上記技術では負極活物質層の形態変化が充分に抑制されているとはいえない。 In an air zinc battery, which is a kind of air metal battery, it is known that not only the dendrite growth but also the shape change of the negative electrode active material layer occurs in the zinc negative electrode, which is one of the causes of shortening the battery life. Yes. In addition, since the metal that causes the shape change of the negative electrode active material layer is not limited to zinc, it is a common problem for air metal batteries to suppress the shape change of the negative electrode active material layer and extend the life of the air metal battery. It is. As described above, studies have been made for the purpose of obtaining sufficient performance as a zinc-air battery, but it cannot be said that the above technique sufficiently suppresses the change in the shape of the negative electrode active material layer.

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、負極活物質層の形態変化が効果的に抑制され、長寿命化された空気金属電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide an air metal battery in which the shape change of the negative electrode active material layer is effectively suppressed and the life is extended.

本発明者は、負極活物質層の形態変化が効果的に抑制され、長寿命化された空気金属電池について種々検討したところ、放電用の空気極と負極とがセパレータを介して密着しており、かつ、負極が遊離の電解液と接触している部分の有効面積が負極の有効面積全体の50%以下となるように電池を構成すると、負極活物質層の形態変化が効果的に抑制され、空気金属電池を長寿命化できることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。 The present inventor conducted various studies on an air metal battery in which the shape change of the negative electrode active material layer is effectively suppressed and has a long life, and the discharge air electrode and the negative electrode are in close contact with each other through the separator. In addition, when the battery is configured such that the effective area of the portion where the negative electrode is in contact with the free electrolyte is 50% or less of the total effective area of the negative electrode, the shape change of the negative electrode active material layer is effectively suppressed. The present inventors have found that an air metal battery can have a long life, and have conceived that the above-mentioned problems can be solved brilliantly, and have reached the present invention.

すなわち本発明は、空気極を正極とし、金属電極を負極とを有する空気金属電池であって、該空気金属電池は、空気極と負極とがセパレータを介して密着しており、負極と遊離の電解液とが接触している部分の有効面積が負極の有効面積全体の50%以下であることを特徴とする空気金属電池である。
以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
That is, the present invention is an air metal battery having an air electrode as a positive electrode and a metal electrode as a negative electrode, wherein the air electrode and the negative electrode are in close contact with each other via a separator. The air metal battery is characterized in that the effective area of the portion in contact with the electrolytic solution is 50% or less of the entire effective area of the negative electrode.
The present invention is described in detail below.
A combination of two or more preferred embodiments of the present invention described below is also a preferred embodiment of the present invention.

<空気金属電池>
本発明の空気金属電池は、空気極を正極とし、金属電極を負極とを有する空気金属電池であって、空気極と負極とがセパレータを介して密着しており、かつ、負極が遊離の電解液と接触している部分の有効面積が負極の有効面積全体の50%以下であることを特徴とする。
電極の形態変化(シェイプチェンジ)の原因には、重力による負極活物質の滑落や放電生成物(放電時の活物質の形態)の不均一析出がある。これらの現象は、電池層内の電解液の量に大きく依存しており、遊離の電解液がない電池ではほとんど生じない。また、放電生成物(放電時の活物質の形態)の不均一析出は、負極のうち、正極に対向する面側で発生しやすい。本発明の空気金属電池では、空気極と負極とがセパレータを介して密着していることで、負極のうち、正極とセパレータを介して密着している面からの重力による負極活物質の滑落や放電生成物(放電時の活物質の形態)の不均一析出が効果的に抑制される。また、負極が遊離の電解液と接触している部分の有効面積が負極の有効面積全体の50%以下であることで、負極のうち、正極とセパレータを介して密着している面以外の部分からの重力による負極活物質の滑落や放電生成物(放電時の活物質の形態)の不均一析出も効果的に抑制される。
更に、電極の形態変化(シェイプチェンジ)のもう1つの原因として、電極の面内方向の充放電電流の不均一性がある。シェイプチェンジの抑制のためには、充放電電流を均一にすることが重要である。電極間距離に対して電極面積が充分に大きいと電極間に平行電場が形成される。充放電反応の均一性には、この平行電場を形成することが重要であり、空気極と負極とがセパレータを介して密着していることで、空気極と負極の有効面積に対して電極間距離が近くなり、平行電場が形成されやすくなるため、この点からもシェイプチェンジが効果的に抑制される。
本発明において、電極の有効面積とは、電極表面のうち、電極としての機能を発揮することができる部分の面積を意味し、例えば、電極活物質層の一部に絶縁塗料やフィルムで被覆された部分がある場合には、当該部分は有効面積には含まれない。
<Air metal battery>
The air metal battery of the present invention is an air metal battery having an air electrode as a positive electrode and a metal electrode as a negative electrode, wherein the air electrode and the negative electrode are in close contact via a separator, and the negative electrode is free electrolysis. The effective area of the portion in contact with the liquid is 50% or less of the entire effective area of the negative electrode.
Causes of electrode shape change (shape change) include slipping of the negative electrode active material due to gravity and non-uniform precipitation of discharge products (form of active material during discharge). These phenomena greatly depend on the amount of the electrolyte solution in the battery layer, and hardly occur in a battery without a free electrolyte solution. Further, non-uniform precipitation of discharge products (form of active material during discharge) is likely to occur on the side of the negative electrode facing the positive electrode. In the air metal battery of the present invention, since the air electrode and the negative electrode are in close contact with each other through the separator, the negative electrode active material slips off due to gravity from the surface of the negative electrode in close contact with the positive electrode and the separator. Non-uniform precipitation of the discharge product (form of active material during discharge) is effectively suppressed. In addition, since the effective area of the portion where the negative electrode is in contact with the free electrolyte is 50% or less of the total effective area of the negative electrode, the portion of the negative electrode other than the surface in close contact with the positive electrode through the separator The negative electrode active material slipping off due to gravity and non-uniform precipitation of discharge products (form of active material during discharge) are also effectively suppressed.
Furthermore, another cause of the change in shape (shape change) of the electrode is non-uniformity of charge / discharge current in the in-plane direction of the electrode. In order to suppress the shape change, it is important to make the charge / discharge current uniform. If the electrode area is sufficiently large relative to the distance between the electrodes, a parallel electric field is formed between the electrodes. It is important to form this parallel electric field for the uniformity of the charge / discharge reaction. The air electrode and the negative electrode are in close contact with each other through the separator, so that the effective area of the air electrode and the negative electrode Since the distance is reduced and a parallel electric field is easily formed, the shape change is effectively suppressed also from this point.
In the present invention, the effective area of the electrode means the area of the electrode surface that can function as an electrode. For example, a part of the electrode active material layer is covered with an insulating paint or film. If there is a part, the part is not included in the effective area.

更に本発明の空気金属電池には、次のような効果もある。空気極と負極との間に存在するセパレータや電解液は、全てイオンの移動の抵抗となるが、空気極と負極とがセパレータを介して密着していることで、空気極と負極との間には、セパレータに含まれる電解液しか存在しないことになる。また、セパレータも薄くすることができるため、空気極と負極間のイオン移動の抵抗が少なくなって、出力(電圧)の大きな電池とすることができる。
本発明において、遊離の電解液とは、自由に移動することができる状態にある電解液を意味し、セパレータ中に含まれる電解液のように自由な移動に制限のある電解液は遊離の電解液には含まれない。
Further, the air metal battery of the present invention has the following effects. The separator and electrolyte present between the air electrode and the negative electrode all have resistance to ion movement, but the air electrode and the negative electrode are in close contact with each other via the separator, so Therefore, only the electrolyte contained in the separator exists. In addition, since the separator can also be made thin, the resistance of ion movement between the air electrode and the negative electrode is reduced, and a battery having a large output (voltage) can be obtained.
In the present invention, the free electrolytic solution means an electrolytic solution in a state where it can freely move, and an electrolytic solution having a restriction on free movement like the electrolytic solution contained in the separator is a free electrolytic solution. Not included in the liquid.

上記負極は、遊離の電解液と接触している部分の有効面積が負極の有効面積全体の50%以下であることが好ましく、より好ましくは、30%以下であり、最も好ましくは、0%、すなわち、遊離の電解液と接触している部分がないことである。
ここで、負極の、遊離の電解液と接触している部分の有効面積の割合は、負極活物質層表面全体の有効面積に対する割合である。負極が、集電体の両面に負極活物質層が形成されたものである場合、集電体の両面の負極活物質層表面の有効面積の合計を意味する。
本発明において、電極の有効面積は、ものさし、ノギス等により辺を測定の上、算出することができる。
In the negative electrode, the effective area of the portion in contact with the free electrolyte is preferably 50% or less of the total effective area of the negative electrode, more preferably 30% or less, most preferably 0%, That is, there is no portion in contact with the free electrolyte.
Here, the ratio of the effective area of the portion of the negative electrode that is in contact with the free electrolyte is a ratio to the effective area of the entire surface of the negative electrode active material layer. When the negative electrode is one in which a negative electrode active material layer is formed on both sides of the current collector, it means the total effective area of the surfaces of the negative electrode active material layer on both sides of the current collector.
In the present invention, the effective area of the electrode can be calculated after measuring the sides with a ruler or caliper.

本発明の空気亜鉛電池は、空気極と負極とを有する2極方式の空気金属電池であっても、正極として放電用の空気極と充電用の金属電極とを有する3極方式の空気金属電池であってもよいが、遊離の電解液が特に必要な3極方式の空気金属電池である場合に、本発明の構成とすることの技術的意義がより発揮されることになる。3極方式の空気金属電池である場合、放電用の空気極と負極とがセパレータを介して密着していれば、上述した効果を発揮することができる。
すなわち、空気金属電池が、正極として放電用の空気極と充電用の金属電極とを有する3極方式の空気金属電池であって、該空気金属電池は、放電用の空気極と負極とがセパレータを介して密着しており、負極と遊離の電解液とが接触している部分の有効面積が負極の有効面積全体の50%以下であることは、本発明の空気金属電池の好適な実施形態の1つである。
The air zinc battery of the present invention is a three-pole air metal battery having a discharge air electrode and a charge metal electrode as a positive electrode, even if it is a two-pole air metal battery having an air electrode and a negative electrode. However, the technical significance of the configuration of the present invention is more exhibited in the case of a tripolar air metal battery in which a free electrolyte is particularly necessary. In the case of a three-pole type air metal battery, the above-described effects can be exhibited if the discharge air electrode and the negative electrode are in close contact with each other via a separator.
That is, the air metal battery is a three-electrode air metal battery having a discharge air electrode and a charge metal electrode as a positive electrode, and the air metal battery has a discharge air electrode and a negative electrode as separators. A preferred embodiment of the air metal battery of the present invention is that the effective area of the portion where the negative electrode and the free electrolyte are in contact is 50% or less of the total effective area of the negative electrode. It is one of.

本発明の3極方式の空気金属電池において、放電用の正極は、遊離の電解液と接触している部分の有効面積が放電用正極の有効面積全体の5%以下であることが好ましい。空気極は、空気極の触媒となる金属、空気、電解液の3層界面ができている必要がある。空気極に遊離の電解液と接触している部分があると、その部分では空気極が電解液で濡れて3層界面がなくなる(空気極の沈没)が、セパレータ中に含まれる電解液とのみ接触している部分では、空気極の沈没が抑制され、3層界面を形成することができる。また、電解液の液漏れを抑制することもできる。放電用の正極のうち、遊離の電解液と接触している部分の有効面積は放電用正極の有効面積全体の3%以下であることがより好ましく、最も好ましくは、0%、すなわち、放電用の正極の有効面積部分に遊離の電解質と接触している部分がないことである。
ここで、放電用正極の有効面積全体とは、放電用正極の両面に電極としての機能を発揮することができる部分がある場合には、それらの部分の面積の合計を意味する。
In the three-electrode air metal battery of the present invention, the discharge positive electrode preferably has an effective area of the portion in contact with the free electrolyte of 5% or less of the total effective area of the discharge positive electrode. The air electrode needs to have a three-layer interface of a metal, air, and electrolyte that serve as a catalyst for the air electrode. If there is a part in contact with the free electrolyte in the air electrode, the air electrode gets wet with the electrolyte and the three-layer interface disappears (sink of the air electrode), but only with the electrolyte contained in the separator. In the contacted portion, the sinking of the air electrode is suppressed and a three-layer interface can be formed. In addition, leakage of the electrolytic solution can be suppressed. Of the positive electrode for discharge, the effective area of the portion in contact with the free electrolyte is more preferably 3% or less of the total effective area of the positive electrode for discharge, most preferably 0%, that is, for discharge There is no portion in contact with the free electrolyte in the effective area of the positive electrode.
Here, the whole effective area of the positive electrode for discharge means the sum of the areas of those portions when there are portions that can function as electrodes on both surfaces of the positive electrode for discharge.

上記3極方式の空気金属電池において、負極は、放電用の空気極と対向している面とは反対側の面もセパレータと密着していることが好ましい。これにより、負極の、放電用の空気極と対向している面と反対側の面についても、セパレータと密着している部分について遊離の電解液との接触がなくなり、重力による負極活物質の滑落や放電生成物(放電時の活物質の形態)の不均一析出をより効果的に抑制することができるとともに亜鉛種やカドミウム種を活物質として用いた場合のデンドライトの成長も抑制することができる。 In the above-described three-electrode air metal battery, it is preferable that the negative electrode is in close contact with the separator on the surface opposite to the surface facing the discharge air electrode. As a result, even on the surface of the negative electrode opposite to the surface facing the discharge air electrode, the portion in close contact with the separator is not in contact with the free electrolyte, and the negative electrode active material slides down due to gravity. And the non-uniform precipitation of discharge products (form of active material during discharge) can be more effectively suppressed, and the growth of dendrites when zinc species and cadmium species are used as active materials can also be suppressed. .

上記3極方式の空気金属電池において、負極と充電用の金属電極とがセパレータを介して密着していることは、本発明の3極方式の空気金属電池の好適な形態の1つである。これにより、負極と充電用の金属電極との有効面積に対して負極と充電用の金属電極との距離を充分に近くすることができ、負極と充電用の金属電極との間に平行電場が形成されやすくなることで、電極の面内方向の充放電電流が充分に均一なものとなって、負極の充電用の金属電極と対向する面側のシェイプチェンジも効果的に抑制される。更に、亜鉛種やカドミウム種を負極活物質として用いた場合のデンドライトの成長もより効果的に抑制することができる。
なお、2極式の空気金属電池の場合は、空気極と負極とがセパレータを介して密着していることで、デンドライトの成長も効果的に抑制されることになる。
In the three-pole air metal battery, the negative electrode and the metal electrode for charging are in close contact via a separator is one of the preferred forms of the three-pole air metal battery of the present invention. As a result, the distance between the negative electrode and the metal electrode for charging can be sufficiently close to the effective area between the negative electrode and the metal electrode for charging, and a parallel electric field is generated between the negative electrode and the metal electrode for charging. By being easily formed, the charge / discharge current in the in-plane direction of the electrode becomes sufficiently uniform, and the shape change on the surface facing the metal electrode for charging of the negative electrode is also effectively suppressed. Furthermore, the growth of dendrites when zinc species or cadmium species are used as the negative electrode active material can be more effectively suppressed.
In the case of a bipolar air metal battery, the growth of dendrites is effectively suppressed because the air electrode and the negative electrode are in close contact via the separator.

図1は、本発明の空気金属電池の好ましい形態の一例を図で示したものである。この空気金属電池は、正極として放電用の空気極と充電用の金属電極とを有する3極方式の空気金属電池であって、負極に対向する側の放電用の空気極全体と放電用の空気極に対向する側の負極全体とがセパレータを介して密着しており、かつ、放電用正極に対向する側の負極全体もセパレータと密着している。放電用の空気極と負極はいずれも遊離の電解液とは接触しておらず、充電用正極の周囲にのみ、遊離の電解液が存在している。この空気金属電池では、中央に配置した遊離の電解液と充電用の正極とを挟んでその左右に負極、及び、放電用の空気極を配置することで、容量の大きな電池となる。
更に別の好ましい形態を図2に示す。図2は、図1の形態に比べて、負極の、放電用正極と対向している側の面と充電用正極とがセパレータを介して密着している点が異なっている。図2の形態とすることで、図1の形態の電池に比べて、負極の充電用の金属電極と対向する面側のシェイプチェンジも効果的に抑制される。
FIG. 1 shows an example of a preferred embodiment of the air metal battery of the present invention. This air metal battery is a three-pole type air metal battery having a discharge air electrode and a charge metal electrode as a positive electrode, and the discharge air electrode on the side facing the negative electrode and the discharge air. The entire negative electrode on the side facing the electrode is in close contact with the separator, and the entire negative electrode on the side facing the discharge positive electrode is also in close contact with the separator. Neither the discharge air electrode nor the negative electrode is in contact with the free electrolyte, and the free electrolyte exists only around the positive electrode for charging. This air metal battery has a large capacity by arranging a negative electrolyte and a discharge air electrode on the left and right sides of a free electrolyte placed in the center and a positive electrode for charging.
Yet another preferred form is shown in FIG. 2 is different from the embodiment of FIG. 1 in that the surface of the negative electrode facing the discharge positive electrode and the charge positive electrode are in close contact with each other through a separator. By adopting the form of FIG. 2, the shape change on the side of the surface facing the metal electrode for charging the negative electrode is effectively suppressed as compared with the battery of the form of FIG. 1.

<負極>
本発明の空気金属電池を構成する負極としては、空気金属電池の負極として機能することができるものである限り特に制限されず、カドミウム種・リチウム種・ナトリウム種・マグネシウム種・鉛種・亜鉛種・錫種・シリコン含有材料・水素吸蔵合金材料、白金等の貴金属材料等、電池の負極活物質として通常用いられるものを負極活物質として用いることができる。上記のように、負極と正極との間にセパレータを設置することでデンドライトの成長も効果的に抑制することができるため、負極としては、上記のものの中でも、亜鉛種又はカドミウム種が好ましい。
ここで、亜鉛種とは亜鉛の金属単体又は亜鉛化合物を意味し、カドミウム種とはカドミウムの金属単体又はカドミウム化合物を意味する。リチウム種、ナトリウム種、マグネシウム種、鉛種、亜鉛種、及び、錫種についても同様である。化合物としては、酸化物、硫化物、水酸化物等が挙げられる。
<Negative electrode>
The negative electrode constituting the air metal battery of the present invention is not particularly limited as long as it can function as the negative electrode of the air metal battery, and is not limited to cadmium species / lithium species / sodium species / magnesium species / lead species / zinc species. -What is usually used as a negative electrode active material of a battery, such as a tin species, a silicon-containing material, a hydrogen storage alloy material, and a noble metal material such as platinum, can be used as a negative electrode active material. As described above, since the growth of dendrites can be effectively suppressed by installing a separator between the negative electrode and the positive electrode, among the above, zinc species or cadmium species are preferable as the negative electrode.
Here, the zinc species means a zinc simple metal or a zinc compound, and the cadmium species means a cadmium simple metal or a cadmium compound. The same applies to lithium species, sodium species, magnesium species, lead species, zinc species, and tin species. Examples of the compound include oxides, sulfides and hydroxides.

上記負極活物質は、平均粒子径が1nm〜500μmであることが好ましい。より好ましくは5nm〜200μmであり、更に好ましくは10nm〜100μmであり、特に好ましくは、10nm〜60μmである。
上記平均粒子径は、粒度分布測定装置を用いて測定することができる。
The negative electrode active material preferably has an average particle size of 1 nm to 500 μm. More preferably, they are 5 nm-200 micrometers, More preferably, they are 10 nm-100 micrometers, Especially preferably, they are 10 nm-60 micrometers.
The average particle diameter can be measured using a particle size distribution measuring device.

上記負極は、集電体上に負極活物質層が形成されたものであることが好ましい。活物質層中に含まれる活物質の質量割合は、活物質層全体100質量%中、40質量%以上であることが好ましい。活物質の配合量がこのような範囲であると、電極の容量を充分なものとすることができる。より好ましくは60質量%以上であり、更に好ましくは80質量%以上であり、特に好ましくは85質量%以上である。また、該質量割合は、99.9質量%以下であることが好ましく、99.5質量%以下であることがより好ましく、99質量%以下であることが更に好ましく、98質量%以下であることが特に好ましい。 The negative electrode preferably has a negative electrode active material layer formed on a current collector. The mass ratio of the active material contained in the active material layer is preferably 40% by mass or more in 100% by mass of the entire active material layer. When the amount of the active material is in such a range, the capacity of the electrode can be made sufficient. More preferably, it is 60 mass% or more, More preferably, it is 80 mass% or more, Especially preferably, it is 85 mass% or more. The mass ratio is preferably 99.9% by mass or less, more preferably 99.5% by mass or less, still more preferably 99% by mass or less, and 98% by mass or less. Is particularly preferred.

上記負極活物質層は、活物質以外に結着剤や導電助剤等を含んでいてもよい。
結着剤としては、種々のものを用いることができ、熱可塑性、熱硬化性のいずれであってもよく、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のハロゲン原子含有ポリマー、ポリオレフィン等の炭化水素部位含有ポリマー、ポリスチレン等の芳香族基含有ポリマー;アルキレングリコール等のエーテル基含有ポリマー;ポリビニルアルコール等の水酸基含有ポリマー;ポリアミド、ポリアクリルアミド等のアミド結合含有ポリマー;ポリマレイミド等のイミド基含有ポリマー;ポリ(メタ)アクリル酸等のカルボキシル基含有ポリマー;ポリ(メタ)アクリル酸塩等のカルボン酸塩基含有ポリマー;スルホン酸塩部位含有ポリマー;第四級アンモニウム塩や第四級ホスホニウム塩含有ポリマー;イオン交換性重合体;天然ゴム;スチレンブタジエンゴム(SBR)等の人工ゴム;ヒドロキシアルキルセルロース(例えば、ヒドロキシエチルセルロース)、カルボキシメチルセルロース等の糖類;ポリエチレンイミン等のアミノ基含有ポリマー;ポリウレタン等が挙げられる。
The negative electrode active material layer may contain a binder, a conductive auxiliary agent and the like in addition to the active material.
Various binders can be used, which may be either thermoplastic or thermosetting. Polymers containing halogen atoms such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, and hydrocarbon moieties such as polyolefin. -Containing polymers, aromatic group-containing polymers such as polystyrene; ether group-containing polymers such as alkylene glycol; hydroxyl group-containing polymers such as polyvinyl alcohol; amide bond-containing polymers such as polyamide and polyacrylamide; imide group-containing polymers such as polymaleimide; Carboxyl group-containing polymers such as (meth) acrylic acid; Carboxylic acid group-containing polymers such as poly (meth) acrylates; Sulfonate moiety-containing polymers; Quaternary ammonium salt and quaternary phosphonium salt-containing polymers; Ion exchange Polymer; natural rubber; Artificial rubber such as Ren butadiene rubber (SBR); hydroxyalkylcelluloses (e.g., hydroxyethylcellulose), sugars such as carboxymethyl cellulose; amino group-containing polymers such as polyethyleneimine; and polyurethane.

上記結着剤の活物質層全体中の質量割合は、0.3〜30質量%であることが好ましい。より好ましくは、0.5〜15質量%であり、更に好ましくは、1〜10質量%であり、特に好ましくは、2〜6質量%である。 It is preferable that the mass ratio in the whole active material layer of the said binder is 0.3-30 mass%. More preferably, it is 0.5-15 mass%, More preferably, it is 1-10 mass%, Most preferably, it is 2-6 mass%.

上記導電助剤としては、特に制限されないが、例えば、導電性カーボン、導電性セラミックス、亜鉛・銅・真鍮・ニッケル・銀・ビスマス・インジウム・鉛・錫等の金属等の1種又は2種以上を用いることができる。 Although it does not restrict | limit especially as said conductive support agent, For example, 1 type, or 2 or more types, such as conductive carbon, conductive ceramics, metals, such as zinc, copper, brass, nickel, silver, bismuth, indium, lead, and tin Can be used.

上記負極活物質層が導電助剤を含む場合の導電助剤の割合は、負極活物質層中の活物質100質量%に対して、0.0001〜100質量%であることが好ましい。導電助剤の含有割合がこのような範囲であると、本発明の電極を電池に用いた場合に、より良好な電池性能を発揮する。より好ましくは、0.0005〜60質量%であり、更に好ましくは、0.001〜40質量%である。 In the case where the negative electrode active material layer contains a conductive auxiliary agent, the proportion of the conductive auxiliary agent is preferably 0.0001 to 100% by mass with respect to 100% by mass of the active material in the negative electrode active material layer. When the content ratio of the conductive auxiliary is within such a range, better battery performance is exhibited when the electrode of the present invention is used for a battery. More preferably, it is 0.0005-60 mass%, More preferably, it is 0.001-40 mass%.

上記負極活物質層は、その他の成分として、周期表の第1族〜第17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する化合物、有機化合物、及び、有機化合物塩からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。
上記負極活物質層がその他の成分を含む場合は、該その他の成分の負極活物質層中の含有割合は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、1質量%以下であることが更に好ましい。
The negative electrode active material layer includes, as other components, a compound having at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Group 1 to Group 17 of the periodic table, an organic compound, and an organic compound salt. It may contain at least one selected from the group.
When the negative electrode active material layer contains other components, the content ratio of the other components in the negative electrode active material layer is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, More preferably, it is 1 mass% or less.

上記負極活物質層の厚さは、100μm以上であることが好ましく、200μm以上であることがより好ましく、500μm以上であることが更に好ましく、1mm以上であることが特に好ましい。該活物質層の厚さは、例えば10mm以下であることが好ましく、5mm以下であることがより好ましい。
上記活物質層の厚さは、マイクロメーターにより測定することができる。
The thickness of the negative electrode active material layer is preferably 100 μm or more, more preferably 200 μm or more, further preferably 500 μm or more, and particularly preferably 1 mm or more. The thickness of the active material layer is preferably 10 mm or less, for example, and more preferably 5 mm or less.
The thickness of the active material layer can be measured with a micrometer.

上記負極を構成する集電体としては特に制限されず、(電解)銅箔、銅メッシュ(エキスパンドメタル)、発泡銅、パンチング銅、真鍮等の銅合金、真鍮箔、真鍮メッシュ(エキスパンドメタル)、発泡真鍮、パンチング真鍮、ニッケル箔、耐食性ニッケル、ニッケルメッシュ(エキスパンドメタル)、パンチングニッケル、金属亜鉛、耐食性金属亜鉛、亜鉛箔、亜鉛メッシュ(エキスパンドメタル)、(パンチング)鋼板、導電性を付与した不織布;Ni・Zn・Sn・Pb・Hg・Bi・In・Tl・真鍮等を添加した(電解)銅箔・銅メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡銅・パンチング銅・真鍮等の銅合金・真鍮箔・真鍮メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡真鍮・パンチング真鍮・ニッケル箔・耐食性ニッケル・ニッケルメッシュ(エキスパンドメタル)・パンチングニッケル・金属亜鉛・耐食性金属亜鉛・亜鉛箔・亜鉛メッシュ(エキスパンドメタル)・(パンチング)鋼板・不織布;Ni・Zn・Sn・Pb・Hg・Bi・In・Tl・真鍮等によりメッキされた(電解)銅箔・銅メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡銅・パンチング銅・真鍮等の銅合金・真鍮箔・真鍮メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡真鍮・パンチング真鍮・ニッケル箔・耐食性ニッケル・ニッケルメッシュ(エキスパンドメタル)・パンチングニッケル・金属亜鉛・耐食性金属亜鉛・亜鉛箔・亜鉛メッシュ(エキスパンドメタル)・(パンチング)鋼板・不織布;銀;アルカリ(蓄)電池や空気亜鉛電池に集電体や容器として使用される材料等が挙げられる。 The current collector constituting the negative electrode is not particularly limited, (electrolytic) copper foil, copper mesh (expanded metal), foamed copper, punched copper, copper alloys such as brass, brass foil, brass mesh (expanded metal), Foamed brass, punched brass, nickel foil, corrosion-resistant nickel, nickel mesh (expanded metal), punched nickel, metal zinc, corrosion-resistant metal zinc, zinc foil, zinc mesh (expanded metal), (punched) steel sheet, non-woven fabric with conductivity ; Copper foil, copper mesh (expanded metal), foamed copper, punched copper, brass and other copper alloys, brass foil, etc. with addition of Ni, Zn, Sn, Pb, Hg, Bi, In, Tl, brass, etc. Brass mesh (expanded metal), foamed brass, punched brass, nickel foil, corrosion resistant nickel, nickel mesh (Expanded metal), punched nickel, metal zinc, corrosion resistant metal zinc, zinc foil, zinc mesh (expanded metal), (punched) steel sheet, non-woven fabric; Ni, Zn, Sn, Pb, Hg, Bi, In, Tl, brass (Electrolytic) copper foil, copper mesh (expanded metal), foamed copper, punched copper, copper alloys such as brass, brass foil, brass mesh (expanded metal), foamed brass, punched brass, nickel foil, corrosion resistance Nickel, nickel mesh (expanded metal), punched nickel, metal zinc, corrosion-resistant metal zinc, zinc foil, zinc mesh (expanded metal), (punched) steel sheet, non-woven fabric, silver, alkaline (storage) battery, and air zinc battery Examples include materials used as bodies and containers.

<充電用の正極>
本発明の3極方式の空気金属電池用電極を構成する充電用の正極としては、充電用の正極として機能することができるものである限り特に制限されないが、負極と対向する面に対して垂直方向にイオンを伝導できる構造又は材質が好ましく、多孔性の金属板等が好ましい。多孔性の金属板としては、上記負極を構成する集電体として用いることができる材料に含まれる、パンチング金属板、発泡金属板を用いることができる。
<Positive electrode for charging>
Although it does not restrict | limit especially as long as it can function as a positive electrode for charge as a positive electrode for charge which comprises the electrode for air metal batteries of a 3 pole system of this invention, It is perpendicular | vertical with respect to the surface facing a negative electrode. A structure or material capable of conducting ions in the direction is preferable, and a porous metal plate or the like is preferable. As the porous metal plate, a punched metal plate or a foamed metal plate included in a material that can be used as a current collector constituting the negative electrode can be used.

上記充電用の正極の厚さは特に制限されないが、0.01〜2mmであることが好ましい。より好ましくは、0.1〜1mmである。
上記充電用の正極の厚さは、マイクロメーターにより測定することができる。
The thickness of the positive electrode for charging is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 2 mm. More preferably, it is 0.1-1 mm.
The thickness of the charging positive electrode can be measured with a micrometer.

<空気極(放電用の正極)>
本発明の空気金属電池を構成する空気極(3極方式の場合は、放電用の空気極)は、空気極として機能するものである限り特に制限されないが、空気極用触媒を含むものであることが好ましく、集電体上に空気極用触媒層を形成したものであることがより好ましい。
空気極用触媒としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、デンカブラック、カーボンナノチューブ、フラーレン等の導電性カーボン、金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。
<Air electrode (positive electrode for discharge)>
The air electrode constituting the air metal battery of the present invention (in the case of the three-pole system, the discharge air electrode) is not particularly limited as long as it functions as an air electrode, but may contain an air electrode catalyst. It is more preferable that an air electrode catalyst layer is formed on the current collector.
Examples of the air electrode catalyst include conductive carbon such as ketjen black, acetylene black, denka black, carbon nanotube, fullerene, metal, metal oxide, metal hydroxide, metal sulfide, and the like. Or 2 or more types can be used.

上記空気極用触媒層に含まれる空気極用触媒の質量割合は、空気極用触媒層全体100質量%中、5質量%以上であることが好ましい。空気極用触媒の割合がこのような範囲であると、空気極の機能を充分なものとすることができる。より好ましくは10質量%以上であり、更に好ましくは20質量%以上である。また、該質量割合は98質量%以下であることが好ましく、95質量%以下であることがより好ましい。 The mass ratio of the air electrode catalyst contained in the air electrode catalyst layer is preferably 5% by mass or more in 100% by mass of the entire air electrode catalyst layer. When the ratio of the air electrode catalyst is within such a range, the function of the air electrode can be made sufficient. More preferably, it is 10 mass% or more, More preferably, it is 20 mass% or more. Moreover, it is preferable that this mass ratio is 98 mass% or less, and it is more preferable that it is 95 mass% or less.

上記空気極用触媒層は、空気極用触媒以外に結着剤を含んでいてもよい。
結着剤としては、上述した負極活物質層が含む結着剤と同様のものを用いることができる。
結着剤の空気極用触媒層中の質量割合は、0.1〜10質量%であることが好ましい。より好ましくは、0.5〜8質量%であり、更に好ましくは、1〜5質量%である。
The air electrode catalyst layer may contain a binder in addition to the air electrode catalyst.
As a binder, the thing similar to the binder which the negative electrode active material layer mentioned above contains can be used.
The mass ratio of the binder in the air electrode catalyst layer is preferably 0.1 to 10% by mass. More preferably, it is 0.5-8 mass%, More preferably, it is 1-5 mass%.

上記空気極用触媒層は、空気極用触媒、結着剤以外にその他の成分として撥水剤等を含んでいてもよい。
これらその他に成分の空気極用触媒層中の質量割合は、5質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、3質量%以下であり、更に好ましくは、2質量%以下である。
The air electrode catalyst layer may contain a water repellent and the like as other components in addition to the air electrode catalyst and the binder.
In addition to these, the mass ratio of the components in the air electrode catalyst layer is preferably 5% by mass or less. More preferably, it is 3 mass% or less, More preferably, it is 2 mass% or less.

上記空気極用触媒層の厚さは、5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、20μm以上であることが更に好ましい。該活物質層の厚さは、例えば1mm以下であることが好ましく、500μm以下であることがより好ましい。
上記活物質層の厚さは、マイクロメーターにより測定することができる。
The thickness of the air electrode catalyst layer is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and further preferably 20 μm or more. The thickness of the active material layer is preferably, for example, 1 mm or less, and more preferably 500 μm or less.
The thickness of the active material layer can be measured with a micrometer.

上記空気極用触媒を構成する集電体としては、上述した負極となる金属電極を構成する集電体と同様のものを用いることができる。 As the current collector constituting the air electrode catalyst, the same current collector as that constituting the metal electrode serving as the negative electrode described above can be used.

<電解質>
本発明の空気金属電池を構成する電解質は、蓄電池の電解液として通常用いられるものを用いることができ、特に制限されないが、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、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、ジメトキシメタン、ジエトキシメタン、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジエトキシエタン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、イオン性液体、フッ素含有カーボネート類、フッ素含有エーテル類、ポリエチレングリコール類、フッ素含有ポリエチレングリコール類等が挙げられる。上記有機溶剤系電解液は、1種でも2種以上でも使用することができる。水系電解液としては、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液、硫酸亜鉛水溶液、硝酸亜鉛水溶液、リン酸亜鉛水溶液、酢酸亜鉛水溶液等などが挙げられる。これらの中でも、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液といったアルカリ性電解質が好ましい。上記水系電解液は、1種でも2種以上でも使用することができる。水系電解液は、上記有機溶剤系電解液を含んでいてもよい。
<Electrolyte>
As the electrolyte constituting the air metal battery of the present invention, those commonly used as an electrolyte for a storage battery can be used, and are not particularly limited. For example, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, Dimethoxymethane, diethoxymethane, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, diethoxyethane, dimethyl sulfoxide, sulfolane, acetonitrile, benzonitrile, ionic liquid, fluorine-containing carbonates, fluorine-containing ethers, polyethylene glycols, fluorine-containing polyethylene And glycols. The organic solvent electrolyte can be used alone or in combination of two or more. Examples of the aqueous electrolyte include potassium hydroxide aqueous solution, sodium hydroxide aqueous solution, lithium hydroxide aqueous solution, zinc sulfate aqueous solution, zinc nitrate aqueous solution, zinc phosphate aqueous solution and zinc acetate aqueous solution. Among these, alkaline electrolytes such as an aqueous potassium hydroxide solution, an aqueous sodium hydroxide solution, and an aqueous lithium hydroxide solution are preferable. The aqueous electrolyte solution can be used alone or in combination of two or more. The aqueous electrolyte solution may contain the organic solvent electrolyte solution.

<セパレータ>
本発明の空気金属電池を構成するセパレータの厚みは特に制限されないが、1μm〜1000μmであることが好ましい。より好ましくは、5μm〜500μmであり、更に好ましくは、10μm〜100μmである。
セパレータの厚みは、マイクロメーターにより測定することができる。
<Separator>
The thickness of the separator constituting the air metal battery of the present invention is not particularly limited, but is preferably 1 μm to 1000 μm. More preferably, it is 5 micrometers-500 micrometers, More preferably, they are 10 micrometers-100 micrometers.
The thickness of the separator can be measured with a micrometer.

上記セパレータとしては、不織布、濾紙、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン部位含有ポリマー、ポリフッ化ビニリデン部位含有ポリマー、セルロース、フィブリル化セルロース、ビスコースレイヨン、酢酸セルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール含有ポリマー、セロファン、ポリスチレン等の芳香環部位含有ポリマー、ポリアクリロニトリル部位含有ポリマー、ポリアクリルアミド部位含有ポリマー、ポリフッ化ビニル部位含有ポリマー等のハロゲン含有ポリマー、ポリアミド部位含有ポリマー、ポリイミド部位含有ポリマー、ナイロン等のエステル部位含有ポリマー、ポリ(メタ)アクリル酸部位含有ポリマー、ポリ(メタ)アクリル酸塩部位含有ポリマー、ポリイソプレノールやポリ(メタ)アリルアルコール等の水酸基含有ポリマー、ポリカーボネート等のカーボネート基含有ポリマー、ポリエステル等のエステル基含有ポリマー、ポリウレタン等のカルバメートやカルバミド基部位含有ポリマー、寒天、ゲル化合物、有機無機ハイブリッド(コンポジット)化合物、イオン交換膜性ポリマー、環化ポリマー、スルホン酸塩含有ポリマー、第四級アンモニウム塩含有ポリマー、第四級ホスホニウム塩ポリマー、環状炭化水素基含有ポリマー、エーテル基含有ポリマー、セラミックス等の無機物、イオン伝導性を有する材料により形成される無孔性膜等が挙げられる。 Examples of the separator include nonwoven fabric, filter paper, polyolefin such as polyethylene and polypropylene, polytetrafluoroethylene moiety-containing polymer, polyvinylidene fluoride moiety-containing polymer, cellulose, fibrillated cellulose, viscose rayon, cellulose acetate, hydroxyalkylcellulose, carboxymethylcellulose. , Polyvinyl alcohol-containing polymer, cellophane, polystyrene-containing aromatic ring-containing polymer, polyacrylonitrile-containing polymer, polyacrylamide-containing polymer, polyvinyl fluoride-containing polymer-containing halogen-containing polymer, polyamide-containing polymer, polyimide-containing polymer , Nylon and other ester moiety-containing polymers, poly (meth) acrylic acid moiety-containing polymers, poly (meth) acrylate Oxalate-containing polymer, hydroxyl group-containing polymer such as polyisoprenol and poly (meth) allyl alcohol, carbonate group-containing polymer such as polycarbonate, ester group-containing polymer such as polyester, carbamate and carbamide group-containing polymer such as polyurethane, Agar, gel compound, organic-inorganic hybrid (composite) compound, ion exchange membrane polymer, cyclized polymer, sulfonate-containing polymer, quaternary ammonium salt-containing polymer, quaternary phosphonium salt polymer, cyclic hydrocarbon group-containing polymer , Ether group-containing polymers, inorganic materials such as ceramics, and nonporous membranes formed of materials having ion conductivity.

本発明におけるセパレータとしては、上記のものの中でも、アニオン伝導性膜であることが好ましい。アニオン伝導性膜をセパレータとして用いることで、電極反応に必要なアニオンの良好な透過性を確保しつつ、亜鉛等のデンドライトの成長を充分に抑制することができる。
本発明の3極方式の空気金属電池では、放電用の空気極と負極とがセパレータを介して密着しており、また、負極と充電用の金属電極とがセパレータを介して密着していることが好ましいが、このように本発明の空気金属電池が、放電用の空気極と負極との間、及び、負極と充電用の金属電極との間にセパレータを有する場合、これらのセパレータの少なくとも一方は、アニオン伝導性膜であることが好ましい。より好ましくは、これらの両方のセパレータがアニオン伝導性膜であることである。
このように、アニオン伝導性膜をセパレータとして含むことは、本発明の空気金属電池の好適な実施形態の1つである。
なお、アニオン伝導性膜とは、陰イオンを優先的に透過する膜を意味する。これは、本発明と同じ又は類似の技術分野に属する下記公知文献に記載のいずれの発明においても共通する概念である。本発明では、アニオン伝導性膜とは、陰イオン、特に水酸化物イオンを透過する膜(層)を意味する。
(特表2014−503689号公報、特開2013−145758号公報、特開2013−091598号公報、特開2014−011000号公報、特開2013−211201号公報)
Among the above separators, the separator in the present invention is preferably an anion conductive membrane. By using an anion conductive membrane as a separator, it is possible to sufficiently suppress the growth of dendrites such as zinc while ensuring good permeability of anions necessary for electrode reaction.
In the three-electrode air metal battery of the present invention, the discharge air electrode and the negative electrode are in close contact with each other through the separator, and the negative electrode and the charge metal electrode are in close contact with each other through the separator. However, when the air metal battery of the present invention has a separator between the discharge air electrode and the negative electrode and between the negative electrode and the metal electrode for charging, at least one of these separators. Is preferably an anion conductive membrane. More preferably, both of these separators are anion conductive membranes.
Thus, including an anion conductive membrane as a separator is one of the preferred embodiments of the air metal battery of the present invention.
The anion conductive membrane means a membrane that preferentially transmits anions. This is a concept common to any invention described in the following publicly known documents belonging to the same or similar technical field as the present invention. In the present invention, the anion conductive membrane means a membrane (layer) that transmits anions, particularly hydroxide ions.
(Japanese translations of PCT publication No. 2014-503689, JP2013-145758, JP2013-091598, JP2014-011000, JP2013-211201)

上記アニオン伝導性膜は、ポリマーと、周期表の第1族〜第17族から選ばれる少なくとも1種の元素を含有する化合物とを含むアニオン伝導性材料によって形成されるものであることが好ましい。このようなアニオン伝導性材料によって形成されたアニオン伝導性膜は、良好な水酸化物イオン透過性を有しながら、アニオンであってもイオン半径の大きな金属イオンの拡散は充分に防止することができるため、負極と正極(3極方式の場合は、充電用正極)との間にセパレータとしてこのような膜が存在しても本発明の空気金属電池が良好な性能を発揮することができる。
この場合、アニオン伝導性材料はポリマーと、周期表の第1族〜第17族から選ばれる少なくとも1種の元素を含有する化合物をそれぞれ1種含んでいても2種以上含んでいてもよく、また、これら以外の成分を含んでいてもよい。
以下に、アニオン伝導性材料が含むポリマー、及び、周期表の第1族〜第17族から選ばれる少なくとも1種の元素を含有する化合物(以下、単に無機化合物ともいう。)について順に説明する。
The anion conductive membrane is preferably formed of an anion conductive material including a polymer and a compound containing at least one element selected from Group 1 to Group 17 of the periodic table. The anion conductive membrane formed of such an anion conductive material has a good hydroxide ion permeability, but can sufficiently prevent the diffusion of metal ions having a large ionic radius even in the case of anions. Therefore, even if such a film exists as a separator between the negative electrode and the positive electrode (in the case of the three-electrode system, the positive electrode for charging), the air metal battery of the present invention can exhibit good performance.
In this case, the anion conductive material may contain a polymer and a compound containing at least one element selected from Group 1 to Group 17 of the periodic table, respectively, or may contain two or more kinds. Moreover, components other than these may be included.
Hereinafter, a polymer contained in the anion conductive material and a compound containing at least one element selected from Group 1 to Group 17 of the periodic table (hereinafter also simply referred to as an inorganic compound) will be described in order.

上記アニオン伝導性材料が含むポリマーとしては、ポリエチレンやポリプロピレン等の炭化水素部位含有ポリマー、ポリスチレン等に代表される芳香族基含有ポリマー;アルキレングリコール等に代表されるエーテル基含有ポリマー;ポリビニルアルコールやポリ(α−ヒドロキシメチルアクリル酸塩)等に代表される水酸基含有ポリマー;ポリアミド、ナイロン、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドンやN−置換ポリアクリルアミド等に代表されるアミド基含有ポリマー;ポリマレイミド等に代表されるイミド基含有ポリマー;ポリ(メタ)アクリル酸、ポリマレイン酸、ポリイタコン酸、ポリメチレングルタル酸等に代表されるカルボキシル基含有ポリマー;ポリ(メタ)アクリル酸塩、ポリマレイン酸塩、ポリイタコン酸塩、ポリメチレングルタル酸塩等に代表されるカルボン酸塩基含有ポリマー;ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のハロゲン含有ポリマー;エポキシ樹脂等のエポキシ基が開環することにより結合したポリマー;スルホン酸塩部位含有ポリマー;ARB(Aは、N又はPを表す。Bは、ハロゲンアニオンやOH等のアニオンを表す。R、R、Rは、同一又は異なって、炭素数1〜7のアルキル基、ヒドロキシアルキル基、アルキルカルボキシル基、又は、芳香環基を表す。R、R、Rは、結合して環構造を形成してもよい。)で表される基が結合したポリマーに代表される第四級アンモニウム塩や第四級ホスホニウム塩含有ポリマー;陽イオン・陰イオン交換膜等に使用されるイオン交換性重合体;天然ゴム;スチレンブタジエンゴム(SBR)等に代表される人工ゴム;セルロース、酢酸セルロース、ヒドロキシアルキルセルロース(例えば、ヒドロキシエチルセルロース)、カルボキシメチルセルロース、キチン、キトサン、アルギン酸(塩)等に代表される糖類;ポリエチレンイミンに代表されるアミノ基含有ポリマー;カルバメート基部位含有ポリマー;カルバミド基部位含有ポリマー;エポキシ基部位含有ポリマー;複素環、及び/又は、イオン化した複素環部位含有ポリマー;ポリマーアロイ;ヘテロ原子含有ポリマー;低分子量界面活性剤などが挙げられる。 Examples of the polymer contained in the anion conductive material include hydrocarbon moiety-containing polymers such as polyethylene and polypropylene, aromatic group-containing polymers typified by polystyrene, etc .; ether group-containing polymers typified by alkylene glycol, etc .; polyvinyl alcohol and poly Hydroxyl group-containing polymers represented by (α-hydroxymethyl acrylate), etc .; polyamide, nylon, polyacrylamide, amide group-containing polymers represented by N-substituted polyacrylamide, etc .; represented by polymaleimide, etc. Imido group-containing polymer; carboxyl group-containing polymer represented by poly (meth) acrylic acid, polymaleic acid, polyitaconic acid, polymethylene glutaric acid, etc .; poly (meth) acrylate, polymaleate, polyitaconate, poly Carboxylic acid group-containing polymers such as methylene glutarate; halogen-containing polymers such as polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene; polymers bonded by opening of epoxy groups such as epoxy resins; sulfones AR 1 R 2 R 3 B (A represents N or P. B represents an anion such as a halogen anion or OH −, and R 1 , R 2 , and R 3 are the same or different. And represents an alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, a hydroxyalkyl group, an alkyl carboxyl group, or an aromatic ring group, and R 1 , R 2 , and R 3 may combine to form a ring structure.) Quaternary ammonium salt or quaternary phosphonium salt-containing polymer represented by the polymer to which the group represented by is attached; used for cation / anion exchange membranes, etc. Natural rubber; artificial rubber typified by styrene butadiene rubber (SBR), etc .; cellulose, cellulose acetate, hydroxyalkyl cellulose (for example, hydroxyethyl cellulose), carboxymethyl cellulose, chitin, chitosan, alginic acid (salt) Sugar group represented by polyethylene; amino group-containing polymer represented by polyethyleneimine; carbamate group site-containing polymer; carbamide group site-containing polymer; epoxy group site-containing polymer; heterocycle and / or ionized heterocycle site-containing polymer Polymer alloy; heteroatom-containing polymer; low molecular weight surfactant and the like.

上記のものの中でも、アニオン伝導性材料が含むポリマーは、芳香族基、ハロゲン原子、カルボキシル基、カルボン酸塩基、水酸基、アミノ基、及び、エーテル基からなる群より選択される少なくとも1種を含有するか、又は、炭化水素であることが好ましい。
ハロゲン原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子が好ましい。より好ましくは、フッ素原子である。また、カルボン酸塩基は、カルボン酸リチウム塩基、カルボン酸ナトリウム塩基、カルボン酸カリウム塩基が好ましい。より好ましくは、カルボン酸ナトリウム塩基である。上記炭化水素は、例えばポリオレフィンが挙げられる。中でも、上記ポリマーは、(1)絶縁物であること、(2)アニオン伝導性材料の粉末を増粘・結着させることができること、(3)物理的強度に優れることの3点を総合的に考慮して適宜選択することが好ましく、このような観点からは、炭化水素部位含有ポリマー、芳香族基含有ポリマー、エーテル基含有ポリマー、カルボキシル基含有ポリマー、カルボン酸塩基含有ポリマー、ハロゲン含有ポリマー、スルホン酸塩部位含有ポリマー、第四級アンモニウム塩や第四級ホスホニウム塩含有ポリマー、糖類が好ましい。上記ポリマーは熱や圧力等により繊維化された状態になってもよい。ポリマーの繊維化により、活物質(層)やアニオン伝導性材料の強度、アニオン伝導度等を調節することもできる。
Among the above, the polymer contained in the anion conductive material contains at least one selected from the group consisting of an aromatic group, a halogen atom, a carboxyl group, a carboxylate group, a hydroxyl group, an amino group, and an ether group. Or a hydrocarbon.
The halogen atom is preferably a fluorine atom, a chlorine atom or a bromine atom. More preferably, it is a fluorine atom. The carboxylate base is preferably a lithium carboxylate base, a sodium carboxylate base, or a potassium carboxylate base. More preferably, it is a sodium carboxylate base. Examples of the hydrocarbon include polyolefin. Above all, the above-mentioned polymer is comprehensively composed of three points: (1) being an insulator, (2) being capable of thickening and binding anion conductive material powder, and (3) being excellent in physical strength. In view of the above, it is preferable to select appropriately.From such a viewpoint, a hydrocarbon site-containing polymer, an aromatic group-containing polymer, an ether group-containing polymer, a carboxyl group-containing polymer, a carboxylate group-containing polymer, a halogen-containing polymer, Sulfonate moiety-containing polymers, quaternary ammonium salts, quaternary phosphonium salt-containing polymers, and saccharides are preferred. The polymer may be in a fiberized state by heat or pressure. The strength of the active material (layer) or anion conductive material, anion conductivity, and the like can also be adjusted by polymerizing the polymer.

上記ポリマーの重量平均分子量は、200〜7000000であることが好ましい。これにより、アニオン伝導性材料のイオン伝導性、粘性、可とう性、強度等を調節することができる。該重量平均分子量は、より好ましくは、400〜6500000であり、更に好ましくは、500〜5000000である。
上記重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定することができる。
The polymer preferably has a weight average molecular weight of 200 to 7000000. Thereby, the ion conductivity, viscosity, flexibility, strength, and the like of the anion conductive material can be adjusted. The weight average molecular weight is more preferably 400 to 6500000, and still more preferably 500 to 5000000.
The weight average molecular weight can be measured by gel permeation chromatography (GPC).

上記ポリマーの質量割合は、アニオン伝導性材料100質量%に対して、0.1質量%以上であることが好ましい。より好ましくは、1質量%以上であり、更に好ましくは、25質量%以上であり、一層好ましくは、30質量%を超えることであり、特に好ましくは、40質量%を超えることであり、最も好ましくは45質量%を超えることである。また、99.9質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、99.5質量%以下であり、更に好ましくは、99質量%以下であり、一層好ましくは、97質量%以下であり、特に好ましくは、80質量%以下である。これにより、アニオン伝導性材料のクラックを生じにくくすることができる。 The mass ratio of the polymer is preferably 0.1% by mass or more with respect to 100% by mass of the anion conductive material. More preferably, it is 1% by mass or more, further preferably 25% by mass or more, more preferably more than 30% by mass, particularly preferably more than 40% by mass, most preferably. Is more than 45% by mass. Moreover, it is preferable that it is 99.9 mass% or less. More preferably, it is 99.5 mass% or less, More preferably, it is 99 mass% or less, More preferably, it is 97 mass% or less, Most preferably, it is 80 mass% or less. Thereby, the crack of an anion conductive material can be made hard to produce.

本発明に係るアニオン伝導性材料における、ポリマーと、無機化合物との質量割合は、5000000/1〜1/100000であることが好ましい。より好ましくは、2000000/1〜1/50000であり、更に好ましくは、1000000/1〜1/10000である。一層好ましくは、1000000/1〜1/100である。より一層好ましくは、100/3〜75/100である。特に好ましくは、100/50〜75/100である。本発明に係るアニオン伝導性材料に含まれる無機化合物がハイドロタルサイトである場合に上記質量割合を満たすことにより、アニオン伝導性材料におけるアニオン伝導性を優れたものとする効果及びクラックを生じにくくする効果の両方を顕著に優れたものとすることができる。 The mass ratio between the polymer and the inorganic compound in the anion conductive material according to the present invention is preferably 5000000/1 to 1/100000. More preferably, it is 2000000/1-1 / 50,000, More preferably, it is 1000000/1-1/10000. More preferably, it is 1000000/1 to 1/100. Even more preferably, it is 100/3 to 75/100. Most preferably, it is 100 / 50-75 / 100. When the inorganic compound contained in the anion conductive material according to the present invention is hydrotalcite, by satisfying the above mass ratio, the effect of improving the anion conductivity in the anion conductive material and cracking are less likely to occur. Both effects can be remarkably improved.

上記周期表の第1族〜第17族から選ばれる少なくとも1種の元素を含有する化合物(本明細書中、単に無機化合物とも言う。)は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Sc、Y、ランタノイド、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ru、Co、Ni、Pd、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Tl、C、Si、Ge、Sn、Pb、N、P、Sb、Bi、S、Se、Te、F、Cl、及び、Brからなる群より選択される少なくとも1つの元素であることが好ましい。より好ましくは、Li、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、ランタノイド、Ti、Zr、Nb、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Ni、Pd、Cu、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Tl、C、Si、Sn、Pb、N、P、及び、Biからなる群より選ばれる少なくとも1つの元素を含むものである。 A compound containing at least one element selected from Group 1 to Group 17 of the periodic table (also referred to simply as an inorganic compound in the present specification) is an alkali metal, an alkaline earth metal, Sc, Y, Lanthanoid, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Ru, Co, Ni, Pd, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, In, It is preferably at least one element selected from the group consisting of Tl, C, Si, Ge, Sn, Pb, N, P, Sb, Bi, S, Se, Te, F, Cl, and Br. More preferably, Li, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, lanthanoid, Ti, Zr, Nb, Cr, Mn, Fe, Ru, Co, Ni, Pd, Cu, Zn, Cd, B, Al, It contains at least one element selected from the group consisting of Ga, In, Tl, C, Si, Sn, Pb, N, P, and Bi.

上記無機化合物は、酸化物、水酸化物、層状複水酸化物、硫酸化合物、及び、リン酸化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つの化合物であることが好ましい。
酸化物としては、例えばアルカリ金属、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、ランタノイド、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ru、Co、Ni、Pd、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Tl、C、Si、Ge、Sn、N、P、Sb、Bi、S、Se、Te、F、Cl、及び、Brからなる群より選択される少なくとも1つの元素を含む酸化物であることが好ましい。より好ましくは、Li、Na、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、ランタノイド、Ti、Zr、Nb、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Ni、Pd、Cu、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Tl、Si、Sn、Pb、及び、Biからなる群より選ばれる少なくとも1つの元素を含む酸化物である。更に好ましくは、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化ビスマス、酸化コバルト、酸化セリウム、酸化ニオブ、酸化錫、酸化ジルコニウムであり、特に好ましくは、酸化マグネシウム、酸化ビスマス、酸化セリウム、酸化ニオブ、酸化錫、酸化ジルコニウムである。また、酸化セリウムは、例えば、酸化サマリウム、酸化ガドリニウム、酸化ビスマス等の金属酸化物がドープされたものや、酸化ジルコニウム等の金属酸化物との固溶体であってもよい。上記酸化物は、酸素欠陥を持つものであってもよい。
The inorganic compound is preferably at least one compound selected from the group consisting of oxides, hydroxides, layered double hydroxides, sulfuric acid compounds, and phosphoric acid compounds.
Examples of the oxide include alkali metal, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, lanthanoid, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Ru, Co, Ni , Pd, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, In, Tl, C, Si, Ge, Sn, N, P, Sb, Bi, S, Se, Te, F, Cl, and , And an oxide containing at least one element selected from the group consisting of Br. More preferably, Li, Na, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, lanthanoid, Ti, Zr, Nb, Cr, Mn, Fe, Ru, Co, Ni, Pd, Cu, Zn, Cd, B, It is an oxide containing at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, In, Tl, Si, Sn, Pb, and Bi. More preferred are magnesium oxide, calcium oxide, strontium oxide, barium oxide, bismuth oxide, cobalt oxide, cerium oxide, niobium oxide, tin oxide, and zirconium oxide, and particularly preferred are magnesium oxide, bismuth oxide, cerium oxide, and oxide. Niobium, tin oxide and zirconium oxide. In addition, the cerium oxide may be, for example, a material doped with a metal oxide such as samarium oxide, gadolinium oxide, or bismuth oxide, or a solid solution with a metal oxide such as zirconium oxide. The oxide may have an oxygen defect.

上記水酸化物としては、例えば水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、水酸化セリウム、水酸化ジルコニウムが好ましい。なお、本明細書中、水酸化物は、層状複水酸化物以外の水酸化物を言う。 As the hydroxide, for example, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, strontium hydroxide, barium hydroxide, cerium hydroxide, and zirconium hydroxide are preferable. In the present specification, the hydroxide refers to a hydroxide other than the layered double hydroxide.

上記層状複水酸化物は、例えばハイドロタルサイトが好ましい。これにより、上記アニオン伝導性材料のアニオン伝導性を際立って優れたものとすることができる。
上記ハイドロタルサイトは、下記式(1);
[M 1−x (OH)](An−x/n・mHO (1)
(式中、M=Mg、Fe、Zn、Ca、Li、Ni、Co、Cu等;M=Al、Fe、Mn等;A=CO 2−等、mは0以上の正数、nは2又は3、xは、0.20≦x≦0.40程度)で示される化合物であることが好ましい。この化合物を、150℃〜900℃で焼成することにより脱水した化合物や、層間内の陰イオンを分解させた化合物、層間内の陰イオンを水酸化物イオン等に交換した化合物、天然鉱物であるMgAl(OH)16CO・mHO等を上記無機化合物として使用してもよい。上記ハイドロタルサイトには、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、シラノール基等の官能基を持つ化合物が配位していてもよい。層間内に有機物を有していてもよい。
The layered double hydroxide is preferably hydrotalcite, for example. Thereby, the anion conductivity of the anion conductive material can be remarkably improved.
The hydrotalcite is represented by the following formula (1);
[M 1 1-x M 2 x (OH) 2 ] (A n− ) x / n · mH 2 O (1)
(Wherein M 1 = Mg, Fe, Zn, Ca, Li, Ni, Co, Cu, etc .; M 2 = Al, Fe, Mn, etc .; A = CO 3 2− etc., m is a positive number of 0 or more, n is preferably 2 or 3, and x is preferably a compound represented by about 0.20 ≦ x ≦ 0.40. This compound is a compound dehydrated by firing at 150 ° C. to 900 ° C., a compound obtained by decomposing an anion in the interlayer, a compound obtained by exchanging the anion in the interlayer with a hydroxide ion, or a natural mineral. Mg 6 Al 2 (OH) 16 CO 3 .mH 2 O or the like may be used as the inorganic compound. The hydrotalcite may be coordinated with a compound having a functional group such as a hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, or a silanol group. You may have organic substance in an interlayer.

上記硫酸化合物は、例えばエトリンガイトが好ましい。
上記リン酸化合物は、例えばヒドロキシアパタイトが好ましい。
上記ヒドロキシアパタイトは、Ca10(PO(OH)に代表される化合物であり、調製時の条件によりCaの量を減らした化合物や、Ca以外の元素を導入したヒドロキシアパタイト化合物等を上記無機化合物として使用してもよい。
The sulfuric acid compound is preferably ettringite, for example.
The phosphoric acid compound is preferably, for example, hydroxyapatite.
The hydroxyapatite is a compound typified by Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 , such as a compound in which the amount of Ca is reduced depending on the preparation conditions, a hydroxyapatite compound into which an element other than Ca is introduced, and the like. You may use as said inorganic compound.

上記無機化合物は、それを電解液原料、電解液、ゲル電解質等に導入した際に、溶解状態、コロイド等の分散状態、不溶状態等のいずれであっても良く、その表面の一部がプラスやマイナスの電荷に帯電するものが好ましく、ゼータ電位の測定等により、粒子の帯電状態を推察することができる。これら無機化合物は、後述するように、ポリマーが有する官能基との共有結合、配位結合や、イオン結合、水素結合、π結合、ファンデルワールス結合、アゴスチック相互作用等の非共有性結合により相互作用することもできる。ハイドロタルサイト等の層状化合物を用いる場合には、その層内にポリマーが形成されていてもよいし、有機物を含んでいてもよい。また、上記無機化合物は、それを電解液原料、電解液、ゲル電解質等に導入した際に、その表面の一部がプラスやマイナスの電荷に帯電しない状態(等電点に相当)で使用してもよい。 The inorganic compound may be in a dissolved state, a dispersed state such as a colloid, or an insoluble state when it is introduced into an electrolytic solution raw material, an electrolytic solution, a gel electrolyte, etc. Or a negative charge is preferable, and the charged state of the particles can be inferred by measuring the zeta potential. As described later, these inorganic compounds interact with each other by non-covalent bonds such as covalent bonds, coordinate bonds, ionic bonds, hydrogen bonds, π bonds, van der Waals bonds, and agostic interactions with functional groups of polymers. It can also act. When a layered compound such as hydrotalcite is used, a polymer may be formed in the layer, or an organic substance may be included. The inorganic compound is used in a state where a part of its surface is not charged with a positive or negative charge (corresponding to an isoelectric point) when it is introduced into an electrolytic solution raw material, electrolytic solution, gel electrolyte, or the like. May be.

上記アニオン伝導性材料は、電解液原料、電解液、ゲル電解質等に導入した際に水和物となるようなものであってもよい。水和物であることにより、電池反応に関与する水酸化物イオン等の伝導性を更に高めることができる。 The anion conductive material may be a hydrate when introduced into an electrolyte solution raw material, an electrolyte solution, a gel electrolyte, or the like. By being a hydrate, the conductivity of hydroxide ions and the like involved in the battery reaction can be further increased.

上記無機化合物の質量割合としては、アニオン伝導性材料100質量%に対して、0.1質量%以上であることが好ましい。より好ましくは、0.5質量%以上であり、更に好ましくは、1質量%以上であり、一層好ましくは3質量%以上であり、特に好ましくは20質量%以上である。また、99.9質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、99質量%以下であり、更に好ましくは、75質量%以下であり、一層好ましくは、70質量%未満であり、特に好ましくは、60質量%未満であり、最も好ましくは55質量%未満である。
上記無機化合物の質量割合を上記範囲内とすることにより、本発明の効果を発揮できるとともに、アニオン伝導性材料のクラックを生じにくくする効果を発揮することができる。中でも、層状複水酸化物の質量割合を上記範囲内とすることが特に好ましい。
The mass ratio of the inorganic compound is preferably 0.1% by mass or more with respect to 100% by mass of the anion conductive material. More preferably, it is 0.5 mass% or more, More preferably, it is 1 mass% or more, More preferably, it is 3 mass% or more, Most preferably, it is 20 mass% or more. Moreover, it is preferable that it is 99.9 mass% or less. More preferably, it is 99 mass% or less, More preferably, it is 75 mass% or less, More preferably, it is less than 70 mass%, Especially preferably, it is less than 60 mass%, Most preferably, it is 55 mass% Is less than.
By making the mass ratio of the inorganic compound within the above range, the effect of the present invention can be exhibited, and the effect of making it difficult to cause cracks in the anion conductive material can be exhibited. Among these, it is particularly preferable that the mass ratio of the layered double hydroxide is within the above range.

上記アニオン伝導性材料は、ポリマーと、無機化合物とを含む限り、更にその他の成分を含んでいてもよい。 The anion conductive material may further contain other components as long as it contains a polymer and an inorganic compound.

上記その他の成分は、特に限定されないが、例えば、粘土化合物;固溶体;合金;ゼオライト;ハロゲン化物;カルボキシラート化合物;炭酸化合物;炭酸水素化合物;硝酸化合物;スルホン酸化合物;亜リン化合物;次亜リン酸化合物、ホウ酸化合物;ケイ酸化合物;アルミン酸化合物;硫化物;オニウム化合物;塩;有機化合物等を1種又は2種以上含んでいても良い。上記その他の成分は、上記無機化合物や上記ポリマーとは異なる化合物である。上記その他の成分は、イオン伝導性を補助したり、溶媒・熱・焼成・電気等の手法を用いて除去されることによって後述するアニオン伝導性材料中の空孔を形成したりする等の働きも可能である。 The other components are not particularly limited. For example, clay compound; solid solution; alloy; zeolite; halide; carboxylate compound; carbonate compound; hydrogencarbonate compound; nitrate compound; An acid compound, a boric acid compound; a silicic acid compound; an aluminate compound; a sulfide; an onium compound; a salt; and one or more organic compounds may be included. The other components are compounds different from the inorganic compound and the polymer. The above-mentioned other components function to assist ion conductivity or form pores in the anion conductive material described later by being removed using a method such as solvent, heat, baking, electricity, etc. Is also possible.

上記その他の成分の質量割合は、その他の成分を用いる場合は、アニオン伝導性材料100質量%に対して、0.001質量%以上であることが好ましい。より好ましくは、0.01質量%以上であり、更に好ましくは、0.05質量%以上である。また、90質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、70質量%以下であり、更に好ましくは、45質量%以下である。その他の成分は、全く含まなくてもよい。 When other components are used, the mass ratio of the other components is preferably 0.001% by mass or more with respect to 100% by mass of the anion conductive material. More preferably, it is 0.01 mass% or more, More preferably, it is 0.05 mass% or more. Moreover, it is preferable that it is 90 mass% or less. More preferably, it is 70 mass% or less, More preferably, it is 45 mass% or less. Other components may not be contained at all.

本発明に係るアニオン伝導性材料は、上述したポリマー、無機化合物、その他の成分を、それぞれ、1種のみ含んでいてもよいし2種以上を含んでいてもよい。なお、ポリマーが2種以上含まれる場合、ポリマーの質量とは、特に断らない限り、2種以上のポリマーの合計質量を言う。無機化合物、その他の成分のそれぞれが2種以上含まれる場合についても同様である。 The anion conductive material according to the present invention may contain only one kind or two or more kinds of the above-mentioned polymer, inorganic compound and other components. In addition, when two or more types of polymers are included, the mass of the polymer means the total mass of the two or more types of polymers unless otherwise specified. The same applies to the case where two or more inorganic compounds and other components are contained.

本発明の空気金属電池は、上述の構成よりなり、負極活物質層の形態変化が効果的に抑制され、長寿命化された空気金属電池である。 The air metal battery of the present invention is an air metal battery having the above-described configuration, in which the shape change of the negative electrode active material layer is effectively suppressed and the life is extended.

本発明の空気金属電池の好適な形態の一例を示した概念図である。It is the conceptual diagram which showed an example of the suitable form of the air metal battery of this invention. 本発明の空気金属電池の好適な形態の一例を示した概念図である。It is the conceptual diagram which showed an example of the suitable form of the air metal battery of this invention. 比較例1で製造した比較空気金属電池の構造を示した概念図である。4 is a conceptual diagram showing the structure of a comparative air metal battery manufactured in Comparative Example 1. FIG.

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「重量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, “part” means “part by weight” and “%” means “mass%”.

製造例1(亜鉛負極の製造)
60%濃度のポリテトラフルオロエチレン水分散液(ポリフロン D−210C、ダイキン社製)と酸化亜鉛(平均粒子径1μm)60gを混合したペーストを、錫メッキされたパンチング鋼板に圧延によって圧着して厚さ2mmの層を有する亜鉛負極とした。亜鉛負極の有効面積(片面)は、4cmであった。
Production Example 1 (Production of zinc negative electrode)
A paste prepared by mixing 60 g of a polytetrafluoroethylene aqueous dispersion (Polyflon D-210C, manufactured by Daikin) and 60 g of zinc oxide (average particle size: 1 μm) with a thickness of a tin-plated punched steel sheet by rolling. A zinc negative electrode having a thickness of 2 mm was obtained. The effective area (single side) of the zinc negative electrode was 4 cm 2 .

製造例2(放電用正極の製造)
天然黒鉛と60%濃度のテトラフルオロエチレン水分散液(ポリフロン D−210C、ダイキン社製)を9:1の質量割合で混合しペースト化したものを、Niメッキされたパンチング鋼板に圧延によって圧着して空気極(放電用正極)とした。空気極の有効面積(片面)は、4cmであった。
Production Example 2 (Production of positive electrode for discharge)
Natural graphite and a 60% concentration tetrafluoroethylene aqueous dispersion (Polyflon D-210C, manufactured by Daikin) were mixed at a mass ratio of 9: 1 and pasted into a Ni-plated punched steel sheet by rolling. Thus, an air electrode (discharge positive electrode) was obtained. The effective area (one side) of the air electrode was 4 cm 2 .

実施例1(空気金属電池1の製造及び評価)
製造例1で製造した亜鉛負極、製造例2で製造した放電用正極、及び、充電用正極としてのNiメッキされたパンチング鋼板(負極と対向する面(片面)の有効面積1cm)を用い、セパレータとして厚さ0.1mmの親水性微多孔膜を用い、電解液として酸化亜鉛を飽和させた8M濃度のKOH水溶液を用いて、図1に示すような構造の電池を構成した。この電池では、負極と対向する側の空気極全体と、空気極と対向する側の負極の全体とがセパレータを介して密着しており、空気極は、遊離の電解液とは接触していない。また、充電用の正極と対向する側の負極全体がセパレータと密着しており、充電用の正極の周囲にのみ、遊離の電解液が存在する。この電池では、中央に配置された遊離の電解液と充電用の正極を挟んで左右に空気極と負極とが配置されている。
この空気金属電池に対して、充電電流30mA/cmとして1時間充電した後、空気極(放電用正極)を用いて同様の電流値で放電を行い、これを1サイクルとして試験を行った。その結果、50サイクル経過後も充放電効率は良好であった。50サイクル経過後の負極にシェイプチェンジ及びデンドライトの成長は確認されなかった。
Example 1 (Production and Evaluation of Air Metal Battery 1)
Using the zinc negative electrode produced in Production Example 1, the discharge positive electrode produced in Production Example 2, and the Ni-plated punched steel sheet (effective area 1 cm 2 of the surface (one side) facing the negative electrode) as the positive electrode for charging, A battery having a structure as shown in FIG. 1 was constructed using a hydrophilic microporous membrane having a thickness of 0.1 mm as a separator and an 8M KOH aqueous solution saturated with zinc oxide as an electrolyte. In this battery, the whole air electrode on the side facing the negative electrode and the whole negative electrode on the side facing the air electrode are in close contact with each other through the separator, and the air electrode is not in contact with the free electrolyte. . In addition, the entire negative electrode facing the positive electrode for charging is in close contact with the separator, and a free electrolyte exists only around the positive electrode for charging. In this battery, an air electrode and a negative electrode are arranged on the left and right with a free electrolyte placed in the center and a positive electrode for charging.
The air metal battery was charged with a charging current of 30 mA / cm 2 for 1 hour, then discharged with the same current value using an air electrode (positive electrode for discharge), and this was tested as one cycle. As a result, the charge / discharge efficiency was good even after 50 cycles. No shape change or dendrite growth was observed on the negative electrode after 50 cycles.

実施例2(空気金属電池2の製造及び評価)
実施例1の空気金属電池1の中央の遊離の電解液と充電用の正極から左側部分だけの電池を構成し、実施例1と同様のサイクル試験を行った。その結果、50サイクル経過後も充放電効率は良好であった。50サイクル経過後の負極にシェイプチェンジ及びデンドライトの成長は確認されなかった。
Example 2 (Production and Evaluation of Air Metal Battery 2)
A battery of only the left side portion was formed from the free electrolyte in the center of the air metal battery 1 of Example 1 and the positive electrode for charging, and the same cycle test as in Example 1 was performed. As a result, the charge / discharge efficiency was good even after 50 cycles. No shape change or dendrite growth was observed on the negative electrode after 50 cycles.

比較例1(比較空気金属電池の製造及び評価)
製造例1で製造した亜鉛負極、製造例2で製造した放電用正極、及び、充電用正極として実施例1と同じNiメッキされたパンチング鋼板を用い、セパレータとして実施例1と同じ厚さ0.1mmの親水性微多孔膜を用い、電解液として酸化亜鉛を飽和させた8M濃度のKOH水溶液を用いて、図3に示すような構造の電池を構成した。この電池では、亜鉛負極を中央に、その両脇に充電用正極を配置し、充電用正極の周囲だけでなく亜鉛負極の周囲にも遊離の電解液が存在する状態に構成した。
この比較空気金属電池に対して、実施例1と同様のサイクル試験を行った。その結果、10サイクル時点で亜鉛極下部に活物質が蓄積し、大きく電極形状が変化した。20サイクル時点で亜鉛極が充電極に接触し、充電不良が生じた。
Comparative Example 1 (Production and evaluation of comparative air metal battery)
The zinc negative electrode produced in Production Example 1, the positive electrode for discharge produced in Production Example 2, and the same Ni-plated punched steel plate as that in Example 1 were used as the positive electrode for charging. A battery having a structure as shown in FIG. 3 was constructed using an 8 M aqueous KOH solution saturated with zinc oxide as an electrolyte using a 1 mm hydrophilic microporous membrane. In this battery, the positive electrode for charging was disposed in the center of the zinc negative electrode, and a free electrolyte was present not only around the positive electrode for charging but also around the zinc negative electrode.
A cycle test similar to that in Example 1 was performed on this comparative air metal battery. As a result, the active material accumulated at the bottom of the zinc electrode at the 10th cycle, and the electrode shape changed greatly. At 20 cycles, the zinc electrode contacted the charging electrode, resulting in poor charging.

A:負極
B:充電用正極
C:放電用正極(空気極)
D:電解質
E:セパレータ
F:電極固定部材
A: Negative electrode B: Positive electrode for charging C: Positive electrode for discharging (air electrode)
D: Electrolyte E: Separator F: Electrode fixing member

Claims (3)

正極として放電用の空気極と充電用の金属電極とを有し、金属電極を負極として有する3極方式の空気金属電池であって、
該空気金属電池は、放電用の空気極と負極とがセパレータを介して密着し、充電用の金属電極が遊離の電解液と接触しており、
負極と遊離の電解液とが接触している部分の有効面積が負極の有効面積全体の50%以下であり、
遊離の電解液と充電用の金属電極とを挟んでその左右それぞれに負極、及び、放電用の空気極が配置されている
ことを特徴とする空気金属電池。
It possesses an air electrode for discharge and a metal electrode for charging as a positive electrode, an air-metal batteries of three-pole type having a metallic electrode and a negative electrode,
In the air metal battery, the discharge air electrode and the negative electrode are in close contact with each other through the separator, and the charge metal electrode is in contact with the free electrolyte.
Negative electrode and der than 50% of the total effective area of the effective area negative electrode portion free and electrolyte are in contact is,
An air metal battery, characterized in that a negative electrode and a discharge air electrode are arranged on the left and right sides of a free electrolyte and a charging metal electrode, respectively .
前記負極と充電用の金属電極とがセパレータを介して密着していることを特徴とする請求項に記載の空気金属電池。 The air metal battery according to claim 1 , wherein the negative electrode and the charging metal electrode are in close contact with each other through a separator. 前記空気金属電池は、アニオン伝導性膜をセパレータとして含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の空気金属電池。 The air-metal batteries are air metal battery according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises an anion conducting membrane as a separator.
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